保水劑和微生物菌肥配施對(duì)旱作土壤理化性質(zhì)和燕麥產(chǎn)量的影響

保水劑和微生物菌肥配施對(duì)旱作土壤理化性質(zhì)和燕麥產(chǎn)量的影響

內(nèi)蒙古洛杉磯高原是中國典型的干旱地區(qū)，那里降雨量少，土壤貧瘠。此外，長期不合理的土地利用方式導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降、化肥利用低、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)限制等問題。改善該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的關(guān)鍵是改善土壤。近年來，國內(nèi)外大量研究集中于在該區(qū)域采取土壤保水培肥措施，包括免耕秸稈覆蓋1材料和方法1.1蘇集積、蘇集積、水分含量及氣象條件試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古清水河縣（111°39′E,40°6′N）。試驗(yàn)地海拔1374m，年平均溫度7.1℃，有效積溫2370℃，無霜期140d，年均降水量365mm，年蒸發(fā)量2577mm，屬典型的中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。試驗(yàn)地土壤基本理化性質(zhì)見表1，試驗(yàn)地試驗(yàn)期間降雨量及氣溫?cái)?shù)據(jù)見圖1。1.2試驗(yàn)材料和試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.2.1試驗(yàn)材料保水劑：選用農(nóng)林保水劑（鉀鹽型）。微生物菌肥：有效活菌數(shù)≥1.0億·g燕麥品種：壩莜18號(hào)。1.2.2微生物菌肥的復(fù)配試驗(yàn)于2019年6～10月進(jìn)行，設(shè)不施保水劑和微生物菌肥（CK）、保水劑和微生物菌肥配施（A）、單施微生物菌肥（B）和單施保水劑（C)4個(gè)處理，其中保水劑施用量為22.5kg·hm1.3指標(biāo)和方法的測量1.3.1土壤貯水量及土壤容重的測定土壤貯水量：于燕麥苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期分別取0～20、20～40cm土樣，采用烘干法測定土壤含水量，并計(jì)算土壤貯水量。土壤貯水量計(jì)算公式為：W=h×a×b×10，式中：W為土壤貯水量（mm);h為土層深度（cm);a為土壤容重（g·cm土壤容重：于燕麥?zhǔn)斋@期，采取環(huán)刀法測定0～10、10～20、20～40cm土層土壤容重。土壤孔隙度：土壤孔隙度利用土壤容重計(jì)算。土壤孔隙度=（1-容重/比重）×100%，土壤比重為2.65g·cm土壤粒級(jí)及土壤團(tuán)聚體：于燕麥?zhǔn)斋@后按S形5點(diǎn)法分別取0～10、10～20、20～40cm土層土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，去除樣品中殘茬和石塊，并將大土塊按照自然裂痕剝離，將風(fēng)干土樣一次性過5mm孔徑篩，采取機(jī)械干篩法1.3.2土壤肥力分析于燕麥?zhǔn)斋@期按S形5點(diǎn)法分別取0～10、10～20、20～40cm土層土壤樣品，測定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。測定方法1.3.3測定了小麥產(chǎn)量燕麥成熟后，于每小區(qū)選取生育期內(nèi)未取樣的1m1.4數(shù)據(jù)處理和分析采用Ecxel2016進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、處理，并作圖，采用SPSS17.0軟件進(jìn)行顯著性、相關(guān)性分析。2結(jié)果與分析2.1保水劑、微生物菌肥配施對(duì)土壤水分的影響不同處理燕麥生育期內(nèi)0～40cm土壤貯水量變化如圖2所示。隨著生育期的推進(jìn)，各處理0～40cm土層土壤貯水量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，這是由燕麥生長需水、降雨以及土壤蒸發(fā)變化等共同決定的。同一生育時(shí)期，不同處理間基本表現(xiàn)為處理A>C>B>CK，且除苗期外，與2個(gè)單施處理（B、C）以及CK相比，配施（A）在全生育時(shí)期土壤貯水量均能顯著提高，僅在苗期與單施保水劑處理（C）差異不顯著；單施保水劑（C）全生育時(shí)期均顯著高于CK，但僅在苗期顯著高于單施微生物菌肥（B）；單施微生物菌肥（B）除苗期、拔節(jié)期外，均顯著高于CK。由此可見，保水劑、微生物菌肥單施、配施均能不同程度改善土壤水分狀況，其中生育前期單施保水劑（C）效果略優(yōu)于單施微生物菌肥（B），隨著生育期的推進(jìn)，2個(gè)單施處理差異不顯著，而保水劑和微生物菌肥配施（A）在全生育時(shí)期較其余3個(gè)處理0～40cm土壤貯水量均較高，且基本差異顯著，說明在該區(qū)域保水劑和微生物菌肥配施具有較好蓄水保水作用。與CK、單施保水劑（C）、單施微生物菌肥（B）相比，全生育時(shí)期配施（A)0～40cm土壤貯水量提高幅度分別為7.6%～22.1%、5.9%～10.8%、2.0%～11.6%。2.2土壤容重和孔隙度不同處理土壤容重、總孔隙度變化如表2所示。各土層，燕麥?zhǔn)斋@后各處理土壤容重均高于播前，總孔隙度（A處理0～10cm除外）均低于播前，這是由土壤自身重力、作物生長、耕作、田間管理等多種因素造成的。不同土層間，各處理土壤容重均表現(xiàn)為隨著土層深度的加深，土壤容重變大，總孔隙度變小，這是由土壤本身結(jié)構(gòu)特性以及作物生長等造成的。不同處理對(duì)不同土層土壤容重和孔隙度影響程度不同，總體表現(xiàn)為對(duì)10～20cm土層影響最大，0～10cm次之，對(duì)20～40cm土層無顯著影響。與CK相比，配施處理（A）能夠顯著降低0～10、10～20cm土層土壤容重，增加總孔隙度，且在0～10cm土層，配施處理（A）土壤容重顯著低于2個(gè)單施處理（B、C）；單施保水劑（C）能夠顯著降低10～20cm土層土壤容重，但單施微生物菌肥（B）對(duì)0～40cm土層土壤容重均無顯著影響。以10～20cm土層為例，配施處理（A）較CK土壤容重降低5.5%，土壤總孔度增加9.0%；較單施微生物菌肥（B）土壤容重降低3.6%，土壤總孔隙度增加5.7%；較單施保水劑（C）土壤容重降低2.2%，土壤總孔隙度增加3.2%。2.3保水劑、微生物菌肥單施及配施對(duì)0.5.5mm土壤團(tuán)聚體含量的影響不同處理土壤粒級(jí)分布見圖3所示，>0.25mm土壤團(tuán)聚體見圖4所示。如圖3所示，3個(gè)土層土壤各粒級(jí)含量均呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢(shì)，且峰值均出現(xiàn)在0.05～0.1mm土壤粒級(jí)，這是由土壤本身的特性所決定的。同一土層不同處理間，受到施用保水劑和微生物菌肥的影響，各土層不同處理各組成粒級(jí)含量不同，且不同處理對(duì)10～20cm土層土壤粒級(jí)組成影響最大，各處理間差異最明顯，0～10cm土層次之，20～40cm土層各處理在各粒級(jí)組成間基本無差異。以10～20cm土層為例，<0.05、0.05～0.1和0.1～0.25mm，各處理間差異不明顯，基本表現(xiàn)為CK>B>C>A,0.25～0.5、0.5～1.0、1～2和>2mm，各處理差異較之前粒級(jí)增大，基本表現(xiàn)為A>C>B>CK，且在0.5～1和1～2mm差異最明顯，說明保水劑、微生物菌肥單施及配施能夠促進(jìn)土壤中0.5～1和1～2mm土壤粒級(jí)的形成，從而增加土壤團(tuán)聚體含量。與CK、單施保水劑（C）、單施微生物菌肥（B）相比，配施處理（A)0.5～1和1～2mm土壤粒級(jí)分別提高20.2%和31.2%、0.7%和14.8%、9.9%和20.9%，可見，單施保水劑促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成的效果優(yōu)于單施微生物菌肥，且將2者進(jìn)行配施后具有更好效果。土壤學(xué)中，通常將>0.25mm土壤團(tuán)聚體含量作為評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。由圖4可知，不同土層間>0.25mm土壤團(tuán)聚體含量表現(xiàn)為10～20cm>0～10cm>20～40cm。各處理對(duì)不同土層>0.25mm土壤團(tuán)聚體含量的影響程度表現(xiàn)為對(duì)10～20cm土層影響最明顯，0～10cm次之，對(duì)20～40cm影響不明顯。由顯著性分析可知，僅有配施處理（A）可以同時(shí)顯著提高0～10、10～20cm土層>0.25mm土壤團(tuán)聚體含量，單施保水劑（C）可以顯著提高10～20cm土層>0.25mm土壤團(tuán)聚體含量，但單施微生物菌肥在對(duì)>0.25mm土壤團(tuán)聚體含量影響上均不顯著。以10～20cm為例，與CK、單施保水劑（C）、單施微生物菌肥（B）相比，配施處理（A)>0.25mm土壤團(tuán)聚體含量分別提高17.7%、5.9%、11.2%，可見，保水劑和微生物菌肥配施能夠更好地促進(jìn)0～20cm土層土壤團(tuán)聚體形成。2.4保水劑對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氧化指標(biāo)的影響不同處理土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀變化如表3所示，不同土層間土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀變化趨勢(shì)基本一致，均表現(xiàn)為10～20cm>0～10cm>20～40cm，且不同處理對(duì)3個(gè)土層土壤有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分含量的影響程度基本一致，均表現(xiàn)為對(duì)10～20cm土層影響最為明顯，0～10cm次之，對(duì)20～40cm土層影響不明顯。分析土壤有機(jī)質(zhì)含量變化可知，各土層均表現(xiàn)為處理A>B>C>CK，且配施（A）能夠顯著提高0～10、10～20cm土壤有機(jī)質(zhì)含量，單施微生物菌肥（B）僅可顯著提高10～20cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量，而單施保水劑（C）則對(duì)有機(jī)質(zhì)含量影響不顯著，以10～20cm為例，與CK、單施保水劑（C）、單施微生物菌肥（B）相比，配施處理（A）土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高13.2%、6.5%、3.1%。分析土壤堿解氮含量變化可知，各土層均表現(xiàn)為處理A>B>C>CK，且配施（A）和單施微生物菌肥（B）均能夠顯著提高0～10、10～20cm土壤堿解氮含量，單施保水劑（C）可提高10～20cm土層土壤堿解氮含量，且在10～20cm土層，配施（A）顯著高于2個(gè)單施處理，單施微生物菌肥（B）顯著高于單施保水劑（C）。以10～20cm為例，與CK、單施保水劑（C）、單施微生物菌肥（B）相比，配施處理（A）土壤堿解氮含量分別提高14.2%、7.3%、3.2%。分析土壤有效磷含量變化可知，各土層均表現(xiàn)為處理A>B>C>CK，且3個(gè)施用處理僅在10～20cm土層對(duì)土壤有效磷有顯著影響，均顯著高于CK，同時(shí)配施（A）顯著高于2個(gè)單施處理，2個(gè)單施處理間差異不顯著。以10～20cm為例，與CK、單施保水劑（C）、單施微生物菌肥（B）相比，配施處理（A）土壤有效磷含量分別提高19.6%、8.7%、7.9%。分析土壤速效鉀含量變化可知，除20～40cm土層外，表現(xiàn)為處理A>C>B>CK，且配施（A）能夠顯著提高0～10、10～20cm土壤速效鉀含量，但在0～10cm土層其與2個(gè)單施處理間差異不顯著，在10～20cm土層與2個(gè)單施處理差異顯著；單施微生物菌肥（B）和單施保水劑（C）僅能顯著提高10～20cm土層土壤速效鉀含量，且單施保水劑（C）顯著高于單施微生物菌肥（B），這是由于所用保水劑為鉀鹽型，其可直接向土壤中加入鉀，使得其在土壤中速效鉀的提升效果優(yōu)于微生物菌肥。以10～20cm為例，與CK、單施保水劑（C）、單施微生物菌肥（B）相比，配施處理（A）土壤速效鉀含量分別提高13.6%、5.6%、8.3%。2.5不同保水劑對(duì)乳粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量的影響燕麥產(chǎn)量構(gòu)成變化如表4所示。產(chǎn)量構(gòu)成因素除千粒重外，收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)、單穗粒重均表現(xiàn)為處理A>C>B>CK，千粒重表現(xiàn)為處理A>B>C>CK。分析產(chǎn)量構(gòu)成因素顯著性可知，與CK處理比較，僅有配施（A）可以同時(shí)顯著提高收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)和單穗粒重，單施保水劑（C）和單施微生物菌肥（B）僅能顯著提高穗粒數(shù)，且兩者之間以單施保水劑效果優(yōu)于單施微生物菌肥；與單施保水劑相比，配施僅可以顯著提高收獲穗數(shù)；與單施微生物菌肥相比，配施可以顯著提高收獲穗數(shù)和穗粒數(shù)。以收獲穗數(shù)為例，配施較單施保水劑（C）、單施微生物菌肥（B）和CK分別提高了11.5%、12.7%和18.3%。分析籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為處理A>C>B>CK。生物產(chǎn)量表現(xiàn)為處理A>B>C>CK。顯著性均表現(xiàn)為配施（A）顯著高于其他3個(gè)處理；單施處理中，單施保水劑（C）籽粒產(chǎn)量顯著高于CK，單施微生物菌肥（B）生物產(chǎn)量顯著高于CK，但2個(gè)單施處理在籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量之間差異均不顯著。配施較單施保水劑（C）、單施微生物菌肥（B）、CK的籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量分別提高了8.4%、11.7%、20.1%和15.8%、10.8%、25.1%。綜合分析產(chǎn)量構(gòu)成因素和籽粒產(chǎn)量，相對(duì)于其余3個(gè)處理，保水劑和微生物菌肥配施在顯著提高籽粒產(chǎn)量上主要是顯著提高了收獲穗數(shù)。2.6土壤理化性質(zhì)與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系燕麥產(chǎn)量與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性分析見表5。燕麥產(chǎn)量與土壤貯水量、團(tuán)聚體含量、容重、有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量、有效磷含量、速效鉀含量均存在相關(guān)關(guān)系，其中與土壤團(tuán)聚體、堿解氮、有效磷和速效鉀呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤貯水量、有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與容重呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系?？梢?，施用保水劑、微生物菌肥以及2者配施通過改善土壤理化性質(zhì)對(duì)旱作燕麥產(chǎn)量形成具有重要作用。3保水劑和保水劑保水劑、微生物菌肥單施和2者配施均能改善土壤水分狀況，尤其以配施表現(xiàn)較好，在全生育時(shí)期配施處理均能顯著提高0～40cm土層土壤貯水量。保水劑由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑼寥乐杏行У乃诌M(jìn)行固持，施用當(dāng)年就具有顯著提高土壤水分保持能力效果保水劑單施、保水劑和微生物菌肥配施能夠降低土壤容重，提高>0.25mm土壤團(tuán)聚體含量，保水劑分子量較大，分子鏈擴(kuò)展較寬，具有增稠性、粘合性、絮凝性等特點(diǎn)，施入土壤后與土壤顆粒進(jìn)行結(jié)合，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成保水劑、微生物菌肥單施和配施均能不同程度改善土壤養(yǎng)分狀況，保水劑由于其具有吸附性，在吸收土壤水分的同時(shí)可以保存溶解于水中的各種養(yǎng)分，減少養(yǎng)分損失，協(xié)調(diào)土壤水肥耦合環(huán)境，達(dá)到保肥作用4不同保水劑、微生物菌肥單施和配施對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響通過在黃土高原旱作區(qū)開展保水劑、微生物菌肥配施對(duì)土壤理化性質(zhì)及旱作燕麥產(chǎn)量影響試驗(yàn)研究與分析，得出如下結(jié)論：(1）保水劑、微生物菌肥單施和配施均能顯著提高0～40cm土壤貯水量，且以配施處理在全生育時(shí)期表現(xiàn)最好。與CK相比，提高7.6%～22.1%；與單施處理相比，提高2.0%～11.6%。(2）保水劑、微生物菌肥單施和配施對(duì)土壤結(jié)構(gòu)均有一定影響，以配施表現(xiàn)最好。能夠顯著降低0～10、10～20cm土層土壤容重，降低2.2%～5.5%；提高土壤孔隙度，提高3.2%～9.0%。同時(shí)促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，顯著提高0～10、10～20cm土層>0.25mm土壤團(tuán)聚體含量，提高5.9%～17.7%。(3）保水劑、微生物菌肥單施和配施均能提高土壤養(yǎng)分含量，但影響