環(huán)球熱議:有機(jī)肥替代對魯北平原輕度鹽堿地土壤性狀和作物產(chǎn)量的影響

魯北平原是山東省重要的糧棉油生產(chǎn)基地，合理開發(fā)利用鹽堿地資源是亟待解決的問題。通過田間小區(qū)試驗(yàn)，以習(xí)慣施肥為對照，設(shè)置低、中、高3種有機(jī)肥用量處理，有機(jī)肥處理減施20%化肥用量，研究有機(jī)肥增施對土壤團(tuán)聚體、鹽分、微生物等性狀和冬小麥、夏玉米產(chǎn)量的影響。研究結(jié)果表明：與習(xí)慣施肥相比，不同增施有機(jī)肥處理均增加>0.25 mm土壤大團(tuán)聚體的比例，有效增強(qiáng)了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性；增加土壤pH值，但均降低了0-40 cm土層的鹽分含量；不同增施有機(jī)肥處理可不同程度增加土壤真菌和細(xì)菌數(shù)量，其中中量有機(jī)肥配施化肥下真菌和細(xì)菌總量增值效果最大；增施有機(jī)肥都較大幅度增加冬小麥和夏玉米產(chǎn)量，增產(chǎn)8.8%-28.1%，平均增產(chǎn)20.3%。其中，中量有機(jī)肥配施下化肥下作物增產(chǎn)效果最顯著。綜合考慮土壤性狀和作物產(chǎn)量，在減施20%化肥的條件下，輕度鹽堿地推薦最佳有機(jī)肥用量為5250 kg/ha。

關(guān)鍵詞 輕度鹽堿地 鹽分消減 土壤團(tuán)聚體 土壤微生物 作物產(chǎn)量

(相關(guān)資料圖)

鹽堿地作為生態(tài)系統(tǒng)的一部分，由于其獨(dú)特的理化性質(zhì)，嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)功能有效發(fā)揮，對經(jīng)濟(jì)和環(huán)境兩方面造成極大損失[1,2]。高濃度的鹽分干擾作物對養(yǎng)分的吸收，造成作物“生理干旱”。同時(shí)，鹽堿地土壤膠體富含鈉離子，濕時(shí)膠體分散，土壤透氣性和透水性降低；干時(shí)劇烈收縮，結(jié)成硬塊，不僅耕作困難，而且嚴(yán)重妨礙作物生長[3-5]。有機(jī)肥也稱作“農(nóng)家肥料”，包括糞尿、廄肥、堆肥、綠肥等。牛糞、羊糞有機(jī)肥養(yǎng)分全面，富含有機(jī)質(zhì)、腐殖酸及微生物菌群。從對鹽堿土物理改良的角度出發(fā)，鹽堿地施用有機(jī)肥可通過促進(jìn)大粒徑土壤團(tuán)聚體改善土質(zhì)，使鹽堿、板結(jié)土壤恢復(fù)活力，促進(jìn)土壤空氣流通，提高作物生產(chǎn)力[6, 7]。在鹽堿土上使用有機(jī)肥具有促進(jìn)脫鹽和抑制返鹽的作用，進(jìn)而促進(jìn)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。有研究表明，雞糞和牛糞混合施用能夠顯著提高中低產(chǎn)田土壤肥力和小麥產(chǎn)量[8]。

農(nóng)民習(xí)慣性施肥方式只注重化肥增產(chǎn)的顯著一面，導(dǎo)致化肥利用率低，后期存在的農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)下降，營養(yǎng)成分減少，土壤板結(jié)的問題，因而科學(xué)地根據(jù)有機(jī)肥施用比例與化肥平衡施肥以達(dá)到提升鹽堿地地力，提高作物產(chǎn)量對于解決此類問題至關(guān)重要。有研究表明，河西綠洲灌溉區(qū)有機(jī)肥替代 30%化肥顯著提高玉米的株高、地上部分生物量、產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分的容量和供應(yīng)強(qiáng)度，土壤氮磷鉀和有機(jī)質(zhì)顯著提高[9]。尹志榮等（2016）研究表明，寧夏鹽堿地減施1/2化肥+增施1倍羊糞+增施1倍生物有機(jī)肥施肥模式顯著提高0 ~20 cm土壤養(yǎng)分含量，降低土壤pH 值和全鹽含量；極顯著降低土壤堿化度，有效改善土壤生物活性，細(xì)菌數(shù)量增加40.3倍、放線菌數(shù)量增加1.5倍；產(chǎn)量達(dá)7000.5 kg·hm-2，增產(chǎn)22.81%[10]。本研究從利用有機(jī)肥對鹽堿土物理改良角度出發(fā)，研究化肥減量配施有機(jī)肥對鹽堿地土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及作物產(chǎn)量的影響。通過不同有機(jī)肥覆蓋及低、中、高3種有機(jī)肥用量與化肥配比，研究施加有機(jī)肥對鹽堿土壤保水性、土壤團(tuán)聚體、鹽分等性狀和冬小麥-夏玉米產(chǎn)量的影響。以期綜合考慮土壤性狀和作物產(chǎn)量，選取合適的有機(jī)肥用量，為魯北平原及相似區(qū)域輕度鹽堿地開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

材料與方法

1.試驗(yàn)區(qū)自然條件

試驗(yàn)選擇在山東省沾化縣曹坨村進(jìn)行，該區(qū)屬于暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，大陸性氣象特征明顯，四季差別顯著，年平均氣溫12℃，年平均降水量575.5 mm。試驗(yàn)區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)偏低，水解性氮和有效磷較豐富，速效鉀中量，土壤偏堿性，屬于輕度鹽漬化土壤。土壤基本化學(xué)性質(zhì)詳見表1。

表1 供試土壤的基本化學(xué)性質(zhì)

注：土水比1:5浸提。*Note: Ratio of soil to water is 1:5.

2015年試驗(yàn)期間降水量為382.0 mm，冬小麥季降水量75 mm，夏玉米季降水量307.0 mm，在7月底和8月初，有兩次超過100 mm的降水，形成了田間澇害。試驗(yàn)期間的降水分布見圖1。

2.試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為冬小麥和夏玉米，試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理分別為：CK，習(xí)慣施肥；LOF，低量有機(jī)肥處理（用量1500 kg/ha）+80%習(xí)慣施肥；MOF，中量有機(jī)肥處理（用量5250 kg/ha）+80%習(xí)慣施肥；HOF，高量有機(jī)肥處理（用量9000 kg/ha）+80%習(xí)慣施肥。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)5 m×8 m=40 m2。有機(jī)肥均在冬小麥季作為底肥施用，玉米季只施用化肥。其他管理同常規(guī)。

3.測定項(xiàng)目和方法

土壤含水量:取樣深度為0-100 cm，每20 cm為一個(gè)取樣土層，取兩鉆混合樣。采用烘干法測定土壤質(zhì)量含水量。

土壤EC值: 取樣深度為0-100 cm，每20 cm為一個(gè)取樣土層，取兩鉆混合樣。土樣風(fēng)干后，用1:5土水比浸提土樣，采用DDS-11A數(shù)顯電導(dǎo)率儀電導(dǎo)法測定土壤EC值。

數(shù)據(jù)處理

（1）不同粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量[12]

結(jié)果與分析

1.增施有機(jī)肥對土壤性狀的影響

有機(jī)肥對土壤團(tuán)聚體的影響

作用與討論

鹽漬化土壤由于其結(jié)構(gòu)粘滯、通氣性差、養(yǎng)分釋放慢等物理化學(xué)結(jié)構(gòu)特性，不僅使得耕作困難，而且嚴(yán)重干擾作物對養(yǎng)分的吸收^[3-5]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同增施有機(jī)肥替代化肥處理均增加了大于1mm各級土壤團(tuán)聚體比例，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定方向發(fā)展。有機(jī)肥施入后有助于根系的生長和真菌菌絲的物理延伸，將大團(tuán)聚體崩裂，微團(tuán)聚體受根系和真菌的作用也會形成粘合；同時(shí)，有機(jī)肥的輸入改變了土壤基本C/N，增加土壤中腐殖質(zhì)，土壤中有大量植物殘?bào)w的積累作為微生物碳源，改變微生物生命活動，進(jìn)而產(chǎn)生土壤團(tuán)聚體形成的粘合劑與載體，使穩(wěn)定性團(tuán)聚體數(shù)量發(fā)生改變，從而造成土壤團(tuán)聚體分布向中間粒級過渡的特征。土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的改善可調(diào)節(jié)土壤的孔隙度及水氣比例，使土壤的三相（固相、液相、氣相）比例和理化性狀更趨合理。此外，土壤中穩(wěn)定性團(tuán)聚體（d>0.25 mm）是土壤生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵功能單元^[15]，有機(jī)肥通過促進(jìn)大團(tuán)聚體為作物生長提供營養(yǎng)來源^[16]。在團(tuán)聚體總量的基礎(chǔ)上，團(tuán)聚體大小分布狀況與土壤的質(zhì)量關(guān)系更加密切。本研究發(fā)現(xiàn)，不同增施有機(jī)肥處理均明顯增加R_0.25比例、MWD和GMD，有機(jī)肥替代化肥可以增加土壤大團(tuán)聚體含量，增強(qiáng)團(tuán)聚體穩(wěn)定性。同時(shí)，團(tuán)聚體中的資源也有利于微生物的生長，通過微生物分解有機(jī)質(zhì)，產(chǎn)生的有機(jī)酸能使土壤吸附的鈣活化，加強(qiáng)吸附性鈉的置換，促進(jìn)土壤脫鹽^[17]。這與本研究中，增施有機(jī)肥有降低土壤鹽分的趨勢，明顯降低了0-40cm土層的鹽分研究結(jié)果相符合。

有研究表明，施用有機(jī)肥能降低和穩(wěn)定表層土壤的pH和含鹽量，顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量^[18]。也有研究表明，有機(jī)肥的增加以及有機(jī)肥配施化肥對土壤pH改變不顯著^[19]。本研究中有機(jī)肥替代化肥施加增加了pH值，但從統(tǒng)計(jì)學(xué)的意義上其對pH值的影響并未達(dá)到顯著水平，這可能與堿性土壤的高初始pH值有關(guān)，有機(jī)肥的施用對土壤pH值改善是一個(gè)緩慢的過程，通常初始pH值較高的土壤具有較大的pH緩沖能力。堿性土壤中大量的Ca、Mg、Na和K離子堿性陽離子緩沖了無機(jī)氮肥引起的土壤酸化^[20]，氮肥引起的H⁺不足以打破堿性土壤的閾值^[21]。

有研究表明，習(xí)慣施肥減量20%-40%配施以3000、6000 kg/hm²有機(jī)肥不僅不會導(dǎo)致棉花減產(chǎn)，而且對提高土壤酶活性、調(diào)節(jié)土壤細(xì)菌、真菌、放線菌群落組成結(jié)構(gòu)，改善北疆綠洲滴灌棉田土壤生物學(xué)性狀有顯著作用^[22]。李秀英等研究結(jié)果表明有機(jī)無機(jī)肥配施會提高土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量^[23]。本試驗(yàn)中，不同增施有機(jī)肥處理均增加了真菌數(shù)量，而在MOF處理下細(xì)菌數(shù)量增加達(dá)到最大，表明中量有機(jī)肥替代化肥可使得土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量達(dá)到最大增值效應(yīng)。

本研究中，施用有機(jī)肥替代部分化肥，相比于單施化肥能較大幅度增加作物產(chǎn)量，而且隨著有機(jī)肥用量的增加產(chǎn)量也呈增加趨勢。陶瑞^[24]等對河西綠洲灌溉區(qū)有機(jī)肥替代 30%化肥增產(chǎn)研究亦發(fā)現(xiàn)增施有機(jī)肥顯著提高玉米的株高、地上部分生物量、產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分的容量和供應(yīng)強(qiáng)度及土壤氮磷鉀和有機(jī)質(zhì)含量。一方面，施用有機(jī)肥在一定程度上治理鹽堿地，改良土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，降低土壤鹽分含量，為作物提供良好的生長環(huán)境；另一方面，施用有機(jī)肥的土壤中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和各種養(yǎng)分，它不僅是作物養(yǎng)分的直接給源，又可以活化土壤中潛在養(yǎng)分和增強(qiáng)生物學(xué)活性，增加作物產(chǎn)量^{[25, 26]}。綜合冬小麥-夏玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)，CK總產(chǎn)量為10662.9 kg/ha，而MOF處理下增產(chǎn)28.1%，增產(chǎn)效果最佳。可見，在減施20%化肥的條件下，輕度鹽堿地最佳有機(jī)肥用量為5250 kg/ha。

結(jié)論通過田間小區(qū)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：增施有機(jī)肥同時(shí)減施化肥，對輕度鹽漬化土壤產(chǎn)生明顯的影響。增施有機(jī)肥增加土壤pH值，降低土壤EC值，增加土壤微生物總量。施用有機(jī)肥能較大幅度增加作物產(chǎn)量，增產(chǎn)8.8%-28.1%，而且隨著有機(jī)肥用量的增加產(chǎn)量呈增加趨勢，平均增產(chǎn)20.3%。綜合冬小麥-夏玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)，與CK總產(chǎn)量相比，MOF增產(chǎn)最大，因此，在減施20%化肥條件下，輕度鹽堿地最佳有機(jī)肥用量為5250kg/ha。

1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部山東耕地保育科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站（濟(jì)南 250100）：王逸筠 孫澤強(qiáng) 劉盛林 董曉霞 鄭東峰

2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（濟(jì)南 250100）：趙海軍劉兆輝

3.山東省萊蕪一中（萊蕪 271100）：趙文棟 李進(jìn)勝

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標(biāo)簽： 增施有機(jī)肥 土壤團(tuán)聚體