保水剂及有机酸土壤调理剂对盐碱地的改良效果及小麦产量的影响

来源:用户上传      作者:倪海峰　朱尤东　刘树堂　李昆仑　卢振宇　赵林

　　 摘要：为了解决盐碱地单一改良方式见效慢、存在潜在污染、经济效益低等问题，本研究采用综合治理措施，即将制备的有机酸土壤调理剂和保水剂联合使用开展大田试验，监测小麦生长过程中土壤盐分、有机质含量变化，测定肥料利用率和小麦产量，以此来综合评价保水剂及有机酸土壤调理剂对盐碱地的改良效果及小麦产量的影响。结果显示，保水剂和有机酸土壤调理剂联合施用（试验组B）效果最好，与空白组相比，轻度、中度盐碱土的含盐率分别减低19.9%和42.0%，土壤有机质含量分别增加23.4%和29.2%，小麦分别增产9.17%和15.73%;其肥料利用率也最高，比空白组高12.4%。
　　关键词：聚谷氨酸;海藻提取液;腐植酸;盐分迁移量;小麦产量
　　中图分类号：S156.4+3+S512.101 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2020）04-0121-05
　　Abstract In order to solve the problems of slow improvement， potential pollution and low economic benefits of single improvement method for saline-alkali land， this study adopted comprehensive management measures by combining the prepared soil conditioner and water-retaining agent to carry out field experiments. By monitoring the changes of soil salinity， organic matter content， fertilizer use rate and wheat yield during wheat growth， the effects of the water-retaining agents and organic acid soil conditioners on the improvement of saline-alkali land and wheat yield were comprehensively evaluated. The results showed that the combination of water-retaining agent and soil conditioner had the best effect. Compared with the control， in the slight and medium saline-alkline soil， the salt rate decreased by 19.9% and 42.0%， respectively; the soil organic matter content increased by 23.4% and 29.2 respectively， and the wheat yield increased by 9.17% and 15.73% respectively. The fertilizer use rate of the combination treatment was also the highest and increased by 12.4% compared with the control.
　　Keywords Polyglutamic acid; Algae extract; Humic acid; Salt migration; Wheat yield
　　
　　盐碱地的修复改良及其作物高产一直是国内外研究的难点和热点。我国盐碱地面积约为9 913×104 hm2，且盐碱化日趋严重[1]。盐碱地化学、物理、水利改良以及近年广泛使用的生物改良，存在着污染环境、返盐、成本高、见效慢等问题，因此很多研究者提出因地制宜综合施策改良方法。
　　有機酸土壤调理剂中的活化腐植酸能够有效改善土壤结构、增强土壤肥力、促进团粒形成、蓄水保墒[2]。土壤保水剂中的聚谷氨酸是由微生物合成的生物可降解高分子材料[3]，其最大吸水倍数比目前市售聚丙烯酸盐类吸水树脂高1倍以上，对土壤水分的吸收倍数为30～80 倍[4];保水剂中的海藻提取液含有海藻多糖、藻朊酸、高度不饱和脂肪酸和多种天然植物生长调节剂，具有很高的生物活性，能够调节内源激素的平衡[5]，其良好的保水性也具有开发成为盐碱地保水剂的巨大潜力。本试验根据滨州盐碱地土壤情况因地制宜将聚谷氨酸与海藻提取液、腐植酸复配整合，开发盐碱地专用保水剂和有机酸土壤调理剂，并对其进行田间效果评价，分析其在盐碱地土壤中盐分迁移控制、肥料利用率、小麦产量提升方面的效果，以期为研发盐碱地改良综合高效的复配保水剂和有机酸土壤调理剂提供理论依据，为提高盐碱地耕作经济效益提供技术支撑。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　供试肥料：市售施可丰海藻酸复合肥（N∶P∶K=18∶18∶18）。
　　供试保水剂：按照海藻提取液∶聚谷氨酸发酵液=1∶1比例配制。海藻提取液、聚谷氨酸发酵液由本实验室自行制备。
　　供试有机酸土壤调理剂：以醋渣、腐植酸等为主要原料制粒而成，有机质含量≥45%，NPK含量≥5%。
　　供试小麦品种：济麦20。
　　试验器材：土钻、电导率仪、标识牌、研钵等。
　　1.2 试验地概况
　　试验地位于黄河三角洲（滨州）国家农业科技园区，属中度、轻度盐碱地。中度盐碱地耕层有机质含量14.02 g/kg、含盐量2.90 g/kg;轻度盐碱地耕层有机质含量14.45 g/kg、含盐量1.67 g/kg。 　　1.3 试验方法
　　从2018年9月20日至2019年6月20日在黄河三角洲（滨州）国家农业科技园区开展有机酸土壤调理剂和保水剂田间效果试验。试验设4个处理，具体处理方式及用量见表1。随机区组排列，重复3次，小区面积100 m2。小麦按照300 kg/hm2播種量机播，同时施375 kg/hm2海藻酸复合肥作底肥。试验组A施加有机酸土壤调理剂，试验组B在施加有机酸土壤调理剂的同时添加保水剂，对照组、试验组A和试验组B分别在开春追肥海藻酸复合肥225 kg/hm2。小麦种植0、90、180、270天取土样，分析盐分和有机质含量变化。收获时每个试验组统计每公顷穗数、穗粒数、千粒重，单收记产。
　　1.4 保水剂及其原料制备
　　1.4.1 聚谷氨酸制备所用发酵菌种地衣芽孢杆菌A1-11为本实验室自行分离保存菌株。
　　种子培养基：蛋白胨10 g/L、牛肉膏5 g/L、氯化钠5 g/L、葡萄糖10 g/L，121℃灭菌20 min。培养条件：37℃、180 r/min培养13 h，OD值6左右、pH<8.0时下摇床。
　　发酵培养基：酵母膏60.0 g/L、谷氨酸44.0 g/L、氯化钠15.0 g/L、氯化钙1.5 g/L、硫酸镁1.5 g/L、葡萄糖36.0 g/L，pH值6.5，121℃灭菌20 min。培养条件：接种量按照5%，培养温度37℃，转速200 r/min，培养时间40 h。
　　1.4.2 海藻提取液制备称取100 g海带洗净、粉碎成小块，按1∶20加水2 L，再按2∶1比例加入氢氧化钠、碳酸钠，调节体系pH值12.0左右，90℃搅拌60 min，冷却后用HCl调节pH值至6.5～7.5之间，10 000 r/min离心取上清备用。
　　1.4.3 保水剂制备 聚谷氨酸发酵液和海藻提取液按1∶1（W/W）比例混合搅拌均匀，并调节pH值在6.5～7.5之间，即为保水剂。
　　1.5 有机酸土壤调理剂制备
　　按照醋渣（含水率35%，pH值3.5）400 kg、活化腐植酸（产地云南，总腐植酸52.7%，游离酸32.4%）200 kg、木薯渣（含水40%）400 kg、黏土50 kg制粒，即为有机酸土壤调理剂，具体指标见表2。
　　1.6 土壤盐分含量和有机质测定
　　有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、盐离子等指标测定参照鲍士旦[6]的方法进行。土壤盐分含量测定采用土∶水=1∶5配制成溶液，检测溶液电导率，代入线性方程换算出土壤含盐量。
　　1.7 小麦测产
　　根据农业农村部印发的《全国粮食高产创建测产验收办法》实收测产。
　　1.8 数据处理
　　试验数据用 Origin、Microsoft Excel软件进行处理和作图。
　　2 结果与分析
　　2.1 聚谷氨酸和海藻提取液不同配比的控盐效果
　　聚谷氨酸作为一种高水膨胀性的高分子化合物，能够减缓盐碱地水分蒸发[7]。海藻提取液富含大量有益元素，对作物生长有促进作用[8]。前期通过模拟盐碱地条件，按照图1A所示土柱装置进行预试验，探究聚谷氨酸和海藻提取液按照10∶0、3∶7、1∶1、7∶3、0∶10分别配比不同时段的控盐效果（图1B）。其中130 h时空白组的含盐量为10 g/kg，两者1∶1配制的含盐量最少为7.15 g/kg，控盐率达到28.5%。因此大田试验的保水剂采用海藻提取液∶聚谷氨酸=1∶1的比例进行配制。
　　另外，图1B中A为空白，B、C、D、E、F分别为海藻提取液∶聚谷氨酸=1∶1、7∶3、3∶7、10∶0、0∶10时的电导率。
　　2.2 不同处理土壤盐分的变化
　　通过检测电导率来监测盐碱地的盐分变化，结果（图2）表明，随时间推移，水分蒸发量增加，土壤盐分含量一直增加。270天时，空白组轻度盐碱上层土壤的含盐量增加最多，其次为空白组中度盐碱上层，较0天分别增加190.3%和143.0%，施加保水剂的试验组B增加最少（图2A、C）;中度盐碱下层土壤的控盐效果也是试验组B最好，较空白组盐分降低23.0%（图2D）;轻度盐碱下层土壤的控盐效果相对较差，试验组B较空白组盐分只降低19.9%（图2B）。土壤盐分的减少趋势：试验组B>试验组A>对照组>空白组，这充分证明本试验制备的保水剂能够减缓土壤盐分的迁移，减轻小麦过高盐分侵害。
　　2.3 不同处理土壤有机质含量的变化
　　由表3可以看出，小麦播种（0天）至生长到270天，土壤有机质含量一直处于下降趋势，空白组的降幅更大，试验组B下降相对较小。与空白组相比，270天时有机质含量提高最多的为中度盐碱上层土壤，试验组B提高32.9%。这说明保水剂在盐碱度越高的土地上应用效果相对越好。
　　2.4 不同处理小麦产量表现
　　测产结果（表4）表明，开春追肥轻度盐碱地只增产0.75%，中度盐碱地增产3.60%，说明盐碱地小麦生长过程中需要追肥。和空白组相比，轻度盐碱地有机酸土壤调理剂的试验组A和再施加保水剂的试验组B，小麦穗粒数分别增加4.55%和7.58%。与空白组相比，试验组B增产效果最明显，轻度盐碱地增产9.17%，中度盐碱地增产15.73%;试验组A轻度盐碱地增产5.67%，中度盐碱地增产7.70%。
　　通过检测土壤氮磷钾含量计算肥料利用率，结果显示，空白组肥料利用率最低，试验组B最高，且比空白组提高12.4%，这和其增产效果相符。
　　3 讨论与结论
　　盐碱地由于土壤板结、肥力低、营养元素缺乏及微生物数量少、活性低，导致作物吸水困难、矿质营养供给失衡，抑制有益微生物对养分的有效转化[12]。传统的盐碱地改良方式效果单一、持续时间短，容易造成二次污染[10]。因此盐碱地的改良需要采取综合治理措施，在抑制盐分迁移的同时也为作物生长提供营养物质，提高土壤肥力，增加土壤通透性，提高作物肥料利用率。 　　近年来使用PGA作为保水剂的研究越来越多，王传海等[13]研究发现PGA的最大自然吸水倍数可达到11 084倍。腐植酸是经过长期的物理化学和生物作用形成的复杂有机物，能夠促进土壤团粒的形成，增加土壤通透性，同时能够活化土壤磷素，促进作物对磷的吸收和利用[11]。杨海波等[14]研究表明，腐植酸能够增加土壤有机物含量，提高土壤微生物含量。海藻提取液中含有海藻多糖、藻朊酸、高度不饱和脂肪酸和多种天然植物生长调节剂，具有很高的生物活性，刺激植物体内非特异活性因子的产生，调节内源激素的平衡[5]。李玉鹏[15]研究表明，施加海藻酸的大豆株高和分枝数均高于空白对照，同比增产10.64%。因此本研究在有机酸土壤调理剂中加入了腐植酸、海藻提取液为作物生长提供有机物质，提高土壤生物活性。
　　本研究所制备的保水剂可以显著降低土壤盐分，减少因水分蒸发导致的地表盐分积累及随季节的波动变化;所制备有机酸土壤调理剂能够显著降低盐碱地pH值，增加土壤有机质含量，为作物生长提供有机养分。两者联合施用田间试验表明，与空白组相比，试验组B轻度、中度盐碱土的含盐率分别减低19.9%和42.0%，土壤有机质含量分别增加23.4%和29.2%，小麦分别增产9.17%和15.73%;其肥料利用率也最高，比空白组高12.4%。
　　需要指出，虽然复配的保水剂和有机酸土壤调理剂能够改良盐碱地、提升耕作经济效益，但却没有做到排盐和脱盐，后续还应加强这方面研究。
　　参 考 文 献：
　　[1] 杜康瑞，段喜明，赵晋忠，等. 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[J]. 华北农学报，2019，34（3）：180-185.
　　[2] 杨桂玲， 左余宝， 宋荟， 等. 几种保水剂的抗盐性研究[J]. 农业科技通讯， 2013（10）：78-79.
　　[3] 刘晶晶，刘晓霞，彭玲，等. 黄腐酸对肥料磷有效性及苹果砧木幼苗磷吸收利用的影响[J].安徽农业科学，2018，46（25）：122-124.
　　[4] 任淑华. 聚谷氨酸保水剂对玉米的影响[J]. 现代农业，2013（6）：48-49.
　　[5] 刘金凤，张娟. 海藻酸的农业应用及测定方法研究[J]. 中国果菜，2015（8）：20-23.
　　[6] 鲍士旦.土壤农化分析[M].第3版.北京：中国农业出版社，2000.
　　[7] 陈瑞环. 一种耐盐保水剂的合成及应用[D].兰州：兰州交通大学，2015.
　　[8] 齐兴国，桑茂鹏. 海藻酸叶面肥在黄瓜中的应用效果研究[J]. 现代农业科技，2018（21）：64-65.
　　[9] 黄琼. 浅谈盐碱地的改良措施与对策[J]. 现代园艺，2016（22）：230-231.
　　[10]朱家辉. 滨海盐碱地控释掺混肥配施调理剂对玉米—小麦生长及土壤养分的影响[D].泰安：山东农业大学，2017.
　　[11]王倩姿，王玉，孙志梅，等. 腐植酸类物质的施用对盐碱地的改良效果[J]. 应用生态学报，2019，30（4）：1227-1234.
　　[12]田冬，桂丕，李化山，等. 不同改良措施对滨海重度盐碱地的改良效果分析[J]. 西南农业学报，2018，31（11）：2366-2372.
　　[13]王传海，何都良，郑有飞，等. 保水剂新材料γ-聚谷氨酸的吸水性能和生物学效应的初步研究[J]. 中国农业气象，2004，25（2）：19-21.
　　[14]杨海波，陈运，侯宪文. 生物腐植酸对土壤碳组分的影响[J]. 中国农学通报， 2015，31（20）：137-141.
　　[15]李玉鹏，焦峰. 海藻酸肥料在大豆上应用效果初探[J]. 现代农业科技，2008（24）：170，172.
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