施用有機肥對堿性土壤理化特征與作物生長的影響.pdf

云南師范大學學報 自然科學版 施用有機肥對堿性土壤理化特征與作物生長的影響 施夢馨 王豪吉 土馨雨 馬佳輪 朱興果 白雪 官會林 徐武美 云南師范大學 高原特色中藥材種植土壤質量演變退化與修復云南省野外科學觀測研究站 云南省農(nóng)村能源工程重點實驗室 云南 昆明 摘要 以改良堿性土壤為目的 以生物質有機肥為試驗材料 以廣泛食用的白菜 為種植作物 開展盆栽試驗研究 有機肥施加量為 和 以不施加為對照 每個 處理重復 次 白菜栽種 個月后 對不同處理下土壤理化性質 酶活性 作物氮 磷含量及產(chǎn)量進行了 測定 統(tǒng)計分析表明 施用有機肥可顯著降低堿性土壤 增加土壤有機質 水解氮和有效磷含量 并明 顯提高磷酸酶 脲酶和蔗糖酶活性 此外 施用有機肥顯著提高了作物產(chǎn)量 降低了作物根冠 比 提高了葉片氮和磷含量 關鍵詞 有機肥 土壤肥力 酶活性 作物產(chǎn)量 堿性土壤 中圖分類號 文獻標志碼 文章編號 我國堿性土壤區(qū)主要集中在西北與華北地 區(qū) 在東北腹地及濱海地區(qū)也有少量分布 此 外 由于堿性污水排放及自然因素等 我國南方也 存在少量堿性土壤區(qū) 鹽堿地的可持續(xù)利用是 公認的技術難題 土壤堿化會降低養(yǎng)分元素的 供應能力 進而影響土壤生產(chǎn)力 比如 土壤 升高會促進土壤中銨態(tài)氮從離子態(tài)向分子態(tài)轉 化 從而加速氮的揮發(fā) 降低土壤氮含量 同 時 土壤堿化也會影響土壤中 及 等 養(yǎng)分元素的可利用性 此外 土壤 直接影響 著土壤酶活性 從而影響土壤物質循環(huán)與養(yǎng)分供 應 關于如何有效降低堿性土壤 提高土壤 生產(chǎn)力 國內外已有一定的研究報道 如施用 酸性木醋液能顯著降低堿性土壤 提升土壤 酶活性與有效養(yǎng)分含量 施用硫酸鹽 硫黃和 酒糟等也能有效調節(jié)堿性土壤 增加土壤養(yǎng) 分供應能力 此外 施用水楊酸鈉對提高堿性 土壤養(yǎng)分可利用性 促進作物生長也有明顯效 果 酸性化學物質對土壤的調酸效果較好 但 大量使用也可能對土壤肥力造成一定的負面影 響 有機肥含有豐富而全面的營養(yǎng)元素 有機 質在分解過程中會產(chǎn)生一定量的有機酸 且其本 身對土壤 具有一定的緩沖作用 然而 其對堿 性土壤調酸增肥的效果與機理還少有研究 因此 本研究通過盆栽試驗 探究了有機肥對堿性土壤 的改良效果 并通過作物養(yǎng)分生理特征等的定量 分析 探索了有機肥改良堿性土壤肥力的內在機 理 旨在為提高堿性土壤生產(chǎn)力提供理論與試驗 依據(jù) 收稿日期 基金項目 國家自然科學基金資助項目 云南省應用基礎研究計劃資助項目 作者簡介 施夢馨 女 云南曲靖人 碩士研究生 主要從事耕地土壤改良方面研究 通信作者 徐武美 材料與方法 試驗材料 供試土壤采自昆明市呈貢區(qū)的云南師范大學 研究生實踐基地 由于施用石灰等原因 土壤呈堿 性 值為 有機肥由云南某肥料公司提供 以畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈為原料 經(jīng)高溫堆制腐 熟工藝而成 土樣和有機肥的各項理化指標見表 供試作物為廣泛食用的白菜 種子由山東某種業(yè)公司提供 表 供試土壤與有機肥的基本理化特征 樣品 電導率 有機質 水解氮 有效磷 速效鉀 土壤 有機肥 試驗設計 每個圓形花盆中放入 土樣 分別按照 或 的施加量施用有機肥 標記為 與 以不施加為對照 共 個處理 每 個處理重復 次 將有機肥與土壤混合均勻 澆水 浸透后自然放置 周 于 年 月 日統(tǒng)一 移栽長勢均一的白菜幼苗 每盆 株 作物栽種后 進行統(tǒng)一管理 栽種 后采收 樣品采集 作物采收后 將其葉片和根分別洗凈 用烘箱 在 環(huán)境下烘干 隨后在 環(huán)境 下烘干至恒重 用電子天平稱重 產(chǎn)量用葉重表 示 將葉片粉碎過篩后測定氮和磷含量 表示植物 氮和磷養(yǎng)分狀況 用 環(huán)刀采集新鮮土樣 測定土壤容重 另采集土樣并自然風干 分別過孔 徑為 和 的篩 用于測定土壤理 化因子與酶活性 樣品分析 值參照農(nóng)業(yè)標準 水 土比為 用 計 雷磁 進行測 定 電導率參照環(huán)境標準 水土比 為 用 計 進行測定 容重參 照農(nóng)業(yè)標準 用環(huán)刀法進行 測定 有機質含量參照農(nóng)業(yè)標準 用濃硫酸 重鉻酸鉀溶液消解 標準硫酸亞 鐵溶液進行滴定 水解氮含量參照林業(yè)標準 利用堿解擴散法進行測定 有效磷 含量參照 土壤農(nóng)業(yè)化學分析方 法 用 碳酸氫鈉溶液浸提 用紫外 分光光度計 上海元析儀器有限公 司 進行測定 速效鉀用 溶液 浸提 用連續(xù)流動火焰光度計 進行測定 土壤 磷酸酶 蔗糖酶 脲酶和過氧化氫酶活性均參照相 關文獻用紫外分光光度計 進行測 定 作物氮磷含量參照農(nóng)業(yè)標準 經(jīng)硫酸 過氧化氫溶液消解后用流動分 析儀 進行 測定 數(shù)據(jù)分析 用 檢驗分析各變量的正態(tài)性 土壤和作物各項檢測指標均服從正態(tài)分布 用單因素方差分析 與 多重比較檢驗不同處理對土壤理化因子 酶活性 作物氮 磷含量和產(chǎn)量的影響 用 相關分析探究土壤理化指標 酶活性與作物產(chǎn)量 的關聯(lián)性 以上分析均利用 進行 研究結果 施加有機肥對堿性土壤理化特征與酶活性 影響 單因素方差分析表明 施用有機肥對堿性土 第 期 施夢馨 等 施用有機肥對堿性土壤理化特征與作物生長的影響 壤 有機質 水解氮 有效磷含量以及磷酸酶 蔗糖酶 脲酶和過氧化氫酶活性均具有顯著影響 而對土壤電導率 容重和速效鉀的影 響不顯著 表 多重比較分 析表明 與對照相比 施加有機肥顯著降低了堿性 土壤 處理下 降至 接 近中性水平 圖 不同有機肥處理均顯著增加 了堿性土壤有機質 水解氮和有效磷含量 圖 處理下有機質含量最高 與 對照相比增加了 倍 同樣 處理下水解氮 和有效磷含量最高 但較 無顯著差異 施用有 機肥顯著增加了堿性土壤磷酸酶 脲酶和蔗糖酶 活性 但過氧化氫酶活性降低 圖 處理下磷酸酶和脲酶的活性最高 過氧 化氫酶活性最低 處理下蔗糖酶活性最高 但 與 處理對不同土壤酶活性的影響均不顯 著 表 施用有機肥影響堿性土壤理化特征和酶活性的單因素方差分析 土壤特征 變異來源 自由度 平方和 均方 方差 值 組間 組內 電導率 組間 組內 容重 組間 組內 有機質 組間 組內 水解氮 組間 組內 有效磷 組間 組間 速效鉀 組內 組間 磷酸酶 組內 組間 蔗糖酶 組內 組間 脲酶 組內 組間 過氧化氫酶 組內 組間 云南師范大學學報 自然科學版 第 卷 僅展示不同處理下具有顯著差異的土壤因子 不同字母標記表示基于 多重比較的差異顯著性 下同 圖 不同有機肥施加量對堿性土壤理化特征和酶活性的影響 不同有機肥施加量對作物生長及氮磷含量 的影響 單因素方差分析表明 施用有機肥對作物生 長具有顯著影響 表 多重 比較分析表明 作物葉重和根重均隨有機肥施用量 的增加而顯著提高 與對照相比 處 理下葉重和根重分別提高了 倍和 倍 圖 施用有機肥顯著降低了根冠比 使作物傾向 于地上部分的生長 圖 葉氮和磷含量隨有機 肥施用量的增加而顯著提高 圖 第 期 施夢馨 等 施用有機肥對堿性土壤理化特征與作物生長的影響 表 不同有機肥施用量影響作物生長的單因素方差分析 作物生長特征 變異來源 自由度 平方和 均方 方差值 值 產(chǎn)量 組間 組內 根重 組間 組內 根冠比 組間 組內 圖 施用有機肥對作物生長的影響 圖中陰影部分表示 置信區(qū)間 圖 不同有機肥施加量對土壤與作物氮和磷含量的影響 作物產(chǎn)量與堿性土壤理化性質和酶活性的 關聯(lián)性 相關分析表明 作物產(chǎn)量與堿性土壤 呈 顯著負相關 與有機質 有效磷 磷酸酶 蔗糖酶和 脲酶活性呈顯著正相關 土壤電導率 容重以及水解氮和速效鉀含量與作物產(chǎn)量之間的 相關性不顯著 表 土壤 與磷酸 酶 脲酶和蔗糖酶活性呈顯著負相關 與過氧化氫 酶活性呈顯著正相關 此外 土壤磷酸 酶活性與有效磷含量呈顯著正相關 脲酶活性與水解氮含量呈顯著正相關 作物產(chǎn)量與根冠比的關系趨向于二次函數(shù)關系 當根冠比增加到一定范 圍時 其與產(chǎn)量的關聯(lián)性逐漸降低 圖 云南師范大學學報 自然科學版 第 卷 表 作物產(chǎn)量與堿性土壤理化因子和酶活性的關聯(lián)性 產(chǎn)量 電導率 容重 有機質 有效磷 水解氮 速效鉀 磷酸酶 脲酶 蔗糖酶 過氧化氫酶 電導率 容重 有機質 有效磷 水解氮 速效鉀 磷酸酶 脲酶 蔗糖酶 過氧化氫酶 根冠比 表中所示為 相關系數(shù) 圖 作物產(chǎn)量隨土壤 和作物根冠比的變化 討論 有機肥對堿性土壤的調酸作用 土壤 是反映堿性土壤改良效果的關鍵指 標 與土壤生產(chǎn)力具有密切的關聯(lián)性 土壤中 的重碳酸鹽 碳酸鹽和硅酸鹽等堿金屬鹽的積累 可導致土壤堿化 因此降低堿性鹽基離子活性 是 改良堿性土壤的關鍵 研究通過施加生物質有 機肥 顯著降低了堿性土壤 當施加量為 時 土壤 降低至 可能是由于有機肥吸附 土壤中堿金屬離子所致 等 證實了施 用有機肥能有效降低土壤中 及 等金屬離子活性并降低土壤 同時 有機 肥可為土壤微生物提供營養(yǎng)物質 微生物分解有 機質的過程中產(chǎn)生的有機酸對堿性土壤 可起 到緩沖或調節(jié)作用 施用有機肥提高了堿性土壤養(yǎng)分可利用性 有機肥含有豐富的有機質和無機養(yǎng)分 施用 后可有效改善土壤物理環(huán)境 提高養(yǎng)分可利用水 平 施用有機肥能顯著增加土壤微生物活性 促進土壤有機物質的分解與養(yǎng)分循環(huán) 從而增加 土壤肥力 本研究表明 施用有機肥顯著增加 了堿性土壤有機質 水解氮和有效磷含量 提升了 土壤肥力 一方面是因為有機肥中無機養(yǎng)分含量 很高 表 施用后可直接提高速效養(yǎng)分含量 另 一方面 施用有機肥降低了土壤 從而促進了 土壤無機養(yǎng)分的釋放 等 研究了長期施 第 期 施夢馨 等 施用有機肥對堿性土壤理化特征與作物生長的影響 用有機肥對土壤肥力的影響 發(fā)現(xiàn)其增加了土壤 總養(yǎng)分含量 提升了土壤礦化有機物質的能力 從 而對提升土壤肥力產(chǎn)生積極影響 此外 由于有機 肥富含有機質 具有較強的吸附性與保肥能力 這 也可能是使土壤持續(xù)保持較高肥力的原因 等 研究表明 有機與無機肥料配合使用能有效 減少土壤養(yǎng)分流失 提高無機養(yǎng)分利用率 施用有機肥提高了堿性土壤酶活性 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質 對提高土壤養(yǎng)分供應 能力具有重要意義 由于酶的主要成分為生 物大分子物質 對土壤環(huán)境較為敏感 施用有 機肥能有效改善土壤環(huán)境 提高土壤微生物活性 從而使土壤酶活性增加 本研究中 施用有機 肥顯著增加了堿性土壤磷酸酶 脲酶和蔗糖酶的 活性 相關分析表明 土壤 與酶活性 具有顯著的相關性 表 與曲成闖等 基于黃 瓜連作土壤的研究結果一致 表明調節(jié)堿性土壤 是提升堿性土壤酶活性的有效途徑 然而 施 用有機肥降低了堿性土壤過氧化氫酶活性 這可 能與施用有機肥改善了堿性土壤環(huán)境 且有機肥 具有較低的氧化還原電位有關 其內在機理還 需進一步研究 施用有機肥提高了作物氮 磷含量及產(chǎn)量 堿性土壤常因肥力供應不足和 過高等原 因抑制了作物的生長 不利于提高土壤生產(chǎn) 力 有機肥是常用的土壤改良材料和化肥替代 品 大量研究表明 施用有機肥可有效改善土壤環(huán) 境 增加土壤養(yǎng)分含量 并顯著提高作物產(chǎn)量和品 質 本研究表明 施用有機肥顯著促進了堿性 土壤作物地上和地下部分生長 提高了作物產(chǎn)量 此外 施用有機肥還提高了作物葉片氮和磷含量 且土壤 有機質 有效磷和酶活性與作物產(chǎn)量 具有顯著相關性 表 表明有機肥的 調酸增 肥 作用是作物增產(chǎn)的主要原因 此外 施用有機 肥顯著降低了作物根冠比 圖 王艷哲等 提 出根冠比可反映土壤肥力供應能力 根冠比越小 土壤肥力供應越高 結語 施用有機肥可顯著降低堿性土壤 并增加 土壤有機質 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 施用有機肥顯著提 高了作物產(chǎn)量 降低了作物根冠比 提高了葉片氮 和磷含量 與 的有機肥施加量對作物產(chǎn)量 的影響無顯著差異 因此 基于供試土壤與有機肥 的基本特征 表 建議施加量為 我國陸地 生態(tài)系統(tǒng)土壤容重平均值約為 以 耕作層為地表 進行計算 每畝地的有機肥 施加量約為 噸 研究為我國堿性土壤區(qū)耕地 土壤改良與作物產(chǎn)量提升提供了理論與試驗依 據(jù) 參考文獻 徐子棋 許曉鴻 松嫩平原蘇打鹽堿地成因 特點及 治理措施研究進展 中國水土保持 王佳麗 黃賢金 鐘太洋 等 鹽堿地可持續(xù)利用研究 綜述 地理學報 劉興詔 黃旻 黃柳菁 中國部分大中城市居住區(qū)園 林土壤堿化現(xiàn)狀及主要成因 西北林學院學報 田冬 高明 徐暢 土壤水分和氮添加對 種質地紫 色土氮礦化及土壤 的影響 水土保持學報 胡敏 向永生 魯劍巍 石灰用量對酸性土壤 值 及有效養(yǎng)分含量的影響 中國土壤與肥料 周紅娟 耿玉清 叢日春 等 木醋液對鹽堿土化學性 質 酶活性及相關性的影響 土壤通報 李玉 田憲藝 王振林 等 有機肥替代部分化肥對濱 海鹽堿地土壤改良和小麥產(chǎn)量的影響 土壤 云南師范大學學報 自然科學版 第 卷 程虎 王紫泉 周琨 等 木醋液對堿性土壤微生物數(shù) 量及酶活性的影響 中國環(huán)境科學 邵伏文 姜超強 祖朝龍 等 硫磺和酒糟對烤煙生長 和煙葉品質以及堿性土壤 的影響 西北植物 學報 邱全敏 羅東林 羅樂洋 等 施用土壤 改良劑對 弱堿性荔枝園土壤性質及荔枝生長的影響 南方 農(nóng)業(yè)學報 魯如坤 土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法 北京 中國農(nóng) 業(yè)科技出版社 關松蔭 土壤酶及其研究法 北京 農(nóng)業(yè)出版社 王豪吉 施夢馨 徐應垚 等 生物炭與有機肥配施對 耕地紅壤酶活性及作物產(chǎn)量的影響 云南師范大 學學報 自然科學版 黃昌勇 徐建明 土壤學 北京 中國農(nóng)業(yè)出版 社 羅慶華 張余 黃小燕 等 不同肥料處理對連作甜蕎 根際土壤 根系分泌有機酸及生長的影響 河北 農(nóng)業(yè)大學學報 張雅貞 李躍進 景宇鵬 等 施用有機肥對土默川平 原鹽堿土土壤鹽分及養(yǎng)分特征的影響 北方農(nóng)業(yè) 學報 侯會靜 韓正砥 楊雅琴 等 生物有機肥的應用及其 農(nóng)田環(huán)境效應研究進展 中國農(nóng)學通報 何浩 危常州 李俊華 等 商品有機肥替代部分化肥 對玉米生長 產(chǎn)量及土壤肥力的影響 新疆農(nóng)業(yè) 科學 陳智坤 馮璞陽 井光花 等 不同改良措施對關中典 型設施鹽堿土質量的影響 北方園藝 汪瑞 李澤成 王豪吉 等 煙稈炭對白及連作地的改 良效果研究 云南師范大學學報 自然科學版 郭鵬飛 葛新偉 王銳 等 有機肥對釀酒葡萄土壤微 生物 酶活性及產(chǎn)量的影響 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究 曲成闖 陳效民 張志龍 等 施用生物有機肥對黃瓜 連作土壤有機碳庫和酶活性的持續(xù)影響 應用生 態(tài)學報 韓建 尹興 郭景麗 等 有機肥施用對紅地球葡萄產(chǎn) 量 品質及土壤環(huán)境的影響 植物營養(yǎng)與肥料學 報 陳貴 張紅梅 沈亞強 等 豬糞與牛糞有機肥對水稻 產(chǎn)量 養(yǎng)分利用和土壤肥力的影響 土壤 王艷哲 劉秀位 孫宏勇 等 水氮調控對冬小麥根冠 比和水分利用效率的影響研究 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學 報 柴華 何念鵬 中國土壤容重特征及其對區(qū)域碳貯量 估算的意義 生態(tài)學報 下轉 頁 第 期 施夢馨 等 施用有機肥對堿性土壤理化特征與作物生長的影響 上接 頁 第 期 楊云 等 鎘脅迫對鬼針草和狼尾草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響