土壤调理剂对酸性土壤的改良及夏玉米增产效果
doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.24227
李丹1,2 , 曹云1,2,3,4 , 汪吉东1 , 张晶1,3 , 孙倩1,3,4 , 龙玉娇1,3 , 黄红英1,3 , 徐跃定1,3 , 靳红梅1,3,4
1. 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所,江苏 南京 210014
2. 南京农业大学资源与环境科学学院,江苏 南京 210095
3. 江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心,江苏 南京 210095
4. 农业农村部种养结合重点实验室,江苏 南京 210014
基金项目: 江苏省重点研发计划项目(BE2021378) ; 国家自然科学基金(42077100) ; 江苏省农业自主创新资金项目(CX(22)1004)
Effect of soil conditioners on the improvement of acid soil characteristics and maize yield
LI Dan1,2 , CAO Yun1,2,3,4 , WANG Ji-dong1 , ZHANG Jing1,3 , SUN Qian1,3,4 , LONG Yu-jiao1,3 , HUANG Hongying1,3 , XU Yue-ding1,3 , JIN Hong-mei1,3,4
1. Institute of Agricultural Resources and Environment,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing Jiangsu 210014
2. College of Resources and Environment,Nanjing Agricultural University,Nanjing Jiangsu 210095
3. Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization,Nanjing Jiangsu 210095
4. Key Laboratory of Crop and Livestock Integrated Farming,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Nanjing Jiangsu 210014
摘要
为探究不同调理剂对江苏丘陵地区酸性土壤的改良效果及其对夏玉米产量和养分吸收的影响,采用盆栽试验,将腐熟堆肥、秸秆灰渣、风化煤分别以 8∶1∶1(T1)、9∶0.5∶0.5(T2)、7∶2∶1(T3)、10∶0∶0(T4) 的干质量比例配置成 4 种不同土壤调理剂,以不添加调理剂的全无机肥处理为对照(CK),研究在等氮条件下,调理剂与无机肥配施对酸性土壤性质、玉米产量及养分吸收量的影响。结果表明,施用土壤调理剂配施无机肥的所有处理显著提高了土壤 pH 值和交换性盐基离子总量,同时也显著降低了土壤中交换性铝的含量。T4 处理 pH 值提高了 0.33,土壤交换性氢和交换性铝含量分别比 CK 降低了 48.73%、29.17%,交换性盐基离子总量提升了 20.00%。所有调理剂处理的土壤有机质、有效磷均有所提升,其中以 T3 效果最好,与 CK 相比有机质和有效磷含量分别高出 23.78% 和 42.71%。所有调理剂处理均提高了玉米根、茎叶和籽粒磷吸收量,并促进氮素从根系向地上部的转移。所有调理剂处理玉米籽粒产量均显著高于 CK,平均增产率为 23.2%。熵值法对土壤改良效果综合分析结果表明,本试验条件下以堆肥∶风化煤∶秸秆灰渣以 7∶2∶1 的比例混合或全部以堆肥为原料的调理剂对酸性土壤的改良以及玉米增产效果最好,可作为江苏丘陵地区酸性土壤改良的调理剂。
Abstract
The aim of the study was to explore the improvement effect of compound conditioner on acid soil from Jiangsu hilly area and its effect on yield and nutrient accumulation on summer maize.A pot experiment was carried out to study the effects of combined application of inorganic fertilizers with different soil conditioners made from mature compost,straw ash,weathered coal mixed at 8∶1∶1(dry mass,T1);9∶0.5∶0.5(T2);7∶2∶1(T3)and 10∶0∶0(T4) on soil acidity and nutrient accumulation of maize.Soil treated with pure inorganic fertilizer was set up as the control (CK).The results showed that all treatments of soil conditioner combined with inorganic fertilizer significantly increased soil pH value and contents of total exchangeable base ions,and also significantly reduced the content of exchangeable aluminum in soil.The pH value of T4 treatment increased by 0.33,the content of exchangeable hydrogen and exchangeable aluminum in soil decreased by 48.73% and 29.17%,respectively,and the total amount of exchangeable base ions increased by 20.00%,compared with the control.The soil organic matter and available phosphorus of all treatments were improved, and the effect of T3 was the best among all treatments.Compared with the control,the contents of organic matter and available phosphorus were 23.78% and 42.71% higher in T3,respectively.Treatments with soil conditioners significantly increased the phosphorous accumulation in roots,stems,leaves and grains,and improved transportation of nitrogen from root to aboveground part of the plant.Treatments with soil conditioners also significantly increased plant yield.The yield of treatments with soil conditioners were increased by 23.2% in average compared with CK.The comprehensive analysis of soil improvement effect using entropy method showed that soil conditioner made from compost∶weathered coal∶straw ash mixed in a 7∶2∶1 ratio improved acidity of the acid soil in hilly areas and increased maize yield the most.It could be used as a conditioner for improving acidic soil in hilly areas of Jiangsu.
近几十年来,由于人类在农业生产时氮肥的不合理施用[1],加速了土壤酸化进程[2]。土壤酸化会引起土壤 pH 值的下降,pH 值 <6.5 的土壤为酸性土壤,<4.5 时称作强酸性土壤[3]。它降低了土壤养分(交换性磷、钾、钙和镁)的有效性[4],破坏了微生物群落的结构和功能[5],活化了有毒重金属(镉和铅)和其他有害元素(铝和锰)[6],对生态环境、农业生产和粮食安全造成严重危害。江苏省中低产田面积 260 多万 hm2,其中 pH 值 <6.5 的酸性土壤面积占 15% 左右,主要分布在丘陵地区和苏北连云港等地[7]。这些地区土质受到成土母质、地形影响,普遍存在砂性重、结构差、养分缺乏等障碍问题[8]
目前,针对酸性土壤的治理主要集中在石灰等改良剂的应用[9]。石灰能改良土壤酸度,增加土壤钙含量,但容易造成土壤板结,深层土壤改良效果不足[10]。磷石膏、碱渣等工业副产品也被作为化学改良剂用于酸性土壤改良。但工业副产品可能含有对土壤有害的物质,需要进一步评估其潜在的环境效应[11]。合理施用有机物料,如绿肥、秸秆或秸秆制成的生物炭,对酸性土壤改良也有很好的效果[12]。我国粪便、秸秆等农业废弃物资源丰富, 2016 年以来每年产生畜禽粪污 38 亿 t,秸秆近 9 亿 t [13],将农业废弃物好氧发酵制备成有机肥,长期施用后既能提高酸性土壤肥力,增加土壤中全氮和有机碳含量,同时也能提高作物对氮素的利用率[14-15]。腐植酸是一种富含羧基、酚羟基等活性官能团的有机大分子化合物,具有较强的吸附、交换、络合和螯合功能,施入土壤后能减少土壤中磷的固定,将土壤中难溶性钾转换成可溶性钾,提高土壤磷、钾的含量[16]。酸性土壤施用含腐植酸调理剂后,不仅提高了土壤酸度,改善土壤养分和土壤结构,而且提高了作物产量和品质[17-18]。此外,据统计,2020 年我国年消耗6亿~7亿t生物质燃料,产生生物质灰渣近 4000 万 t [19]。生物质灰渣质轻细小、疏松多孔,一般呈碱性,施用于酸性土壤中,不仅能改善土壤团粒结构,还可有效提高土壤 pH 值,增加土壤溶液中盐基离子含量[20]
考虑到施用单一成分调理剂影响土壤原生理化性质,将不同类型改良材料复配成多效调理剂是近年来土壤调理剂研发方面的发展趋势。Shi 等[20] 研究表明,秸秆灰混合骨粉、碱渣比单独施用秸秆灰、骨粉和碱渣能更好地改善土壤酸度,降低酸性土壤中的活性铝,改善土壤磷、钙和镁营养水平。Liu 等[21]研究发现,秸秆生物炭和厨余堆肥混合调理剂比单一成分能更显著提高土壤 pH 值,改善土壤微生物丰度和群落结构多样性。黄建凤等[22]研究表明,有机肥与石灰配施较单独施用对华南酸性土壤 pH 值改良和水稻增产效果更好。但当前市场上针对酸性土壤改良的调理剂多为无机型或有机-无机复合型土壤调理剂,且研究多集中在对我国南方酸性红壤、果园等强酸性土壤改良方面,针对适用于江苏丘陵地区弱酸性土壤改良的调理剂研发与应用报道相对较少,特别是基于农业废弃物资源化利用开发的土壤调理剂的研究则更少。本研究以江苏省盱眙县玉米-小麦轮作系统中酸性土壤为主要研究对象,通过盆栽试验研究不同土壤调理剂与无机肥配合施用,对夏玉米生长、产量以及酸性土壤的改良效果,以期为江苏丘陵地区酸性土壤改良提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 供试土壤、作物与调理剂
供试土壤取自江苏省盱眙县,土壤类型为酸性土,耕层(0~20 cm)土壤 pH 值 5.33,有机质含量 24 g/kg,有效磷含量 12.7 mg/kg,碱解氮含量 146.3 mg/kg,速效钾含量 143.7 mg/kg。
供试玉米品种为黄金粮 MY73。
供试土壤调理剂主要成分为腐熟堆肥、秸秆灰渣和风化煤。腐熟堆肥由牛粪、稻壳为主要原料经高温好氧发酵 2 个月制成;秸秆灰渣为农作物秸秆在 600℃的气化炉中燃烧后的副产品,由万物环能科技(江苏)有限责任公司提供;风化煤由内蒙古德朗生物科技有限公司提供。腐熟堆肥、风化煤、秸秆灰渣的基本理化性质见表1
1调理剂主要成分理化性质
1.2 试验设计
试验采用盆栽方法,于 2023 年 7—10 月在江苏省农业科学院塑料大棚中进行。试验共设 5 个处理,每个处理 5 次重复,以不加任何调理剂为对照(CK)。将腐熟堆肥、秸秆灰渣、风化煤分别以 8∶1∶1、9∶0.5∶0.5、7∶2∶1、10∶0∶0的干质量比例混合形成 4 种不同土壤调理剂,分别为 T1、 T2、T3、T4。
各处理保持氮素施入量一致,玉米全生育期氮肥、磷肥和钾肥用量分别为 0.12(N)、0.03(P2O5)、 0.04 g/kg(K2O)干土,调理剂用量 20 g/kg。化学氮肥、磷肥和钾肥分别以尿素、过磷酸钙、氯化钾的形式供给。调理剂、磷、钾肥一次性施入,氮肥分基肥和大喇叭口期追肥两次施入,施用量各占 50%,具体施肥方案见表2
播种前将底肥和调理剂一次性施入,并与盆栽土壤混合均匀。每盆装土 10 kg,每盆种植玉米 1 株,播种时每盆 3 粒种子,待玉米发芽后间苗至每盆 1 株。玉米生长期间除草、打药、灌溉等按照常规种植模式进行。
试验结束后,用卷尺测定每棵植株的株高,用游标卡尺测定玉米茎粗。将玉米植株分为地上部、玉米穗和根系三部分,105℃杀青 30 min 后,70℃ 烘干至恒重,称重。待玉米植株连根拔出后,将盆内土壤混合后,每盆取土样 3 个,每个土样 200 g 左右。
2盆栽试验施肥方案
1.3 试验指标检测方法
1.3.1 玉米植株养分含量测定
将玉米茎叶、籽粒、根系分别粉碎、研磨过筛后,用浓硫酸-H2O2 联合消煮,用于茎叶、籽粒和根系氮、磷、钾等指标的测定。全氮用凯氏定氮法,全磷用钒钼黄比色法,全钾用火焰光度计测定。
1.3.2 土壤理化性质指标的测定
土样风干后,过 1 mm 筛,用于土壤 pH 值、阳离子交换量、交换性酸、交换性盐基离子总量、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾养分的测定。土壤容重测定采用环刀法;pH 值采用 pH 计测定;有机质采用重铬酸钾容量法测定;碱解氮采用碱解扩散法测定;有效磷用氟化铵-盐酸浸提,钼锑抗分光光度法测定;速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定。交换性盐基离子总量用乙酸铵浸提,原子吸收分光光度法测定其钙镁的含量,火焰光度计测定钠含量;阳离子交换量的测定采用三氯化六氨合钴浸提-分光光度法(HJ 889—2017);土壤交换性酸、交换性氢和交换性铝采用氯化钾交换-中和滴定法,具体分析方法及操作步骤参考《土壤农化分析》[23]
1.4 数据统计及分析方法
本试验用 Excel 2021 进行数据统计,Origin 2024 绘制图形;SPSS 20.0 完成数据方差分析及显著性检验,处理间差异采用 LSD 多重比较。
土壤调理剂改良效果综合评价与排序采用熵值法[24]。计算与土壤改良效果相关的各指标(产量、土壤有机质、碱解氮、有效磷、交换性盐基总量、交换性酸含量、土壤容重)的权重(Wj),并求出综合评价值(D)。计算方法如下:
(1)对各项指标进行标准化处理:
(1)
式中:Uij 为各处理某一指标的标准化值;Xij 为各处理某一指标的测定值;Xmax 为各处理中某一指标测定值的最大值;Xmin 为各处理中某一指标测定值的最小值。为了便于下一步的熵值计算,本研究对标准化指标数据进行 0.0001 个单位的平移,其目的单纯是为了方便计算而进行的数学处理,不会对分析结果造成影响[24]
(2)计算各项指标对应的熵值及权重Wj
ej=-1lnmi=1m Uiji=1m UijlnUiji=1m Uij(i=1,2,,m;j=1,2,,n)
(2)
式中:ej 为第 j 项指标的熵值。
通过熵值法计算各项指标的权重:
Wj=1-ejj=1n ej(j=1,2,,n)
(3)
式中:Wj 为第 j 项指标的权重;ej 为各处理组合第 j 项指标的贡献率。
(3)计算综合评价值(D):
D=j=1n UXij×Wj(j=1,2,,n)
(4)
式中:D 为酸性土壤改良综合评价值。
2 结果与分析
2.1 土壤 pH 值及交换性酸、交换性盐基离子
玉米生长期间施用 4 种土壤调理剂后均能提高土壤的 pH 值,处理间差异显著(P<0.05)(表3)。各处理中,T2、T3、T4 的 pH 值均较高,并显著高于 T1 和 CK,但 T2、T3、T4 之间 pH 值差异不显著。
施用调理剂的各处理土壤交换性酸含量如表3所示。施用土壤调理剂对土壤交换性酸含量影响有差异。施用土壤调理剂的各处理显著降低了土壤交换性氢和交换性铝含量,其中 T4 的效果最为显著,土壤交换性氢和交换性铝含量分别比 CK 降低了 48.73%、29.17%,并与另外 3种调理剂有显著差异(P<0.05)。交换性酸含量表现为 CK 最高, T4 最低,T1 次之,T3 降低交换性酸含量效果最差 (P<0.05)。可见,T4 对酸性土壤的改良效果最好,通过有效减少交换性铝含量以及交换性铝在交换性酸中所占的比例,从而减缓了土壤的进一步酸化,其次分别是 T1、T2、T3。
施用调理剂对土壤交换性盐基离子含量和土壤阳离子交换量的影响见表3。与 CK 相比,4 种调理剂处理的土壤交换性盐基离子总量均有所提高,其中以 T4、T3 效果最为显著,分别比 CK 提升了 20.00%、16.59%。所有施用土壤调理剂处理的交换性钠含量均显著高于 CK(P<0.05)。土壤交换性镁含量以 T4 最高,其次为 T3,除 T1 外的所有施用土壤调理剂处理的交换性镁含量均显著高于 CK。施用土壤调理剂对交换性钙和交换性钾含量提升效果不大,所有处理两者含量均无显著差异。各处理阳离子交换量含量差异也不显著(P>0.05)。由表3可见,土壤交换性盐基离子含量基本呈现镁 >钾≈钠 >钙的趋势,土壤调理剂对交换性盐基离子的提升主要以 Na +、Mg2+ 为主。相关性分析表明,土壤 pH 值主要与交换性酸(r=-0.648, P<0.01)、交换性氢(r=-0.508,P<0.05)、交换性铝(r=-0.657,P<0.01) 呈显著负相关,与交换性钠(r=0.696,P<0.01)、交换性钙(r=0.694, P<0.01)、交换性镁(r=0.793,P<0.01)及交换性盐基离子总量(r=0.834,P<0.01)呈显著正相关。
3土壤 pH 值及交换性酸、交换性盐基离子含量与阳离子交换量
注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。
2.2 土壤容重、有机质及速效养分
表4可以看出,调理剂对土壤容重影响均不显著。土壤调理剂处理后土壤有机质含量均有所提升,其中 T1 和 T3 有显著提升效果(P<0.05),较 CK 分别提高了 23.78% 和 18.53%。与 CK 相比,各处理的碱解氮含量有所提高,但差异并不显著(P>0.05)。在有效磷含量上,施用调理剂的处理均高于 CK,其中 T1 和 T2 与 CK 差异显著 (P<0.05),分别提高了 66.91%、59.21%。
2.3 不同处理对玉米生长及产量的影响
表5可以看出,CK、T3、T4 处理玉米株高较高,且处理间差异不显著。T1 和 T2 的株高显著低于其他 3 个处理。施用调理剂各处理根系和茎叶生物量与 CK 差异不显著(P>0.05)。施用土壤调理剂的 4 个处理籽粒产量均显著高于 CK,T1、 T2、T3、T4 产量平均比 CK 高 23.2%,但 4 个处理间差异不显著。相关性分析表明,玉米籽粒的产量主要与交换性酸含量(r=-0.624,P<0.01)呈显著负相关,而与 pH 值(r=0.524,P<0.05)、交换性盐基离子总量(r=0.524,P<0.05)、有机质(r=0.457, P<0.05)、碱解氮(r=0.487,P<0.05)、有效磷 (r=0.515,P<0.05)含量呈显著正相关。说明调理剂对土壤酸度和养分的改良促进了玉米的生长与增产。
4不同处理对土壤容重、有机质及速效养分的影响
5不同处理对玉米生长及产量的影响
2.4 玉米不同器官氮、磷、钾吸收量
表6可知,施用土壤调理剂增加了根系磷含量,其中 T3、T4 根系磷含量比 CK 高出 52.9%,但调理剂对根系氮、钾含量无显著影响。施用调理剂后有利于提高玉米茎叶的氮、磷、钾含量,调理剂 4 个处理茎叶中氮、磷、钾含量分别比 CK 高出 32.5%~72.5%、22.2%~111.1%、21.8%~78.1%。在玉米籽粒中,T2、T3 氮含量显著高于 CK。籽粒磷含量以调理剂 T1 和 T3 的效果最佳,与 CK 差异达显著水平(P<0.05)。T3 调理剂处理籽粒钾含量比 CK 高出 35.7%。
图1可知,各调理剂处理对玉米植株氮、磷、钾养分吸收量影响不同。对氮而言,各调理剂处理除 T2 外,均与 CK 无显著差异;T3 处理茎叶氮吸收量显著高于 CK,比 CK 高 97.4%,T1、 T2、T3 籽粒氮吸收量分别比 CK 高 54.4%、75.4%、 70.1%。说明各调理剂处理有利于氮素从根系向地上部的转移。对磷而言,T2、T3 根系磷吸收量显著高于 CK,茎叶中 T2 处理磷吸收量显著高于 CK,籽粒磷吸收量以 T1、T2、T4 最高,并显著高于 CK。调理剂处理玉米根系钾吸收量略低于 CK,但除 T4 外,均与 CK 无显著差异,T2、T3 处理茎叶、籽粒中钾吸收量均显著高于 CK。说明 T2、T3 处理有利于钾素由根系向地上的转移。
6不同处理对玉米不同器官氮、磷、钾含量的影响
1不同处理对玉米不同器官氮、磷、钾吸收的影响
注:同一部位不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。
2.5 调理剂改良效果的综合评价
以土壤 pH 值提高作为土壤改良效果的关键指标,根据其他指标与土壤 pH 值的相关性,其中土壤有机质、产量、碱解氮、有效磷、交换性盐基离子总量与改良效果呈正相关,土壤交换性酸含量、土壤容重与改良效果呈负相关。以土壤理化性质及作物产量为评价指标,采用熵值法计算各处理对酸性土壤改良效果的综合评价值(D 值),得出 CK、 T1、T2、T3、T4 的 D 值分别为 0.07、0.72、0.58、 0.82、0.79。D 值反映不同调理剂处理对酸性土壤的改良效果,D 值越大,改良效果越好。可见,所有调理剂处理 D 值均显著高于 CK,其中 T3、T4 处理综合评价分最高,并显著高于 T1、T2,但 T3、 T4 处理间 D 值差异不显著,说明 T3 或 T4 对江苏省丘陵地区酸性土壤的养分及产量提升综合效果较好。
3 讨论
3.1 土壤调理剂对酸性土壤交换性酸与交换性盐基离子含量的影响
土壤酸化主要是由质子数量增加及交换性盐基离子损失导致的土壤酸中和容量减少引起的[25],研究表明,酸性土壤中交换性酸主要来源于交换性铝,交换性铝含量与 pH 值呈极显著负相关,这与本试验研究结果一致。调理剂主要是通过显著降低交换性铝的含量来改善土壤 pH 值。堆肥改良酸性土壤的主要机制为有机肥中 Ca、Mg、K、Na 等盐基离子能与土壤表层部分质子发生中和,减少农作物收获后土壤盐基离子的损失[14]。此外,本试验是在等氮条件下进行的,堆肥替代部分尿素减少了硝态氮的累积,有利于缓解土壤酸化[15]。秸秆灰渣提高酸性土壤 pH 值的主要机制是含有大量的盐基离子,溶于土壤溶液中可以消耗土壤表层 H+[26-27]。风化煤中含有大量的腐植酸,腐植酸是富含羧基、酚羟基、羰基等活性官能团有机大分子化合物,对 H+、Al3+ 具有较强的吸附、交换、络合和螯合能力,导致土壤 pH 值的升高[28]。本试验中 T3、T4 对土壤酸化改良效果较好,可能与这两种配方中堆肥或秸秆灰渣比例较高有关。堆肥和秸秆灰渣盐基离子 Ca2+、Mg2+ 含量高于风化煤,这些盐基离子取代土壤表面吸附的 Al3+ 后,土壤交换性铝降低,pH 值升高,土壤表面负电荷增加,为 Na+、 K+ 等阳离子提供更多的吸附点位,进一步增加了土壤交换性盐基离子的总量。The 等[29]、袁金华等[30]的研究验证了这一观点。赵文瑞等[28]研究也表明,添加较高比例的腐植酸降低了交换态铝和固相活性铝库含量,增加了固相有机结合态铝和土壤固相吸附羟基态铝的含量,认为腐植酸通过促进土壤溶液中有机结合态铝的形成及将溶解态铝转化为稳定的固相有机结合态来降低土壤溶液中毒性铝的浓度,从而减轻土壤酸度。本研究施用各调理剂对土壤阳离子交换量无显著影响,可能是与本试验周期较短有关。前人研究也发现,短期施用秸秆生物炭[27]、石灰[22]等酸性土壤改良剂虽然能改善土壤酸度,但对提高土壤阳离子交换量无显著影响。长期施用有机肥既显著提高了阳离子交换量,也提高了土壤 pH 值和酸缓冲能力[31]。有机物料对土壤 CEC 的调节作用可能需要建立在一个长期施用的基础上[22]
3.2 土壤调理剂对酸性土壤有机质与养分的影响
土壤有机质是表征土壤肥力的重要指标。以腐熟堆肥、风化煤和秸秆灰渣为主要原料、以不同比例组成的调理剂均能在不同程度上提高土壤有机质含量。其中 T3 对土壤有机质的提升效果最为显著,可能的原因是该配方中风化煤的比例较高,而风化煤富含腐殖质,腐殖质碳相对而言是一种较为稳定的“惰性碳”,施入土壤后较难被微生物所降解,因而长期存留于土壤成为土壤有机质碳的组成部分[32]。土壤有机质与土壤酸化速率呈极显著负相关关系,表明土壤调理剂施用可提高土壤有机质,有减缓土壤酸化的作用[33-34]。施用土壤调理剂也显著提高了土壤有效磷的含量。这主要是因为调理剂成分中堆肥和风化煤含磷量较高,施用后有利于土壤磷含量增加。但本试验中施用土壤调理剂对土壤碱解氮的提升效果不显著,原因可能是本试验是在等氮条件下进行的,以堆肥、风化煤等物料中的有机氮部分取代无机氮,无机氮取代比例达到 50%~83%,受限于试验周期的原因,调理剂中的有机氮矿化速度慢,因而相对于 CK,调理剂各处理碱解氮含量并未显著增加。此外,由于土壤调理剂施入增加了玉米地上部氮吸收量,也会导致土壤中残留的碱解氮含量减少。
3.3 不同处理对玉米产量与养分吸收的影响
作物产量的形成与养分吸收量紧密相关。土壤酸化使固相中的铝活化并释放到土壤溶液中,对农作物根系产生毒害,影响作物生长。酸化还会加速土壤养分流失,使土壤肥力下降,导致农作物减产[12]。有机肥除含有丰富的有机质、氮磷钾养分外,还含有各种成分与功能微生物,可促进土壤中微生物的繁殖,提高土壤微生物多样性和代谢活性,有利于活化土壤养分。风化煤中含有的腐植酸类物质具有胶体的性质,作为一种酸碱缓冲物质,能增加土壤有机质,加速土壤团粒结构形成,提升养分利用率。秸秆灰渣富含硅、钾、钙、镁、铁、锌、磷等作物必需的多种营养元素,有效钾含量高达 20%,是一种优良的作物营养资源[31]。3 种材料混合施用可以取长补短、相互协同,达到同时改良酸性土壤和促进作物生长与养分吸收的多重效果。王新月等[35]研究表明,将绿肥、生物有机肥与石灰配施能促进烤烟生长与氮磷钾积累分配。孔丽丽等[36]研究发现,生石灰、腐植酸和白云石组成的土壤调理剂提高了酸性土壤 pH 值,增加了玉米干物质积累量与转运量,玉米产量提高了 10%。本研究中,施氮量相同时,各调理剂配方对玉米生长、产量与养分吸收量均有一定的促进效果,其中 T3 的效果最显著,主要原因可能是该配方提升了风化煤的比例,一方面弥补了秸秆灰渣有机质含量不足的缺陷,另一方面高腐殖质有利于缓解酸性土壤铝毒害,从而促进了玉米根系发育与养分吸收,最终提高了产量。
4 结论
与对照处理相比,土壤调理剂配施无机肥的所有处理均显著提高了土壤 pH 值、有机质、有效磷和交换性盐基离子总量,并显著降低了土壤交换性酸含量。在所有处理中以堆肥∶风化煤∶秸秆灰渣以 7∶2∶1 的比例混合或全堆肥为原料的调理剂对酸性土壤的改良以及促进玉米增产效果较好,可作为改良江苏省丘陵地区弱酸性土壤调理剂。本试验只考察了短期盆栽条件下的土壤改良效果,调理剂长期施用的有益效果还有待于田间试验进一步研究。
1不同处理对玉米不同器官氮、磷、钾吸收的影响
1调理剂主要成分理化性质
2盆栽试验施肥方案
3土壤 pH 值及交换性酸、交换性盐基离子含量与阳离子交换量
4不同处理对土壤容重、有机质及速效养分的影响
5不同处理对玉米生长及产量的影响
6不同处理对玉米不同器官氮、磷、钾含量的影响
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