煤炭腐植酸作為土壤改良劑對土壤物理性質(zhì)和小麥產(chǎn)量的影響_2015年論文集

煤炭腐植酸作為土壤改良劑對土壤物理性質(zhì)和小麥產(chǎn)量的影響

Ijaz Ahmad1　Safdar Ali1　Khalid Saifullah Khan1　Fayyazul Hassan2　Kashif Bashir1　著　何一通3　孫志梅3　譯

(1　巴基斯坦拉瓦爾品第PMAS干旱農(nóng)業(yè)大學(xué)土壤和土壤水資源保護(hù)學(xué)院　拉瓦爾品第　46000

2　巴基斯坦拉瓦爾品第PMAS干旱農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院　拉瓦爾品第　46000

3　河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院　保定　071000)

摘　要：在巴基斯坦旁遮普的波特瓦地區(qū)(33°N，74°E)，集約化土壤耕作，土壤侵蝕和低量作物殘?bào)w的投入是導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)退化的主要原因。結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的土壤很容易受到侵蝕，反過來，土壤侵蝕又會(huì)造成作物產(chǎn)量的下降。因此，為了改善土壤的物理性狀，在巴基斯坦旁遮普的干旱地區(qū)進(jìn)行了田間試驗(yàn)。試驗(yàn)地點(diǎn)位于大學(xué)研究農(nóng)場(拉瓦爾品第PMAS干旱農(nóng)業(yè)大學(xué))的園區(qū)內(nèi)。2種不同等級(實(shí)驗(yàn)室級和商品級)的腐植酸(HA)各分8個(gè)水平，施用2年，處理分別為HL0(對照，不施腐植酸)，HL1 10kg HA/ha，HL2 20kg HA/ha，HL3 30kg HA/ha，HL4 60kg HA/ha，HL5 90kg HA/ha，HL6 120kg HA/ha和HL7 150kg HA/ha，各處理同時(shí)配合施用N-P-K 120-90-60kg/ha。試驗(yàn)期間，檢測土壤總有機(jī)碳、飽和導(dǎo)水率、團(tuán)聚體穩(wěn)定性、容重、土壤含水量和作物產(chǎn)量。試驗(yàn)結(jié)果表明，腐植酸能通過影響土壤總有機(jī)碳、飽和導(dǎo)水率、團(tuán)聚體穩(wěn)定性、容重和土壤含水量等指標(biāo)來改善土壤的物理性狀。2年試驗(yàn)結(jié)果均表現(xiàn)為，實(shí)驗(yàn)室級的腐植酸比商品級的腐植酸能更好的改善土壤物理性狀，從而提高小麥產(chǎn)量。2種不同級別的腐植酸各施用水平與對照相比，差異均達(dá)到顯著水平。在120kg/ha和150kg/ha的腐植酸施用水平下，大多數(shù)指標(biāo)均顯示出了相似的結(jié)果，因此，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，120kg/ha的腐植酸用量為最佳施用量。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室級腐植酸　飽和導(dǎo)水率　團(tuán)聚體穩(wěn)定性　土壤有機(jī)碳　小麥產(chǎn)量

Use of Coal Derived Humic Acid as Soil Conditioner to Improve Soil Physical Properties

andWheat Yield

Ijaz Ahmad1,　Safdar Ali1,　Khalid Saifullah Khan1,Fayyazul Hassan2,　Kashif Bashir1 write,

He Yitong3,Sun Zhimei3　translate

(1 Department of Soil Science and SoilWater Conservation,Faculty of Crop and Food Sciences,PMAS- Arid

Agriculture University Rawalpindi,Pakistan,Rawalpindi,46000

2 Department of Agronomy,Faculty of Crop and Food Sciences,PMAS- Arid Agriculture University,Rawalpindi,

46000

3 College of Resources and Environmental Sciences,Agricultural University of Hebei,Baoding,071000)

Abstract: In Pothwar area of Punjab Pakistan (33o N to 74o E),intensive soil tillage,soil erosion and low crop residue input are the reasons which have lead to the deterioration of soil structure.Structurally unstable soils are more susceptible to erosion which,in turn,leads to poor crop productivity.Therefore,a field study was conducted in dry land region of Punjab,Pakistan to improve soil physical health at campus of University Research Farm (PMAS Arid Agriculture University,Rawalpindi).Two different grades (Laboratory and commercial grade)of humic acid along with eight levels were applied for two years.The treatments were HL0 (control),HL1 10kg HA/ha,HL2 20kg HA/ha,HL3 30kg HA/ha,HL4 60kg HA/ha HL5 90kg HA/ha,HL6 120kg HA/ha,and HL7 150kg HA/ha with a basal recommended doseof N-P-K(120-90-60kg/ha).Soil parameters such as total organic carbon,saturated hydraulic conductivity,aggregate stability,bulk density,soil water contents and grain yield were recorded.Results showed that humic acid improved the soil physical health in terms of total organic carbon,aggregate stability,saturated hydraulic conductivity,bulk density and soil water contents.Laboratory grade humic acid improved physical properties more as compared to commercial grade humic acid for the wheat production by improving soil health during both the years.Differences among applied levels of both grades of humic acid were statistically significant than control.Most of the parameters showed similar results at 120 and 150kg/ha applied levels of humic acid,so 120kg/ha dose rate is an economical level of humic acid than 150kg/ha level.

[收稿日期]2015-11-05

[作者簡介]何一通，男，1992年生，碩士研究生，主要從事植物營養(yǎng)與高效施肥技術(shù)研究，E-mail：hoyt@live.cn。

Key words: laboratory grade humic acid;saturated hydraulic conductivity;aggregate stability;soil organic carbon;wheat production

在過去的50年里，土壤肥力問題一直備受關(guān)注。因?yàn)閺木G色革命開始，肥料、肥力、促進(jìn)作物生長和提高產(chǎn)量一直是主要的焦點(diǎn)問題?；瘜W(xué)肥料養(yǎng)分含量高，并且能快速提高作物產(chǎn)量。盡管化肥已被農(nóng)民普遍接受，但是農(nóng)民負(fù)擔(dān)不起其較高的費(fèi)用。此外，化學(xué)肥料中的速效養(yǎng)分可能還會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染、過量養(yǎng)分在土壤中的淋失和固定等一些問題的出現(xiàn)。在巴基斯坦，每年消耗的化學(xué)肥料(以養(yǎng)分形態(tài)計(jì))大約為554萬噸N，124萬噸P和4萬噸K。這表明，每年仍需要大量化學(xué)肥料的投入，而這需要大量的投資。不斷增長的無機(jī)肥料的施用導(dǎo)致了土壤的退化。巴基斯坦被侵蝕的土地面積由1998年的11.1×106　ha增加到了2007的45.12×106　ha。這表明，由于缺乏有機(jī)物質(zhì)的投入，僅10年間被侵蝕的土地面積就增加了4倍。

具有適宜的物理、化學(xué)、生物學(xué)性狀的肥沃土壤是作物高產(chǎn)的必要條件，因而許多有機(jī)和無機(jī)的改良劑被應(yīng)用以提高土壤的生產(chǎn)力。近些年來，人們對于用腐植酸產(chǎn)品改良土壤以提高土壤生產(chǎn)力的興趣越來越濃。

腐植酸是土壤有機(jī)碳的重要組成部分，也是維持土壤肥力的重要因素。作為有機(jī)肥料的主要成分，腐植酸具有提供養(yǎng)分，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，促進(jìn)微生物多樣性的作用。從有機(jī)原料中提取的腐植酸，在農(nóng)業(yè)中大多數(shù)被用作生物肥料和土壤改良劑。由于腐植酸的來源、合成方式和分子結(jié)構(gòu)的不同，其施用后對土壤物理、化學(xué)性質(zhì)的影響也不同。

腐植酸自然狀態(tài)下常見于褐煤中，含量可達(dá)褐煤總量的10%～80%。此外，腐植酸中含有較多的水分、灰分、硫和揮發(fā)性物質(zhì)，一般依褐煤熟化程度的不同而有所差異。巴基斯坦豐富的褐煤資源(5.48億噸)主要蘊(yùn)藏在俾路支省(March，Duki)，信德省(Pir Ismail,Khost-Harnai,Dahlol,Meting-Jhumpir,Lakra,Sonda-Thatta,Makarwal)和旁遮普省(Sor-Range,Salt-Range,Surghar-Range)。在有機(jī)質(zhì)缺乏的土壤中施用腐殖物質(zhì)作為土壤調(diào)節(jié)劑，能夠增強(qiáng)土壤的保肥性，促進(jìn)土壤有益微生物的活性，從而對土壤的物理性質(zhì)產(chǎn)生積極影響。

盡管天然的腐殖物質(zhì)對土壤肥力和作物產(chǎn)量的影響已有大量文獻(xiàn)報(bào)道，但是關(guān)于腐殖物質(zhì)，特別是褐煤腐植酸，在雨養(yǎng)/旱作條件下對土壤性質(zhì)的影響研究報(bào)道還很少。

本文從以下2個(gè)方面進(jìn)行研究：(i)褐煤提取腐植酸對供試土壤物理性質(zhì)的影響。(ii)施用腐植酸對小麥產(chǎn)量的影響。

1　材料與方法

本研究采用田間試驗(yàn)的方法，在拉瓦爾品第干旱農(nóng)業(yè)大學(xué)的試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行。供試土壤為砂質(zhì)粘壤土，非鹽漬(EC=0.31 ds/m)，且非石灰性(pH=7.7)土壤。土壤的容重和總有機(jī)碳含量分別為1.4　g/cm3和0.6%。使用實(shí)驗(yàn)室煤提取的腐植酸和商品煤提取的腐植酸2種不同等級的腐植酸，均設(shè)置8個(gè)施用水平，分別為0，10，20，30，60，90，120，150kg/ha。3次重復(fù)，完全隨機(jī)區(qū)組排列。在收獲前和收獲后分別取土壤樣品分析土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)。

各指標(biāo)的測定方法如下：總有機(jī)碳的測定，用過量的K2Cr2O7氧化滴定法；飽和導(dǎo)水率用Guelph入滲儀(5cm和10cm heads)測定，入滲符合Darcy’s規(guī)則；團(tuán)聚體穩(wěn)定性的測定，干團(tuán)聚體(1～2mm)用尤德式篩分機(jī)摻水過濾，穩(wěn)定團(tuán)聚體烘干稱重；容重的測定方法，土壤樣品(98cm3)在105℃下烘干、稱重(容重=質(zhì)量/體積)；重量含水量的測定：土壤含水量=水的質(zhì)量/土樣的質(zhì)量。

全部數(shù)據(jù)用統(tǒng)計(jì)軟件(statix 8.1)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，平均值進(jìn)行LSD檢驗(yàn)分析(P<0.05)。

2　結(jié)果與討論

2.1　不同級別和水平的腐植酸對小麥產(chǎn)量的影響

第一年(2011-2012)研究結(jié)果顯示，90kg/ha的腐植酸施用水平下小麥產(chǎn)量最高，為3.24t/ha；其次是120kg/ha的水平，小麥產(chǎn)量3.09t/ha；二者與對照相比，小麥產(chǎn)量分別提高了9.86%和4.51%(表1)。2種不同等級的腐植酸之間統(tǒng)計(jì)分析差異顯著，在2011-2012年，施用實(shí)驗(yàn)室級腐植酸比商品級腐植酸小麥增產(chǎn)2.97%。

不同施用水平的腐植酸對于小麥產(chǎn)量影響的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。在2012-2013年，最高的小麥產(chǎn)量出現(xiàn)在120kg/ha水平(3.43t/ha)，其次是90kg/ha水平(3.39t/ha)，與對照相比，分別增產(chǎn)11%和9.71%。2種不同等級的腐植酸之間統(tǒng)計(jì)差異顯著，施用實(shí)驗(yàn)室級腐植酸比商品級腐植酸小麥增產(chǎn)2.81%。

表1　不同級別和施用水平的腐植酸對小麥產(chǎn)量的影響
Tab.1 Grain yield as affected by humic acid levels and grades　t/ha

從不同有機(jī)原料中提取的腐植酸大多應(yīng)用在農(nóng)業(yè)上，可以提高土壤養(yǎng)分的有效性和酶活性，從而提高植物細(xì)胞膜的滲透性和根的呼吸速率，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。有研究表明，有機(jī)肥料的主要成分也即腐植酸，同樣能夠提供養(yǎng)分、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、促進(jìn)微生物的多樣性和活性，并提高作物產(chǎn)量。

2.2　不同級別和水平的腐植酸對土壤有機(jī)碳的影響

第一年(2011-2012)研究結(jié)果表明，150kg/ha的腐植酸施用水平下，土壤有機(jī)碳含量最高，為8.17g/kg；其次是120kg/ha水平，有機(jī)碳含量為8.g/kg；分別比對照增加35.04%和32.23%(表2)。在第二年(2012-2013)研究中，土壤有機(jī)碳含量最大值同樣出現(xiàn)在150kg/ha的水平，為8.79g/kg；其次是120kg/ha水平，為8.69g/kg；二者分別比對照增加47.23%和45.56%。此外，在2年的試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室級腐植酸與商品級腐植酸均表現(xiàn)出了顯著差異。因?yàn)樽匀粻顟B(tài)下的腐植酸主要成分是碳，所以施用腐植酸能幫助提高土壤有機(jī)碳含量。而且，因?yàn)槠浠瘜W(xué)結(jié)構(gòu)的特殊性能抵御微生物的分解，從而可有效防止碳的分解和礦化。

表2　不同級別和水平的腐植酸對土壤總有機(jī)碳含量的影響
Tab.2 Total soil organic carbon as affected by humic acid levels and grades　g/kg

2.3　不同級別和水平的腐植酸對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

研究結(jié)果表明，不同的腐植酸施用水平下土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性差異顯著。最高的團(tuán)聚體穩(wěn)定性出現(xiàn)在150kg/ha水平(27.12%)，其次是120kg/ha(24.0%)和90kg/ha(21.32%)，最低的團(tuán)聚體穩(wěn)定性為對照(17.55%)。150、120和90kg/ha水平下的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性分別比對照提高了54.8%，37.2%和21.7%(表3)。2種級別的腐植酸差異顯著，在第一年(2011-2012)的研究中，實(shí)驗(yàn)室級腐植酸處理的團(tuán)聚體穩(wěn)定性比商品級腐植酸處理提高了5.8%。

第二年(2012-2013)的試驗(yàn)結(jié)果同樣表現(xiàn)為150kg/ha水平的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性最高，為31.58%；其次為120kg/ha水平(30.66%)和90kg/ha水平(27.59%)；最低的團(tuán)聚體穩(wěn)定性為對照(18.97%)。150、120和90kg/ha水平下的團(tuán)聚體穩(wěn)定性分別比對照提高了66.47%，61.62%和45.44%。同樣，2種級別的腐植酸差異顯著，實(shí)驗(yàn)室級腐植酸處理的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性比商品級處理提高了6.83%。

土壤結(jié)構(gòu)的發(fā)育程度經(jīng)常通過土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性來判斷。團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和土壤有機(jī)碳含量密切相關(guān)。有研究表明，團(tuán)聚體的穩(wěn)定性越低，土壤的有機(jī)碳水平也越低，并對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響。來源于有機(jī)原料的土壤改良劑能增加土壤中的總有機(jī)碳含量。由于施用腐植酸而使得土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性也較高的處理，土壤有機(jī)碳含量也高。在團(tuán)聚體穩(wěn)定性和總有機(jī)碳含量間表現(xiàn)出很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系(r=0.64)(表4)。多價(jià)陽離子絡(luò)合在土壤粘粒和腐植酸含氧官能團(tuán)表面，包圍著土壤團(tuán)聚體周圍的疏水成分。這種疏水作用減少了土壤顆粒在水中的崩解，因此有助于保持團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和減少水土流失。有研究表明，腐植酸是土壤有機(jī)質(zhì)最重要的成分，并且能改善土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，是保持土壤的重要因素。在土壤中加入富里酸和胡敏酸的混合物能明顯增加土壤團(tuán)聚體。從不同有機(jī)原料中提取的腐植酸，大多作為生物肥料和土壤調(diào)節(jié)劑用在農(nóng)業(yè)上，從而對土壤物理性質(zhì)產(chǎn)生積極影響。

表3　不同級別和水平的腐植酸對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響
Tab.3 Soil aggregate stability as affected by humic acid levels and grades　%

表4　不同土壤參數(shù)的相關(guān)性
Tab.4 Correlation among different soil parameters

2.4　不同級別和水平的腐植酸對土壤飽和導(dǎo)水率的影響

第一年(2011-2012)試驗(yàn)結(jié)果表明，120kg/ha腐植酸施用水平下的飽和導(dǎo)水率為66.67mm/hr；其次是150kg/ha水平，飽和導(dǎo)水率為65.96mm/hr；與對照相比，二者的飽和導(dǎo)水率分別提高了91.41%和89.37%(表5)。10kg/ha腐植酸施用水平的飽和導(dǎo)水率最小為30.94mm/hr?？傮w來看，實(shí)驗(yàn)室級腐植酸處理的飽和導(dǎo)水率顯著高于商品級腐植酸處理。

第二年(2012-2013)試驗(yàn)結(jié)果表明，仍以120kg/ha腐植酸施用水平的土壤飽和導(dǎo)水率最高，為55.1mm/hr；其次是90kg/ha施用水平的處理，土壤飽和導(dǎo)水率為53.14mm/hr；二者分別比對照提高了25.76%和21.26%。20kg/ha水平的土壤飽和導(dǎo)水率最小(42.5　mm/hr)。

土壤總有機(jī)碳含量的增加和團(tuán)聚體穩(wěn)定性的改善提高了土壤的飽和導(dǎo)水率。在較高的腐植酸施用水平下，土壤總有機(jī)碳含量和團(tuán)聚體穩(wěn)定性提高，較高的飽和導(dǎo)水率也隨之出現(xiàn)。相關(guān)分析表明，有機(jī)碳含量(r=0.82)和團(tuán)聚體穩(wěn)定性(r=0.61)與飽和導(dǎo)水率呈正相關(guān)關(guān)系。

表5　不同等級和水平的腐植酸對土壤飽和導(dǎo)水率的影響
Tab.5 Saturated hydraulic conductivity as affected by humic acid levels and grades　mm/hr

2.5　不同級別和水平的腐植酸對土壤容重的影響

2011-2012年的試驗(yàn)結(jié)果表明，對照的土壤容重最高，為1.61g/cm3；其次是10kg/ha腐植酸施用水平的處理，土壤容重為1.57g/cm3。150kg/ha處理的容重最低為1.46g/cm3，120kg/ha水平下容重為1.48g/cm3，二者分別比對照降低了9.31%和8.0%(表6)。但2種級別的腐植酸對土壤容重的影響沒有表現(xiàn)出顯著差異。

第二年(2012-2013)的研究結(jié)果表明，仍以對照組土壤容重最高，為1.53g/cm3；120kg/ha水平的土壤容重次之，為1.42g/cm3；150kg/ha水平的容重最低，為1.38g/cm3；二者分別比對照降低了7.18%和9.8%。2種級別的腐植酸之間同樣沒有顯著差異。

由皮爾遜相關(guān)系數(shù)r值可以看出，土壤容重與團(tuán)聚體穩(wěn)定性和土壤總有機(jī)碳含量表現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(表4)。這說明隨著有機(jī)碳含量的增加和土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的改善，土壤容重明顯下降。使用腐植酸作為土壤有機(jī)碳源，可通過改善土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、減小土壤緊實(shí)度，從而降低土壤容重，改善土壤物理狀況，并最終改善土壤水分的入滲性能。也有研究表明，腐植酸的施用使得土壤容重下降，土壤有機(jī)碳含量增加，二者表現(xiàn)出顯著線性相關(guān)。

2.6　不同級別和水平的腐植酸對土壤重量含水量的影響

根據(jù)2011-2012年腐植酸對重量含水量的影響數(shù)據(jù)顯示，最大重量含水量(6.10%)出現(xiàn)在150kg/ha水平，其次為120kg/ha水平和90kg/ha水平(表7)。

2012-2013年的試驗(yàn)結(jié)果同樣表現(xiàn)為150kg/ha腐植酸施用水平的土壤重量含水量最大，為6.49%；其次是120kg/ha水平(6.42%)和90kg/ha水平(5.65%)；最小重量含水量為對照(3.83%)。150、120和9g/kg水平的土壤重量含水量與對照相比分別提高了69%、67.6%和47.5%。而且2年的試驗(yàn)結(jié)果均顯示，實(shí)驗(yàn)室級腐植酸處理的土壤重量含水量顯著高于商品級腐植酸的處理。

對土壤重量含水量與團(tuán)聚體穩(wěn)定性、土壤有機(jī)碳和土壤容重進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別為0.51、0.53和0.36(表4)。有研究表明，在煙草種植區(qū)，腐植酸的施用可降低土壤容重，改善土壤孔性，并最終對土壤物理性質(zhì)產(chǎn)生影響，土壤保水能力明顯增強(qiáng)。

表6　不同等級和水平的腐植酸對容重的影響
Tab.6 Bulk density as affected by humic acid levels and grades　g/cm3

表7　不同等級和水平的腐植酸對土壤重量含水量的影響
Tab.7 Gravimetric water contents as affected by humic acid levels and grades　%

3　結(jié)論

本研究結(jié)果表明，腐植酸的施用能通過提高土壤總有機(jī)碳含量、改善團(tuán)聚體穩(wěn)定性、降低土壤容重和增加土壤飽和導(dǎo)水率等來改善土壤的物理性質(zhì)，并提高小麥產(chǎn)量。2年的研究結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)室級腐植酸在提高小麥產(chǎn)量和改善土壤健康狀況方面優(yōu)于商品級腐植酸。2種級別的腐植酸不同施用水平與對照相比均差異顯著。多數(shù)指標(biāo)在120和150kg/ha的腐植酸施用水平下表現(xiàn)出相似的結(jié)果，因此，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，相比150kg/ha的施用水平，120kg/ha的腐植酸施肥水平為最佳。本研究結(jié)果為科學(xué)界今后利用腐植酸改善土壤物理狀況和提高作物產(chǎn)量提供了參考。

參考文獻(xiàn)(略)

譯自：International Journal of Plant &Soil Science，2015，5(5)：268～275。