馬桂秀，林治安，李志杰，溫延臣*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.山東安丘市農(nóng)業(yè)局，山東 安丘 262100）

我國的鹽堿土地面積較廣，種類較多，鹽堿土地面積幾乎占全國土地面積的1/3，約占全世界鹽堿土面積的1/10，分布范圍較廣，環(huán)境條件復雜，覆蓋了熱帶和寒溫帶、濱海和內(nèi)陸、低地和高原地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，全國約有鹽堿耕地面積占耕地總面積的10%以上［1］。對鹽堿土地進行改良、開發(fā)利用，不但可以增加產(chǎn)量，緩解糧食危機，而且可改善生態(tài)環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量［2］。

鹽漬化土壤由于含有過高的土壤鹽分，致使作物生長不良。鹽堿土的土壤物理性狀表現(xiàn)為“瘦、板、生、冷”［3］，“瘦”即土壤肥力低，營養(yǎng)元素缺乏；“板”即土壤板結(jié)，容重高，透性差；“生”即土壤生物性差，微生物數(shù)量少、活性低；“冷”即地溫偏低。鹽漬化土壤溶液中可溶鹽類濃度過高，就會造成作物吸水困難，產(chǎn)生生理脫水而萎蔫死亡，同時也會影響作物對養(yǎng)分的吸收而破壞作物的礦質(zhì)營養(yǎng)平衡。甚至某些堿性鹽類直接腐蝕毒害作物，還抑制有益微生物對養(yǎng)分的有效轉(zhuǎn)化。因此如果不進行改良就會影響作物正常生長，造成種植效益極低，嚴重阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

我國對鹽堿地進行大規(guī)模的研究和開發(fā)治理工作始于20世紀50年代，多以農(nóng)業(yè)措施進行改良的單項措施為主，亦稱農(nóng)改階段。如刮鹽改堿，圍埝蓄淡，翻淤壓堿，耕作防鹽，增施有機肥料和種植耐鹽作物等，收效甚微。在50年代末至60年代初，以水利改良措施為主，亦稱水改階段。但由于大引大蓄大灌，有灌無排，造成次生鹽漬化面積急劇擴大。60年代中期，在熊毅等人倡導下，利用井灌井排取得很好的效果。至70年代后期進入農(nóng)、林、水綜合治理階段，進行大規(guī)模的農(nóng)田水利工程建設(shè)，排灌配套，并加強了農(nóng)田復合生態(tài)系統(tǒng)和土壤肥力建設(shè)，促進水、肥、鹽、生物的良性循環(huán)，取得顯著的治理改良效果。

鹽堿耕地的改良利用在于通過采取相應(yīng)措施改善這些不良性狀，獲得較高的產(chǎn)量。我國在鹽堿土治理方面積累了豐富的經(jīng)驗和技術(shù)，形成了綜合治理的理論和實踐［4］，但以往的改良措施或經(jīng)驗一般先降低土壤鹽分，再改善土壤結(jié)構(gòu)和培育地力，由于這類土壤產(chǎn)出少，人們不重視，施肥量也嚴重不足，使得治理過程漫長，收效較慢。本研究的思路在于通過大量施用有機物料改善土壤通透性，降低鹽分，培肥地力，同時配合施用化肥來提高作物營養(yǎng)供應(yīng)，達到快速高效改良鹽堿耕地或在改良過程中同時獲得較高的產(chǎn)量或收益，本研究針對灌排工程配套的鹽堿耕地，采取以增加能量投入調(diào)控鹽堿為核心［5］，使鹽漬化土壤得到改良，效益大幅提升，將為我國鹽漬土提供快速高效改良利用的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗地設(shè)在中國農(nóng)業(yè)科學院德州鹽堿土改良實驗站陵縣試驗基地的鹽堿耕地，位于北緯37.35°，東經(jīng)116.57°，海拔高程為黃海21.36 m。試驗地土壤類型為鹽化潮土，質(zhì)地為輕壤土（黏粒含量19.5%；粉粒含量65.6%；砂粒含量14.9%），試驗開始前0～20 cm土層土壤理化性質(zhì)見表1。土壤鹽漬化學類型（=0.8）以硫酸鹽-氯化物鹽土為主［6］。

表1 供試土壤基礎(chǔ)肥力與理化性質(zhì)

本地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，日照時數(shù)長，光照強度大，且多集中在作物生長發(fā)育的前中期，有利于作物光合作用的進行，年日照時數(shù)2 812 h，年平均氣溫13℃，≥0℃積溫4 938oC，≥10℃積溫4 418℃，年太陽輻射總量526×103J/cm3，無霜期200 d左右。多年平均降水量600 mm左右，70%的降水集中在7、8、9月。多年平均水面蒸發(fā)量2 200 mm左右。周年土壤鹽分動態(tài)變化表現(xiàn)為春季（3～5月）和秋季（10～11月）兩個積鹽高峰期，夏季脫鹽期（7～9月），冬季相對穩(wěn)定期（12～2月）［7］。

1.2 試驗材料

試驗地位于中國農(nóng)業(yè)科學院德州鹽堿土改良實驗站陵縣基地，供試作物為冬小麥-夏玉米一年兩作，小麥品種為濟麥22，夏玉米品種為鄭單958。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2016年9月開始布置，設(shè)置4個處理，3次重復，小區(qū)面積5 m×6 m=30 m2，隨機排列，按等氮量投入，磷、鉀隨有機物料自然帶入。試驗處理見表2。牛糞為試驗基地有機肥腐熟場經(jīng)自然腐熟，麥秸采用造紙廠的下腳料碎麥秸，化肥采用尿素（N 46%），磷肥用普鈣（P2O516%），鉀肥為氯化鉀（K2O 50%）；有機肥和磷、鉀肥用作基肥一次施入，氮肥1/2基施，1/2于孕穗期追施。夏玉米期不施有機肥，各處理化肥用量與冬小麥季相同。

表2 試驗處理

由于鹽堿耕地鹽分的空間變異性較大，為保證試驗地耕層的均勻性，先劃分12個小區(qū)，采用割塊勻地法，即將每小區(qū)分割12塊，把其中的11塊每塊0～30 cm土層分別運至其他各個小區(qū)，其它11個小區(qū)也各有一塊運回本小區(qū)，依次類推。勻地后先用拖拉機旋耕一遍，然后再培植小區(qū)，每小區(qū)采集基礎(chǔ)混合土樣，鋪施基肥，人工翻耕整地，10月13日人工摟溝播種小麥，播量225 kg/hm2，行距20 cm。6月15日人工點種玉米，株行距為30 cm×60 cm，其它措施同常規(guī)管理。

1.4 樣品采集與方法

土樣采集：于試驗開始未施肥時和第二年玉米收獲后用土鉆采集土壤樣品，每試驗小區(qū)隨機取5個樣點混合，分為0～20、20～40、40～100 cm 3層，樣品經(jīng)剔除石塊和動植物殘體等雜質(zhì)，其中耕層0～20 cm一部分風干、磨細，過1和0.25 mm篩用于有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分測定，另一部分鮮樣冷藏用于酶活性測定；20～40、40～100 cm土層樣品風干、磨細，過1 mm篩用于鹽分測定。

產(chǎn)量測定：收獲期各小區(qū)單獨收獲6行小麥、3行玉米，測定籽粒產(chǎn)量，取樣測定穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。

土壤養(yǎng)分測定：參見鮑士旦［8］的土壤農(nóng)化分析，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量-外加熱法，全氮采用濃硫酸催化劑消煮-凱氏定氮法，有效磷用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定。

土壤全鹽及pH值的測定：用電導法測定電導率（EC）值，pH值采用pH計測定，水土比5∶1，根據(jù)經(jīng)驗公式計算土壤全鹽含量。

土壤物理結(jié)構(gòu)及活性測定：土壤轉(zhuǎn)化酶活性測定參考關(guān)松蔭［9］方法，土壤容重、孔隙度采用環(huán)刀法。各級孔隙計算公式：總孔隙度P1（%）=（1-土壤容重D/土壤比重d）×100；土壤毛管孔隙度P2（%）=田間持水量×土壤容重D；非毛管孔隙度P3（%）=P1-P2。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機物與化肥配施改善鹽堿耕地土壤肥力

鹽堿耕地施用的有機物質(zhì)經(jīng)過土壤微生物的分解作用和自然氧化分解作用變成土壤中的各種小分子有機物質(zhì)，使土壤有機質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量增加［10］。2017年10月的耕層（0～20 cm）土壤養(yǎng)分的測定結(jié)果表明，鹽堿耕地大量施用有機物質(zhì)后，土壤有機質(zhì)含量提高，施用牛糞加化肥處理由8.07 g/kg上升到11.18 g/kg，麥秸加化肥處理由8.26 g/kg上升到10.16 g/kg，而單施化肥和對照基本上沒有變化（表3）。作物必需的大量元素氮、磷、鉀也有所增加，3個不同施肥處理均比對照的土壤全氮增加80%以上；有效磷和速效鉀也都有大幅提高。

表3結(jié)果說明鹽堿耕地大量施用有機物質(zhì)，可增加土壤有機質(zhì)，提高土壤肥力，進而改善土壤結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，擴大土壤含水量和通氣性［11］。與此同時，還可以促進土壤微生物的生長和繁殖，進一步改善鹽堿土的物理性質(zhì)和化學性狀，逐步形成土壤性狀的良性循環(huán)。

表3 鹽堿耕地大量施用有機物質(zhì)土壤養(yǎng)分含量變化

2.2 有機物與化肥配施改善鹽堿耕地土壤結(jié)構(gòu)

增施有機肥可改善鹽堿土壤結(jié)構(gòu)特性［12］，利于土壤團聚體的形成，土壤團粒結(jié)構(gòu)增多，土壤有機質(zhì)含量增加。從不同處理耕層0～20 cm測定結(jié)果看出（表4），土壤總孔隙度增加的效果依次為牛糞加化肥＞麥秸加化肥＞單施化肥＞對照，土壤容重降低的次序也相同。說明鹽堿耕地大量施用有機物質(zhì)后土壤通透性明顯改善，利于作物生長和土壤鹽分的淋溶［13］。

2.3 有機物與化肥配施對土壤pH值的影響

表5為不同施肥處理對土壤pH值的影響，從表中可以看出，與不施肥的對照相比，施肥處理土壤pH值呈下降趨勢，尤其是有機肥和化肥配施處理（化肥+牛糞和化肥+麥秸），但因為試驗持續(xù)時間較短，pH值變化均未表現(xiàn)出差異顯著性。

表4 鹽堿耕地不同施肥處理的土壤物理性狀

表5 鹽堿耕地不同施肥處理的土壤pH值

2.4 有機物與化肥配施增加鹽堿耕地土壤微生物數(shù)量和酶活性

施入土壤中的有機物質(zhì)為土壤微生物提供能量，土壤微生物種類和數(shù)量的多少是土壤生物活性的重要體現(xiàn)，也是反映土壤改良效果和土壤肥力狀況的重要指標。從耕層（0～20 cm）土壤微生物的測定結(jié)果看出：施用有機物質(zhì)處理的土壤真菌、細菌、放線菌數(shù)量均有大幅度增加（表6），施用牛糞最高，麥秸次之，而單施化肥和對照卻沒有明顯變化。

土壤酶活性與土壤微生物、土壤呼吸強度密切相關(guān)，同時也是表征土壤肥力水平和熟化程度的重要指標，本試驗選擇與微生物生命活動關(guān)系較為密切的轉(zhuǎn)化酶進行分析比較，從表3可以看出：施用牛糞和麥秸處理的耕層（0～20 cm）土壤轉(zhuǎn)化酶活性都有較大提高；因此，施用有機物質(zhì)可提高鹽堿耕地土壤微生物數(shù)量［14］，改善鹽堿耕地土壤質(zhì)量狀況。

表6 鹽堿耕地不同施肥處理的土壤微生物數(shù)量變化

2.5 有機物與化肥配施有效降低鹽堿耕地土壤鹽分含量

有機物質(zhì)的大量投入，對土壤結(jié)構(gòu)改善、養(yǎng)分供應(yīng)、水分保持、土壤肥力產(chǎn)生重要影響［15］，也必將對土壤鹽分的組成和性質(zhì)、鹽堿土的改良產(chǎn)生重要影響。2017年10月全鹽分析（EC值）結(jié)果（表7）表明：對照耕層0～20 cm土壤全鹽含量微量減少，施用牛糞加化肥減少60.8%，麥秸加化肥減少35.5%，單施化肥減少17.8%。20～40和40～100 cm土層EC值對照均有少量增加，其他施肥處理均有不同程度減少。

2.6 有機物與化肥配施提高鹽堿耕地作物產(chǎn)量

從田間試驗長勢觀察，施用有機物配合化肥處理明顯好于單施化肥和對照，小麥春季最大分蘗數(shù)分別為牛糞加化肥處理106×104個，麥秸加化肥處理98×104個，單施化肥73×104個，對照32×104個。從產(chǎn)量結(jié)果（表8）看出，小麥季牛糞加化肥比單施化肥增產(chǎn)65%，比對照增產(chǎn)6倍；麥秸加化肥比單施化肥增產(chǎn)15%，比對照增產(chǎn)近4倍；單施化肥比對照增產(chǎn)3倍以上。夏玉米季牛糞加化肥比單施化肥增產(chǎn)79%，比對照增產(chǎn)近3倍；麥秸加化肥比單施化肥增產(chǎn)49%，比對照增產(chǎn)近2倍；單施化肥比對照增產(chǎn)1倍以上。因此，大量施用有機物配合化肥能使鹽堿耕地得以快速改良和利用。

表7 鹽堿耕地不同施肥處理的土壤EC值及其變化

表8 鹽堿耕地不同施肥處理的產(chǎn)量比較

3 討論

前人研究表明，有機物質(zhì)是改良鹽堿土的重要物質(zhì)，土壤有機質(zhì)含量與土壤EC值存在負相關(guān)曲線關(guān)系［5］，增施有機肥料，有機無機結(jié)合施肥，可以顯著增加土壤有機質(zhì)含量，提高土壤肥力，改善鹽堿土壤生態(tài)環(huán)境，促進脫鹽，抑制返鹽，改善鹽堿土壤物理、土壤化學、土壤膠體和土壤生物性狀。Macdonald等［16］研究提出每公頃施用10 t的生物碳可以提高盆栽鹽堿土中小麥的地上部生物量，同時降低土壤容重。Akhtar等［17］研究發(fā)現(xiàn)生物碳通過吸附Na+改善鹽脅迫下馬鈴薯的生存環(huán)境，增加地上與地下生物量，降低土壤容重。有研究指出單獨施用生物炭對土壤化學性質(zhì)和養(yǎng)分狀況雖有一定的改善作用，但作物增產(chǎn)效果不明顯甚至減產(chǎn)［18］，而生物炭與不同量化肥配合使用均可提高作物生長狀況和產(chǎn)量，相比傳統(tǒng)的施肥方式還可以節(jié)約化肥使用成本［19-20］。秸稈還田處理主要提高了0～20 cm土層土壤微生物數(shù)量和有機碳含量。在鹽堿地種稻改良過程中增施有機肥料不僅可以提高土壤有機質(zhì)含量，而且還可以改善土壤理化性狀，增強土壤保水保肥能力，還可以抑制土壤返鹽［21］。也有棉稈還田試驗結(jié)果表明，棉稈還田有助于提高表層土壤的孔隙度，增強其保水性，能有效降低0～20 cm土層中Na+和Cl-含量［22］。

鹽堿耕地都存在肥力差，結(jié)構(gòu)不良，土壤板結(jié)，極易返鹽的現(xiàn)象。中度以上鹽堿地一般缺乏有機物質(zhì)的投入，使得改良歷程漫長，通過大量施用有機物質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)［23］，減少土壤蒸發(fā)，有效地降低了土壤含鹽量，增加土壤有機質(zhì)含量，土壤活性增強，土壤的各項理化指標得到改善，使土壤環(huán)境逐步向良性發(fā)展［24-25］。

我國每年產(chǎn)出約8億t的農(nóng)作物秸稈，其中高達40%作為廢料直接就地焚燒［26］，既浪費資源又污染環(huán)境。鹽堿耕地大量施用有機肥或秸稈既能改良土壤，又可減少化肥投入，還降低環(huán)境污染。因此，在控制好地下水位和有淡水灌溉洗鹽的條件下，大量施用有機物質(zhì)以改善土壤結(jié)構(gòu)和生物活性，增加土壤通透性，配合施用一定量的化肥以供作物生長所需營養(yǎng)，就可以達到快速、綠色、高效改良利用鹽堿耕地的目的。

4 結(jié)論

在鹽堿耕地上通過有機物與化肥配合進行改良的試驗表明，在等氮量投入條件下，施用牛糞加化肥處理的土壤有機質(zhì)由8.07 g/kg上升到11.18 g/kg，麥秸加化肥處理的土壤有機質(zhì)由8.26 g/kg上升到10.16 g/kg，單施化肥和對照的土壤有機質(zhì)基本上沒有變化；耕層土壤總孔隙度和容重改善的效果依次為牛糞加化肥＞麥秸加化肥＞單施化肥＞對照，土壤真菌、細菌、放線菌數(shù)量以施用牛糞最高，麥秸次之，而單施化肥和對照卻沒有明顯變化。耕層0～20 cm土壤EC值，施用牛糞加化肥減少60.8%，麥秸加化肥減少35.5%，單施化肥減少17.8%。小麥季牛糞加化肥比單施化肥增產(chǎn)65%，比對照增產(chǎn)6倍以上；麥秸加化肥比單施化肥增產(chǎn)15%，比對照增產(chǎn)近4倍；夏玉米季牛糞加化肥比單施化肥增產(chǎn)79%，比對照增產(chǎn)近3倍；麥秸加化肥比單施化肥增產(chǎn)49%，比對照增產(chǎn)近2倍。牛糞配施化肥比麥秸配施化肥的改良利用效果更顯著，生產(chǎn)上采取何種措施應(yīng)視當?shù)氐默F(xiàn)實資源條件而定。