環球熱議:有機肥替代對魯北平原輕度鹽堿地土壤性狀和作物產量的影響

魯北平原是山東省重要的糧棉油生產基地，合理開發利用鹽堿地資源是亟待解決的問題。通過田間小區試驗，以習慣施肥為對照，設置低、中、高3種有機肥用量處理，有機肥處理減施20%化肥用量，研究有機肥增施對土壤團聚體、鹽分、微生物等性狀和冬小麥、夏玉米產量的影響。研究結果表明：與習慣施肥相比，不同增施有機肥處理均增加>0.25 mm土壤大團聚體的比例，有效增強了土壤團聚體穩定性；增加土壤pH值，但均降低了0-40 cm土層的鹽分含量；不同增施有機肥處理可不同程度增加土壤真菌和細菌數量，其中中量有機肥配施化肥下真菌和細菌總量增值效果最大；增施有機肥都較大幅度增加冬小麥和夏玉米產量，增產8.8%-28.1%，平均增產20.3%。其中，中量有機肥配施下化肥下作物增產效果最顯著。綜合考慮土壤性狀和作物產量，在減施20%化肥的條件下，輕度鹽堿地推薦最佳有機肥用量為5250 kg/ha。

關鍵詞 輕度鹽堿地 鹽分消減 土壤團聚體 土壤微生物 作物產量

(相關資料圖)

鹽堿地作為生態系統的一部分，由于其獨特的理化性質，嚴重影響生態系統功能有效發揮，對經濟和環境兩方面造成極大損失[1,2]。高濃度的鹽分干擾作物對養分的吸收，造成作物“生理干旱”。同時，鹽堿地土壤膠體富含鈉離子，濕時膠體分散，土壤透氣性和透水性降低；干時劇烈收縮，結成硬塊，不僅耕作困難，而且嚴重妨礙作物生長[3-5]。有機肥也稱作“農家肥料”，包括糞尿、廄肥、堆肥、綠肥等。牛糞、羊糞有機肥養分全面，富含有機質、腐殖酸及微生物菌群。從對鹽堿土物理改良的角度出發，鹽堿地施用有機肥可通過促進大粒徑土壤團聚體改善土質，使鹽堿、板結土壤恢復活力，促進土壤空氣流通，提高作物生產力[6, 7]。在鹽堿土上使用有機肥具有促進脫鹽和抑制返鹽的作用，進而促進作物穩產高產。有研究表明，雞糞和牛糞混合施用能夠顯著提高中低產田土壤肥力和小麥產量[8]。

農民習慣性施肥方式只注重化肥增產的顯著一面，導致化肥利用率低，后期存在的農產品的品質下降，營養成分減少，土壤板結的問題，因而科學地根據有機肥施用比例與化肥平衡施肥以達到提升鹽堿地地力，提高作物產量對于解決此類問題至關重要。有研究表明，河西綠洲灌溉區有機肥替代 30%化肥顯著提高玉米的株高、地上部分生物量、產量和土壤養分的容量和供應強度，土壤氮磷鉀和有機質顯著提高[9]。尹志榮等（2016）研究表明，寧夏鹽堿地減施1/2化肥+增施1倍羊糞+增施1倍生物有機肥施肥模式顯著提高0 ~20 cm土壤養分含量，降低土壤pH 值和全鹽含量；極顯著降低土壤堿化度，有效改善土壤生物活性，細菌數量增加40.3倍、放線菌數量增加1.5倍；產量達7000.5 kg·hm-2，增產22.81%[10]。本研究從利用有機肥對鹽堿土物理改良角度出發，研究化肥減量配施有機肥對鹽堿地土壤團粒結構及作物產量的影響。通過不同有機肥覆蓋及低、中、高3種有機肥用量與化肥配比，研究施加有機肥對鹽堿土壤保水性、土壤團聚體、鹽分等性狀和冬小麥-夏玉米產量的影響。以期綜合考慮土壤性狀和作物產量，選取合適的有機肥用量，為魯北平原及相似區域輕度鹽堿地開發利用提供科學依據和技術支撐。

材料與方法

1.試驗區自然條件

試驗選擇在山東省沾化縣曹坨村進行，該區屬于暖溫帶季風氣候區，大陸性氣象特征明顯，四季差別顯著，年平均氣溫12℃，年平均降水量575.5 mm。試驗區耕層土壤有機質偏低，水解性氮和有效磷較豐富，速效鉀中量，土壤偏堿性，屬于輕度鹽漬化土壤。土壤基本化學性質詳見表1。

表1 供試土壤的基本化學性質

注：土水比1:5浸提。*Note: Ratio of soil to water is 1:5.

2015年試驗期間降水量為382.0 mm，冬小麥季降水量75 mm，夏玉米季降水量307.0 mm，在7月底和8月初，有兩次超過100 mm的降水，形成了田間澇害。試驗期間的降水分布見圖1。

2.試驗設計

供試作物為冬小麥和夏玉米，試驗設置4個處理分別為：CK，習慣施肥；LOF，低量有機肥處理（用量1500 kg/ha）+80%習慣施肥；MOF，中量有機肥處理（用量5250 kg/ha）+80%習慣施肥；HOF，高量有機肥處理（用量9000 kg/ha）+80%習慣施肥。每個處理設3個重復，小區隨機區組排列，每個小區5 m×8 m=40 m2。有機肥均在冬小麥季作為底肥施用，玉米季只施用化肥。其他管理同常規。

3.測定項目和方法

土壤含水量:取樣深度為0-100 cm，每20 cm為一個取樣土層，取兩鉆混合樣。采用烘干法測定土壤質量含水量。

土壤EC值: 取樣深度為0-100 cm，每20 cm為一個取樣土層，取兩鉆混合樣。土樣風干后，用1:5土水比浸提土樣，采用DDS-11A數顯電導率儀電導法測定土壤EC值。

數據處理

（1）不同粒級水穩性團聚體的數量[12]

結果與分析

1.增施有機肥對土壤性狀的影響

有機肥對土壤團聚體的影響

作用與討論

鹽漬化土壤由于其結構粘滯、通氣性差、養分釋放慢等物理化學結構特性，不僅使得耕作困難，而且嚴重干擾作物對養分的吸收^[3-5]。本研究發現，不同增施有機肥替代化肥處理均增加了大于1mm各級土壤團聚體比例，土壤團粒結構趨于穩定方向發展。有機肥施入后有助于根系的生長和真菌菌絲的物理延伸，將大團聚體崩裂，微團聚體受根系和真菌的作用也會形成粘合；同時，有機肥的輸入改變了土壤基本C/N，增加土壤中腐殖質，土壤中有大量植物殘體的積累作為微生物碳源，改變微生物生命活動，進而產生土壤團聚體形成的粘合劑與載體，使穩定性團聚體數量發生改變，從而造成土壤團聚體分布向中間粒級過渡的特征。土壤團粒結構的改善可調節土壤的孔隙度及水氣比例，使土壤的三相（固相、液相、氣相）比例和理化性狀更趨合理。此外，土壤中穩定性團聚體（d>0.25 mm）是土壤生態系統的關鍵功能單元^[15]，有機肥通過促進大團聚體為作物生長提供營養來源^[16]。在團聚體總量的基礎上，團聚體大小分布狀況與土壤的質量關系更加密切。本研究發現，不同增施有機肥處理均明顯增加R_0.25比例、MWD和GMD，有機肥替代化肥可以增加土壤大團聚體含量，增強團聚體穩定性。同時，團聚體中的資源也有利于微生物的生長，通過微生物分解有機質，產生的有機酸能使土壤吸附的鈣活化，加強吸附性鈉的置換，促進土壤脫鹽^[17]。這與本研究中，增施有機肥有降低土壤鹽分的趨勢，明顯降低了0-40cm土層的鹽分研究結果相符合。

有研究表明，施用有機肥能降低和穩定表層土壤的pH和含鹽量，顯著增加土壤有機質含量^[18]。也有研究表明，有機肥的增加以及有機肥配施化肥對土壤pH改變不顯著^[19]。本研究中有機肥替代化肥施加增加了pH值，但從統計學的意義上其對pH值的影響并未達到顯著水平，這可能與堿性土壤的高初始pH值有關，有機肥的施用對土壤pH值改善是一個緩慢的過程，通常初始pH值較高的土壤具有較大的pH緩沖能力。堿性土壤中大量的Ca、Mg、Na和K離子堿性陽離子緩沖了無機氮肥引起的土壤酸化^[20]，氮肥引起的H⁺不足以打破堿性土壤的閾值^[21]。

有研究表明，習慣施肥減量20%-40%配施以3000、6000 kg/hm²有機肥不僅不會導致棉花減產，而且對提高土壤酶活性、調節土壤細菌、真菌、放線菌群落組成結構，改善北疆綠洲滴灌棉田土壤生物學性狀有顯著作用^[22]。李秀英等研究結果表明有機無機肥配施會提高土壤中細菌和真菌數量^[23]。本試驗中，不同增施有機肥處理均增加了真菌數量，而在MOF處理下細菌數量增加達到最大，表明中量有機肥替代化肥可使得土壤中細菌和真菌數量達到最大增值效應。

本研究中，施用有機肥替代部分化肥，相比于單施化肥能較大幅度增加作物產量，而且隨著有機肥用量的增加產量也呈增加趨勢。陶瑞^[24]等對河西綠洲灌溉區有機肥替代 30%化肥增產研究亦發現增施有機肥顯著提高玉米的株高、地上部分生物量、產量和土壤養分的容量和供應強度及土壤氮磷鉀和有機質含量。一方面，施用有機肥在一定程度上治理鹽堿地，改良土壤團聚體結構，降低土壤鹽分含量，為作物提供良好的生長環境；另一方面，施用有機肥的土壤中含有豐富的有機質和各種養分，它不僅是作物養分的直接給源，又可以活化土壤中潛在養分和增強生物學活性，增加作物產量^{[25, 26]}。綜合冬小麥-夏玉米產量數據，CK總產量為10662.9 kg/ha，而MOF處理下增產28.1%，增產效果最佳?？梢姡跍p施20%化肥的條件下，輕度鹽堿地最佳有機肥用量為5250 kg/ha。

結論通過田間小區試驗研究發現：增施有機肥同時減施化肥，對輕度鹽漬化土壤產生明顯的影響。增施有機肥增加土壤pH值，降低土壤EC值，增加土壤微生物總量。施用有機肥能較大幅度增加作物產量，增產8.8%-28.1%，而且隨著有機肥用量的增加產量呈增加趨勢，平均增產20.3%。綜合冬小麥-夏玉米產量數據，與CK總產量相比，MOF增產最大，因此，在減施20%化肥條件下，輕度鹽堿地最佳有機肥用量為5250kg/ha。

1.山東省農業科學院農業資源與環境研究所/農業部山東耕地保育科學觀測實驗站（濟南 250100）：王逸筠 孫澤強 劉盛林 董曉霞 鄭東峰

2.山東省農業科學院農業資源與環境研究所/農業部黃淮海平原農業環境重點實驗室（濟南 250100）：趙海軍劉兆輝

3.山東省萊蕪一中（萊蕪 271100）：趙文棟 李進勝

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標簽： 增施有機肥 土壤團聚體