不同有机改良剂对盐碱地菊芋产量及土壤理化性质的影响

管西林　郭洪海　贾曦　王璐　边文范　张玉凤　董亮　田慎重

摘要：试验在黄河三角洲典型盐碱地上进行，以菊芋品种南芋l号为供试材料，设置不施肥对照（CK）、常规施肥（F）、商品有机肥（M）、生物炭基调理剂（T1）、抗盐调理剂（T2）共5个处理，研究不同有机改良剂对菊芋苗期生物量、块茎产量及土壤主要理化性质的影响。结果表明：施用有机改良剂对盐碱地菊芋苗期干物质量和成熟期地下块茎产量影响显著，其中T1处理菊芋苗期干物质量和成熟期塊茎产量最高，较CK、F处理分别显著提高76.4％、36.2%和38.7%、25.1%，与CK相比，T1处理菊芋苗期O-30cm土层土壤pH值显著下降；M、T1和T2处理较CK和F处理显著降低菊芋苗期0-20cm土层土壤水溶性盐含量，降幅达8.3%以上，且T1优于M和T2处理；菊芋收获后，M、T1和T2处理0-10cm土层土壤有机质含量较CK分别显著提高15.1%、20.7%和21.0％，T1处理显著增加0-20cm土层土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，M处理显著增加0-20cm土层土壤有效磷和速效钾含量。综上，施用生物炭基调理剂对改良土壤盐碱化、促进壮苗培育、提高菊芋产量效果较优。

关键词：菊芋；盐碱地；有机改良剂；块茎产量；土壤理化性质；黄河三角洲

中图分类号：S632.901 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2024）03-0070-08

黄河三角洲作为我国主要的盐碱地分布区之一，约有210.4万hm2的可利用土地面积，其中耕地面积约112.7万hm2。近年来，我国面临着粮食生产压力增大和耕地面积持续减少等问题，因此该地区已成为我国耕地“扩容、提质、增效”的重要来源。随着“渤海粮仓”等农业科技创新工程的实施，该区域盐碱农田改良利用效果和生产力水平不断提高。但由于该区域生态多样性脆弱、生态功能差，区域内可耕种农田依然面临土壤有机质水平低、种植结构单一、农业生产效益低下等一系列问题，严重制约了黄河三角洲地区农业高效发展。当前，黄河三角洲盐碱地农业经济作物比重低，粮食作物与经济作物播种面积比为77：23，仍处于粗放型开发，亟需发展高值高质的盐碱地特色经济作物，以促进盐碱地农业绿色可持续发展。

盐碱地耐盐植物资源丰富，包括了药用植物、芳香植物、纤维植物、油脂植物及饲用植物等经济植物，为经济作物产业的发展提供了丰富的种质资源。近年来，针对黄河三角洲区域资源环境特点，增加了耐盐碱经济作物比例，形成了盐碱耕地特有的种植业结构模式，成为系统解决盐碱地高效利用和高质量农业发展的有效途径之一。

菊芋是菊科向日葵属多年生草本植物，又名洋姜、鬼子姜，原产自北美洲，18世纪末从欧洲传入我国后被广泛种植。地下部块茎是菊芋加工利用的主要部位，经济价值较高。菊芋根系发达，能有效吸收盐碱土壤中的盐分，并能很好地抵抗盐碱，因此，在轻微的盐碱地上栽培菊芋对土壤的改良效果显著。随着菊芋功能、营养价值的不断被发掘，其产业逐渐发展壮大。但若使盐碱地菊芋种植达到规模化、高值化、机械化要求，盐碱地改良、菊芋壮苗培育、规模化生产成为高效发展盐碱地菊芋产业的有效措施。因此，本研究利用不同有机改良剂对黄河三角洲地区盐碱地进行改良与养分优化管理，探讨施用不同有机改良剂对菊芋苗期干物质量、土壤养分及地下块茎产量的影响，以期为黄河三角洲地区菊芋规模化种植及耕地质量提升提供支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020-2021年在山东省农业科学院黄河三角洲现代农业试验示范园（东营基地）进行。基地处于山东省黄河三角洲农业高新技术产业示范区核心位置，属暖温带大陆性季风气候。年平均温度12.5℃，全年无霜期211天，≥10℃积温约4300℃，年降水量550-600mm。土壤类型为盐化潮土，土壤含盐量及肥力分布不均，0-30cm土层土壤基本理化性质如表1所示。

1.2 试验设计及方法

试验采用随机区组设计，设不施肥（CK）、常规施肥（F）、商品有机肥（M）、生物炭基调理剂（T1）、抗盐调理剂（T2）共5个处理，重复4次，小区面积7.0m×4.2m=29.4m2。供试菊芋品种为南芋1号，于每年4月上旬播种，10月份收获，行株距60cm×35cm。除不施肥处理外，其他处理N、P、K肥等量投入，分别为300、225kg/hm2和105kg/hm2，全部作为基肥撒施。常规施肥处理只用化肥，其中，氮肥选用控释尿素（N46%），磷、钾肥分别选用重过磷酸钙（P2O544%）、硫酸钾（K2O50%），商品有机肥、生物炭基调理剂及抗盐调理剂处理所施用的物料量及养分含量如表2所示。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤样品采集与分析

在菊芋播种前（2020年及2021年4月）、苗期（2020年及2021年5月）和试验结束后（2021年10月）按0-10、10-20、20-30cm土层分别采集新鲜的菊芋土壤样品，分层混合后带同实验室，晾干过筛后备用。其中，苗期测定指标为水溶性盐总量，试验结束后测定指标为pH值、电导率、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，播种前基础土壤样品上述指标都测定。主要测定方法如下：

土壤水溶性盐分采用重量法测定，电导率采用电导率仪测定，pH值采用电位法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用0.5

mol/LNaHCO3浸提一钼锑抗比色法测定，速效钾采用火焰光度计法测定，有机碳采用重铬酸钾氧化法测定。

1.3.2 植株样品采集与分析

苗期植株干物质量的测定：于每年5月底取不同处理菊芋苗期鲜样各5株称重并记录，将各处理样品带回实验室，使用干燥箱105℃杀青30min，然后850C烘干至恒重，放至室温后称重，计算不同处理植株的干物质量。

菊芋块茎产量测定：于每年10月下旬菊芋收获期，每处理选择3个2m×3m小区，收集该区域所有块茎，称重并计算各处理菊芋块茎产量。

1.4 数据处理与分析

试验所得数据采用Microsoft Excel 2010统计整理及作图，采用DPS 12.0软件进行方差分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同有机改良剂对盐碱地菊芋苗期干物质量及收获期地下块茎产量的影响

2.1.1 对菊芋苗期干物质量的影响

由图1可知，两年试验结果菊芋苗期干物质量均表现为TI>T2>M>F>CK，且各有机改良剂处理与对照差异均达显著水平。2020年T1处理菊芋苗期干物质量均显著高于其他处理，2021年T1处理最高，但与M、T2处理差异不显著，三者均显著高于CK及F处理。与CK及F处理相比，T1、T2、M处理两年平均菊芋苗期干物质量分别显著提高76.4%、64.3%、51.0%和36.2%、26.9%、16.6%。

2.1.2对菊芋收获期地下块茎产量的影响

两年试验结果（图2）表明，T1处理平均菊芋块茎产量最高，显著高于其他处理，比CK和F处理分别显著增产38.7%和25.1%，表现出较高的产量效应：其次为M处理，平均块茎产量也显著高于CK和F处理。说明苗期较高的壮苗群体显著促进其地下块茎的产量形成。

2.2 不同有机改良剂对盐碱地菊芋土壤盐分和养分含量的影响

2.2.1 对菊芋苗期不同土层土壤水溶性盐总量的影响

由图3可知，2020年度，T1较CK和F处理显著降低菊芋苗期0-30cm土层的水溶性盐含量18.6%以上：2021年度，M、T1和T2处理较CK和F处理显著降低菊芋苗期0-20cm土层的水溶性盐含量8.3%以上。从降低盐碱地水溶性盐含量效果看，T1处理优于M和T2处理。

2.2.2 对菊芋收获后不同土层土壤pH值和电导率的影响

由图4A可以看出，与CK和F处理相比，T1处理0-30cm各土层土壤pH值均显著降低。由图4B可以看出，与CK和F处理相比，0-10cm土层M、T1和T2处理土壤电导率显著下降12.4%-22.3%，10-20cm土层T2处理土壤电导率显著下降13.3%-22.3%，而20-30cm土层各处理土壤电导率无显著差异。

2.2.3 对菊芋收获后不同土层土壤有机质含量的影响

两年的田间试验结果（图5）表明，有机改良剂的添加对0-10cm土层有机质含量均有显著影响，且有机质含量随土层深度增加而降低。其中，0-10cm土层，M、T1、T2处理的土壤有机质含量分别比CK显著提高15.1%、20.7%、21.0%：10-20、20-30cm土层，T1处理土壤有机质含量与CK和F处理相比分别显著提高28.1%、17.1%和19.8%、16.1%。总体上看，各处理对土壤有机质的提高效果表现为T1>T2>M。

2.2.4 对菊芋收获后不同土层土壤速效养分含量的影响

由图6A可以看出，T1处理0-10、10-20cm土层土壤碱解氮含量显著高于CK和F处理。由图6B看出，与F处理相比，M、T1处理0-10cm和10-20cm土层土壤有效磷含量显著提高82.6%-92.6%和37.7%-44.7%。由图6C看出，与CK相比，各处理均顯著提高0-10cm土层土壤的速效钾含量18.3%以上，10-20cm土层M和T1处理速效钾含量较CK和F处理相比分别显著提高33.7%-41.1%和35.3%-42.8%，20-30cm土层各处理土壤速效钾含量无显著差异。

3 讨论与结论

3.1 不同有机改良剂对盐碱地菊芋干物质量及地下块茎产量的影响

本研究结果表明，三种有机改良剂及常规施肥处理较不施肥对照均显著提高菊芋苗期干物质量和地下块茎产量，其中菊芋苗期干物质量表现为生物炭基调理剂>抗盐调理剂>商品有机肥>常规施肥>不施肥对照，地下块茎产量表现为生物炭基调理剂>商品有机肥>抗盐调理剂>常规施肥>不施肥对照。群体数量是保障作物产量的基础，本研究中菊芋地下块茎产量对不同改良剂的响应与苗期的群体变化基本一致，说明苗期较高的壮苗群体显著促进了其地下块茎产量的形成：连续施用生物炭有机改良剂两年后，降低了菊芋0-20cm土层土壤pH值、水溶性盐含量，增加了土壤有机质和速效N、P、K的含量，促进壮苗生长。屈忠义等研究结果显示，盐碱地施用改良剂可以明显降低番茄生育期土壤电导率和pH值，使土壤有机质、水解氮、有效磷、速效钾含量明显提高，番茄增产显著：孙慧慧研究表明，不同有机改良措施可显著增加番茄株高、干物质累积量，有利于番茄产量的提高。这与本试验研究结果一致，说明良好的土壤养分是菊芋苗期较高壮苗群体的基础，进而显著促进菊芋地下块茎产量的形成。

3.2 不同有机改良剂对盐碱地菊芋土壤盐分和养分的影响

滨海盐碱地土壤高盐分和低有机质含量是影响作物正常生长的主要原因，同时也是土壤部分理化性质恶化、养分有效性降低的根源。本研究表明，施用有机改良剂可以降低土壤盐分含量、改善土壤养分状况，相较于不施肥对照而言，连续施用生物炭基调理剂、抗盐调理剂、商品有机肥两年，都能显著降低土壤水溶性盐含量。这说明施用有机改良剂是降低土壤盐分含量的重要手段。前人研究表明，施加含有机物料的改良剂（如牛粪）可以改善土壤结构，降低盐分含量，提高土壤肥力，与本研究结果一致。其次，本研究中生物炭基调理剂、抗盐调理剂、商品有机肥均可显著增加0-10cm土层土壤有机质含量。不同有机改良剂对土壤养分的增加量不同，改良剂对土壤养分的影响在0-20cm土层较显著，其中，与对照相比生物炭基调理剂能显著增加该土层土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，商品有机肥能显著增加该土层土壤有效磷和速效钾含量。这与不同有机改良剂的性质以及各养分元素的特点有关。有研究表明，糠醛渣和牛粪可以提高土壤的有机碳、全氮和速效磷含量，改善土壤微环境（0-20cm土层），其中牛粪对土壤速效磷的影响最为显著，较对照增加99.4%，而腐植酸、糠醛渣和硫酸亚铁可以明显降低土壤pH值；谢文军等研究发现，在重盐渍化土壤上种植阳菁后增加了土壤有机质含量：张锡洲等28的研究表明，不同比例氮磷钾肥配施处理，钾肥对土壤的含盐量影响较大，钾肥用量高的土壤含盐量较高，而氮肥和磷肥施用量对土壤含盐量的影响不显著，土壤电导率随钾肥施用量的增加而显著提高。这与本研究结果一致，本研究中，0-10cm土层常规施肥处理土壤电导率最高，而有机改良剂的施用可以降低该土层土壤电导率。朱娱等29试验结果表明，在盐碱化土地上施用石膏，土壤电导率和pH值都呈下降趋势，而且改良后能很大程度上减轻盐碱对作物生长的胁迫。

综上所述，生物炭基调理剂、抗盐调理剂、商品有机肥、常规施肥较不施肥处理均能提高菊芋苗期干物质量。其中生物炭基调理剂处理菊芋苗期干物质量和成熟期块茎产量均显著高于其他处理，表现出较高的产量效应。这与有机调理剂对土壤性质的改良相关，施用生物炭基调理剂可显著降低土壤含盐量和pH值，而生物炭基调理剂、抗盐调理剂、商品有机肥均可显著增加0-10cm土层土壤有机质含量。改良剂对土壤养分的影响在0-20cm土层较显著，其中，与对照相比生物炭基调理剂显著增加该土层土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，商品有机肥显著增加该土层土壤有效磷和速效钾含量。综上表明，施用生物炭基调理剂对改良土壤盐碱化、促进壮苗培育、提高菊芋产量效果较优。

基金项目：国家重点研发计划项目（2019YFD1002703，202IYFD1900190）；山东省“渤海粮仓”科技示范工程升级版项目（2019BHLC002）