顏為，曹冰，王慧敏，蔣麗萍，張濟(jì)世，苗琪，夏海勇，崔振嶺，薛艷芳

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海北部玉米生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；3.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，山東 濟(jì)南 250100）

玉米是我國重要的農(nóng)作物之一，其產(chǎn)量不僅影響農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)效益，還關(guān)乎我國的糧食安全。因此，提高玉米產(chǎn)量和品質(zhì)十分重要。黃河三角洲地區(qū)是世界造陸速度最快的河口三角洲之一，每年增加退海土地面積2 000 hm2左右，這些新生土地為該區(qū)提供了廣闊的后備耕地資源［1］。然而該區(qū)域作物生產(chǎn)被土壤鹽漬化和低有機(jī)碳含量所限制，阻礙農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。鹽漬土含有大量可溶性鹽，土壤理化性狀及土壤酶活性差，養(yǎng)分釋放慢，影響植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，打破養(yǎng)分吸收的平衡機(jī)制，從而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)［2－4］。

包膜尿素是指在肥料顆粒表層包被控制養(yǎng)分釋放的包膜材料，調(diào)節(jié)養(yǎng)分的釋放，使養(yǎng)分的釋放速率與作物吸收規(guī)律相同步［5］。在玉米生產(chǎn)中，施用包膜尿素是減少氮素投入和增加經(jīng)濟(jì)效益的重要措施之一。研究表明，包膜尿素和普通尿素配合施用，可顯著提高籽粒產(chǎn)量，明顯提高玉米生育前期土壤的供氮能力和抽雄吐絲后的氮素積累，不僅減少肥料施用量，還可以提高經(jīng)濟(jì)效益［6］。近年來，許多研究表明有機(jī)肥可以增加土壤腐殖質(zhì)，有利于團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改良鹽堿土的通氣、透水和養(yǎng)分狀況，可以大大減輕鹽堿危害，促進(jìn)作物的生長［7，8］。也有研究表明，通過秸稈還田和添加有機(jī)改良材料可以提高土壤大團(tuán)聚體的比例，改善土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而加速鈉離子淋洗到深層土壤［9－11］。但是不合理的肥料管理也會(huì)影響土壤改良的效果和環(huán)境污染，造成資源浪費(fèi)和作物生產(chǎn)力的下降［12］。

不同的改良材料對(duì)鹽堿土的改良效果不一，甚至?xí)鹭?fù)面影響，對(duì)作物生長發(fā)育的影響也存在較大差異。因此本研究針對(duì)黃河三角洲輕、中度鹽漬土的特點(diǎn)，選擇包膜尿素和不同特性的改良材料配施，比較其對(duì)黃河三角洲鹽漬土的改良效果，包括對(duì)土壤鹽分和理化性狀的影響；分析包膜尿素和不同改良材料配施對(duì)玉米產(chǎn)量和氮素吸收的影響，篩選出適合黃河三角洲地區(qū)玉米生長的肥料施用組合，為該地區(qū)土壤快速改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)于2017年10月至2018年10月分別在山東省東營市墾利縣黃河口鎮(zhèn)（試驗(yàn)地Ⅰ，37°56′N，118°74′E）和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃河三角洲匯邦博士科研工作站（試驗(yàn)地Ⅱ，37°47′N，118°37′E）開展。

試驗(yàn)地Ⅰ土壤為粉砂土，屬于輕度鹽漬土（鹽分變化范圍1.1～2.2 g/kg），0～30 cm耕層土壤理化性狀:有機(jī)質(zhì)含量9.7 g/kg、堿解氮66.1 mg/kg、有效磷4.9 mg/kg、速效鉀156.0 mg/kg，pH值8.5。

試驗(yàn)地Ⅱ土壤為黏土，屬于中度鹽漬土（鹽分變化范圍3.0～3.5 g/kg），0～30 cm耕層土壤理化性狀:有機(jī)質(zhì)含量13.8 g/kg、堿解氮39.2 mg/kg、有效磷10.5mg/kg、速效鉀244.8mg/kg，pH值8.3。

試驗(yàn)地Ⅰ、Ⅱ不同土層的陽離子組成見表1。

表1 不同土層陽離子組成

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均為小麥玉米輪作體系雙季秸稈還田。采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置6個(gè)處理（表2）:T1采用普通尿素分次施用，施氮（N）量250 kg/hm2；優(yōu)化施氮處理T2采用包膜增效尿素（含氮量43%，釋放期為90天，由金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司提供）一次性基施，推薦施氮量180 kg/hm2；T3、T4和T5處理在T2基礎(chǔ)上分別施用微生物肥（有機(jī)質(zhì)含量45%，由金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司提供）、有機(jī)肥（輕度和中度鹽漬土分別比T2減氮20%和10%，氮、磷、鉀總量為5%，由山東廣饒瀚?？萍加邢薰咎峁┖徒斩捀靹?；T6處理施用有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥（氮、磷、鉀含量分別為26%、5%、8%，由山東糧源生物有機(jī)肥有限公司提供）并較T2處理減氮10%，重復(fù)3次。小區(qū)面積為70 m2。

表2 試驗(yàn)處理肥料用量和種類

試驗(yàn)地Ⅰ、Ⅱ分別于6月19日和6月20日播種。玉米季供試品種為鄭單958，播種密度為7.5萬株/hm2，60 cm等行距種植。用過磷酸鈣和硫酸鉀作基肥，P2O5和K2O用量分別為90 kg/hm2和60 kg/hm2（不包含T6處理中的磷和鉀）。施肥方式全部采用播前撒施。田間管理和植保措施按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行。生育期內(nèi)無明顯病蟲害和雜草發(fā)生。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 植株樣品采集與測(cè)定 于玉米成熟期，在每個(gè)小區(qū)選取3株生長一致的植株，分籽粒和秸稈兩部分，在105℃條件下殺青30 min，然后70℃烘干至恒重并記錄干物質(zhì)量。粉碎樣品，采用H2SO4－H2O2消煮，凱氏定氮法測(cè)定樣品氮含量。此外，各小區(qū)中間隨機(jī)選取8.4 m2樣方（從中隨機(jī)挑出具有代表性20穗用于考種），風(fēng)干脫粒測(cè)定總質(zhì)量，折算成含水率為14%的產(chǎn)量。

1.3.2 土壤樣品采集與測(cè)定 玉米收獲后，采集0～20、20～40 cm和40～60 cm土壤樣品，風(fēng)干后測(cè)定土壤理化性狀指標(biāo)。用碳氮分析儀測(cè)定土壤有機(jī)碳含量，電導(dǎo)率儀測(cè)定土壤電導(dǎo)率（EC值），火焰光度計(jì)測(cè)定鉀（K＋）和鈉（Na＋）離子含量，EDTA絡(luò)合法測(cè)定鈣（Ca2＋）和鎂（Mg2＋）離子含量。鈉吸附比（SAR）是衡量土壤鹽漬化程度的重要指標(biāo)，其計(jì)算公式為:

氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN，kg/kg）＝籽粒產(chǎn)量/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并作圖，用SAS軟件進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），用LSD法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥措施對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表3看出，在輕度鹽漬土條件下，施用不同配比肥料對(duì)玉米產(chǎn)量、穗數(shù)和穗粒數(shù)無顯著影響，各施肥處理間千粒重存在差異，較農(nóng)民習(xí)慣施肥，減少施氮量并未造成產(chǎn)量的顯著降低。玉米產(chǎn)量變化范圍為6.1～7.5 t/hm2，平均產(chǎn)量為6.9 t/hm2，其中T5處理產(chǎn)量表現(xiàn)較好，主要是其穗粒數(shù)和千粒重較高。T4和T6處理產(chǎn)量低于T1和T2，主要是由于T4和T6千粒重顯著低于T1和T2，降幅為6.5%。

表3 不同施肥措施對(duì)玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

在中度鹽漬土條件下，施用不同肥料對(duì)產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素?zé)o顯著影響（表3）。與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，減少施氮量未造成產(chǎn)量的顯著降低。玉米平均產(chǎn)量為3.6 t/hm2，明顯低于輕度鹽漬土產(chǎn)量，說明土壤鹽漬化對(duì)產(chǎn)量影響較大。與T1相比，T4和T5處理玉米產(chǎn)量增加37%左右。這主要是由于T4和T5增加了穗粒數(shù)，表明控釋氮肥減施配合施用有機(jī)肥或者秸稈腐熟劑有增產(chǎn)的趨勢(shì)。

2.2 不同施肥措施對(duì)玉米氮素吸收和氮肥利用率的影響

由表4看出，在輕度鹽漬土條件下，不同施肥處理對(duì)玉米氮素吸收和利用無顯著影響。與T1處理相比，優(yōu)化施氮后，PFPN有提高的趨勢(shì)，其中T5處理的PFPN最高，為41.7 kg/kg，較T1處理增加42.8%。

表4 不同施肥措施對(duì)玉米氮素吸收和氮肥偏生產(chǎn)力的影響

中度鹽漬土條件下，不同施肥處理對(duì)植株吸氮量無顯著影響，但會(huì)顯著影響秸稈中氮濃度和PFPN。與T1處理相比，T2～T6處理籽粒氮濃度提高10.7%～16.5%、PFPN提高37.7%～136.1%，其中T4處理PFPN最高，為28.8 kg/kg，說明中度鹽漬土條件下，氮肥減施配施有機(jī)肥（T4）有利于提高PFPN，為產(chǎn)量的增加提供基礎(chǔ)。

2.3 不同施肥措施對(duì)土壤理化性狀的影響

各施肥處理間輕度鹽漬土壤水溶性陽離子總量和Na＋、Mg2＋含量無顯著差異（表5）。土壤陽離子組分均表現(xiàn)為Ca2＋＞Na＋＞Mg2＋＞K＋，其中在0～20、20～40、40～60 cm土層中，Ca2＋平均分別占陽離子總量的59.5%、44.6%和33.6%，Na＋平均分別占陽離子總量的16.3%、40.7%和54.1%。不同施肥處理會(huì)顯著影響20～40 cm土層Ca2＋含量和40～60 cm土層K＋含量，其中T3處理Ca2＋含量顯著高于T1、T5、T6，K＋含量顯著高于T5和T6處理。

表5 不同施肥措施對(duì)不同土層陽離子含量的影響

在中度鹽漬土條件下，土壤陽離子組分均表現(xiàn)為Na＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋，其中在0～20、20～40 cm和40～60 cm土層中，Na＋平均分別占陽離子總量的61.4%、69.7%和70.1%，Ca2＋分別占陽離子總量的26.9%、20.2%和20.2%，而不同土層Mg2＋和K＋離子之和占陽離子總量約10%。T2處理0～20 cm土層陽離子總量低于其他處理，主要是由于T2處理Ca2＋和Mg2＋含量降低。不同施肥處理會(huì)顯著影響0～20 cm土層Ca2＋、Mg2＋、K＋含量，T2處理0～20 cm土層的Ca2＋和Mg2＋含量最低，顯著低于T3處理。

由圖1看出，輕度鹽漬土的SAR和EC值明顯低于中度鹽漬土。在輕度鹽漬土條件下，SAR和EC值隨土層加深而增加，施肥處理會(huì)顯著影響20～40 cm土層SAR，T2處理20～40 cm土層的SAR值最小，而施肥處理對(duì)其他土層的SAR和EC值影響較小。在中度鹽漬土條件下，隨土層加深，SAR和EC值呈先增加后降低的趨勢(shì)，施肥處理會(huì)顯著影響0～20 cm土層SAR。T4處理的0～20 cm土層SAR顯著低于T6處理，說明施用有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥對(duì)鹽漬土改良效果差。

圖1 不同施肥處理對(duì)輕度鹽漬土（A，C）和中度鹽漬土（B，D）不同土層鈉吸附比（SAR）和電導(dǎo)率（EC值）的影響

有機(jī)質(zhì)是反映土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，其含量是經(jīng)土壤有機(jī)碳換算而得，故對(duì)于有機(jī)質(zhì)含量的確定實(shí)質(zhì)上可回歸到土壤有機(jī)碳層面。圖2A表明，施肥處理會(huì)顯著影響0～20 cm土層有機(jī)碳含量，優(yōu)化施氮后可以提高有機(jī)碳含量，增幅為4.7%～29.0%，但對(duì)20～40 cm土層有機(jī)碳含量影響較小。圖2B表明，在中度鹽漬土條件下，施肥處理會(huì)不同程度影響各土層的有機(jī)碳含量，其中T4處理0～20 cm土層有機(jī)碳含量顯著高于T5、T6，T3處理20～40 cm土層有機(jī)碳含量顯著高于T1、T2。以上結(jié)果說明，在輕度鹽漬土上不同施肥處理（與T1比較）均能夠有效增加0～20 cm土層有機(jī)碳含量，且配施有機(jī)肥（T4）效果最佳。在中度鹽漬土上，T4處理對(duì)增加0～20 cm土層有機(jī)碳含量效果最佳，T3處理對(duì)增加20～40 cm土層有機(jī)碳含量效果最佳。

圖2 不同施肥處理對(duì)玉米收獲后輕度鹽漬土（A）和中度鹽漬土（B）不同土層有機(jī)碳含量的影響

3 討論

施用包膜肥料可以使肥料養(yǎng)分緩慢地進(jìn)入土壤中，進(jìn)而減少肥料的沖淋損失等［13］。衣文平等［14］研究包膜尿素與普通尿素不同配比在春玉米上的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，包膜尿素可以持續(xù)供給玉米生長所需氮素，增加花后干物質(zhì)量和氮素積累量，進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量；蔣麗萍等［15］研究發(fā)現(xiàn)，包膜尿素一次性基施可提高小麥產(chǎn)量。但徐秋明等［16］研究表明，較普通尿素，一次性基施包膜尿素處理的夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素?zé)o顯著提高，主要是由于包膜尿素前期養(yǎng)分釋放較多。也有研究表明，緩釋肥養(yǎng)分釋放慢，造成玉米貪青晚熟，從而降低玉米產(chǎn)量［17］。本研究表明，各施肥處理對(duì)產(chǎn)量無顯著影響，其中在中度鹽漬土條件下包膜尿素和有機(jī)肥或者秸稈腐熟劑配施表現(xiàn)較好。究其原因，可能是鹽漬土條件下，施用包膜尿素和有機(jī)肥有利于改善土壤的理化性狀和促進(jìn)氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，提高了氮肥偏生產(chǎn)力，從而促進(jìn)作物產(chǎn)量的提高。研究表明，較農(nóng)民習(xí)慣施肥，減少施氮量有穩(wěn)產(chǎn)的作用，有利于減輕對(duì)環(huán)境的污染和提高種植效益。

包膜尿素具有控釋肥效作用，在大田作物上施用能提高氮肥利用效率、減少氮肥損失，是玉米栽培中重要技術(shù)之一［18］。蔣麗萍等［15］研究發(fā)現(xiàn)，樹脂包膜尿素一次性基施可以增加小麥的氮肥利用率。孫旭東等［18］研究也發(fā)現(xiàn)包膜尿素的施用能使夏玉米保持較高氮素吸收速率，顯著提高氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥利用率。本研究結(jié)果表明，在鹽漬土條件下，較農(nóng)民習(xí)慣施肥，采用包膜尿素和土壤改良材料配施有提高氮肥偏生產(chǎn)力的趨勢(shì)，尤其在中度鹽漬土條件下表現(xiàn)最好。在中度鹽漬土上施用包膜增效尿素和有機(jī)肥的組合有利于提高玉米氮肥偏生產(chǎn)力。包膜尿素主要是通過包膜材料減少土壤中脲酶與尿素的接觸面積，參與氨揮發(fā)的底物含量降低，氮素最大釋放速率出現(xiàn)的時(shí)間推遲，有利于玉米在關(guān)鍵生育期吸收土壤中的氮素，減少土壤中氮素的揮發(fā)和淋溶損失，平衡作物生育內(nèi)氮素的供應(yīng)，從而提高玉米的氮素利用效率［19－21］。

在輕度鹽漬土上，不同施肥措施并不能有效降低SAR和EC值。究其原因，一方面可能是改良劑活化了土壤中的Na＋，但Na＋并未被及時(shí)置換；另一方面，可能是置換出的Na＋積累在土層，因此對(duì)SAR和EC值影響較小。包膜增效尿素、微生物肥、有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥的單施或者配施對(duì)改善輕度鹽漬土的理化作用不明顯，需待進(jìn)一步進(jìn)行研究或者增施土壤改良劑。在中度鹽漬土中表層鹽分向下層淋洗，T2～T5處理可使0～20 cm土層的SAR降低，T4處理最能有效降低SAR?？赡苁怯捎谠鲂蛩睾陀袡C(jī)肥的施用，在提供土壤養(yǎng)分的同時(shí)改善了土壤結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究也表明，土壤結(jié)構(gòu)的改善有利于實(shí)現(xiàn)快速脫鹽，促進(jìn)表層Na＋淋洗［22，23］，從而降低SAR。有研究指出，針對(duì)提高肥料利用率、適應(yīng)作物生長對(duì)營養(yǎng)元素的需求、改善環(huán)境和土質(zhì)等方面的要求，緩/控釋肥的應(yīng)用是較為理想的途徑［13］。本研究發(fā)現(xiàn)，在輕、中度鹽漬土上不同施肥處理（與T1處理比較）均能夠增加0～20 cm土層有機(jī)碳含量，且施用包膜尿素和有機(jī)肥（T4）效果最佳。其原因可能是有機(jī)肥中有機(jī)質(zhì)含量較高。有研究表明，施用有機(jī)肥不僅可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，還有利于有益微生物的大量繁殖；微生物可以產(chǎn)生脲酶、過氧化物酶、過氧化氫酶等，這些酶可以促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的合成［24］。李北齊等［25］研究發(fā)現(xiàn)施用生物有機(jī)肥也可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而為土壤中的微生物代謝提供能源，對(duì)土壤中氮的礦化有激發(fā)作用。

黃河三角洲鹽漬土面積廣闊。鹽漬土對(duì)作物生長的危害較大，合理改良鹽漬土對(duì)作物生產(chǎn)具有重要意義。本研究依據(jù)區(qū)域資源條件，選用的包膜尿素和不同土壤改良劑配施可以改善土壤性狀，有利于玉米生長。但本試驗(yàn)僅針對(duì)短期內(nèi)的改良效果進(jìn)行了分析，未來將對(duì)施用效果時(shí)效性、人工、機(jī)械化以及經(jīng)濟(jì)效益等問題進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

在輕度鹽漬土條件下，與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，包膜增效尿素和秸稈腐熟劑配施處理玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒重有所增加，氮肥偏生產(chǎn)力有所提高。在中度鹽漬土條件下，包膜增效尿素和有機(jī)肥或秸稈腐熟劑配施較農(nóng)民習(xí)慣施肥產(chǎn)量有所提高，其中包膜尿素和有機(jī)肥配施氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高。

在輕度鹽漬土上，較農(nóng)民習(xí)慣施肥，不同施肥措施并不能有效降低土壤SAR和EC值，但T4處理可顯著提高0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量。在中度鹽漬土中呈現(xiàn)表層鹽分向下層淋洗，T2～T5處理可使0～20 cm土層的SAR降低，T4處理最能有效降低SAR和增加0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量。