杨彬林，谢香文，王振华*，王则玉，杨洪泽，董心久

（1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子 832000；2.石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆 石河子 832000；3.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；4.新疆农业科学院经济作物研究所，新疆 乌鲁木齐 830091）

随着我国经济高速发展，工农业有机废弃物大量产出而无法有效处理，如何利用有机废弃物成为一道技术难题。潘根兴等［1］，罗春燕等［2］提出有机废弃物能有效改良土壤，是功能齐全的土壤改良剂。而盐碱地改良是一项难度大、复杂性高的工程，涉及方法包括水利工程改良措施、生物改良措施、农业改良措施及化学改良措施，有机废弃物属于化学和生物改良措施，是目前研究重点［3］。近年，利用有机废弃物改良土壤取得了一定进展。有机废弃物能有效改善土壤理化性状，减少土壤肥力损失，降低土壤盐分和pH值［4-6］，合理搭配有机肥能有效增加作物产量与品质［7］。高伟等［8］对春小麦施用无机肥与有机肥后表明，有机肥作为土壤改良剂可显著降低表层土壤含盐量，增加春小麦产量。王斌等［9］在新疆玛纳斯盐碱地上通过6种土壤改良剂对棉花生育期影响试验表明，以黄腐酸等低分子量、水溶性有机酸为主要成分的有机肥效果较优。鲁雪林等［10］通过不同土壤改良剂组合对棉花产量的影响试验表明，复合肥、腐植酸、磷石膏、牛粪为最优组合，籽棉产量最高。

新疆耕地盐渍化严重，合理开发利用盐碱地资源，成为新疆农业可持续发展的一大难题。盐碱地问题不仅制约新疆干旱区农业土地资源可持续利用，而且对生态环境稳定影响较大［11-14］。甜菜是我国重要糖料作物之一，新疆甜菜产量占全国55%左右［15］，土壤盐分直接影响甜菜出苗率及生长，严重降低甜菜产量。合理选用有机废弃物及施用量不仅可以缓解我国当下有机废弃物处理压力，而且能有效改善盐碱地理化性状，改善甜菜种植效益。目前有关有机废弃物改良盐碱地的研究较少，本文通过盆栽甜菜试验，研究有机废弃物对新疆盐碱地改良效果及对甜菜苗期生长的影响，为种植甜菜的盐碱地改良提供新思路。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

试验于2017年7～10月在玛纳斯县包家店镇新疆农科院国家糖料改良中心试验站进行。该基地位于天山山系北坡中段，准噶尔盆地西南缘，处于典型灰漠土地带，属中温带大陆性干旱、半干旱气候区，蒸发量大于降水量，昼夜温差悬殊。平均海拔高度489 m，大于等于10℃的有效积温为3 584℃，年均日照数 2 886 h，无霜期 135 ～ 170 d。试验区盐碱土类型为残余盐土，地下水位在3 m以下。

1.2 试验材料

采用盆栽试验，试验盆规格为0.35 m×0.30 m×0.30 m（顶部内径×底部内径×高），桶底开孔；甜菜品种为当地主栽品种ST14991。试验盐碱土采自国家甜菜改良新疆分中心玛纳斯试验基地，经自然晾干碾碎过筛混合均匀，每盆入土15 kg，填土容重为 1.5 g·cm-³，土样基本性状见表1。有机废弃物中味精废弃物、加菌味精废弃物为粉状物，沼液、动物氨基酸为液体，主要成分见表2。

表1 基础土样性状

表2 有机废弃物主要成分

1.3 试验方法

7月8日播种，每盆均匀播种20粒。将有机废弃物按不同施用量加入1 L量筒内，兑清水至0.5 L混匀，配成不同施用量的溶液，各处理施用量见表3。另设施用清水为对照。每个处理4次重复，各处理均于7月8日、8月8日、9月8日施用0.5 L处理液。

表3 有机废弃物施用量

1.4 观测指标及方法

1.4.1 土样总盐、pH值的测定

7月22日第一次取土，取土点位于试验盆等边三角形内心点，取土深度10 cm；于9月30日第二次取土，取土深度为20 cm。土样总盐采用国家标准LY/T1251-1999干燥残渣法测定。土样pH值采用国家标准LY/T1239-1999测定。

土壤pH值变化率计算公式：

式中：ΔP—土壤pH值变化率（%）；Pck—试验前土壤pH值；Pd—不同有机废弃物土壤pH值。

土壤脱盐率计算公式：

式中：ΔS—土壤盐分变化率（%）；Sck—试验前土壤盐分；Sd—不同有机废弃物土壤盐分。

1.4.2 甜菜发芽率及干物质测定

播种后第3 d观测发芽情况，连续观测9 d，发芽以展开子叶为准。30 d后除苗，每个处理采集5株长势相近幼苗，测定鲜重、干重。每盆留3株幼苗，并于试验盆中心15～20 cm范围内画等边三角形，将3株幼苗移栽于3个顶点上。

发芽势计算公式：

发芽率计算公式：

发芽指数计算公式：

活力指数计算公式：

式中：Ge为发芽势（%），G4为第4 d发芽种子数，G为参试种子总数，Gr为发芽率（%），G14为第14 d发芽种子数，GI 为发芽指数，Gt 为 t日内发芽数，Dt为相应发芽天数，S为单株幼苗干物质量（g），用称量法测定干物质量。

9月30日测定甜菜干重，各处理经105℃杀青后烘干用电子秤测干物质（精度0.05 g）。

1.5 数据处理

所有数据均使用 Excel 2013 以及 SPSS 20.0 软件处理分析，使用Origin 8.5制图。

2 结果与分析

2.1 有机废弃物对盐碱地pH值、盐分的影响

2.1.1 土壤pH值

9月30日第二次取土，盆栽土壤pH值见图1。分析可知，pH值随沼液施用量增加呈减小趋势，Z2、Z3分别降低0.66、 1.46个单位，降幅明显（P＜0.05）；味精废弃物与加菌味精废弃物处理的pH值与CK无明显差异（P>0.05）；土壤pH值随动物氨基酸施用量增加呈减小趋势，D4处理下降0.65 个单位（P＜0.05）。

图1 不同有机废弃物处理对土壤pH值变化的影响

采用公式（2）计算pH值变化率，正值表示pH值增大，负值表示pH值减小（图2）。与对照相比，施用味精废弃物与加菌味精废弃物后土壤pH值变化率不明显；随沼液施用量增加pH变化率呈显著增大趋势，Z3处理变化率达到-15.6%；pH变化率随动物氨基酸施用量增加而增大。上述分析表明施用沼液能有效降低土壤pH值，D4对土壤pH值影响显著。

图2 不同有机废弃物对土壤pH值变化率的影响

2.1.2 土壤盐分

盆栽土壤盐分变化见图3。图3表明，土壤盐分随味精废弃物施用量增加而减小，T3比CK降低 0.97 g·kg-1（P＜0.05）；随沼液施用量增加而增加，比对照增加 1.24＜3.57＜5.78 g· kg-1；随加菌味精废弃物施用量增加而减小，G3处理比对照减少0.85 g· kg-1（P＜0.05）；随动物氨基酸施用量增加呈增加趋势，D3、D4处理土壤盐分显著大于对照（P＜0.05）。

图3 不同有机废弃物处理对土壤盐分变化的影响

采用公式（3）得出盐分变化率，正值表示积盐，负值表示脱盐（图4）。由图4可知，T3、G3处理土壤脱盐率分别达到33%、31%；沼液处理土壤积盐效果明显，Z3积盐率达87%，D4水平积盐率为4.8%。综上所述，T3与G3能有效降低土壤盐分，而施用沼液与D4动物氨基酸会导致土壤积盐。

图4 不同有机废弃物的土壤盐分变化率

2.2 发芽率

发芽势、发芽率、发芽指数反应种子发芽整齐度与发芽速度。随着盐分胁迫程度增加，发芽势、发芽率、发芽指数呈现减小趋势［16］。7月8日第一次取土，不同有机废弃物对土壤pH值、总盐及甜菜发芽影响见表4。由表4可知，各处理的发芽指数、发芽率显著大于CK（P＜0.05），表现为G3>Z1>Z2>Z3>T3；其中G3处理发芽指数为16.63，优于其他处理（P＜0.05）。G3、Z1发芽率分别达到88%、87%，较CK分别增加50%、49%，说明G3与Z1能显著提高甜菜发芽率。

活力指数是综合评价种子发芽的指标，活力指数对高盐、低盐胁迫下种子萌发状态反应敏感，能有效反应作物对盐碱地适应能力［16］。由表4可知，各处理活力指数显著大于CK处理（P＜0.05），表现为G3>T3>Z1>D4>G2>T2>D3，G3处理活力指数为4.09，较CK增加3.59，发芽率、发芽指数、活力指数较对照分别增加50%、12.06、3.59，优于其他处理（P＜0.05）。活力指数随味精废弃物、加菌味精废弃物、动物氨基酸的施用量增加呈现增加趋势，随沼液施用量增加呈减小趋势。处理T1、Z2、Z3、G1、D1、D2与对照CK无明显差异。

综上所述，G3最有利于提高甜菜出苗质量。Z1与G3发芽率与发芽指数差异不显著，Z1处理的活力指数显著小于G3，表明盐分增加会降低甜菜活力指数；动物氨基酸处理的甜菜活力指数随pH值的减小呈增大趋势。

表4 不同有机废弃物对甜菜发芽的影响

2.3 有机废弃物对甜菜苗期干物质的影响

分析不同有机废弃物对甜菜苗期干物质的影响（图5）可知，甜菜苗期干物质随味精废弃物施用量增加而增加，T3较CK增重1.05 g（P＜0.05），T2与CK无明显差异（P>0.05）；苗期干物质重随沼液施用量增加而减小，Z1处理与CK无明显差异（P>0.05），Z2、Z3明显小于CK（P＜0.05）；G1、G2、G3处理的甜菜干物质较CK增重表现为：0.94 g＜1.19 g＜3.6 g（P＜0.05），G3 处理显著大于其他处理（P＜0.05）；动物氨基酸处理甜菜苗期干物质重显著大于对照（P＜0.05），D1、D3、D4处理无明显差异（P>0.05），D2处理干物质重为16.23 g，较对照增重3.95 g，优于其他处理（P＜0.05）。综上分析，沼液会抑制甜菜苗期生长，G3、D2能显著促进甜菜苗期生长，D2效果更好。

图5 不同有机废弃物对甜菜苗期干物质的影响

3 讨论

有机废弃物大多为复合型有机肥料，能改良盐碱地同时有利作物生长，而有机废弃物施用量对作物生长影响较大。本次试验通过4种有机废弃物对甜菜幼苗影响试验，证明土壤盐分增加会降低甜菜幼苗活力指数，这与李亚等［17］研究结果相似。

腐植酸能减少土壤表层盐分积累，吸附土壤中可溶性盐［18］。本次试验表明味精废弃物与加菌味精废弃物有脱盐作用。张婷等［19］表明甜菜碱能减小番茄盐分胁迫，发芽率提高10%左右。本次施用T3、G3发芽率与质量显著提高，与张婷等研究结果相似。侯亚玲等［20］表明枯草芽孢杆菌能增加土壤水土保持能力，改善土壤团粒结构。冯海波等［21］提出地衣芽孢杆菌能增加黄瓜、番茄、西瓜等作物产量。本次试验在味精废弃物中加入两菌后显著提高甜菜发芽率与发芽质量。

温国梁［22］表明沼液能提高作物产量，土壤pH值降低13.5%，种植水稻、小麦后土壤含盐量分别降低41.5%、81.4%。本试验施用沼液后土壤pH值最大降低15.6%，与前人结果相似；但土壤盐分增加，与温国梁［22］结论相悖，这可能与本次选择甜菜苗期为试验期有关。

王斌等［9］试验表明，施用动物氨基酸后土壤中氨基酸含量增加，土壤全盐量增加导致积盐。动物氨基酸属于酸性有机废弃物，土壤pH值随施用量增加而降低，但过量会导致土壤积盐。本次试验表明动物氨基酸能促进甜菜生长，对甜菜发芽无显著影响。

4 结论

施用沼液与动物氨基酸后土壤pH值有所降低，味精废弃物与加菌味精废弃物能降低土壤含盐量；沼液虽能提高甜菜出苗率，但会降低甜菜发芽质量，影响甜菜苗期生长；施用加菌味精废弃物与动物氨基酸能有效促进甜菜生长，施用150 g·m-2加菌味精废弃物能有效提高甜菜发芽质量，施用50 g·m-2动物氨基酸能显著促进甜菜生长。综合土壤盐分变化及甜菜发育状况，加菌味精废弃物和动物氨基酸可作甜菜的盐碱改良剂，施用方法为：播种前按150 g·m-2水平施用加菌味精废弃物，出苗后施用50 g·m-2的动物氨基酸。

本次试验150 g·m-2加菌味精废弃物对土壤脱盐、甜菜出苗生长有显著效果，但更高浓度加菌味精废弃物是否优于现施用量还需验证；另外，本试验对有机废弃物中有效成分作用效果尚不明确，需进一步研究。