盐碱地改良剂与肥料混施对土壤pH值及玉米生长发育的影响

杜康瑞1,2,段喜明1,赵晋忠2,胡晓芳2,贾俊仙2,张建刚2,张永坡2,岳爱琴3,杜维俊3

(1.山西农业大学 林学院,山西 太谷 030801;2.山西农业大学 文理学院,山西 太谷 030801;3.山西农业大学 农学院,山西 太谷 030801)

摘要:我国土地盐碱化日益严重,农业可持续发展受到严重阻碍,盐碱地改良迫在眉睫。以玉米先玉335为研究对象,在山西省清徐县徐沟镇的盐碱地条件下,探究新型改良剂乙酰化葡萄糖与尿素、磷肥和有机肥的不同配施组合对土壤的改良效果及对玉米生长发育的影响。结果表明,乙酰化葡萄糖、尿素、磷肥和有机肥混合施用对盐碱地改良效果最为显著,土壤pH值与对照相比降低了0.32;玉米叶片的SPAD值提高了50.834,净光合作用速率提高了21.8 μmol/(m2·s);玉米拔节期和收获期的株高与茎粗均有极大增加,分别增加了45.99,0.36 cm和77.13,0.50 cm;玉米穗长、单穗质量、百粒质量以及穗粒数均有极大增加,分别增大了5.06 cm、118.216 g、11.123 g和271.8粒。改良剂乙酰化葡萄糖与肥料的混合施用能促进作物生长并改善土壤理化性状,其可以作为未来盐碱地改良的重要措施之一。

关键词:乙酰化葡萄糖;盐碱地;改良剂;玉米;生长发育;土壤pH值

盐碱地是盐类集积的一个种类,全世界盐碱地的面积约为9.544×108 hm2,我国的盐碱地面积为9.913×107 hm2[1],占土地总面积的10.9%,并且我国耕地盐碱化的问题日趋严重,在国内呈现出整体严重恶化、局部地区开展治理、总体面积增加的趋势,已经成为我国社会经济发展和生态环境保护恢复的重要影响因素[2]。盐碱地主要分布在地势平坦的地带,土层深厚适宜机械耕作,改良利用盐碱土具有巨大的潜在生产力,因此盐碱地改良迫在眉睫,刻不容缓。

现在社会的急速发展和科学技术的巨大进步,盐碱土的治理也有了巨大的成效。夏婷[3]研究结果表明,施用石膏、打孔填砂、中耕、防蒸覆盖、起垄沟植等措施能显著改良盐碱地。孙宇男等[4]用苏打盐碱土进行室内模拟试验,结果表明,施加硫酸铝后可以明显降低苏打盐碱土中的盐类物质及土壤pH值,土壤得到明显改善。杨艳丽等[5]的室内培养研究结果表明,生物质炭与盐酸的配施可有效降低苏打盐渍土的pH值、电导率、容重、渗透系数等,改善土壤理化性质,促进燕麦生长。金凤鹤等[6]田间试验研究结果表明,在苏打盐碱土中施加泥炭后,玉米增产效果极其显著,同时土壤有机质含量增加,土壤含盐量明显降低。卢星辰等[7]通过探究脱硫石膏、蚯蚓粪、硫磺、糖醛渣、沸石的不同配施组合,结果表明,在盐碱土中施用改良剂能促进作物生长并改善土壤性状。

国内外在盐碱地改良技术方面已经取得了许多成功的经验,但是由于各区域的气候、地下水、生态环境以及人为影响因素等方面的不同,导致在改良盐碱地的过程中取得的效果差距很大。盐碱地的改良是一个长期的系统过程,改良盐碱土的核心就是改善盐碱地的生态环境,创造适合植物生长的生存条件[2]。利用化学措施改良盐碱地会对盐碱土壤造成两方面的影响:一可以改善土壤的理化性质;二可以改变土壤团粒结构。通过改良剂的施加,可以降低土壤容重、增加通气孔隙度、促进微生物活性、增加土壤酶活性、增加土壤中N、P、K等养分及土壤微量元素的含量。

本研究采用的是化学措施改良盐碱地,探究改良剂乙酰化葡萄糖与尿素、磷肥和有机肥的不同配施组合对盐碱地土壤性状及玉米生长发育的影响,以期筛选出适宜山西盐碱地改良的新型改良剂配方,为盐碱地改良提供理论依据和技术保证。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试新型改良剂为乙酰化葡萄糖,供试肥料为尿素、磷肥、有机肥,不同配施组合及用量如表1所示;供试玉米品种为先玉335。

1.2 试验设计

2017年5月在山西省清徐县徐沟镇盐碱地进行田间试验。试验采用随机区组设计,根据田间试验情况,相应设置了6个处理:CK,T1,T2,T3,T4,T5(表1)。每个处理3个重复。共有18个试验小区,每个小区面积为72 m2(9 m×8 m),小区内种植玉米采用铺膜膜上穴播[8-9],8行区,行距为0.55 m,株距为0.3 m。种植前7 d施用改良剂以及肥料进行翻耕处理。

表1 各处理材料用量
Tab.1 Material dosage of each treatment

处理Treatment 用量DosageCK不添加任何改良剂T1尿素3.5 kg,磷肥2.2 kgT2有机肥22 kgT3乙酰化葡萄糖1 kgT4尿素3.5 kg,磷肥2.2 kg,乙酰化葡萄糖1 kgT5尿素3.5 kg,磷肥2.2 kg,有机肥22 kg,乙酰化葡萄糖1 kg

1.3 测定项目及方法

玉米拔节期和收获期分别测定株高、茎粗;拔节期测定叶片的光合作用和叶绿素含量,分别采用荧光仪和叶绿素仪测定;玉米收获期采用5点取样法采集根系土壤测定pH值,采用电位法,水土比为2.5∶1测定。玉米收获后考种,测定穗长、百粒质量、单穗质量以及穗粒数。

1.4 数据分析

采用SPSS 22.0进行数据分析,结果用平均数±标准误表示。单因素方差分析(ANOVA)后进行多重比较(LSD),显著水平用0.05和0.01表示。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤pH值的影响

pH值是衡量土壤酸碱度的基本标准。土壤的酸碱度是影响土壤肥力的重要因素之一,它影响着土壤养分的存在状态、有效性以及土壤微生物的活动,同时它还决定肥料的施用,而且对土壤中有机质的矿化等都有很大的影响,因此,对植物的生长发育有直接影响。从图1可以看出,添加土壤改良剂乙酰化葡萄糖后,土壤的pH值显著降低,不同处理土壤pH值均有所下降,下降为0.12~0.32,各处理的土壤pH值与对照相比,添加土壤改良剂的处理T3和T4均达到显著水平。结果表明,乙酰化葡萄糖可作为一种有效的盐碱地改良剂。

字母表示差异达0.05显著水平。图2同。
Letters indicate a significant difference of 0.05.The same as Fig.2.

图1 不同处理对盐碱地pH值的影响
Fig.1 The effect of different treatments on pH value

2.2 不同处理对玉米株高和茎粗的影响

玉米产量与株高和茎粗具有较大的关联性[10],株高在很大程度上决定了玉米群体冠层对光的截获能力和光能利用率[11];茎粗则在很大程度上决定了玉米的抗倒伏能力[12]。因此,玉米的株高和茎粗对玉米产量具有较大的影响。

从表2可以看出,添加土壤改良剂可以显著增加玉米在拔节期和收获期的株高,分别增加18.76~45.99 cm和46.27~77.14 cm,各处理与对照相比均达到极显著水平,其中, T1和T4在拔节期和收获期均达到极显著水平,T2和T5在拔节期达到极显著水平,在收获期达到显著水平,结果表明,添加乙酰化葡萄糖的效果显著。以上结果说明,土壤中添加乙酰化葡萄糖对玉米株高具有良好的促进作用。并且以尿素、磷肥、有机肥和乙酰化葡萄糖处理盐碱地对玉米株高的影响效果最好。

从表2还可以看出,各处理对玉米茎粗有显著提高的作用,在拔节期和收获期可增加玉米茎粗0.18~0.36 cm和0.09~0.50 cm,其中,与对照相比,T3、T4和T5处理在拔节期和收获期的差异均达到极显著水平;比较T4与T2处理可知,在玉米拔节期间,尿素和磷肥中施加乙酰化葡萄糖可以显著影响玉米茎粗。分析结果表明,以尿素、磷肥、有机肥和乙酰化葡萄糖处理盐碱地对玉米茎粗的影响效果最好。

表2 不同处理对玉米株高和茎粗的影响
Tab.2 The effect of different treatments on plant height and stem diameter cm

处理Treatment株高/cmPlant height茎粗/cmStem diameter拔节期Jointing stage收获期Harvest period拔节期Jointing stage收获期Harvest periodCK84.59±2.12aA148.93±4.13aA2.41±0.04aA2.06±0.07aAT1103.35±3.67bB195.20±3.57bB2.59±0.07abAB2.15±0.11aABT2117.49±2.49cC217.00±4.57cC2.79±0.07bcBC2.41±0.08bBCT3129.24±4.75dCD226.87±3.62cdC2.94±0.08cCD2.51±0.07bCT4130.58±4.06eE229.93±1.70dC3.15±0.07dD2.62±0.09bCT5158.62±3.43dD226.07±2.86cdC2.77±0.08bcBC2.56±0.09bC

注:表中数据为平均值±标准误;同一列不同大写字母表示各处理间在0.01水平差异极显著,同一列不同小写字母表示各处理间在0.05水平差异显著。表3-4同。

Note: The data in the table are mean ± standard error;Different uppercase letters in the same column indicate significant differences between treatments at the level of 0.01, while different lowercase letters in the same column indicate significant differences between treatments at the level of 0.05.The same as Tab.3-4.

2.3 不同处理对玉米穗长、单穗质量、百粒质量以及穗粒数的影响

玉米的穗长、单穗质量和百粒质量是构成产量的主要因素。从表3可以看出,与对照相比,各处理对玉米穗长、单穗质量、百粒质量和穗粒数都有显著提高,分别提高2.49~5.06 cm、16.48~118.22 g、6.64~11.12 g和35.12~271.88粒。穗长和百粒质量T1、T2、T3、T4、T5处理与对照相比均达到显著水平,百粒质量达到了极显著水平。添加乙酰化葡萄糖的处理与不添加的处理相比,穗长、单穗质量、百粒质量和穗粒数均达到了显著水平,百粒质量T4和T5处理达到显著水平。并且T5的处理效果最为明显。因此,尿素、磷肥、有机肥和乙酰化葡萄糖混合使用对盐碱地上的玉米产量增产效果最好。

2.4 不同处理对玉米叶片SPAD值的影响

从图2可以看出,各处理与对照相比均达到显著水平,其中,T4和T5均达到极显著水平。其中,添加乙酰化葡萄糖的T3、T4和T5处理小区玉米叶片SPAD值明显增高,T5处理对玉米叶片SPAD值的影响最大,比对照提高了114%。分析结果表明,添加尿素、磷肥、有机肥和乙酰化葡萄糖的混合处理,对玉米叶片SPAD值的影响最大。

表3 不同处理对玉米穗长、单穗质量、百粒质量和穗粒数的影响
Tab.3 The analysis results of ear length, single spike quality, 100-grain quality and grain number per ear under different treatments

处理Treatment穗长/cmEar length单穗质量/gSingle spike quality百粒质量/g100-grain quality穗粒数Grain number per spikeCK14.65±0.61aA120.57±7.60aA33.67±0.29aA242.79±16.34aAT117.14±0.71bcABC150.22±11.21abABC42.30±0.52cC277.91±20.62aAT216.83±0.54bAB137.05±4.94aAB40.87±0.32bB217.35±10.90aAT318.96±0.73cdBC180.14±11.29bcBC40.31±0.24bB373.76±22.60bBT419.83±0.84dC200.76±23.36cCD44.15±0.29dD443.44±38.63cBCT519.71±0.71dC238.79±13.68dD44.79±0.37dD514.67±13.81dC

图2 不同处理对SPAD值的影响
Fig.2 The effect of different treatments on SPAD value

2.5 不同处理对玉米叶片蒸腾速率、气孔导度和净光合速率的影响

光合作用是植物进行生长和产量形成的基础,玉米叶片的蒸腾速率在很大程度上取决于气孔的活动状态,而气孔的波动性变化是对水分亏缺的适应[13]。玉米叶片的气孔导度越大,叶片的蒸腾速率越快,叶片对二氧化碳的吸收越多,植物的净光合作用速率就越大。叶绿素含量与光合速率和蒸腾速率密切相关[14-18]

从表4可以看出,与对照相比,各处理在气孔导度、蒸腾速率、净光合速率指标均有所提高,气孔导度T3、T4、T5处理和CK、T1处理相比,均有显著性差异,蒸腾速率T2、T3、T4处理和CK、T1达到显著性差异,净光合速率T5处理与CK、T1、T2均达到显著性差异,与CK达到极显著差异。说明乙酰化葡萄糖对盐碱地上的玉米光合作用的效果明显。

表4 不同处理对玉米叶片蒸腾速率、气孔导度和净光合速率的影响
Tab.4 The effect of different treatments on stomatal conductance,transpiration rate and net photosynthetic rate

处理Treatment气孔导度/(mmol/(m2·s))Stomatal conductance蒸腾速率/(mmol/(m2·s))Transpiration rate 净光合速率/(μmol/(m2·s)) Net photosynthetic rate CK48.37±6.48aA1.85±0.13abAB6.13±3.90aAT158.47±32.79aAB1.04±0.53aA12.34±4.55aABT289.50±27.43abAB3.70±0.75cBC15.33±4.02abABT3181.87±24.80cB3.94±0.30cC29.24±1.98bcBT4155.15±21.50bcAB3.70±0.26cBC17.01±5.51abcABT5168.25±34.86bcAB3.08±0.36bcBC27.93±2.32cB

3 结论与讨论

改良盐碱地对增加农民收入、实现农业可持续发展意义重大。利用新型改良剂乙酰化葡萄糖改良土壤盐碱程度的同时,并不会造成土地的二次污染,乙酰化葡萄糖在反应后生成的葡萄糖不仅可以促进植物生长,而且有利于土壤微生物的繁殖,同时可提高土壤有机质[19],而且玉米叶片的SPAD值和净光合速率也有显著影响,SPAD值是叶绿素的相对含量或者说代表植物绿色程度的一个参数。SPAD 值(SPAD readings)通常被称作叶色值(Leaf color values)[20]。通过测定水稻、棉花、玉米、高粱、大豆等作物的叶绿素含量及SPAD 值后,确定了SPAD值与叶绿素含量的相关函数,发现二者相关性达到了极显著水平,表明可以用SPAD 值表示叶绿素的含量[21-22]。叶片叶绿素含量的消长规律是反映叶片生理活性变化的重要指标之一,与叶片光合能力的大小和产量关系密切[23]。研究表明,夏玉米叶片的SPAD 值与产量存在线性相关关系[24]。另外,添加乙酰化葡萄糖可以显著降低盐碱地土壤的碱化度,并且在与尿素、磷肥和有机肥的混合施用中,可显著增加玉米的株高与茎粗,使用效果良好;可提高玉米叶片的SPAD值,显著增加叶片的净光合速率;极大地增加玉米产量。

因此,新型改良剂乙酰化葡萄糖与尿素、磷肥以及有机肥的混合施用可以更加有效地改良盐碱地土壤。在今后的盐碱地改良中,新型改良剂乙酰化葡萄糖将会发挥更大的作用,为盐碱地的改良提供一定技术支持。

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Effects of Saline-alkali Land Improver and Fertilizer on Soil pH and Maize Growth and Development

DU Kangrui1,2,DUAN Ximing1,ZHAO Jinzhong2,HU Xiaofang2,JIA Junxian2,ZHANG Jiangang2,ZHANG Yongpo2,YUE Aiqin3,DU Weijun3

(1.College of Forestry,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China;2.College of Arts and Sciences,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China;3.College of Agronomy,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China)

Abstract The salinization of land in China is becoming more and more serious, and the sustainable development of agriculture is seriously hindered.Taking corn Xianyu 335 as the research object in this experiment, the effects of different combinations of acetylated glucose,urea,phosphate fertilizer and organic fertilizer on soil character improvement effect and effects of maize growth and development were investigated under the saline and alkaline land conditions in Xugou Town,Qingxu County,Shanxi Province. The results showed that the combination of acetylated glucose,urea,phosphate fertilizer and organic fertilizer had the most significant effect on the improvement of saline-alkali land. The pH of the soil was 0.32 lower than that of the control (without any treatment). The SPAD value of maize leaves increased by 50.834 and the net photosynthetic rate increased by 21.8 μmol/(m2·s). The plant height and stem diameter of maize at seedling uprooting stage and harvest stage increased by 45.99,0.36 cm and 77.13,0.50 cm,respectively. The ear length,ear weight,100-grain weight and grain number per ear of maize increased by 5.06 cm,118.216 g,11.123 g and 271.8 grains,respectively. The combination of acetylated glucose and fertilizer can promote crop growth and improve soil properties,which can be used as one of the important measures to improve saline-alkali land in the future.

Key words: Acetylated glucose; Saline-alkali land; Improver; Maize; Growth and development; Soil pH

中图分类号:S156.4

文献标识码:A

文章编号:1000-7091(2019)03-0180-06

收稿日期:2019-02-26

基金项目:山西省农业技术推广示范行动项目(SNJTGSFXD201317);山西省重点研发项目(201703D221008-4);山西省专利推广实施项目(131006)

作者简介:杜康瑞(1994-),男,山西运城人,在读硕士,主要从事水土保持与盐碱地改良研究。

通讯作者:段喜明(1967-),男,山西太谷人,教授,博士,硕士生导师,主要从事水土保持与荒漠化技术研究。

赵晋忠(1974-),男,山西吕梁人,教授,博士,博士生导师,主要从事生物化学与分子生物及盐碱地改良剂研究。

doi:10.7668/hbnxb.201751586