施用有机肥对碱性土壤理化特征与作物生长的影响.pdf

云南师范大学学报 自然科学版 施用有机肥对碱性土壤理化特征与作物生长的影响 施梦馨 王豪吉 土馨雨 马佳轮 朱兴果 白雪 官会林 徐武美 云南师范大学 高原特色中药材种植土壤质量演变退化与修复云南省野外科学观测研究站 云南省农村能源工程重点实验室 云南 昆明 摘要 以改良碱性土壤为目的 以生物质有机肥为试验材料 以广泛食用的白菜 为种植作物 开展盆栽试验研究 有机肥施加量为 和 以不施加为对照 每个 处理重复 次 白菜栽种 个月后 对不同处理下土壤理化性质 酶活性 作物氮 磷含量及产量进行了 测定 统计分析表明 施用有机肥可显著降低碱性土壤 增加土壤有机质 水解氮和有效磷含量 并明 显提高磷酸酶 脲酶和蔗糖酶活性 此外 施用有机肥显著提高了作物产量 降低了作物根冠 比 提高了叶片氮和磷含量 关键词 有机肥 土壤肥力 酶活性 作物产量 碱性土壤 中图分类号 文献标志码 文章编号 我国碱性土壤区主要集中在西北与华北地 区 在东北腹地及滨海地区也有少量分布 此 外 由于碱性污水排放及自然因素等 我国南方也 存在少量碱性土壤区 盐碱地的可持续利用是 公认的技术难题 土壤碱化会降低养分元素的 供应能力 进而影响土壤生产力 比如 土壤 升高会促进土壤中铵态氮从离子态向分子态转 化 从而加速氮的挥发 降低土壤氮含量 同 时 土壤碱化也会影响土壤中 及 等 养分元素的可利用性 此外 土壤 直接影响 着土壤酶活性 从而影响土壤物质循环与养分供 应 关于如何有效降低碱性土壤 提高土壤 生产力 国内外已有一定的研究报道 如施用 酸性木醋液能显著降低碱性土壤 提升土壤 酶活性与有效养分含量 施用硫酸盐 硫黄和 酒糟等也能有效调节碱性土壤 增加土壤养 分供应能力 此外 施用水杨酸钠对提高碱性 土壤养分可利用性 促进作物生长也有明显效 果 酸性化学物质对土壤的调酸效果较好 但 大量使用也可能对土壤肥力造成一定的负面影 响 有机肥含有丰富而全面的营养元素 有机 质在分解过程中会产生一定量的有机酸 且其本 身对土壤 具有一定的缓冲作用 然而 其对碱 性土壤调酸增肥的效果与机理还少有研究 因此 本研究通过盆栽试验 探究了有机肥对碱性土壤 的改良效果 并通过作物养分生理特征等的定量 分析 探索了有机肥改良碱性土壤肥力的内在机 理 旨在为提高碱性土壤生产力提供理论与试验 依据 收稿日期 基金项目 国家自然科学基金资助项目 云南省应用基础研究计划资助项目 作者简介 施梦馨 女 云南曲靖人 硕士研究生 主要从事耕地土壤改良方面研究 通信作者 徐武美 材料与方法 试验材料 供试土壤采自昆明市呈贡区的云南师范大学 研究生实践基地 由于施用石灰等原因 土壤呈碱 性 值为 有机肥由云南某肥料公司提供 以畜禽粪便和农作物秸秆为原料 经高温堆制腐 熟工艺而成 土样和有机肥的各项理化指标见表 供试作物为广泛食用的白菜 种子由山东某种业公司提供 表 供试土壤与有机肥的基本理化特征 样品 电导率 有机质 水解氮 有效磷 速效钾 土壤 有机肥 试验设计 每个圆形花盆中放入 土样 分别按照 或 的施加量施用有机肥 标记为 与 以不施加为对照 共 个处理 每 个处理重复 次 将有机肥与土壤混合均匀 浇水 浸透后自然放置 周 于 年 月 日统一 移栽长势均一的白菜幼苗 每盆 株 作物栽种后 进行统一管理 栽种 后采收 样品采集 作物采收后 将其叶片和根分别洗净 用烘箱 在 环境下烘干 随后在 环境 下烘干至恒重 用电子天平称重 产量用叶重表 示 将叶片粉碎过筛后测定氮和磷含量 表示植物 氮和磷养分状况 用 环刀采集新鲜土样 测定土壤容重 另采集土样并自然风干 分别过孔 径为 和 的筛 用于测定土壤理 化因子与酶活性 样品分析 值参照农业标准 水 土比为 用 计 雷磁 进行测 定 电导率参照环境标准 水土比 为 用 计 进行测定 容重参 照农业标准 用环刀法进行 测定 有机质含量参照农业标准 用浓硫酸 重铬酸钾溶液消解 标准硫酸亚 铁溶液进行滴定 水解氮含量参照林业标准 利用碱解扩散法进行测定 有效磷 含量参照 土壤农业化学分析方 法 用 碳酸氢钠溶液浸提 用紫外 分光光度计 上海元析仪器有限公 司 进行测定 速效钾用 溶液 浸提 用连续流动火焰光度计 进行测定 土壤 磷酸酶 蔗糖酶 脲酶和过氧化氢酶活性均参照相 关文献用紫外分光光度计 进行测 定 作物氮磷含量参照农业标准 经硫酸 过氧化氢溶液消解后用流动分 析仪 进行 测定 数据分析 用 检验分析各变量的正态性 土壤和作物各项检测指标均服从正态分布 用单因素方差分析 与 多重比较检验不同处理对土壤理化因子 酶活性 作物氮 磷含量和产量的影响 用 相关分析探究土壤理化指标 酶活性与作物产量 的关联性 以上分析均利用 进行 研究结果 施加有机肥对碱性土壤理化特征与酶活性 影响 单因素方差分析表明 施用有机肥对碱性土 第 期 施梦馨 等 施用有机肥对碱性土壤理化特征与作物生长的影响 壤 有机质 水解氮 有效磷含量以及磷酸酶 蔗糖酶 脲酶和过氧化氢酶活性均具有显著影响 而对土壤电导率 容重和速效钾的影 响不显著 表 多重比较分 析表明 与对照相比 施加有机肥显著降低了碱性 土壤 处理下 降至 接 近中性水平 图 不同有机肥处理均显著增加 了碱性土壤有机质 水解氮和有效磷含量 图 处理下有机质含量最高 与 对照相比增加了 倍 同样 处理下水解氮 和有效磷含量最高 但较 无显著差异 施用有 机肥显著增加了碱性土壤磷酸酶 脲酶和蔗糖酶 活性 但过氧化氢酶活性降低 图 处理下磷酸酶和脲酶的活性最高 过氧 化氢酶活性最低 处理下蔗糖酶活性最高 但 与 处理对不同土壤酶活性的影响均不显 著 表 施用有机肥影响碱性土壤理化特征和酶活性的单因素方差分析 土壤特征 变异来源 自由度 平方和 均方 方差 值 组间 组内 电导率 组间 组内 容重 组间 组内 有机质 组间 组内 水解氮 组间 组内 有效磷 组间 组间 速效钾 组内 组间 磷酸酶 组内 组间 蔗糖酶 组内 组间 脲酶 组内 组间 过氧化氢酶 组内 组间 云南师范大学学报 自然科学版 第 卷 仅展示不同处理下具有显著差异的土壤因子 不同字母标记表示基于 多重比较的差异显著性 下同 图 不同有机肥施加量对碱性土壤理化特征和酶活性的影响 不同有机肥施加量对作物生长及氮磷含量 的影响 单因素方差分析表明 施用有机肥对作物生 长具有显著影响 表 多重 比较分析表明 作物叶重和根重均随有机肥施用量 的增加而显著提高 与对照相比 处 理下叶重和根重分别提高了 倍和 倍 图 施用有机肥显著降低了根冠比 使作物倾向 于地上部分的生长 图 叶氮和磷含量随有机 肥施用量的增加而显著提高 图 第 期 施梦馨 等 施用有机肥对碱性土壤理化特征与作物生长的影响 表 不同有机肥施用量影响作物生长的单因素方差分析 作物生长特征 变异来源 自由度 平方和 均方 方差值 值 产量 组间 组内 根重 组间 组内 根冠比 组间 组内 图 施用有机肥对作物生长的影响 图中阴影部分表示 置信区间 图 不同有机肥施加量对土壤与作物氮和磷含量的影响 作物产量与碱性土壤理化性质和酶活性的 关联性 相关分析表明 作物产量与碱性土壤 呈 显著负相关 与有机质 有效磷 磷酸酶 蔗糖酶和 脲酶活性呈显著正相关 土壤电导率 容重以及水解氮和速效钾含量与作物产量之间的 相关性不显著 表 土壤 与磷酸 酶 脲酶和蔗糖酶活性呈显著负相关 与过氧化氢 酶活性呈显著正相关 此外 土壤磷酸 酶活性与有效磷含量呈显著正相关 脲酶活性与水解氮含量呈显著正相关 作物产量与根冠比的关系趋向于二次函数关系 当根冠比增加到一定范 围时 其与产量的关联性逐渐降低 图 云南师范大学学报 自然科学版 第 卷 表 作物产量与碱性土壤理化因子和酶活性的关联性 产量 电导率 容重 有机质 有效磷 水解氮 速效钾 磷酸酶 脲酶 蔗糖酶 过氧化氢酶 电导率 容重 有机质 有效磷 水解氮 速效钾 磷酸酶 脲酶 蔗糖酶 过氧化氢酶 根冠比 表中所示为 相关系数 图 作物产量随土壤 和作物根冠比的变化 讨论 有机肥对碱性土壤的调酸作用 土壤 是反映碱性土壤改良效果的关键指 标 与土壤生产力具有密切的关联性 土壤中 的重碳酸盐 碳酸盐和硅酸盐等碱金属盐的积累 可导致土壤碱化 因此降低碱性盐基离子活性 是 改良碱性土壤的关键 研究通过施加生物质有 机肥 显著降低了碱性土壤 当施加量为 时 土壤 降低至 可能是由于有机肥吸附 土壤中碱金属离子所致 等 证实了施 用有机肥能有效降低土壤中 及 等金属离子活性并降低土壤 同时 有机 肥可为土壤微生物提供营养物质 微生物分解有 机质的过程中产生的有机酸对碱性土壤 可起 到缓冲或调节作用 施用有机肥提高了碱性土壤养分可利用性 有机肥含有丰富的有机质和无机养分 施用 后可有效改善土壤物理环境 提高养分可利用水 平 施用有机肥能显著增加土壤微生物活性 促进土壤有机物质的分解与养分循环 从而增加 土壤肥力 本研究表明 施用有机肥显著增加 了碱性土壤有机质 水解氮和有效磷含量 提升了 土壤肥力 一方面是因为有机肥中无机养分含量 很高 表 施用后可直接提高速效养分含量 另 一方面 施用有机肥降低了土壤 从而促进了 土壤无机养分的释放 等 研究了长期施 第 期 施梦馨 等 施用有机肥对碱性土壤理化特征与作物生长的影响 用有机肥对土壤肥力的影响 发现其增加了土壤 总养分含量 提升了土壤矿化有机物质的能力 从 而对提升土壤肥力产生积极影响 此外 由于有机 肥富含有机质 具有较强的吸附性与保肥能力 这 也可能是使土壤持续保持较高肥力的原因 等 研究表明 有机与无机肥料配合使用能有效 减少土壤养分流失 提高无机养分利用率 施用有机肥提高了碱性土壤酶活性 土壤酶是土壤微生物和植物根系分泌到土壤 中的具有催化活性的物质 对提高土壤养分供应 能力具有重要意义 由于酶的主要成分为生 物大分子物质 对土壤环境较为敏感 施用有 机肥能有效改善土壤环境 提高土壤微生物活性 从而使土壤酶活性增加 本研究中 施用有机 肥显著增加了碱性土壤磷酸酶 脲酶和蔗糖酶的 活性 相关分析表明 土壤 与酶活性 具有显著的相关性 表 与曲成闯等 基于黄 瓜连作土壤的研究结果一致 表明调节碱性土壤 是提升碱性土壤酶活性的有效途径 然而 施 用有机肥降低了碱性土壤过氧化氢酶活性 这可 能与施用有机肥改善了碱性土壤环境 且有机肥 具有较低的氧化还原电位有关 其内在机理还 需进一步研究 施用有机肥提高了作物氮 磷含量及产量 碱性土壤常因肥力供应不足和 过高等原 因抑制了作物的生长 不利于提高土壤生产 力 有机肥是常用的土壤改良材料和化肥替代 品 大量研究表明 施用有机肥可有效改善土壤环 境 增加土壤养分含量 并显著提高作物产量和品 质 本研究表明 施用有机肥显著促进了碱性 土壤作物地上和地下部分生长 提高了作物产量 此外 施用有机肥还提高了作物叶片氮和磷含量 且土壤 有机质 有效磷和酶活性与作物产量 具有显著相关性 表 表明有机肥的 调酸增 肥 作用是作物增产的主要原因 此外 施用有机 肥显著降低了作物根冠比 图 王艳哲等 提 出根冠比可反映土壤肥力供应能力 根冠比越小 土壤肥力供应越高 结语 施用有机肥可显著降低碱性土壤 并增加 土壤有机质 水解氮和有效磷含量 并提高磷酸 酶 脲酶和蔗糖酶活性 此外 施用有机肥显著提 高了作物产量 降低了作物根冠比 提高了叶片氮 和磷含量 与 的有机肥施加量对作物产量 的影响无显著差异 因此 基于供试土壤与有机肥 的基本特征 表 建议施加量为 我国陆地 生态系统土壤容重平均值约为 以 耕作层为地表 进行计算 每亩地的有机肥 施加量约为 吨 研究为我国碱性土壤区耕地 土壤改良与作物产量提升提供了理论与试验依 据 参考文献 徐子棋 许晓鸿 松嫩平原苏打盐碱地成因 特点及 治理措施研究进展 中国水土保持 王佳丽 黄贤金 钟太洋 等 盐碱地可持续利用研究 综述 地理学报 刘兴诏 黄旻 黄柳菁 中国部分大中城市居住区园 林土壤碱化现状及主要成因 西北林学院学报 田冬 高明 徐畅 土壤水分和氮添加对 种质地紫 色土氮矿化及土壤 的影响 水土保持学报 胡敏 向永生 鲁剑巍 石灰用量对酸性土壤 值 及有效养分含量的影响 中国土壤与肥料 周红娟 耿玉清 丛日春 等 木醋液对盐碱土化学性 质 酶活性及相关性的影响 土壤通报 李玉 田宪艺 王振林 等 有机肥替代部分化肥对滨 海盐碱地土壤改良和小麦产量的影响 土壤 云南师范大学学报 自然科学版 第 卷 程虎 王紫泉 周琨 等 木醋液对碱性土壤微生物数 量及酶活性的影响 中国环境科学 邵伏文 姜超强 祖朝龙 等 硫磺和酒糟对烤烟生长 和烟叶品质以及碱性土壤 的影响 西北植物 学报 邱全敏 罗东林 罗乐洋 等 施用土壤 改良剂对 弱碱性荔枝园土壤性质及荔枝生长的影响 南方 农业学报 鲁如坤 土壤农业化学分析方法 北京 中国农 业科技出版社 关松荫 土壤酶及其研究法 北京 农业出版社 王豪吉 施梦馨 徐应垚 等 生物炭与有机肥配施对 耕地红壤酶活性及作物产量的影响 云南师范大 学学报 自然科学版 黄昌勇 徐建明 土壤学 北京 中国农业出版 社 罗庆华 张余 黄小燕 等 不同肥料处理对连作甜荞 根际土壤 根系分泌有机酸及生长的影响 河北 农业大学学报 张雅贞 李跃进 景宇鹏 等 施用有机肥对土默川平 原盐碱土土壤盐分及养分特征的影响 北方农业 学报 侯会静 韩正砥 杨雅琴 等 生物有机肥的应用及其 农田环境效应研究进展 中国农学通报 何浩 危常州 李俊华 等 商品有机肥替代部分化肥 对玉米生长 产量及土壤肥力的影响 新疆农业 科学 陈智坤 冯璞阳 井光花 等 不同改良措施对关中典 型设施盐碱土质量的影响 北方园艺 汪瑞 李泽成 王豪吉 等 烟秆炭对白及连作地的改 良效果研究 云南师范大学学报 自然科学版 郭鹏飞 葛新伟 王锐 等 有机肥对酿酒葡萄土壤微 生物 酶活性及产量的影响 干旱地区农业研究 曲成闯 陈效民 张志龙 等 施用生物有机肥对黄瓜 连作土壤有机碳库和酶活性的持续影响 应用生 态学报 韩建 尹兴 郭景丽 等 有机肥施用对红地球葡萄产 量 品质及土壤环境的影响 植物营养与肥料学 报 陈贵 张红梅 沈亚强 等 猪粪与牛粪有机肥对水稻 产量 养分利用和土壤肥力的影响 土壤 王艳哲 刘秀位 孙宏勇 等 水氮调控对冬小麦根冠 比和水分利用效率的影响研究 中国生态农业学 报 柴华 何念鹏 中国土壤容重特征及其对区域碳贮量 估算的意义 生态学报 下转 页 第 期 施梦馨 等 施用有机肥对碱性土壤理化特征与作物生长的影响 上接 页 第 期 杨云 等 镉胁迫对鬼针草和狼尾草种子萌发及幼苗生长的影响