王立艷,肖 輝,程文娟,趙 杰,王曉風(fēng),潘 潔

(天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,天津 300192)

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濱海鹽堿地不同培肥方式對作物產(chǎn)量及土壤肥力的影響

王立艷,肖 輝,程文娟,趙 杰,王曉風(fēng),潘 潔

(天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,天津 300192)

為給濱海鹽堿地區(qū)土壤培肥及作物高產(chǎn)高效提供一定的理論指導(dǎo),采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計,以濱海鹽堿地冬小麥-夏玉米輪作模式為例,通過大田試驗(yàn),研究了氮肥、高效有機(jī)肥、改良劑不同配比對小麥、玉米產(chǎn)量及土壤肥力的影響。結(jié)果表明,在濱海鹽堿地上種植冬小麥?zhǔn)┯玫?、有機(jī)肥及土壤改良劑均可提高籽粒產(chǎn)量,且三者增產(chǎn)幅度分別為9.52%～29.52%,2.30%～17.82%,2.19%～11.48%;玉米季施用氮肥、有機(jī)肥均可提高玉米產(chǎn)量,增產(chǎn)幅度分別為29.37%～45.74%,1.69%～11.15%,小麥改良劑的后效對玉米也有明顯增產(chǎn)效果,增產(chǎn)幅度為3.50%～8.33%。鹽堿地施用氮肥、有機(jī)肥、改良劑對于提高土壤肥力效果明顯,其中O3(N2O3A2)效果最佳,土壤速效氮磷鉀含量均最高;施用土壤改良劑能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,且能降低土壤鹽堿含量。通過建立施肥效應(yīng)模型,獲得本試驗(yàn)條件下周年小麥玉米總產(chǎn)量最高可達(dá)16 770.46 kg/hm2,對應(yīng)的氮肥、有機(jī)肥、改良劑周年施用量分別為763,2 250,3 167 kg/hm2。因此,濱海鹽堿地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作模式施肥應(yīng)重視氮肥、有機(jī)肥及土壤改良劑的配合施用,可獲得一定的作物高產(chǎn)。

濱海鹽堿地;小麥-玉米輪作;土壤肥力;肥料效應(yīng)模型

濱海鹽漬土作為鹽漬化土壤重要的類型之一,主要分布于沿海地區(qū),屬于典型的中低產(chǎn)田。其鹽堿含量高、土壤瘠薄結(jié)構(gòu)差、淡水資源匱乏,是制約糧食增產(chǎn)的主要因素[1-2]。天津市鹽漬化耕地面積約28.5萬 hm2,占全市耕地面積的58.8%,為全國各省市鹽漬化土地所占比例之最[3]。

科學(xué)合理的施肥是保證作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵。不同養(yǎng)分的平衡供應(yīng)是提高土壤肥力、增加糧食產(chǎn)量的有效手段[4]。合理的氮肥施用在作物增產(chǎn)方面起重要作用[5]。已有研究表明,施用有機(jī)肥可補(bǔ)充一定數(shù)量的微量元素,降低土壤容重,增加土壤總孔隙度和毛管孔隙度,同時也可改變土壤的環(huán)境條件[6-8]。

目前針對濱海鹽堿地的研究,國內(nèi)主要集中在土壤改良方面[9-13],但是對于合理的氮肥、有機(jī)肥和改良劑配合施用對于提高作物產(chǎn)量及高效培肥的研究鮮有報道。濱海鹽堿地區(qū)由于土壤鹽堿含量高,土壤結(jié)構(gòu)差,導(dǎo)致作物產(chǎn)量及生物量與非鹽堿地區(qū)相比偏低[14]。因此,合理施肥模型的確定對于濱海鹽堿地的作物種植,提高中低產(chǎn)田的作物產(chǎn)量具有重要指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)以冬小麥-夏玉米輪作模式為例,研究濱海鹽堿地不同培肥方式對作物產(chǎn)量及土壤肥力的影響,為濱海鹽堿地區(qū)土壤培肥及作物高產(chǎn)高效提供理論指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

供試試驗(yàn)區(qū)設(shè)在天津?yàn)I海新區(qū)大港農(nóng)場,該地區(qū)全年平均氣溫12 ℃,無霜期7個月。年降雨量570～690 mm,70%集中在6-8月份,年均蒸發(fā)量1 100 mm。地下水位0.9～1.5 m。試驗(yàn)田土壤為鹽漬土,質(zhì)地為中壤土,基本性狀為:全鹽1.24 g/kg,pH值 8.8,有機(jī)質(zhì)15.12 g/kg,速效氮(N)56.2 mg/kg,速效磷(P)22.4 mg/kg,速效鉀(K)293.5 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計,設(shè)氮(N)、有機(jī)肥(有機(jī)質(zhì)≥45%,氮磷鉀≥5%)、改良劑(脫硫石膏∶腐殖酸∶木醋液為5∶2∶1)三因素,每個因素分4個水平,分別為0,1,2,3水平,0 水平指不施肥,2水平指當(dāng)?shù)亟谱罴咽┓柿?1 水平=2 水平×0.5,3水平=2水平×1.5,共14個處理。肥料品種為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、硫酸鉀(K2O 50%)。

小麥季2水平氮(N)240 kg/hm2;有機(jī)肥 750 kg/hm2;改良劑4 500 kg/hm2。各處理均施磷(P2O5)90 kg/hm2,鉀(K2O)120 kg/hm2。有機(jī)肥、改良劑、磷肥、鉀肥全部基施,氮肥50%基施,50%追施,追肥分2次,分別為30%,20%。

表1 試驗(yàn)設(shè)計

玉米季2水平氮(N) 270 kg/hm2;有機(jī)肥 750 kg/hm2;改良劑 0 kg/hm2。各處理均施磷(P2O5)120 kg/hm2,鉀(K2O)90 kg/hm2。有機(jī)肥、磷肥、鉀肥全部基施,氮肥50%基施,50%追施,追肥1次。具體設(shè)計情況如表1所示。小區(qū)面積:4 m×20 m=80 m2,重復(fù)3次。

2013年10月11日,完成小麥播種。供試小麥品種為津農(nóng)6號,播種量375 kg/hm2。2014年6月4日小麥?zhǔn)斋@,計產(chǎn),并采集小麥及土壤樣品。2014年6月14日玉米播種,供試玉米品種為鄭單958。2014年9月29日玉米收獲,采集土壤及玉米樣品。 1.3 測定項(xiàng)目及方法

土壤速效氮測定采用堿解擴(kuò)散法;土壤速效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;土壤速效鉀測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法;土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀氧化-硫酸亞鐵滴定法;土壤全鹽測定采用烘干質(zhì)量法;pH值測定采用玻璃電極法[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對作物生物量的影響

冬小麥籽粒產(chǎn)量各處理高低順序分別為:T7(N2O3A2)>T6(N2O2A2)>T14(N2O1A1)>T11(N3O2A2)>T9(N2O2A1)>T8(N2O2A0)>T5(N2O1A2)>T13(N1O2A1)>T12(N1O1A2)>T4(N2O0A2)>T3(N1O2A2)>T2(N0O2A2)>T10(N2O2A3)>T1(N0O0A0)(表2)。T7、T6、T14、T11處理產(chǎn)量較高,且四者之間差異不顯著;T10、T1處理產(chǎn)量最低,兩者之間差異不顯著。秸稈量高低順序?yàn)?T11(N3O2A2)>T9(N2O2A1)>T6(N2O2A2)>T5(N2O1A2)>T7(N2O3A2)>T14(N2O1A1)>T12(N1O1A2)>T8(N2O2A0)>T10(N2O2A3)>T4(N2O0A2)>T13(N1O2A1)>T3(N1O2A2)>T2(N0O2A2)>T1(N0O0A0),T11、T9、T6、T5、T7處理秸稈量較高,且相互之間差異不顯著;T2、T1處理秸稈量較低,兩者之間差異不顯著。

夏玉米籽粒產(chǎn)量各處理高低順序分別為T7(N2O3A2)>T6(N2O2A2)>T11(N3O2A2)>T10(N2O2A3)>T9(N2O2A1)>T14(N2O1A1)>T5(N2O1A2)>T8(N2O2A0)>T4(N2O0A2)>T13(N1O2A1)>T3(N1O2A2)>T12(N1O1A2)>T2(N1O1A2)>T1(N0O0A0)。T7、T6、T11、T10產(chǎn)量較高,且T7與T10間差異顯著;T2、T1產(chǎn)量較低。秸稈量高低順序?yàn)?T10(N2O2A3)>T6(N2O2A2)>T7(N2O3A2)>T11(N3O2A2)>T4(N2O0A2)>T14(N2O1A1)>T9(N2O2A1)>T8(N2O2A0)>T3(N1O2A2)>T5(N2O1A2)>T12(N1O1A2)>T13(N1O2A1)>T2(N0O2A2)>T1(N0O0A0),T10、T6、T7、T11處理秸稈量較高,且相互之間差異不顯著;T1處理秸稈量最低。

表2 不同處理對作物生物量的影響

2.1.1 氮肥對小麥-玉米生物量的影響 施用氮肥能顯著提高冬小麥產(chǎn)量,施氮與不施氮之間差異均達(dá)顯著水平(圖1),N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)分別比N0(N0O2A2)產(chǎn)量高出9.52%,29.52%,22.86%,N2、N3與N1之間差異也達(dá)顯著水平,N2、N3之間差異不明顯。表明施用氮肥對提高小麥產(chǎn)量效果顯著,但當(dāng)?shù)视昧窟_(dá)到一定程度時,繼續(xù)增加氮肥施用量,小麥增產(chǎn)效果降低;施用氮肥能顯著提高夏玉米產(chǎn)量,施氮與不施氮之間差異均達(dá)顯著水平,N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)分別比N0產(chǎn)量高出29.37%,45.74%,45.07%,N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)與N1(N1O2A2)之間差異也達(dá)顯著水平,N2、N3之間差異不明顯。表明施用氮肥對提高玉米產(chǎn)量效果顯著,但同樣表現(xiàn)出氮肥用量達(dá)到一定程度時,繼續(xù)增加氮肥施用量,玉米產(chǎn)量甚至有下降趨勢。

2.1.2 施用高效有機(jī)肥對小麥-玉米生物量的影響 施用有機(jī)肥可明顯提高小麥產(chǎn)量,各處理高低順序?yàn)镺3(N2O3A2)>O2(N2O2A2)>O1(N2O1A2)>O0(N2O0A2)(圖1),O1(N2O1A2)、O2(N2O2A2)、O3(N2O3A2)分別比O0(N2O0A2)產(chǎn)量高出2.30%,17.24%,17.82%。O3、O2與O1、O0之間差異均達(dá)顯著水平,O2與O3之間差異不顯著,O1、O0之間差異也不顯著。同樣,施用高效有機(jī)肥也能提高玉米產(chǎn)量,各處理高低順序?yàn)镺3(N2O3A2)> O2(N2O2A2)> O1(N2O1A2) >O0(N2O0A2),O1、O2、O3分別比O0產(chǎn)量高出1.69%,9.80%,11.15%。O3(N2O3A2)、O2(N2O2A2)與O1(N2O1A2)、O0(N2O0A2)之間差異均達(dá)顯著水平,O2與O3之間差異不顯著,O1、O0之間差異也不顯著。本試驗(yàn)有機(jī)肥用量整體偏低,但仍能明顯提高小麥、玉米產(chǎn)量,但用量較低時(O1)增產(chǎn)效果不明顯。

2.1.3 土壤改良劑對小麥-玉米生物量的影響 冬小麥各處理產(chǎn)量高低順序?yàn)锳2(N2O2A2)>A1(N2O2A1)>A0(N2O2A0)>A3(N2O2A3)(圖1),A1(N2O2A1)、A2(N2O2A2)與A0(N2O2A0)相比產(chǎn)量分別提高2.19%和11.48%,A3(N2O2A3)與A0(N2O2A0)相比產(chǎn)量降低20.70%。A2與其他處理之間差異均達(dá)顯著水平;A1、A0之間差異不顯著,均與A3差異達(dá)顯著水平。表明輕、中度鹽堿地適量應(yīng)用土壤調(diào)理劑可提高小麥產(chǎn)量,但用量過大可能會導(dǎo)致作物減產(chǎn),尤其離子調(diào)控型改良劑。夏玉米各處理產(chǎn)量高低順序?yàn)锳2(N2O2A2)>A3(N2O2A3)>A1(N2O2A1)>A0(N2O2A0),A1(N2O2A1)、A2(N2O2A2)、A3(N2O2A3)與A0(N2O2A0)相比產(chǎn)量分別提高3.50%,8.33%,7.33%。A2、A3與不施改良劑處理A0之間差異均達(dá)顯著水平;A1、A0之間差異不顯著,A2與A1之間差異顯著,但與A3差異不顯著;A3、A1之間差異不顯著。表明小麥季施用改良劑,對提高玉米季產(chǎn)量效果也很明顯。

圖1 氮肥、高效有機(jī)肥、改良劑對小麥-玉米生物量的影響

2.2 不同處理對土壤養(yǎng)分及鹽堿的影響

鹽堿土壤施用氮肥、有機(jī)肥和改良劑可提高土壤速效養(yǎng)分含量(表3),其中有機(jī)肥用量處理O3(N2O3A2)效果最為明顯,速效氮磷鉀含量均最高,A3(N2O2A3)次之。

施用氮肥能顯著提高土壤速效氮含量,N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)與不施氮之間差異均達(dá)顯著水平,N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)分別比N0(N0O2A2)土壤速效氮含量高出19.59%,24.98%,28.28%,N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)與N1(N1O2A2)之間差異不顯著。表明施用氮肥對提高土壤速效氮效果明顯,但當(dāng)?shù)适┯昧窟_(dá)到一定程度時,繼續(xù)增加氮肥用量,增加土壤速效氮含量效果不顯著。施用氮肥對于土壤速效磷、速效鉀以及有機(jī)質(zhì)的提升效果不顯著。

施用高效有機(jī)肥對土壤速效氮含量影響的高低順序?yàn)镺3(N2O3A2)> O2(N2O2A2)> O0(N2O0A2) >O1(N2O1A2),O3、O2與O0相比土壤速效氮含量分別高出13.30%,5.21%,O1與O0相比土壤速效氮含量降低4.43%;對土壤速效磷含量影響的高低順序?yàn)镺3>O2>O1>O0,與不施有機(jī)肥相比,O1、O2、O3土壤速效磷含量分別高出6.21%,14.13%,101.9%,O3與O0、O1、O2之間差異顯著,O2與O0、O1之間差異不顯著;對土壤速效鉀含量影響的高低順序?yàn)镺3>O0>O2>O1,O3比O0土壤速效鉀含量高出7.907%,O1、O2比O0土壤速效鉀含量降低5.65%,4.01%;施用高效有機(jī)肥對土壤有機(jī)質(zhì)含量影響的高低順序?yàn)镺3>O2>O1>O0,O1、O2、O3分別比O0土壤有機(jī)質(zhì)含量高出4.91%,12.52%,14.64%,除了O1與O0之間差異不顯著之外,O2、O3與O0之間差異均達(dá)顯著水平。

隨著改良劑施用量的增加,對土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量影響的效果一致,高低順序均表現(xiàn)為A3(N2O2A3) > A2(N2O2A2) > A1(N2O2A1)> A0(N2O2A0)。其中A3(N2O2A3) 有機(jī)質(zhì)含量最高,表明增加改良劑用量對提高土壤養(yǎng)分含量,尤其有機(jī)質(zhì)含量效果明顯。

不同處理對土壤含鹽量的影響為0.64～1.31 g/kg,其中施用土壤改良劑有降低土壤鹽堿含量的趨勢,如全鹽含量A0(N2O2A0)>A1(N2O2A1)>A2(N2O2A2)>A3(N2O2A3)。但是施用氮肥和有機(jī)肥對土壤鹽分含量的影響趨勢不明顯。

表3 不同處理對土壤養(yǎng)分和鹽堿含量的影響

2.3 小麥-玉米輪作肥料效應(yīng)及施肥模型

以氮肥、有機(jī)肥、改良劑施用量為自變量,產(chǎn)量為因變量,進(jìn)行多元二次逐步回歸分析,經(jīng)過剔除顯著性較差項(xiàng)后,得到優(yōu)化回歸模型為Y=10 777.1+10.97X1-0.832 3X2+0.755 2X3-95.55×10-4X12-1.155×10-4X32+22.72×10-4X1X2-3.926×10-4X1X3+1.226×10-4X2X3,(R=0.986 8)。利用該回歸模型,得出該試驗(yàn)區(qū)周年小麥-玉米總產(chǎn)量最高可以達(dá)到16 770.46 kg/hm2,對應(yīng)的氮肥、有機(jī)肥、改良劑周年施用量分別為763,2 250,3 167 kg/hm2。

3 結(jié)論與討論

土壤肥力低、鹽堿程度高是濱海鹽堿地共性特征,提高土壤肥力、降低土壤鹽堿、增加作物產(chǎn)量是鹽堿區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要工作。本試驗(yàn)結(jié)果表明增施氮肥、有機(jī)肥和改良劑對提高濱海鹽堿地作物產(chǎn)量、增加土壤肥力效果明顯。

氮素是作物生長所必需的大量營養(yǎng)元素,施用氮肥可顯著提高作物產(chǎn)量,本研究結(jié)果表明,施用氮肥對于小麥、玉米增產(chǎn)效果顯著,這與前人研究結(jié)果基本一致[5,16]。本試驗(yàn)條件下,施用氮肥對冬小麥、夏玉米的增產(chǎn)幅度分別為9.52%～29.52%和29.37%～45.74%。由于試驗(yàn)田速效氮含量偏低,因此,施用氮肥增產(chǎn)效果明顯,但氮肥用量達(dá)到一定程度時,再增加氮肥用量,增產(chǎn)效果變低。這可能與氮肥施用量過大,導(dǎo)致養(yǎng)分淋溶流失,降低肥料利用率有關(guān)[17]。施用氮肥能顯著提高土壤速效氮含量,但對于土壤速效磷、速效鉀以及有機(jī)質(zhì)的提升效果不如速效氮顯著。

有機(jī)肥含有植物生長所必需的大量營養(yǎng)元素氮、磷、鉀和豐富的有機(jī)質(zhì),還含有相當(dāng)數(shù)量的中、微量元素及氨基酸、核酸、糖、維生素等有機(jī)營養(yǎng)成分[18]。有關(guān)施用有機(jī)肥對作物產(chǎn)量影響的結(jié)論不一致[19-21]。本試驗(yàn)中,在濱海鹽堿地施用有機(jī)肥對于冬小麥、夏玉米分別增產(chǎn)2.30%～17.82%和1.69%～11.15%。O3(N2O3A2)土壤速效氮、速效磷、速效鉀以及有機(jī)質(zhì)的含量要顯著高于不施有機(jī)肥處理。

土壤改良劑在一定程度上能夠改善土壤的理化性狀,促進(jìn)植物對水分和養(yǎng)分的吸收[22]。本試驗(yàn)中,施用土壤改良劑對于冬小麥增產(chǎn)2.19%～11.48%,但用量過大會導(dǎo)致小麥減產(chǎn)。小麥季改良劑的后效對玉米也有明顯增產(chǎn)效果,增產(chǎn)幅度為3.50%～8.33%。隨著改良劑施用量的增加,對土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量影響的效果一致,高低順序均表現(xiàn)為A3(N2O2A3)>A2(N2O2A2)>A1(N2O2A1)> A0(N2O2A0)。

本試驗(yàn)通過多元二次逐步回歸分析建立了優(yōu)化的回歸模型。依據(jù)模型得出該試驗(yàn)區(qū)的最高產(chǎn)量可以達(dá)到16 770.46 kg/hm2,相對應(yīng)的氮肥、有機(jī)肥、改良劑周年施用量分別為763,2 250,3 167 kg/hm2。不同鹽堿地區(qū)的土壤條件有差異,試驗(yàn)結(jié)果可能會有所不同,因此,建議各種肥料的施用量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整。

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Effects of Different Fertilization Mode on Crops Yield and Soil Fertility in Coastal Saline Soil

WANG Liyan,XIAO Hui,CHENG Wenjuan,ZHAO Jie,WANG Xiaofeng,PAN Jie

(Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment,Tianjin 300192,China)

Based on randomized block experimental design,a field experiments was conducted to investigate the effects of different nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments on wheat yield,maize yield and soil fertility in the rotation system of wheat and maize on coastal saline areas.The aim of these experiments was to providing a certain theoretical guidance about soil fertility and crop yield in coastal saline soil.The results showed that the application of nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments could increase grain yield of wheat.And the yield increased 9.52%-29.52%,2.30%-17.82%,2.19%-11.48% respectively.The application of nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer could increase grain yield of maize,and the yield increased 29.37%-45.74%,1.69%-11.15% respectively.There was obvious yield increasing effect on corn yield after wheat amendments,and the yield increased 3.50%-8.33%.Application of nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments had a significant effect on improving soil fertility in coastal saline soil.O3(N2O3A2) had the highest available nitrogen,available phosphor,available potassium content in all treatments;Application of amendments increased soil organic matter content and decreased the soluble salt contents in soil.Under the conditions of this experiment,the highest wheat and maize annual production reached 16 770.46 kg/ha,which obtained by mathematic simulation,and the optimum economic amounts of nitrogen fertilizer,organic fertilizer and amendment were 763,2 250,3 167 kg/ha,respectively.Therefore,in order to obtain high yield and get higher economic efficiency,we should pay attention to combine application among nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments in the rotation system of wheat and maize on coastal saline areas.

Coastal saline soil;Rotation system of wheat and maize;Soil fertility;Fertilization effects mode

2016-03-03

國家科技支撐計劃項(xiàng)目(2013BAD05B08);天津市科技支撐計劃項(xiàng)目(13ZCZDNC09900)

王立艷(1981-),女,黑龍江海倫人,助理研究員,碩士,主要從事鹽堿地改良及植物營養(yǎng)研究。

潘 潔(1968-),女,江蘇溧陽人,研究員,主要從事鹽堿區(qū)土壤改良研究。

S158.5

A

1000-7091(2016)05-0222-06

10.7668/hbnxb.2016.05.034