李 玉，田憲藝，王振林，代興龍，董元杰*，賀明榮*

有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)濱海鹽堿地土壤改良和小麥產(chǎn)量的影響①

李 玉1，田憲藝1，王振林2，代興龍2，董元杰1*，賀明榮2*

(1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；2 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東泰安 271018)

合理利用有機(jī)肥資源，將有機(jī)肥替代部分化肥是實(shí)現(xiàn)減肥目標(biāo)的重要技術(shù)途徑之一。特別對(duì)于鹽堿化土壤，有機(jī)肥替代部分化肥既能減少化肥的使用又能改善土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)作物產(chǎn)量的提高。本文以濱海鹽堿地為研究對(duì)象，2014—2016年連續(xù)兩年在濱州市無(wú)棣縣渤海糧倉(cāng)試驗(yàn)基地通過(guò)大田試驗(yàn)，研究了不施肥(CK)、普通化肥(CCF)、有機(jī)肥替代低量化肥(LOM)、有機(jī)肥替代中量化肥(MOM)、有機(jī)肥替代高量化肥(HOM)5種施肥模式對(duì)鹽堿地土壤改良和小麥產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：與CK相比，CCF處理對(duì)鹽堿地土壤鹽分的影響不大，而有機(jī)肥替代部分化肥處理顯著降低了土壤水溶性鹽總量和pH，特別是在小麥開(kāi)花期，MOM和HOM處理明顯改善了土壤鹽堿化，顯著降低了土壤中水溶性鈉和交換性鈉的比例，使ESP和SAR值減小，其中以HOM處理對(duì)濱海鹽堿土的土壤鹽分改良效果最佳；與CK相比，各施肥處理的土壤養(yǎng)分含量均有提高，有機(jī)肥替代處理與CCF相比，對(duì)土壤全氮和有效磷的含量影響不明顯，而HOM處理的速效鉀含量顯著高于其他處理，在一定程度上抑制了Na的毒害，有機(jī)肥替代處理還顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，改善了土壤環(huán)境；從CK到HOM，小麥產(chǎn)量依次遞增，與CCF相比，有機(jī)肥替代處理 LOM、MOM、HOM分別增產(chǎn)7.5%、18.8%、26.4%。綜上，有機(jī)肥替代部分化肥，達(dá)到了減肥的目的，并對(duì)濱海鹽堿地有明顯的改良效果，提高了小麥產(chǎn)量。且在3個(gè)有機(jī)肥替代部分化肥的施肥處理中，以HOM施肥處理對(duì)濱海鹽堿地的改良效果最優(yōu)，獲得的小麥產(chǎn)量最高。

有機(jī)肥替代化肥；鹽堿地；土壤鹽分；土壤養(yǎng)分；小麥產(chǎn)量

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了追求作物高產(chǎn)，化肥的施用量逐年增加。增施化肥在提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響，并已經(jīng)嚴(yán)重威脅到我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。眾多研究表明我國(guó)化肥施用量已經(jīng)超過(guò)了經(jīng)濟(jì)意義上的最優(yōu)施用量[2]，并已給農(nóng)民帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益上的損失[3]。有研究證明化肥的過(guò)量施用使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量循環(huán)平衡發(fā)生改變，降低了耕作土壤的質(zhì)量，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，已成為農(nóng)業(yè)點(diǎn)源污染的主要來(lái)源[4-6]。因此，優(yōu)化施肥方式，提高土壤肥力和作物產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展迫在眉睫。而合理利用有機(jī)肥資源，有機(jī)肥替代部分化肥，是實(shí)現(xiàn)中國(guó)到2020年化肥零增長(zhǎng)目標(biāo)的重要途徑之一[7]。有機(jī)肥替代部分化肥不僅可以減少化肥過(guò)量施用引起的農(nóng)業(yè)污染問(wèn)題，還可以改善農(nóng)田土壤質(zhì)量，提高農(nóng)作物品質(zhì)[8]。

面對(duì)耕地?cái)?shù)量不斷減少、質(zhì)量逐漸下降以及糧食安全等問(wèn)題，加強(qiáng)土地綜合治理，提高土地開(kāi)發(fā)利用率，開(kāi)發(fā)利用一定數(shù)量的耕地后備資源成為補(bǔ)充耕地、保障糧食安全的重要途徑之一[9]。在我國(guó)可耕地中鹽堿地面積占總耕地面積的20% 以上[10]，鹽堿地是廣泛分布的一種低產(chǎn)土壤類(lèi)型，土壤鹽漬化使土壤內(nèi)鹽分大量積累，并引起一系列問(wèn)題，如土壤結(jié)構(gòu)黏滯、通氣性差、土溫上升慢、養(yǎng)分釋放慢等，導(dǎo)致表層土壤鹽漬化進(jìn)一步加劇，造成土壤冷、硬、板現(xiàn)象[11]，還嚴(yán)重制約著作物的生長(zhǎng)發(fā)育，顯著降低作物產(chǎn)量[12-13]，從而使土地的利用率降低，荒地增多，加深了人多地少的矛盾。鹽堿地作為我國(guó)重要的后備耕地戰(zhàn)略資源，其開(kāi)發(fā)利用改良工作的開(kāi)展對(duì)保障我國(guó)糧食安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境以及推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義[14]。此外，長(zhǎng)期施用化肥容易導(dǎo)致土壤板結(jié)、鹽分在土壤表層積聚，加劇土壤鹽堿化程度。

為此，前人對(duì)施用有機(jī)肥改良鹽堿地做了大量研究，研究表明鹽堿土施用有機(jī)肥，可以增加土壤有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，改善土壤結(jié)構(gòu)[15]，降低土壤pH[16]，為作物提供持久營(yíng)養(yǎng)[17]，是一種改善土壤鹽堿化的有效措施；呂品[18]的研究表明：增施有機(jī)肥可改善鹽堿土生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)脫鹽、抑制返鹽；楊明等[19]通過(guò)田間與盆栽模擬試驗(yàn)研究了有機(jī)肥對(duì)蘇打鹽堿土的改良效果，研究也表明施用有機(jī)肥后土壤pH顯著下降，土壤鹽基離子組分發(fā)生顯著變化，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量顯著增加；而徐陽(yáng)春和沈其榮[20]的研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能夠改變土壤不同粒級(jí)的組成，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤的理化性質(zhì)；周偉紅[21]通過(guò)研究施用有機(jī)肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，驗(yàn)證了施用有機(jī)肥使土壤的容重降低、孔隙度增大、透水性增強(qiáng)，促進(jìn)鹽分淋洗下移。

由此可見(jiàn)，前人的研究大部分集中在施用有機(jī)肥對(duì)鹽堿地土壤理化性質(zhì)的改良方面，而本文從減肥角度出發(fā)，通過(guò)在山東省濱州市無(wú)棣縣渤海糧倉(cāng)實(shí)驗(yàn)示范基地布置大田試驗(yàn)，研究有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)土壤鹽分和養(yǎng)分的影響，探討有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地土壤的改良效應(yīng)；同時(shí)研究了有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地小麥產(chǎn)量的影響，為濱海鹽堿地改良與小麥的合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在山東省濱州市無(wú)棣縣渤海糧倉(cāng)試驗(yàn)基地(37o55′4″N，117o55′18″E)進(jìn)行。該試驗(yàn)點(diǎn)屬于溫帶季風(fēng)氣候，土壤類(lèi)型為濱海鹽漬土，土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)前0 ~ 20和20 ~ 40 cm土層基礎(chǔ)地力

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)地耕作制度一年兩熟，前茬作物為玉米，秸稈還田。供試小麥品種為“山農(nóng)22”。第一年在2014年10月20日播種，2015年6月13日收獲。第二年在2015年10月22日播種，2016年6月17日收獲。

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理(表2)。試驗(yàn)小區(qū)面積為40 m2(4 m × 10 m)，小麥播種量為300 kg/hm2，行間距28.5 cm。每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)隨機(jī)排列。有機(jī)肥總養(yǎng)分(氮磷鉀)≥50 g/kg，速效氮含量2.7 g/kg。有機(jī)肥氮含量以速效氮計(jì)，基施氮肥(化肥+有機(jī)肥)等氮量施入。

表2 化肥及有機(jī)肥施用量

注：括號(hào)中數(shù)字表示施用有機(jī)肥的N含量。

土壤樣本分別于小麥返青期、拔節(jié)期、開(kāi)花期、灌漿期、成熟期取樣，每個(gè)處理均用土鉆分別采集0 ~ 20、20 ~ 40 cm土層的土壤樣品，作為供試土樣。每個(gè)小區(qū)取9個(gè)樣點(diǎn)，混合均勻，作為一個(gè)重復(fù)。取得土壤樣品后，挑出土壤中的石塊和動(dòng)植物殘?bào)w，風(fēng)干，研磨，分別過(guò)1 mm和0.25 mm篩，用于測(cè)定土壤鹽分和養(yǎng)分。小麥于成熟期采集，測(cè)定產(chǎn)量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 土壤水溶性鹽總量及pH的測(cè)定，水土比5︰1；全氮采用半微量凱氏定氮法；有效磷采用0.05 mol/L NaHCO3溶液浸提-紫外分光光度計(jì)比色法；速效鉀采用1 mol/L NH4Ac 溶液浸提-火焰光度計(jì)法；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法；測(cè)定方法參考鮑士旦[22]和魯如坤[23]。

水溶性離子的測(cè)定，水土比5︰1；交換性離子的測(cè)定，1 mol/L、pH 7.0 CH3COONH4︰土= 5︰1，相關(guān)計(jì)算公式如下：

1.3.2 小麥產(chǎn)量測(cè)定 成熟期在每個(gè)小區(qū)1.0 m2的微區(qū)內(nèi)進(jìn)行單位面積穗數(shù)的調(diào)查；在長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的區(qū)域隨機(jī)取30個(gè)單穗用于每穗粒數(shù)的調(diào)查；小麥?zhǔn)斋@后脫粒，風(fēng)干后調(diào)整為含水量為12% 的籽粒產(chǎn)量(干物質(zhì)含量為 88%)，并用于籽粒千粒重的調(diào)查。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件處理數(shù)據(jù)和繪表，采用DPS 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著極差法(LSD)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地土壤鹽分的影響

2.1.1 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地土壤水溶性鹽總量的影響 如圖1所示，4月5日前后，由于氣候條件，水分蒸發(fā)量大，土壤水溶性鹽總量上升，其他時(shí)期相對(duì)穩(wěn)定。0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土層鹽分含量變化規(guī)律基本相同，且0 ~ 20 cm土層鹽分含量普遍高于20 ~ 40 cm。在0 ~ 20 cm土層，4月5日前土壤水溶性鹽總量呈現(xiàn)為CK＞CCF＞各有機(jī)肥替代處理，4月5日后土壤水溶性鹽總量呈現(xiàn)為CCF>CK>各有機(jī)肥替代處理，特別在5月26日小麥灌漿期，與CK相比，CCF處理的土壤水溶性鹽總量上升了20.4%，而LOM、MOM、HOM處理分別下降了28.3%、21.2%、22.0%。在20 ~ 40 cm土層，土壤水溶性鹽總量基本呈現(xiàn)CK＞CCF＞LOM＞HOM＞MOM的趨勢(shì)；且與CK相比，CCF與之差距較小，而LOM、MOM、HOM 3個(gè)處理土層水溶性鹽分含量普遍低于CK，特別是在5月9日小麥返青期和6月8日小麥成熟期處理間差異顯著；小麥成熟期LOM、MOM、HOM處理與CK相比土層水溶性鹽總量分別下降了34.3%、36.7%、26.6%。0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土層水溶性鹽分含量變化均說(shuō)明有機(jī)肥替代部分化肥能夠降低鹽堿地耕層土壤鹽分含量，進(jìn)而改善鹽堿地土壤環(huán)境。

2.1.2 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地土壤pH的影響 如圖2所示，不同時(shí)期各個(gè)土層土壤pH差異明顯，4月5日前后，土壤pH達(dá)到峰值，后期呈明顯下降趨勢(shì)。0 ~ 20 cm土層pH在峰值時(shí)各處理均高于CK，但在其他時(shí)期各處理的土壤pH均明顯低于CK，特別是在3月3日、5月26日及6月8日前后各處理間差異顯著，基本表現(xiàn)為CK＞CCF＞LOM＞MOM＞HOM；在6月8日小麥成熟期時(shí)，有機(jī)肥替代處理LOM、HOM、MOM的pH較CCF處理分別下降了27.7%、33.8%、31.4%。20 ~ 40 cm土層各處理間pH差異不明顯。說(shuō)明有機(jī)肥替代化肥處理對(duì)鹽堿地0 ~ 20 cm土層pH影響明顯，且隨著有機(jī)肥替代量的增加土壤pH呈逐漸下降趨勢(shì)。

圖1 有機(jī)肥替代不同量化肥對(duì)土壤水溶性鹽分含量的影響

圖2 有機(jī)肥替代不同量化肥對(duì)土壤pH的影響

2.1.3 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地土壤Na離子的影響 如表3所示，ESP值>15，說(shuō)明鹽堿化程度較高。但有機(jī)肥替代部分化肥的處理陽(yáng)離子交換量CEC值、交換性Na含量及二者比值ESP普遍低于CCF處理，且隨著有機(jī)肥替代量的增加而逐漸降低，表明有機(jī)肥可以改善土壤鹽堿化程度，促進(jìn)土壤脫鹽。各處理之間前期差異較小，后期差異較大，并隨著時(shí)間變化各指標(biāo)呈逐漸減小趨勢(shì)。

如表4所示，土壤在鹽堿化程度下，土層水溶性Na含量較高且20 ~ 40 cm土層高于0 ~ 20 cm土層，與CK相比，只施普通化肥的CCF處理在0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土層均增加了土層水溶性Na含量，加劇了土壤的鹽堿化程度；而各土層有機(jī)肥替代化肥處理的土層水溶性Na含量普遍低于CK處理。說(shuō)明單施化肥處理只能加劇土壤的鹽堿化程度，而使用有機(jī)肥替代部分化肥則能夠明顯降低土層水溶性Na含量，改善土壤鹽堿環(huán)境。對(duì)于土層水溶性Ca、Mg離子0 ~ 20 cm土層含量高于20 ~ 40 cm土層，與CK相比，有機(jī)肥替代處理普遍高于CK，CCF與CK處理差異不明顯。說(shuō)明施用有機(jī)肥能夠增加土壤中水溶性Ca、Mg的含量，改善根際營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，有利于作物生長(zhǎng)。鈉吸收比率(SAR)20 ~ 40 cm土層要高于0 ~ 20 cm土層，且隨著時(shí)間變化各處理的鈉吸收比率下降，各處理間的差異與土層水溶性Na含量變化趨勢(shì)基本一致。

表3 有機(jī)肥替代不同量化肥對(duì)土壤交換性鈉和鈉飽和度的影響

表4 有機(jī)肥替代不同量化肥對(duì)土壤水溶性鈉、鈣、鎂和鈉吸附比的影響

2.2 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地土壤有機(jī)質(zhì)和N、P、K的影響

如圖3A所示，由于秸稈還田等諸多因素的影響，各處理間土壤有機(jī)質(zhì)含量存在差異，但變化無(wú)明顯規(guī)律，可以看出各土層有機(jī)肥替代處理的有機(jī)質(zhì)含量高于CK、CCF，說(shuō)明有機(jī)肥替代化肥，可增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量。如圖3B、3C所示，全氮和有效磷含量在施肥處理間存在一定差異但變化無(wú)明顯規(guī)律，0 ~ 20 cm土層全氮和有效磷含量普遍高于20 ~ 40 cm。0 ~ 20 cm土層，4月5日左右CK處理的全氮含量明顯高于其他處理，但在6月8日小麥?zhǔn)斋@期時(shí)，LOM、MOM、HOM處理的全氮含量已經(jīng)超過(guò)CK處理，較CK處理分別提高14.2%、2.4%、15.7%。6月8日小麥?zhǔn)斋@期，0 ~ 20 cm土層，CCF處理有效磷含量最低，LOM、MOM、HOM處理較CCF分別高39.0%、67.0%、46.8%；20 ~ 40 cm土層，CK處理有效磷含量最低，CCF、LOM、MOM、HOM處理較CK分別高241.8%、14.7%、309.5%、36.4%。如圖3D所示， 0 ~ 20 cm土層速效鉀含量高于20 ~ 40 cm土層，0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土層速效鉀含量變化規(guī)律基本一致。在各個(gè)時(shí)期HOM處理土壤速效鉀含量均為最大值，且明顯高于其他處理；其次為MOM處理，其他處理間差異較小。到6月8日小麥?zhǔn)斋@期時(shí)，與CK處理相比，0 ~ 20 cm土層CCF、LOM、HOM、MOM速效鉀含量分別高13.2%、21.2%、27.2%、27.1%；20 ~ 40 cm土層CCF、LOM、HOM、MOM速效鉀含量分別高17.7%、17.6%、17.9%、42.3%。

2.3 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地小麥產(chǎn)量的影響

由表5 可知，2014—2016年兩個(gè)生長(zhǎng)季小麥產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致，試驗(yàn)處理從CK到HOM，產(chǎn)量依次遞增，其中以高量有機(jī)肥替代處理效果最優(yōu)。與CK相比，施肥處理增產(chǎn)58% 以上，說(shuō)明在鹽堿地上，肥料(有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥)的投入能夠獲得較高的產(chǎn)量。

與CCF相比，LOM、MOM、HOM分別增產(chǎn)7.5%、18.8%、26.4%，說(shuō)明有機(jī)肥替代部分化肥能夠促進(jìn)小麥增產(chǎn)，并且產(chǎn)量隨有機(jī)肥替代化肥量的增加而增加。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看，各處理間的穗粒數(shù)差異較小，穗數(shù)和粒重差異較大，且在小麥兩年的收獲季中，表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，說(shuō)明該試驗(yàn)條件下，穗數(shù)和粒重是影響鹽堿地小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。

3 討論

3.1 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地土壤鹽分的影響

土壤水溶性鹽分含量，是判斷土壤的鹽漬狀況的重要指標(biāo)，當(dāng)土壤中鹽分達(dá)到一定數(shù)量后，將直接影響作物種子的萌發(fā)和植株正常生長(zhǎng)，通常認(rèn)為土壤中可溶性鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.2% 時(shí)，農(nóng)作物受害[24]，本試驗(yàn)條件下土壤鹽濃度在0.2% 左右，表明小麥?zhǔn)艿禁}害的影響。土壤 pH 對(duì)土壤微生物活性、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化和土壤養(yǎng)分遷移具有重要影響，濱海鹽堿土 pH 在8.0 ~ 8.8之間變化，呈堿性環(huán)境，抑制了微生物活性，影響小麥對(duì)養(yǎng)分的吸收。前人研究表明增施有機(jī)肥料，有機(jī)無(wú)機(jī)結(jié)合，可以改善鹽漬土土壤生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)脫鹽、抑制返鹽，以有機(jī)物質(zhì)調(diào)控土壤水鹽平衡和肥鹽平衡[25-28]。本研究結(jié)果表明，有機(jī)肥替代部分化肥能夠降低土壤耕層鹽分含量(圖1)，使小麥在生長(zhǎng)發(fā)育部分時(shí)期鹽分含量低于0.2%。而在 4月 5日左右，土壤鹽分較高，是因?yàn)檫@一時(shí)期氣溫升高，而降水稀少，使土壤水分蒸發(fā)劇烈；另一方面由于小麥處于拔節(jié)期，需水較多，導(dǎo)致土壤表層鹽分的積累。而有機(jī)肥對(duì)土壤的改良作用減少了土壤表層水分的蒸發(fā)，降低了鹽分從下層向表層的移動(dòng)速率，抑制了土壤返鹽。結(jié)合表3中K、Na、Ca、Mg等陽(yáng)離子含量的變化，可以看出有機(jī)肥替代部分化肥降低了土壤鹽分含量，同時(shí)促進(jìn)了離子含量的變化。Na含量降低，K、Ca和Mg升高，改善了根際養(yǎng)分狀況，有利于小麥的生長(zhǎng)。其中有機(jī)肥替代部分化肥降低土壤 pH，這與其減少土壤鹽分含量和促進(jìn)鹽離子比例變化有關(guān)。土壤鈉含量處于動(dòng)態(tài)變化，用有機(jī)肥替代部分化肥，可降低土壤表層水溶性鈉和交換性鈉的含量和比例(表3)，有利于作物生長(zhǎng)。Beck等人[29]認(rèn)為交換性鈉解離會(huì)產(chǎn)生OH–，OH–是土壤堿度的重要來(lái)源，即交換性鈉解離會(huì)促進(jìn)土壤堿化，pH升高。SAR和ESP值的降低表明有機(jī)肥替代部分化肥能夠降低根部Na引起的單鹽毒害，有利于增加小麥對(duì)其他礦質(zhì)元素的吸收。

耿澤銘[30]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量、水溶性鹽離子的含量、pH、堿化度具有明顯改善作用；劉媛媛等[31]通過(guò)室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)土壤含鹽量與有機(jī)肥施用量呈極顯著正相關(guān)，而與尿素用量無(wú)明顯的相關(guān)性；羅佳等[32]證實(shí)了等量供肥條件下，有機(jī)肥處理對(duì)不同生育期的土壤總鹽含量有一定影響，總體上呈減少趨勢(shì)。本研究結(jié)果與此一致，在等氮量施入水平條件下，以有機(jī)肥替代高量化肥對(duì)土壤鹽分的改良效果最顯著，并隨有機(jī)肥替代量的增加，土壤鹽分依次減少。這可能是隨著有機(jī)肥替代量增加，有機(jī)肥改良土壤結(jié)構(gòu)、吸收性能和理化性質(zhì)的作用加強(qiáng)，說(shuō)明有機(jī)肥確實(shí)有促進(jìn)脫鹽、抑制反鹽的作用。

圖3 有機(jī)肥替代不同量化肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量的影響

注：表中同列數(shù)據(jù)小寫(xiě)字母不同表示處理間差異達(dá)到<0.05顯著水平。

3.2 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地土壤有機(jī)質(zhì)和N、P、K的影響

土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力及土壤-作物生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的重要指標(biāo)，它是形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的粘合劑，它不僅能改良土壤結(jié)構(gòu)、吸收性能和理化性質(zhì)，而且還能為植物提供一定的養(yǎng)分[33]。大量研究表明，有機(jī)肥可以有目的地提高土壤表層中有機(jī)質(zhì)含量，使土壤形成良好的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分，從而增強(qiáng)土壤保肥供肥能力[34]，彌補(bǔ)長(zhǎng)期耕作或土壤貧瘠帶來(lái)的不利影響。本試驗(yàn)研究也表明，有機(jī)肥替代部分化肥能增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，有利于有機(jī)質(zhì)的積累。而不同施肥處理之間有機(jī)質(zhì)含量存在差異，但變化無(wú)明顯規(guī)律，但可以看出各土層有機(jī)肥替代處理的有機(jī)質(zhì)含量要高于不施有機(jī)肥的處理，說(shuō)明有機(jī)肥替代部分化肥能夠提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，改良鹽堿地土壤理化性質(zhì)，但受到秸稈還田等諸多因素的影響，短期內(nèi)增加效果較小，需要長(zhǎng)期投入。

N、P、K 作為土壤肥力最重要的指標(biāo)，是影響作物生長(zhǎng)的重要大量元素，也是施肥的三大主要元素。與化肥相比，有機(jī)肥料在提供作物養(yǎng)分、維持地力、改善土壤結(jié)構(gòu)和保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境方面具有不可替代的作用[32]。前人研究表明施用有機(jī)肥能夠顯著提高土壤全效養(yǎng)分含量[35-36]，而田小明等[37]通過(guò)溫室盆栽試驗(yàn)，研究了連續(xù) 3 年施用不同量的有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響，結(jié)果表明隨著有機(jī)肥用量的增加, 土壤養(yǎng)分也在增加。本研究也表明有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)濱海鹽土 N、P、K 的含量有一定作用。在等氮量施入條件下，由于秸稈還田等諸多環(huán)境因素差異，不同有機(jī)肥替代部分化肥處理對(duì)土壤全氮、有效磷的影響存在一定差異但不明顯。而本試驗(yàn)中鹽堿土速效鉀含量較高(圖3)，尤其有機(jī)肥替代高量化肥處理速效鉀明顯高于其他處理。K 作為小麥所需的大量元素，而同等量的Na 則成為有害元素。由于有機(jī)肥對(duì)土壤的改良作用，使高含量的K+存在，在一定程度上抑制了對(duì)Na+的吸收，減少了Na 的毒害作用。K 充足可以提高小麥的抗逆性，更有利于適應(yīng)鹽堿條件。因此，有機(jī)肥能夠一定程度提高土壤肥力，改善土壤環(huán)境。

3.3 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)鹽堿地小麥產(chǎn)量的影響

鹽堿環(huán)境下，土壤鹽分和不均勻的養(yǎng)分分布均會(huì)影響小麥的產(chǎn)量。劉艷等[38]通過(guò)在黃河三角洲鹽堿地上進(jìn)行增施有機(jī)肥對(duì)雜交狼尾草產(chǎn)量的研究表明，增施有機(jī)肥能明顯增加雜交狼尾草的產(chǎn)量，改善其飼草品質(zhì)。宿慶瑞等[26]也證實(shí)了在鹽漬化土壤上施用有機(jī)肥，有機(jī)無(wú)機(jī)結(jié)合，可以改善鹽漬土土壤環(huán)境，提高水稻產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，在等氮量施入條件下，有機(jī)肥替代部分化肥能顯著提高小麥產(chǎn)量，并且隨著有機(jī)肥替代量的增加而增加。這主要是由于有機(jī)肥改善了土壤的理化性質(zhì)，增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，培肥土壤，更新土壤腐殖質(zhì)組成，提高土壤的保墑和保肥能力[39]。等氮量施入條件下，有機(jī)肥替代部分化肥使土壤鹽分降低，改善土壤肥力和物理結(jié)構(gòu)，從而形成良好的土壤環(huán)境，從而為小麥生長(zhǎng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著有機(jī)肥替代量的增加，對(duì)土壤改良作用增強(qiáng)，根系獲得有效養(yǎng)分的能力提高，從而使小麥的氮素利用率得到提高，小麥產(chǎn)量逐漸增加。

孟祥浩等[40]通過(guò)鹽堿地上8 個(gè)小麥品種(系)的研究，表明了穗數(shù)是影響鹽堿地小麥產(chǎn)量的重要因素；而李樹(shù)華等人[41]研究發(fā)現(xiàn)鹽脅迫導(dǎo)致產(chǎn)量下降的主要原因是穗數(shù)的減少和粒重的下降。本研究發(fā)現(xiàn)單位面積穗數(shù)和粒重是影響小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，其中不施肥處理產(chǎn)量最低，其畝穗數(shù)和粒重也最低；在等氮量施入水平條件下，隨有機(jī)肥替代量的增加，單位面積穗數(shù)和千粒重顯著增加，使產(chǎn)量也呈正相關(guān)增加。這與施用有機(jī)肥后增加了土壤養(yǎng)分積累、提高了土壤供肥能力密切相關(guān)。說(shuō)明在等氮量施入水平條件下，有機(jī)肥是通過(guò)對(duì)濱海鹽堿土的改良，改善了土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)小麥根系發(fā)育，根系獲得養(yǎng)分的能力提高，促進(jìn)小麥分蘗和小穗分化，來(lái)增加穗數(shù)和粒重，保障產(chǎn)量的增加。其中有機(jī)肥替代高量化肥處理使小麥產(chǎn)量達(dá)到最高，這可能是隨著有機(jī)肥替代量的增加，有機(jī)肥對(duì)鹽堿土的改良作用增強(qiáng)，改善了小麥根際營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，促進(jìn)了小麥生長(zhǎng)。

4 結(jié)論

有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)濱海鹽堿地有較好改良效果，能夠顯著降低土壤鹽堿化程度。不同有機(jī)肥替代處理間對(duì)土壤水溶性鹽和pH 等影響顯著，并隨著有機(jī)肥替代量的增加，土壤鹽分依次降低，并顯著降低了土壤中水溶性鈉和交換性鈉的比例，使ESP 和SAR 值減??；施用有機(jī)肥能夠提高土壤肥力，雖對(duì)土壤全氮、有效磷的含量影響不明顯，但土壤速效鉀含量明顯高于其他處理，在一定程度上抑制了Na 的毒害，還明顯提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，改善了土壤環(huán)境。此外，鹽堿環(huán)境下，施用有機(jī)肥替代部分化肥可明顯提高小麥單位面積穗數(shù)和籽粒重量，從而提高小麥產(chǎn)量，且小麥產(chǎn)量隨著有機(jī)肥替代量的增加而增加。

綜上所述，在減少化肥施用量的情況下，有機(jī)肥替代部分化肥既能通過(guò)降低土壤鹽分、提高土壤肥力，改良鹽堿地土壤理化性質(zhì)，又能使小麥產(chǎn)量得到提高。本研究表明，在等氮量施入水平條件下，有機(jī)肥替代高量化肥處理，即當(dāng)有機(jī)肥施用量為15 t/hm2時(shí)，對(duì)鹽堿地土壤改良效應(yīng)最強(qiáng)，小麥產(chǎn)量達(dá)到最高，但不一定會(huì)是最優(yōu)替代量。若要確定對(duì)土壤改良效應(yīng)的最優(yōu)替代量，則需要做進(jìn)一步研究。

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Effects of Substitution of Partial Chemical Fertilizers with Organic Fertilizers on Soil Improvement and Wheat Yield in Coastal Saline and Alkaline Land

LI Yu1, TIAN Xianyi1, WANG Zhenlin2, DAI Xinglong2, DONG Yuanjie1*, HE Mingrong2*

(1 College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University & National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer, Taian, Shandong 271018, China; 2 College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018, China)

Rational utilization of organic fertilizer resources and substitution of organic fertilizers for some chemical fertilizers is one of the important ways to achieve the goal of reducing the application of chemical fertilizers. The substitution of organic fertilizers for some chemical fertilizers can reduce the use of chemical fertilizers and improve soil physiochemical properties and promote crop growth especially for saline soil. This paper took the coastal saline-alkaline land as the research object, a two-year field experiment was conducted from 2014 to 2016 at the Bohai Experimental Base in Wudi County, Binzhou to study the effects of five fertilization patterns: non-fertilizer (CK), common chemical fertilizer (CCF), and organic fertilizer substituting low-level chemical fertilizer treatment (LOM), organic fertilizer substituting medium-level chemical fertilizer treatment (MOM), and organic fertilizer substituting high-level chemical fertilizer treatment (HOM) on saline soil improvement and wheat yield. The results showed that compared with CK, the effect of CCF treatment was not significant on soil salinity, while the replacement of some chemical fertilizers with organic fertilizers significantly reduced the total amount of water-soluble salts, and pH, especially in the flowering stage of wheat, soil salinization under MOM and HOM treatments were significantly improved, the proportion of soil water-soluble Na and exchangeable Na were significantly reduced, and ESP and SAR values were decreased. HOM treatment had the best improvement in salinity in coastal salt-alkali soil. Compared with CK, all fertilization treatments improved soil nutrients. Compared with CCF treatment, organic fertilizer substitution treatments had no significant effect on soil total nitrogen and available phosphorus contents. However, the content of available potassium in HOM treatment was significantly higher than those in other treatments, and Na toxicity was inhibited to a certain extent. Organic fertilizer replacement treatment also significantly increased the content of soil organic matter and improved the soil environment. Compared with the CCF treatment, the organic fertilizer substitution treatments, LOM, MOM, and HOM increased wheat yield by 7.5%, 18.8% and 26.4%, respectively. In summary, organic fertilizers replacing part of chemical fertilizers can achieves the goal of reducing the use of chemical fertilizers, has obvious improvement effect on coastal saline-alkaline soil, and can promote wheat yield. In the three kinds of organic fertilizers treatments, HOM treatment has the best effect on the improvement of saline-alkali soil and the highest yield of wheat.

Organic fertilizer substitute chemical fertilizer; Soil nutrient; Saline-alkali soil; Soil enzyme activity; Wheat yield

山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(SD2019ZZ021)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0201705)和山東省重大科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目(2017CXGC0301)資助。

yuanjiedong@163.com；mrhe@sdau.edu.cn)

李玉(1996—)，女，山東陽(yáng)谷人，碩士研究生，主要從事土壤與植物營(yíng)養(yǎng)研究。E-mail：2392815362@qq.com

S287；S512.1

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.06.018