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作者简介:

王庆蒙(1995-),男,内蒙古包头市人,在读硕士,研究方向为土壤改良。E-mail:332783171@qq.com。

通讯作者:

李跃进,E-mail:liyuejin2005@126.com;

景宇鹏,E-mail:jyp236@163.com。

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目录contents

    摘要

    为了研究不同培肥措施对盐碱化土壤改良效果,以内蒙古河套灌区盐碱地为对象,通过 3 年田间试验,研究了等氮素条件下不同培肥措施对土壤 pH 值、全盐、脱盐率、有机质、全氮、碱解氮、有效磷等指标的影响。结果表明:不同培肥措施土壤剖面盐分变化趋势基本一致,即 0 ~ 20 cm 降低,20 ~ 60 cm 升高,60 ~ 100 cm 稳定,其中 CK、化肥处理表层土壤(0 ~ 20 cm)盐分含量最高,收获期土壤盐分分别为 5.33 和 5.24 g·kg-1;秸秆还田、秸秆还田 + 有机肥、秸秆还田 + 有机肥 + 化肥配施处理盐分含量最低,收获期土壤盐分分别为 5.0、4.58、4.73 g·kg-1。不同培肥措施 0 ~ 10、10 ~ 20 cm 土壤脱盐率分别为 7.81% ~ 20.70%、 4.48% ~ 16.96%,其中有机肥、秸秆还田与有机肥、秸秆还田 + 有机肥 + 化肥配施对促进盐分淋洗、抑制反盐的效果较好,土壤脱盐率分别为 11.99%、18.83%、15.65%,以 CK 和单施化肥处理效果最差,分别为 5.74%、 6.37%。作物生育期内,不同培肥措施的土壤 pH 值变化差异不显著,但连续施用有机肥、有机肥 + 秸秆以及有机肥 + 秸秆还田 + 化肥配施耕层土壤 pH 值较 CK 处理降幅较大。与 CK 相比,不同培肥措施均显著提高耕层土壤碱解氮、有效磷的含量(P<0.05),其含量分别提高 29.43% ~ 93.14%、17.45% ~ 161.84%;有机肥、有机肥与化肥配施显著提高了土壤有机质和全氮的含量,分别为 14.66%、13.36% 和 13.36%、17.35%。有机肥、秸秆还田、 化肥三者配施均能显著提高向日葵产量,其中有机肥 + 秸秆还田 + 化肥处理对向日葵产量提高的最为显著,较 CK 增产 44.41%。因此,在等氮素条件下,河套灌区应重视有机肥与化肥、有机肥与秸秆还田、有机肥与秸秆还田 + 化肥的配合施用,不仅可以培肥土壤、提高脱盐率,还可获得一定的高产。

    Abstract

    The effects of different fertilization on the properties of saline soil were studied in Hetao plain in western Inner Mongolia from 2016 to 2018.Soil pH,total salt,desalination rate,organic matter,total nitrogen,available nitrogen and available phosphorus were measured during the growth of sunflowers.The results showed that the dynamic change of soil salt in different soil profiles presented same trend in different fertilization measures,which was decreased in 0 ~ 20 cm, increased in 20 ~ 60 cm,and showed stable in 60 ~ 100 cm.The treatments of no fertilizer(CK)and chemical fertilizer (T1)resulted in the highest salt content in topsoil(0 ~ 20 cm),which were 5.33 and 5.24 g·kg-1 ,respectively.The soil salt contents were 5.00,4.58,and 4.73 g·kg-1 ,respectively,for treatments of straw(T3),straw+organic(T5) and straw+organic+fertilizer(T7).The soil desalination rates were 7.81% ~ 20.70% in 0 ~ 10 cm,and 4.48% ~ 16.96% in 10 ~ 20 cm.The soil desalination rates were significantly higher in T2(11.99%),T5(18.83%),T7(15.65%) comparing to CK(5.74%)and T1(6.37%).The soil pH was not significantly different among treatments.But the soil pH of the topsoil was lower in T2,T5,T7 treatments than that in CK under 3 years long-term application.Available nitrogen and available phosphorus significantly increased by 29.43% ~ 93.14% and 17.45% ~ 161.84%,respectively,comparing to CK(P< 0.05).Soil organic matter and total nitrogen only increased under T2 and T4 by 13.36% ~ 14.66% and 13.26% ~ 17.35%,respectively.Partial substitution of chemical fertilizer with manure and stalk significantly increased the yield of sunflower by 44.41% comparing to CK.Therefore,partial substitution of chemical fertilizer with manure or stalk is a better management in saline-alkali soil,which not only improve soil nutrient condition,increase desalination rate,but also increase the yield of sunflower.

    关键词

    有机肥秸秆还田化肥盐碱土土壤培肥

  • 盐碱土作为后备土地资源,为保证1.2 亿hm2 耕地“红线”,其改良治理战略意义重大[1]。河套灌区地处内陆,是内蒙古盐渍化土壤主要分布区之一, 也是我国西北最主要的农区与生态脆弱区。近年来, 耕地盐渍化和次生盐渍化面积逐年增加[2],目前内蒙古河套灌区盐渍化耕地面积39.4 万hm2,占耕地面积的68.65%,且以中重度盐渍化为主。长期以来, 河套灌区的生存和发展完全依靠黄河水,尤其是以水洗盐在盐碱地的改良和利用中发挥的重要作用, 但随黄河水用水紧张,灌区引黄量大幅压缩,以水洗盐、引灌淤地带来较大困难,对盐碱化土壤的改良利用十分不利。同时灌区盐碱土仍面临土壤理化性质差、地表盐分含量高、耕层土壤肥力持续下降等问题,严重影响农作物的正常生长,已成为阻碍当地农业持续发展的主要因素之一[3]。因此,在新形势下如何处理好土壤培肥与脱盐改造之间的关系, 是保证作物稳定生产和改良盐碱地的重要措施,也是实现盐碱地农业高效利用的关键。

  • 目前,有关盐碱地耕层培肥改良和不同管理措施对盐碱地盐分运移方面前人已做了大量的研究工作,如陈恩凤等[4-5]曾提出水治是基础,培肥是根本的观点改良盐渍土;郜翻身等[6]研究认为施用有机肥能降低土壤pH值,使土壤化学性质向良性方向发展;黄强等[7]研究了施用有机肥对新疆盐碱土不同深度土壤溶液盐分含量变化动态,认为土壤中施用有机肥后,可降低土壤盐分的活性;宿庆瑞等[8]研究认为施用有机肥既可促进脱盐又能抑制返盐;刘春卿等[9]研究了管理调控措施对土壤盐分迁移和分布特征的影响,认为施用化学肥料能够促进作物生长,减少地面蒸发,有利于抑制盐害的作用;张晓贺等[10]研究了施肥对甘肃引黄灌区新垦盐碱荒地盐分运移的影响,认为增施有机肥对于提高土壤脱盐效果、抑制土壤返盐具有重要作用;周连仁等[11]研究了松嫩平原盐碱旱地土壤培肥措施, 认为有机肥与专用配方肥可提高土壤肥力,但目前有关于合理的有机肥、秸秆还田、化肥配合施用对盐碱化土壤培肥与脱盐方面的研究鲜有报道。

  • 本试验于2016 年在内蒙古巴彦淖市杭锦后旗头道桥镇联增村布设不同培肥措施对盐碱土改良效果的长期定位试验,探究不同培肥措施对河套盐碱地土壤改良效果,以期筛选出灌区盐碱地土壤培肥与脱盐较为合理的方式,加强优化施肥/培肥技术对盐碱地土壤的改良效果,为灌区盐碱地土壤改良、耕层培育集成技术提供科学依据。

  • 1  材料与方法

  • 1.1  研究区概况

  • 试验地位于内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗头道桥镇联增村(40 °26′~ 41 °13′N,106 °34′~ 107°34′E),当地年均气温7.9℃,年均降水量136.5 mm,蒸发量2096.4 mm,无霜期152 d左右,年日照时数3220 h以上,积温3520℃以上,日照率达73%, 土壤以苏打硫酸盐盐化潮土为主。2016 年供试验土壤(0 ~ 40 cm)基本理化性状为有机质(11.34±2.24) g·kg-1、碱解氮(31.60±2.46)mg·kg-1、有效磷(12.22±0.58)mg·kg-1、速效钾(174.00±3.46) mg·kg-1、 土壤全盐含量5.95 g·kg-1、pH值为8.60±0.41。

  • 1.2  试验设计

  • 试验采用随机区组设计,共设置8 个处理:对照(CK)、T1 化肥、T2 有机肥、T3 秸秆还田、 T4 有机肥 + 化肥(有机肥N与化肥N各占1/2)、 T5 秸秆还田 + 有机肥(秸秆N与有机肥N各占1/2)、T6 秸秆还田 + 化肥(秸秆N与化肥N各占1/2)、T7 秸秆还田 + 有机肥 + 化肥(秸秆N、有机肥N和化肥N各占1/3),每个处理3 次重复,共24 个小区,每个小区面积4 m×7.5 m=30 m2,试验区面积0.097 hm2,各处理保持氮、磷素水平一致。肥料施用量除CK处理外,其他处理是在等氮、磷(N 270 kg·hm -2,P2O5 120 kg·hm -2)的条件下,根据相应有机物料所含氮、磷量乘以其施用量,得到所施用有机物料的总氮、磷含量。试验所用氮肥为尿素(N 46%),磷肥为磷酸二铵(P2O5 46%、N 18%),有机肥为当地自然腐熟的牛粪(全氮量1.2%、全磷量0.5%)、秸秆为当地的玉米秸秆(全氮量0.8%、全磷量0.35%)。牛粪、玉米秸秆于前一年秋收整地施入,氮、磷肥均作为基肥随覆膜一次性施入,供试向日葵品种为当地主栽品种SH361,采用大小垄覆膜种植,大行80 cm, 小行40 cm, 株距45 cm, 留苗36000 株·hm-2。  田间管理按当地习惯择优选用,肥料种类及施肥量见表1。试验于每年6 月初播种,9 月20 日左右收获。

  • 表1 试验设计及肥料种类施用量(kg·hm-2

  • 1.3  样品采集与分析

  • 2018 年6 ~ 10 月每月中旬采集一次土壤样品, 每小区随机采集3 点,用土钻按0 ~ 10、10 ~ 20、 20 ~ 40、40 ~ 60、60 ~ 80、80 ~ 100 cm分层取样,将采集的土壤样品在室内风干、粉碎过2 和0.15 mm筛后保存。土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定,全氮采用半微量凯氏定氮法测定,碱解氮采用碱解扩散法测定,有效磷采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定,土壤pH值(土水比1∶5)采用电位法测定,土壤全盐量采用八大离子加和法计算[12]

  • 1.4 数据处理

  • 数据采用Excel 2010、Sigmaplot 12.5 作图,采用SPSS 18.0 进行统计分析,其中土壤各指标显著性采用单因素方差分析,各指标间的关系采用pearson相关性进行分析。

  • 公式中:T为土壤脱盐率(%);A表示播种期盐分(g·kg-1);B表示收获期盐分(g·kg-1)。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 不同培肥措施对土壤盐碱指标的影响

  • 2.1.1 土壤pH值动态变化

  • 由图1 所示,不同培肥处理0 ~ 10 cm土壤pH值随时间推移总体呈先降低后升高的变化趋势, 由播期(6 月)的8.57 ~ 8.65 变化到收获期(10 月)的8.45 ~ 8.61;不同培肥处理10 ~ 20 cm土壤pH值随时间推移缓慢上升,由播期(6 月)的8.69 ~ 8.82 上升到收获期(10 月)的8.70 ~ 8.89;20 ~ 40 cm由播期(6 月)的8.90 ~ 9.02 上升到收获期(10 月)的8.91 ~ 9.04;除对照(CK)和施用化肥处理土壤pH值有所上升外,其他处理均呈降低的变化趋势,但差异不显著(P>0.05)。 整体来看,不同培肥处理均可以调节土壤的酸碱度,尤其增施有机肥、秸秆 + 有机肥以及有机肥 + 秸秆 + 化肥三者配施对耕层土壤pH值降幅较大,分别较对照下降了0.19、0.16、0.12 个单位,但与对照差异不显著(P>0.05);不同培肥方式土壤pH值表现为对照(CK)最大,有机肥处理最低;耕层0 ~ 20 cm土壤pH大小顺序为:对照(CK)> 化肥> 秸秆 + 化肥> 有机肥 + 化肥> 秸秆> 秸秆 + 有机肥 + 化肥> 有机肥> 秸秆 + 有机肥。

  • 图1 不同土层深度土壤pH值动态变化

  • 2.1.2 土壤全盐动态变化

  • 从图2 可以看出,随时间的推移土壤剖面盐分变化趋势各不相同,但同一时期不同培肥措施剖面盐分变化趋势基本一致。不同培肥措施0 ~ 20 cm土壤全盐随时间推移基本表现为逐渐降低的变化趋势,20 ~ 60 cm土壤全盐随时间推移逐渐升高, 而60 ~ 100 cm土壤全盐随时间推移基本无明显变化。表层0 ~ 20 cm土壤全盐的变化趋势呈先降低后增大,这是由于6 月气温升高,土壤盐分表聚明显(0 ~ 10 cm土壤全盐达5.37 ~ 6.00 g·kg-1, 10 ~ 20 cm土壤全盐达5.23 ~ 5.60 g·kg-1);7、 8 月份随降水不断增多,地表覆盖度增大,盐分逐渐降低,到了9 月表层土壤盐分最低(4.35 ~ 5.10 g·kg-1);之后进入10 月降水稀少,同时地上植物收获,地表裸露,土壤开始返盐,使得表层0 ~ 10 cm土壤全盐迅速升高,土壤全盐达4.50 ~ 5.56 g·kg-1。整体来看,秸秆还田、秸秆还田 + 有机肥、秸秆还田 + 有机肥 + 化肥配施促进表层盐分淋洗、抑制反盐的效果明显优于其他处理,而化肥处理增加了土壤盐分含量。耕层0 ~ 20 cm全盐大小顺序依次为:化肥> 对照(CK)> 秸秆 + 化肥> 有机肥 +化肥>有机肥>秸秆>秸秆 +有机肥 +化肥> 秸秆 + 有机肥。

  • 2.2 不同培肥措施对土壤脱盐率的影响

  • 从图3 可以看出,不同培肥措施0 ~ 20 cm土层土壤脱盐率均大于零,表现出明显的脱盐过程, 且单施有机肥、秸秆及有机肥、秸秆、有机肥混合施用土壤脱盐效率均大于对照和化肥处理,说明施用有机肥和秸秆能不同程度地降低土壤盐分含量; 20 ~ 60 cm土壤脱盐率基本上小于零,表现出明显的盐分聚集效应;60 ~ 100 cm土层土壤脱盐率基本上大于零,但脱盐率均小于0~ 20 cm土层土壤脱盐

  • 图2 不同培肥处理土壤含盐量

  • 图3 不同培肥处理土壤脱盐率

  • 率。整体来看,不同培肥措施0 ~ 100 cm土层土壤总脱盐率均大于零,其中秸秆 + 有机肥、秸秆 + 有机肥 + 化肥处理脱盐率较大,均在20%以上, 而化肥处理脱盐率最小,仅为1.20%,其大小顺序依次为:秸秆 + 有机肥> 秸秆 + 有机肥 + 化肥> 有机肥>有机肥 +化肥>秸秆>秸秆 +化肥>化肥> 对照(CK)。

  • 2.3 不同培肥措施对土壤有机质和养分特征的影响

  • 从表2 可以看出,不同培肥措施均不同程度地增加耕层0 ~ 20 cm土壤有机质、全氮含量,其中有机肥、有机肥与化肥配施处理对土壤有机质的影响差异达显著水平(P< 0.05),分别较对照(CK)提高14.66%、13.36%,较化肥处理提高13.28%、10.71%;而有机肥、有机肥 + 化肥、秸秆 + 有机肥 + 化肥配施处理对土壤全氮的影响差异达显著水平(P< 0.05),分别较对照(CK)提高13.26%、17.35%、15.31%, 较化肥处理提高7.77%、11.65%、9.71%。不同培肥措施土壤有机质大小顺序为:有机肥> 有机肥 + 化肥> 秸秆 + 化肥>秸秆 +有机肥 +化肥>秸秆 +有机肥>秸秆> 化肥> 对照(CK);土壤全氮大小顺序为:有机肥 +化肥>秸秆 +有机肥 +化肥>有机肥>秸秆+有机肥>秸秆+化肥>化肥>秸秆>对照(CK)。同时不同培肥措施均能提高耕层土壤碱解氮和有效磷的含量,与对照(CK)相比不同培肥措施土壤碱解氮含量差异达显著水平(P< 0.05), 分别较对照提高29.43%~ 93.14%,其中有机肥与化肥配施最为显著;除秸秆处理外,其他培肥措施土壤有效磷含量与对照(CK)差异达显著水平(P< 0.05), 分别提高17.45%~ 161.84%, 其中有机肥与化肥措施最为显著。不同培肥措施土壤碱解氮大小顺序为:有机肥 + 化肥> 有机肥 + 秸秆 +化肥>有机肥 +秸秆>有机肥>秸秆 +化肥> 化肥> 秸秆> 对照(CK);土壤有效磷大小顺序为:有机肥 + 秸秆 + 化肥> 有机肥 + 化肥> 有机肥>有机肥+秸秆>化肥>秸秆+化肥>秸秆> 对照(CK)。

  • 表2 不同培肥处理土壤养分变化

  • 注:同一列的不同字母表示不同处理之间差异显著(P<0.05)。

  • 2.4 土壤化学性质间的相关性分析

  • 通过对耕层土壤化学指标间相关性(表3)分析可以看出,土壤有机质与土壤全氮、碱解氮、有效磷呈极显著正相关关系,而与全盐、pH值呈极显著负相关关系;而土壤全氮除与pH值相关不显著外,与其他指标均达极显著水平。土壤全盐与全氮、碱解氮养分指标均呈极显著负相关,与有效磷呈显著负相关,pH值与有机质呈显著负相关,与全盐呈显著正相关。

  • 表3 土壤化学性质间的相关性分析

  • 注:* 和 ** 分别表示在0.05 和0.01 水平的相关显著性。

  • 2.5 不同培肥处理对向日葵产量的影响

  • 从不同培肥处理向日葵产量(图4)可以看出,除秸秆还田处理外,其他各培肥处理相对于CK都有明显增产作用,增产效果:有机肥 + 秸秆 + 化肥> 有机肥 + 化肥> 秸秆 + 化肥> 有机肥 + 秸秆> 有机肥> 化肥> 对照(CK),说明在有机肥和秸秆替代部分化肥情况下,能够增加向日葵的产量,其中有机肥、秸秆还田和化肥3 者配施对向日葵产量影响最显著,增产44.41%,其次是有机肥与化肥配施,增产41.88%。

  • 图4 不同培肥处理向日葵产量

  • 注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。

  • 3 讨论与结论

  • 河套灌区盐碱化土壤的共性特征是土壤肥力低、盐碱程度高。因此,提高土壤肥力、降低土壤盐碱、增加作物产量是盐碱区农业生产的重要工作。国内外学者普遍认为增施有机物,可改善耕层土壤结构,提高土壤有机质含量,降低土壤容重, 增加土壤孔隙度,加快盐分淋洗,抑制土壤返盐, 有利于土壤脱盐[713-17]

  • 本研究中,单施有机肥、秸秆还田或者有机肥、秸秆还田、化肥3 者配施均降低了土壤pH值和全盐量,其中有机肥 + 秸秆还田的配施表现较好,脱盐率达20%左右,其次为单施有机肥,而施用无机化肥处理提高了土壤pH值和全盐含量, 这可能是由于施用有机肥和秸秆还田能不同程度地增加土壤有机质含量,有机质中的大分子羧基中和土壤中的碱性物质,增加了土壤胶体吸附盐基离子的能力,与土壤中的各种阳离子结合生成腐植酸盐,从而降低盐分离子含量;且与有机肥在分解过程中产生有机酸和秸秆还田土壤中有机酸的增加有密切关系,增强土壤对pH值缓冲能力,降低了土壤pH值;同时施用有机肥或秸秆后土壤孔隙度增加,入渗速率提高,脱盐效果增强,有利于耕层土壤全盐含量的降低,而施用无机肥增大土壤电导率,造成盐分表聚,这与黄强等[7]、王根林[18]、 刘杏认等[19]、徐国伟等[20]、安东等[21]、韩晓增等[22]、李国辉等[23]、陈淑君[24]、刘春卿等[9]的研究结果相一致。但由于试验条件的限制,本试验旨在研究不同培肥措施下对培肥地力和脱盐效果的影响,而有关有机肥、化肥、秸秆还田的具体施用量与土壤盐分变化的相关性,有待于进一步研究。

  • 土壤有机质、全氮、速效养分作为土壤质量评价的重要指标,大量研究表明,长期增施有机肥、秸秆还田有利于有机质的积累,提高了土壤有机质和全氮含量。本研究表明,不同培肥措施均显著地提高了耕层土壤碱解氮、有效磷的含量,而对有机质和全氮的影响程度各异,其中有机肥、有机肥与化肥配合施用对耕层土壤有机质和全氮的影响差异显著,这与李文祥[25]、李娟等[26]、国立财[27]、张玉平等[28]、张晓贺[29]、霍琳等[30]的研究结果一致。而秸秆还田对土壤有机质、全氮、 碱解氮、有效磷含量的影响差异不显著,这可能是作物秸秆中养分释放需要经过长时间的腐熟,且作物秸秆C/N较大,仅秸秆还田容易造成土壤氮素不足。同时从研究结果来看,有机肥与化肥配施比秸秆还田与化肥配施短期内更有利于培肥土壤,这可能是由于化肥施入土壤后通过改变C/N、土壤pH值、微生物及酶活性等影响有机肥中氮矿化速率和矿化量,进而提高土壤养分含量,而秸秆还田配施化肥虽可以降低土壤中的C/N,但秸秆的分解和秸秆的埋深、秸秆种类、土壤水分温度等因素也密切相关。

  • 长期减量施肥作为防控农业面源污染的重要手段,国内外学者开展了大量有机肥、秸秆替代化肥减施增效、有机肥修复改良受污染土壤的研究[31-35]。本试验结果表明,单施化肥、有机肥虽能提高向日葵产量,但差异不显著;这是由于向日葵在生长过程中不同时期对养分的吸收利用不同, 一般均表现为前期对肥料的需求量小,后期需肥量大;且本试验施肥种植方式为播种前一次性施加, 前期生长旺盛,后期脱肥,严重影响向日葵产量; 有机肥的施用既可以协调植物生长所需的水、肥、 气、热,又可改善土壤理化和生物学性状,但在提供植物所需的营养成分方面相对较缓慢。与对照相比,秸秆还田处理向日葵产量有所下降,一方面由于每年秸秆还田量过大,影响播种,降低作物的出苗率;另一方面也可能是由于作物秸秆C/N较大, 在微生物分解过程中需要消耗大量的氮,导致土壤供氮不足,进而影响作物早期正常生长,使农作物产量下降。与各单施处理不同,有机肥或化肥与秸秆还田配合施用均能显著提高向日葵产量。其中有机肥 + 化肥 + 秸秆还田3 者配施向日葵增产最大, 其次为有机肥与化肥配施,这可能由于有机肥和秸秆在为农作物提供营养元素的同时改善了土壤植物生长所需的水、肥、气、热,而化肥正好能够弥补了有机肥和秸秆肥效慢、养分含量低的劣势。因此,无论单施有机肥还是化肥、秸秆还田都能达到提高土壤肥力的目的,但对向日葵的产量影响差异不显著;而秸秆还田需与有机肥或化肥配合施用, 否则在短期内无法达到培肥土壤,提高作物产量的目的。

  • 参考文献

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