徐婧 平文超 王玉梅 張忠波 祁虹 王安錄 李清國 郭維新 蔣建勛 馮國藝

Improvement effects of organic fertilizer on cotton planting in saline-alkali land

Xu Jing， Ping Wenchao， Wang Yumei， Zhang Zhongbo， Qi Hong， Wang Anlu， Li Qingguo， Guo Weixin， Jiang Jianxun*， Feng Guoyi*

摘要：施用有機肥在改良鹽堿地和提高鹽堿地棉花產量方面有重要作用。概述了有機肥改良鹽堿地的機理與效果，總結了施用有機肥對鹽堿地棉花生長和產量效果的研究進展，分析了鹽堿棉田有機肥施用中存在的問題，并提出未來施用有機肥改良鹽堿棉田的發(fā)展方向，為今后的相關研究提供參考。

關鍵詞：有機肥；鹽堿地；土壤改良；改良效果；棉花；產量

棉花既是我國重要的經濟作物，也是開發(fā)利用鹽堿地的“先鋒作物”。發(fā)展鹽堿地植棉可緩解我國糧棉爭地矛盾，對于調整鹽堿地區(qū)農業(yè)生產結構，提高農民收入，緩解耕地鹽堿化帶來的糧食安全問題等具有重要意義[1]。但由于鹽堿地耕層土壤含鹽量高，會嚴重妨礙棉花生長，因此改善鹽堿地棉田土壤環(huán)境，減輕脅迫對棉花生長的不利影響，是保證鹽堿地可持續(xù)植棉生產的關鍵。

增施有機肥可以提高土壤的脫鹽能力[2]，促進土壤團聚體結構的形成，提高土壤的保水、保肥和透氣性，起到改良鹽堿地的作用；還可以提高土壤微生物多樣性以及微生物活性，加速養(yǎng)分的轉化[3]，穩(wěn)定持續(xù)地為棉花提供全面的養(yǎng)分，從而促進棉花的生長發(fā)育和產量的提高。

鑒于有機肥在改良鹽堿地和提高鹽堿地棉花產量方面發(fā)揮著重要作用，筆者團隊概述了有機肥改良鹽堿地的機理與效果，總結了有機肥施用對棉花生長和產量的影響，分析了鹽堿棉田有機肥施用中存在的問題，并提出未來施用有機肥改良鹽堿棉田的發(fā)展方向，旨在為今后的相關研究提供參考。

1 有機肥料應用研究現狀

中國有機肥的施用有上千年的歷史，元代王禎《農書》中就有“變薄田為良田”“化磽土為肥土”“地力常新壯”等關于土壤肥力用養(yǎng)結合的論斷，至今仍對土壤培肥具有重要的生產指導意義[4]。廣義上所說的有機肥指的是如廄肥、餅肥、綠肥、堆肥、沼肥等經過一定時期發(fā)酵腐熟的動物糞便、動物加工廢棄物和植物殘體；狹義上所說的有機肥專指利用各種動物廢棄物和植物殘體（包括糞便、枯枝落葉、作物秸稈等）通過特定的加工工藝消除有害物質達到無害化標準，且符合國家相關標準及法規(guī)的肥料[5]，狹義上的有機肥主要強調符合無害化國家標準。常見的有機肥主要包含：糞尿類、秸稈類、餅肥類、綠肥類、海肥類、草炭類和其他雜肥等。

有機肥料主要有：一是以提供有機質和少量養(yǎng)分為主，適用于綠色農產品和有機農產品等生產的精制有機肥；二是既含有特定比例的有機質，又含有較高無機養(yǎng)分的有機無機復混肥；三是與生物菌肥結合生產的、具有高附加值的專用型生物有機肥，例如具抗病功能的作物專用根際微生物有機肥。

有機肥是一種包含氮、磷、鉀以及作物生長所必需的鋅、鉬、硼等元素的完全肥料，可以使土壤養(yǎng)分平衡，對作物吸收養(yǎng)分有促進作用[6]。國內外研究顯示，有機肥分解釋放的腐殖質能夠增加土壤中有機質的比例，提升土壤中有效養(yǎng)分含量，增加土壤養(yǎng)分庫容[4，7-8]。此外，有機肥屬于緩效肥，肥效長且釋放慢，其中所含養(yǎng)分大部分呈有機態(tài)，經微生物不斷分解轉化后才能被作物吸收利用，并且活性物質多，可改善土壤生物特性，培肥地力。英國洛桑試驗站長期定位試驗結果表明，持續(xù)施用有機肥70年后，土壤中有機碳含量顯著增加，且能長期穩(wěn)定在一個較高的水平[9-10]。Yang等[11]研究發(fā)現，有機肥對補給土壤養(yǎng)分，改善土壤性狀有顯著效果。

然而，施用有機肥培肥土壤也要“有度”，大量施用有機肥也會導致土壤中鹽分和重金屬的累積等一系列問題[12-15]。朱曉暉等[12]的調查資料表明，大量施用有機肥料，會引起地下水硝酸鹽含量升高；Das等[13]和Chen等[14]研究發(fā)現有機肥料的過量施用會顯著提高土壤的反硝化趨勢，促進氧化亞氮的排放。

2 有機肥改良鹽堿地的機理與效果

有機肥可為土壤微生物提供豐富的碳源、能源和養(yǎng)分[16]，調節(jié)土壤微生物的數量和種類，增加土壤養(yǎng)分；能夠改良土壤環(huán)境與土壤結構，增強土壤的保水能力，促進脫鹽；還可以降低土壤電導率，增強土壤緩沖能力，防止鹽分在土壤表層聚集[17]，從而達到改良鹽堿地的目的（圖1）。

2.1 有機肥對土壤結構和理化性質的影響

鹽漬化會造成土壤物理結構變差、鹽堿化程度升高、肥力降低，因此，改變土壤結構可以從根本上緩解土壤鹽堿危害，提高土壤通氣透水性，且效益好、見效快[18]。改善土壤孔隙結構、提高土壤肥力的最有效措施之一就是施用有機肥料。鹽堿地地下水位高，土壤自然脫鹽率低，用秸稈等有機肥還田通過改良土壤物理結構及成分可以起到改良鹽堿土的作用[19]。施用有機肥既能改變土壤結構，又可以提高土壤通透性，促進作物根系的生長，從而增加土壤的大孔隙連通性，改善土壤歐拉數（土壤連通性指標）[20]。另外，施用有機肥料可以增加土壤的有機質含量，提高微生物多樣性和活性[21]，進而增加土壤有機膠體，促進形成土壤團聚體結構，改善土壤的理化和生物特性，提高土壤的保水、保肥和透氣性。Dal Ferro等[22]對長期施肥試驗中土壤結構的雙尺度微型X射線體層攝影觀測表明，施用有機肥可以優(yōu)化土體結構，促進土壤獨立的大孔隙發(fā)展成相互貫通的路徑。周偉紅[23]通過探究有機肥對土壤培肥和作物產量的影響，發(fā)現施用有機肥增強了土壤的透水性和保肥性，增大了孔隙度，進而降低了土壤容重。

2.2 有機肥對土壤鹽分的影響

施用有機肥可以使土壤結構疏松，從而使土壤中鹽分與水分的接觸面積增大，使水分可以對土壤中鹽分進行充分淋洗，最終導致土壤中的鹽分含量下降。利用秸稈還田可以增強土壤團聚體穩(wěn)定性，提高土壤保水能力，減少土壤水分蒸發(fā)[24]，有效調節(jié)鹽堿土壤的鹽分運動。因此，施用有機肥可以降低土壤中的水溶性鹽離子含量，提高陽離子交換量，進而減輕土壤鹽漬化程度[25]。鹽堿地改良試驗表明，有機肥能夠顯著降低土壤pH、全鹽含量和堿化度[26]，減緩鹽堿土的持續(xù)惡化[27]。此外，合理施用有機肥，可以使鹽漬土壤的理化、膠體和生物學性狀得到改善，改變鹽漬土壤的水鹽運動規(guī)律，促進土壤脫鹽，抑制鹽漬土返鹽，以肥料中的有機質來調控土壤，達到肥鹽平衡和水鹽平衡[28]。王啟堯等[29]在研究濱海鹽漬棉田施用微生物菌肥和生物有機肥的降鹽效果時發(fā)現，生物有機肥處理對棉花根際土壤有一定的降鹽效果，但在壟間降鹽效果不顯著。羅佳等[30]探究了不同有機肥對鹽堿棉田土壤鹽分的影響，發(fā)現施用有機肥后，較深層土壤的含鹽量有所下降，不同有機肥處理間效果差異較大，施用羊糞、雞糞和油渣土壤的總鹽含量分別下降45.80%、23.55%和69.55%。

2.3 有機肥對土壤養(yǎng)分的影響

鹽堿地施肥既要考慮到作物生長發(fā)育對養(yǎng)分的需求，培肥土壤，還要兼顧降低鹽害，努力實現鹽堿地利用與改良相結合，用地與養(yǎng)地相結合[31]。有機肥料養(yǎng)分全面、來源廣且肥效長，包含多種營養(yǎng)元素和有益物質，有利于提高土壤肥力和作物產量，改善作物品質[32]。在合理的施用范圍內，土壤中的有效磷、全氮和有機質等的含量隨著有機肥施用量的增加而提高[33]。施用有機肥可以使鹽堿土壤中的有機質含量明顯增加，優(yōu)化鹽堿土壤的養(yǎng)分結構，且對土壤營養(yǎng)元素含量的增加效果較非鹽堿土更為顯著[34]。商品有機肥替代部分化肥的研究顯示，有機肥替代部分化肥可以提高土壤肥力水平，增強土壤保肥性能，促進作物對養(yǎng)分的吸收[35]。顏安等[36]在新疆鹽堿地植棉區(qū)的研究發(fā)現，用有機肥替代化肥可明顯增加鹽堿棉田的養(yǎng)分含量，提高棉花產量，降低土壤含鹽量，證明施用有機肥對改良鹽堿地，提高鹽堿土壤養(yǎng)分含量有積極的作用。

2.4 有機肥對土壤微生物數量及酶活性的影響

土壤鹽漬化造成的滲透脅迫會使土壤微生物活性大大降低，導致土壤中微生物分泌的酶量相應減少[37]。而有機肥養(yǎng)分齊全，肥效長，活性物質多，可優(yōu)化根際微生態(tài)環(huán)境和菌群。唐瑜[38]通過探究有機肥對土壤微生物的影響，發(fā)現與化肥對土壤微生物的抑制效應相反，有機肥可明顯提高土壤中真菌、放線菌和細菌的數量。棉田有機肥替代試驗發(fā)現，有機肥替代部分化肥可優(yōu)化微生物種群，降低土傳病害的發(fā)生概率，增加土壤微生物量[39]。

土壤中酶的活性與棉花生長發(fā)育緊密相關，是鹽堿環(huán)境下影響棉花生長的重要因素之一，且對鹽脅迫尤為敏感[40]。施用有機肥可以改善土壤鹽堿環(huán)境，促進棉花根系生長和提高根系活力。秸稈還田等施用有機肥農藝措施可以通過改變鹽堿土水鹽運移、土壤孔隙度和土層團聚體大小分布優(yōu)化根際環(huán)境，增加根系分泌物[41]，為微生物提供了碳氮來源，增加土壤微生物多樣性和活性，進而提高土壤酶活性。徐雙等[42]在山東東營濱海鹽堿地進行了棉花大田試驗，調查數據顯示，有機肥和生物菌肥配施能有效促進東營濱海鹽堿棉田土壤酶活性的提高，其中磷酸酶、過氧化氫酶和脲酶的活性較傳統(tǒng)施肥方式分別增加41.4%、22.8%和49.7%。

3 有機肥對鹽堿地棉花生長和產量的影響

適時適量施用有機肥有利于促進棉花根系和地上部生長發(fā)育，提升棉花葉片的光合性能，在生育后期延緩葉片衰老，預防早衰，同時增加干物質積累并促進其合理分配[43]，進而獲得較高產量。

3.1 有機肥對鹽堿地棉花生長發(fā)育的影響

施用有機肥可以改善鹽堿土壤的理化和生物學特性，增強土壤養(yǎng)分的供應能力，改良植物根系環(huán)境，因此能夠減輕鹽堿對植物的不利影響，這對于棉花的生長發(fā)育具有重要意義。通常情況下，棉花出苗時對鹽分非常敏感。當土壤鹽度（電導率）大于400 mS·m-1時，陸地棉出苗會受到明顯的抑制，出苗率僅為58.3%，這可能是鹽堿地植棉產量較低的主要原因[44]。而在鹽堿環(huán)境中，有機肥分解釋放的腐殖質能夠刺激植物對水和營養(yǎng)元素的吸收[45]。研究發(fā)現，播種前施用有機肥有利于棉花在鹽堿條件下出苗和生根[46]，灌溉水的鹽分含量和有機肥施用量對棉花的出苗速率指數、莖粗、株高和葉面積均有顯著影響[47]，有機肥中腐殖質的含量與鹽堿地棉花的葉片數量和單位葉面積成正比[48]。Cevheri[49]通過研究在非鹽漬和鹽漬土壤條件下不同化肥和有機肥對棉株性狀的影響，發(fā)現施用蚯蚓糞肥的根系干物質質量最高，說明在鹽漬土壤中施用有機肥對植物根系的發(fā)育有積極影響。

有機肥中含有大量的腐殖酸、氨基酸等有機物質，可以有效促進地上部葉片的生長發(fā)育[50]，減少因養(yǎng)分吸收不足導致蕾鈴脫落現象的發(fā)生。Wu等[51]比較了不同有機肥對鹽堿棉田的改良效果，研究發(fā)現：有機肥可提高鹽漬土中棉花葉綠素含量和光合特性；隨著有機肥施用量的增加，葉片葉綠素含量均不同程度增加，從而增強光合效率，提高光合產物的積累[52]。徐瑞強等[53]通過研究液態(tài)有機肥與氮肥配施對棉花生理特性的影響，發(fā)現配合施用有機肥可使棉花生育后期葉片中葉綠素含量的下降速率變小，并且能長時間維持在較高的水平，說明有機肥的施用可以延緩棉花葉片衰老，預防早衰，有利于生育后期維持光合作用效率。

3.2 有機肥對鹽堿地棉花產量及其構成因素的影響

鹽堿地中過多的鹽離子以及偏堿性的土壤環(huán)境會引起化學肥料的揮發(fā)損失，導致棉花營養(yǎng)障礙[54]，進而影響棉花生長發(fā)育和產量。合理施用有機肥在提高棉花產量的同時，還可以提高化學肥料的利用效率[55-58]。陳佳等[59]研究了復合肥與有機肥配施對鹽堿地改良的效果及對棉花生長的影響，發(fā)現普通復合肥配合施用腐殖酸肥的皮棉與不施肥相比增產幅度可達17.7%，與單獨施用普通復合肥相比增產5.8%。羅佳等[30]研究了有機肥對新疆鹽漬化耕地種植的棉花干物質積累及產量的影響，發(fā)現有機肥處理的棉花各生育時期干物質累積量及氮、磷、鉀素累積量均顯著高于單施化肥處理，其中施用雞糞處理的籽棉產量最高，較單施化肥處理高6.38%。

鹽堿地施用有機肥不僅會影響棉花生長過程中對養(yǎng)分的吸收，還會對棉花生物量的合理分配起到積極作用。施用有機肥能增加棉株各器官生物量、促進生物量向各器官的合理分配，從而提高棉花產量[60]。顏安等[36]研究顯示，配施較高比例的有機肥處理對株高和單位面積株數影響不明顯，但其鈴重較不施肥對照和單施化肥明顯提高，從而提高籽棉產量。De Pdua Souza等[47]就鹽脅迫下施用有機肥對彩棉產量影響的研究認為，增加有機肥的施用量可減弱灌水含鹽量對棉花鈴數的影響。孫凱寧等[61]研究顯示，在濱海鹽堿地棉田，增施有機肥可以明顯增加棉花蕾期和花鈴期的果枝數以及花鈴期的鈴數。馮國藝等[62]的研究也表明，有機肥處理下濱海鹽堿地棉花產量構成因素單株結鈴數和鈴重均較對照（不增施有機肥且不進行秸稈還田）顯著提高，從而增加產量。Zhang等[63]在山東濱海植棉鹽堿地長期定位試驗表明，秸稈還田通過降低土壤含鹽量、pH和容重，增加表層土壤總孔隙度、團聚體、根質量密度、總有機碳含量、總氮含量來提高棉花產量，較對照（不進行秸稈還田）增產36.3%。

4 植棉鹽堿地施用有機肥的方法

春季土壤水分蒸發(fā)量較大，鹽堿地土壤易發(fā)生返鹽；因此，棉花播種后要及時覆地膜，以抑制返鹽、保濕保溫。在鹽堿地施追肥會破壞地膜，引起土壤鹽分上移，加大銨態(tài)氮的揮發(fā)，造成養(yǎng)分損失，加之當前農村勞動力普遍缺乏，施追肥會加重田間勞作強度[64]。所以，鹽堿地植棉中有機肥一般作基肥一次性施用。高峻嶺等[65]認為作為基肥，牛糞是首選的有機肥，其有機質含量高，有利于增加土壤孔隙度、降低容重、提高土壤透氣性，一般施用量以60～75 t·hm-2較為適宜。

棉柴秸稈還田是既經濟又便捷的鹽堿地增施有機肥的方法之一[66]。在當年10月至次年4月的土壤返鹽期，表層覆蓋的棉稈可抑制土壤返鹽；第2年翻入土壤后，棉稈又可作為有機肥改良鹽堿地[65]。對于鹽堿程度較輕、灌溉條件較好的棉田，在棉花收獲、秸稈還田作業(yè)完成后，可復種小黑麥等越冬作物，既可以利用棉田冬閑時間生產飼草，增加收益，又可以增加冬季植被覆蓋率，改善冬季田間生態(tài)環(huán)境，減少蒸發(fā)，抑制返鹽[67]，還可以在來年將飼草翻入棉田作為綠肥培肥地力。

5 問題與展望

由于糧棉爭地矛盾、耕地鹽堿化、糧食安全問題等原因，鹽堿地植棉逐漸成為中國棉花生產的主要發(fā)展方向之一，依靠科學方法提升鹽堿地棉花產量與品質具有重大意義。有機肥在改良鹽堿地棉田中的應用日益受到社會各界的廣泛關注，但在理論研究和生產實踐中仍存在一些問題，如：不同種類有機肥對鹽堿棉田改良效果與機理尚不清晰，有機肥肥效不能及時、足量滿足作物的養(yǎng)分需求，施用量不夠精確等。

因此，未來施用有機肥改良鹽堿棉田的研究和發(fā)展方向主要有如下幾方面：（1）針對按鹽堿地類型開展有機肥改良效果研究較少的問題，今后可側重研究不同類型有機肥對各種鹽堿地改良的機理與規(guī)律，建立有機肥料改良不同鹽堿地實際效果的評價體系，全面探究和認識不同有機肥在不同地區(qū)、不同鹽堿地類型、不同輪作作物種類的應用效果和機理，以期為今后鹽堿地改良選用不同種類有機肥指明方向。（2）針對有機肥施用量不易把控的問題，可以將不同來源種類的有機肥進行統(tǒng)一規(guī)范化處理，定量分析有機肥中氮、磷、鉀、有機質、微量元素等養(yǎng)分含量，同時加入有益微生物，研制高附加值的專用型/多功能新型有機肥產品，以滿足土壤改良和作物生長需求。（3）將施用有機肥與測土配方施肥技術相結合。在綠色農業(yè)發(fā)展理念下，積極應用測土配方技術指導農業(yè)施肥工作，根據土壤類型、作物類型、有機肥種類等進行科學施肥，將有機肥與化肥配施，并建立配套施肥技術，從而實現有機肥與無機肥相結合，盡量降低有機肥施用帶來的環(huán)境風險，同時探索能改良土壤鹽漬化并提高棉花產量的專用有機肥配方與配套技術。

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（責任編輯：秦凡? ? 責任校對：付毓）

收稿日期：2022-05-27? ? ? ? ? *通信作者：蔣建勛，jianxun.1023@163.com；馮國藝，305443864@qq.com

基金項目：河北省棉花現代種業(yè)科技創(chuàng)新團隊（21326314D）；滄州市重點研發(fā)計劃（213203002）；國家現代農業(yè)產業(yè)技術體系（CARS-15-18）