保水剂和微生物菌肥配施对旱作土壤理化性质和燕麦产量的影响

保水剂和微生物菌肥配施对旱作土壤理化性质和燕麦产量的影响

内蒙古洛杉矶高原是中国典型的干旱地区，那里降雨量少，土壤贫瘠。此外，长期不合理的土地利用方式导致土壤质量下降、化肥利用低、农业生产限制等问题。改善该地区的农业生产条件的关键是改善土壤。近年来，国内外大量研究集中于在该区域采取土壤保水培肥措施，包括免耕秸秆覆盖1材料和方法1.1苏集积、苏集积、水分含量及气象条件试验地位于内蒙古清水河县（111°39′E,40°6′N）。试验地海拔1374m，年平均温度7.1℃，有效积温2370℃，无霜期140d，年均降水量365mm，年蒸发量2577mm，属典型的中温带半干旱大陆性季风气候。试验地土壤基本理化性质见表1，试验地试验期间降雨量及气温数据见图1。1.2试验材料和试验设计1.2.1试验材料保水剂：选用农林保水剂（钾盐型）。微生物菌肥：有效活菌数≥1.0亿·g燕麦品种：坝莜18号。1.2.2微生物菌肥的复配试验于2019年6～10月进行，设不施保水剂和微生物菌肥（CK）、保水剂和微生物菌肥配施（A）、单施微生物菌肥（B）和单施保水剂（C)4个处理，其中保水剂施用量为22.5kg·hm1.3指标和方法的测量1.3.1土壤贮水量及土壤容重的测定土壤贮水量：于燕麦苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期分别取0～20、20～40cm土样，采用烘干法测定土壤含水量，并计算土壤贮水量。土壤贮水量计算公式为：W=h×a×b×10，式中：W为土壤贮水量（mm);h为土层深度（cm);a为土壤容重（g·cm土壤容重：于燕麦收获期，采取环刀法测定0～10、10～20、20～40cm土层土壤容重。土壤孔隙度：土壤孔隙度利用土壤容重计算。土壤孔隙度=（1-容重/比重）×100%，土壤比重为2.65g·cm土壤粒级及土壤团聚体：于燕麦收获后按S形5点法分别取0～10、10～20、20～40cm土层土壤样品，带回实验室自然风干，去除样品中残茬和石块，并将大土块按照自然裂痕剥离，将风干土样一次性过5mm孔径筛，采取机械干筛法1.3.2土壤肥力分析于燕麦收获期按S形5点法分别取0～10、10～20、20～40cm土层土壤样品，测定土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量。测定方法1.3.3测定了小麦产量燕麦成熟后，于每小区选取生育期内未取样的1m1.4数据处理和分析采用Ecxel2016进行数据计算、处理，并作图，采用SPSS17.0软件进行显著性、相关性分析。2结果与分析2.1保水剂、微生物菌肥配施对土壤水分的影响不同处理燕麦生育期内0～40cm土壤贮水量变化如图2所示。随着生育期的推进，各处理0～40cm土层土壤贮水量呈现先增加后降低的趋势，这是由燕麦生长需水、降雨以及土壤蒸发变化等共同决定的。同一生育时期，不同处理间基本表现为处理A>C>B>CK，且除苗期外，与2个单施处理（B、C）以及CK相比，配施（A）在全生育时期土壤贮水量均能显著提高，仅在苗期与单施保水剂处理（C）差异不显著；单施保水剂（C）全生育时期均显著高于CK，但仅在苗期显著高于单施微生物菌肥（B）；单施微生物菌肥（B）除苗期、拔节期外，均显著高于CK。由此可见，保水剂、微生物菌肥单施、配施均能不同程度改善土壤水分状况，其中生育前期单施保水剂（C）效果略优于单施微生物菌肥（B），随着生育期的推进，2个单施处理差异不显著，而保水剂和微生物菌肥配施（A）在全生育时期较其余3个处理0～40cm土壤贮水量均较高，且基本差异显著，说明在该区域保水剂和微生物菌肥配施具有较好蓄水保水作用。与CK、单施保水剂（C）、单施微生物菌肥（B）相比，全生育时期配施（A)0～40cm土壤贮水量提高幅度分别为7.6%～22.1%、5.9%～10.8%、2.0%～11.6%。2.2土壤容重和孔隙度不同处理土壤容重、总孔隙度变化如表2所示。各土层，燕麦收获后各处理土壤容重均高于播前，总孔隙度（A处理0～10cm除外）均低于播前，这是由土壤自身重力、作物生长、耕作、田间管理等多种因素造成的。不同土层间，各处理土壤容重均表现为随着土层深度的加深，土壤容重变大，总孔隙度变小，这是由土壤本身结构特性以及作物生长等造成的。不同处理对不同土层土壤容重和孔隙度影响程度不同，总体表现为对10～20cm土层影响最大，0～10cm次之，对20～40cm土层无显著影响。与CK相比，配施处理（A）能够显著降低0～10、10～20cm土层土壤容重，增加总孔隙度，且在0～10cm土层，配施处理（A）土壤容重显著低于2个单施处理（B、C）；单施保水剂（C）能够显著降低10～20cm土层土壤容重，但单施微生物菌肥（B）对0～40cm土层土壤容重均无显著影响。以10～20cm土层为例，配施处理（A）较CK土壤容重降低5.5%，土壤总孔度增加9.0%；较单施微生物菌肥（B）土壤容重降低3.6%，土壤总孔隙度增加5.7%；较单施保水剂（C）土壤容重降低2.2%，土壤总孔隙度增加3.2%。2.3保水剂、微生物菌肥单施及配施对0.5.5mm土壤团聚体含量的影响不同处理土壤粒级分布见图3所示，>0.25mm土壤团聚体见图4所示。如图3所示，3个土层土壤各粒级含量均呈现先升高后降低再升高的趋势，且峰值均出现在0.05～0.1mm土壤粒级，这是由土壤本身的特性所决定的。同一土层不同处理间，受到施用保水剂和微生物菌肥的影响，各土层不同处理各组成粒级含量不同，且不同处理对10～20cm土层土壤粒级组成影响最大，各处理间差异最明显，0～10cm土层次之，20～40cm土层各处理在各粒级组成间基本无差异。以10～20cm土层为例，<0.05、0.05～0.1和0.1～0.25mm，各处理间差异不明显，基本表现为CK>B>C>A,0.25～0.5、0.5～1.0、1～2和>2mm，各处理差异较之前粒级增大，基本表现为A>C>B>CK，且在0.5～1和1～2mm差异最明显，说明保水剂、微生物菌肥单施及配施能够促进土壤中0.5～1和1～2mm土壤粒级的形成，从而增加土壤团聚体含量。与CK、单施保水剂（C）、单施微生物菌肥（B）相比，配施处理（A)0.5～1和1～2mm土壤粒级分别提高20.2%和31.2%、0.7%和14.8%、9.9%和20.9%，可见，单施保水剂促进土壤团聚体形成的效果优于单施微生物菌肥，且将2者进行配施后具有更好效果。土壤学中，通常将>0.25mm土壤团聚体含量作为评价土壤结构的重要指标。由图4可知，不同土层间>0.25mm土壤团聚体含量表现为10～20cm>0～10cm>20～40cm。各处理对不同土层>0.25mm土壤团聚体含量的影响程度表现为对10～20cm土层影响最明显，0～10cm次之，对20～40cm影响不明显。由显著性分析可知，仅有配施处理（A）可以同时显著提高0～10、10～20cm土层>0.25mm土壤团聚体含量，单施保水剂（C）可以显著提高10～20cm土层>0.25mm土壤团聚体含量，但单施微生物菌肥在对>0.25mm土壤团聚体含量影响上均不显著。以10～20cm为例，与CK、单施保水剂（C）、单施微生物菌肥（B）相比，配施处理（A)>0.25mm土壤团聚体含量分别提高17.7%、5.9%、11.2%，可见，保水剂和微生物菌肥配施能够更好地促进0～20cm土层土壤团聚体形成。2.4保水剂对土壤有机质和氧化指标的影响不同处理土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾变化如表3所示，不同土层间土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾变化趋势基本一致，均表现为10～20cm>0～10cm>20～40cm，且不同处理对3个土层土壤有机质、养分含量的影响程度基本一致，均表现为对10～20cm土层影响最为明显，0～10cm次之，对20～40cm土层影响不明显。分析土壤有机质含量变化可知，各土层均表现为处理A>B>C>CK，且配施（A）能够显著提高0～10、10～20cm土壤有机质含量，单施微生物菌肥（B）仅可显著提高10～20cm土层土壤有机质含量，而单施保水剂（C）则对有机质含量影响不显著，以10～20cm为例，与CK、单施保水剂（C）、单施微生物菌肥（B）相比，配施处理（A）土壤有机质含量分别提高13.2%、6.5%、3.1%。分析土壤碱解氮含量变化可知，各土层均表现为处理A>B>C>CK，且配施（A）和单施微生物菌肥（B）均能够显著提高0～10、10～20cm土壤碱解氮含量，单施保水剂（C）可提高10～20cm土层土壤碱解氮含量，且在10～20cm土层，配施（A）显著高于2个单施处理，单施微生物菌肥（B）显著高于单施保水剂（C）。以10～20cm为例，与CK、单施保水剂（C）、单施微生物菌肥（B）相比，配施处理（A）土壤碱解氮含量分别提高14.2%、7.3%、3.2%。分析土壤有效磷含量变化可知，各土层均表现为处理A>B>C>CK，且3个施用处理仅在10～20cm土层对土壤有效磷有显著影响，均显著高于CK，同时配施（A）显著高于2个单施处理，2个单施处理间差异不显著。以10～20cm为例，与CK、单施保水剂（C）、单施微生物菌肥（B）相比，配施处理（A）土壤有效磷含量分别提高19.6%、8.7%、7.9%。分析土壤速效钾含量变化可知，除20～40cm土层外，表现为处理A>C>B>CK，且配施（A）能够显著提高0～10、10～20cm土壤速效钾含量，但在0～10cm土层其与2个单施处理间差异不显著，在10～20cm土层与2个单施处理差异显著；单施微生物菌肥（B）和单施保水剂（C）仅能显著提高10～20cm土层土壤速效钾含量，且单施保水剂（C）显著高于单施微生物菌肥（B），这是由于所用保水剂为钾盐型，其可直接向土壤中加入钾，使得其在土壤中速效钾的提升效果优于微生物菌肥。以10～20cm为例，与CK、单施保水剂（C）、单施微生物菌肥（B）相比，配施处理（A）土壤速效钾含量分别提高13.6%、5.6%、8.3%。2.5不同保水剂对乳粒产量和生物产量的影响燕麦产量构成变化如表4所示。产量构成因素除千粒重外，收获穗数、穗粒数、单穗粒重均表现为处理A>C>B>CK，千粒重表现为处理A>B>C>CK。分析产量构成因素显著性可知，与CK处理比较，仅有配施（A）可以同时显著提高收获穗数、穗粒数和单穗粒重，单施保水剂（C）和单施微生物菌肥（B）仅能显著提高穗粒数，且两者之间以单施保水剂效果优于单施微生物菌肥；与单施保水剂相比，配施仅可以显著提高收获穗数；与单施微生物菌肥相比，配施可以显著提高收获穗数和穗粒数。以收获穗数为例，配施较单施保水剂（C）、单施微生物菌肥（B）和CK分别提高了11.5%、12.7%和18.3%。分析籽粒产量和生物产量，籽粒产量表现为处理A>C>B>CK。生物产量表现为处理A>B>C>CK。显著性均表现为配施（A）显著高于其他3个处理；单施处理中，单施保水剂（C）籽粒产量显著高于CK，单施微生物菌肥（B）生物产量显著高于CK，但2个单施处理在籽粒产量和生物产量之间差异均不显著。配施较单施保水剂（C）、单施微生物菌肥（B）、CK的籽粒产量和生物产量分别提高了8.4%、11.7%、20.1%和15.8%、10.8%、25.1%。综合分析产量构成因素和籽粒产量，相对于其余3个处理，保水剂和微生物菌肥配施在显著提高籽粒产量上主要是显著提高了收获穗数。2.6土壤理化性质与土壤理化性质的关系燕麦产量与土壤理化性质之间的相关性分析见表5。燕麦产量与土壤贮水量、团聚体含量、容重、有机质含量、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量均存在相关关系，其中与土壤团聚体、碱解氮、有效磷和速效钾呈极显著正相关关系，与土壤贮水量、有机质含量呈显著正相关关系，与容重呈显著负相关关系。可见，施用保水剂、微生物菌肥以及2者配施通过改善土壤理化性质对旱作燕麦产量形成具有重要作用。3保水剂和保水剂保水剂、微生物菌肥单施和2者配施均能改善土壤水分状况，尤其以配施表现较好，在全生育时期配施处理均能显著提高0～40cm土层土壤贮水量。保水剂由于其特殊的分子结构，能够将土壤中有效的水分进行固持，施用当年就具有显著提高土壤水分保持能力效果保水剂单施、保水剂和微生物菌肥配施能够降低土壤容重，提高>0.25mm土壤团聚体含量，保水剂分子量较大，分子链扩展较宽，具有增稠性、粘合性、絮凝性等特点，施入土壤后与土壤颗粒进行结合，促进土壤团聚体形成保水剂、微生物菌肥单施和配施均能不同程度改善土壤养分状况，保水剂由于其具有吸附性，在吸收土壤水分的同时可以保存溶解于水中的各种养分，减少养分损失，协调土壤水肥耦合环境，达到保肥作用4不同保水剂、微生物菌肥单施和配施对土壤结构的影响通过在黄土高原旱作区开展保水剂、微生物菌肥配施对土壤理化性质及旱作燕麦产量影响试验研究与分析，得出如下结论：(1）保水剂、微生物菌肥单施和配施均能显著提高0～40cm土壤贮水量，且以配施处理在全生育时期表现最好。与CK相比，提高7.6%～22.1%；与单施处理相比，提高2.0%～11.6%。(2）保水剂、微生物菌肥单施和配施对土壤结构均有一定影响，以配施表现最好。能够显著降低0～10、10～20cm土层土壤容重，降低2.2%～5.5%；提高土壤孔隙度，提高3.2%～9.0%。同时促进土壤团聚体形成，显著提高0～10、10～20cm土层>0.25mm土壤团聚体含量，提高5.9%～17.7%。(3）保水剂、微生物菌肥单施和配施均能提高土壤养分含量，但影响