环球热议:有机肥替代对鲁北平原轻度盐碱地土壤性状和作物产量的影响

鲁北平原是山东省重要的粮棉油生产基地，合理开发利用盐碱地资源是亟待解决的问题。通过田间小区试验，以习惯施肥为对照，设置低、中、高3种有机肥用量处理，有机肥处理减施20%化肥用量，研究有机肥增施对土壤团聚体、盐分、微生物等性状和冬小麦、夏玉米产量的影响。研究结果表明：与习惯施肥相比，不同增施有机肥处理均增加>0.25 mm土壤大团聚体的比例，有效增强了土壤团聚体稳定性；增加土壤pH值，但均降低了0-40 cm土层的盐分含量；不同增施有机肥处理可不同程度增加土壤真菌和细菌数量，其中中量有机肥配施化肥下真菌和细菌总量增值效果最大；增施有机肥都较大幅度增加冬小麦和夏玉米产量，增产8.8%-28.1%，平均增产20.3%。其中，中量有机肥配施下化肥下作物增产效果最显著。综合考虑土壤性状和作物产量，在减施20%化肥的条件下，轻度盐碱地推荐最佳有机肥用量为5250 kg/ha。

关键词 轻度盐碱地 盐分消减 土壤团聚体 土壤微生物 作物产量

(相关资料图)

盐碱地作为生态系统的一部分，由于其独特的理化性质，严重影响生态系统功能有效发挥，对经济和环境两方面造成极大损失[1,2]。高浓度的盐分干扰作物对养分的吸收，造成作物“生理干旱”。同时，盐碱地土壤胶体富含钠离子，湿时胶体分散，土壤透气性和透水性降低；干时剧烈收缩，结成硬块，不仅耕作困难，而且严重妨碍作物生长[3-5]。有机肥也称作“农家肥料”，包括粪尿、厩肥、堆肥、绿肥等。牛粪、羊粪有机肥养分全面，富含有机质、腐殖酸及微生物菌群。从对盐碱土物理改良的角度出发，盐碱地施用有机肥可通过促进大粒径土壤团聚体改善土质，使盐碱、板结土壤恢复活力，促进土壤空气流通，提高作物生产力[6, 7]。在盐碱土上使用有机肥具有促进脱盐和抑制返盐的作用，进而促进作物稳产高产。有研究表明，鸡粪和牛粪混合施用能够显著提高中低产田土壤肥力和小麦产量[8]。

农民习惯性施肥方式只注重化肥增产的显著一面，导致化肥利用率低，后期存在的农产品的品质下降，营养成分减少，土壤板结的问题，因而科学地根据有机肥施用比例与化肥平衡施肥以达到提升盐碱地地力，提高作物产量对于解决此类问题至关重要。有研究表明，河西绿洲灌溉区有机肥替代 30%化肥显著提高玉米的株高、地上部分生物量、产量和土壤养分的容量和供应强度，土壤氮磷钾和有机质显著提高[9]。尹志荣等（2016）研究表明，宁夏盐碱地减施1/2化肥+增施1倍羊粪+增施1倍生物有机肥施肥模式显著提高0 ~20 cm土壤养分含量，降低土壤pH 值和全盐含量；极显著降低土壤碱化度，有效改善土壤生物活性，细菌数量增加40.3倍、放线菌数量增加1.5倍；产量达7000.5 kg·hm-2，增产22.81%[10]。本研究从利用有机肥对盐碱土物理改良角度出发，研究化肥减量配施有机肥对盐碱地土壤团粒结构及作物产量的影响。通过不同有机肥覆盖及低、中、高3种有机肥用量与化肥配比，研究施加有机肥对盐碱土壤保水性、土壤团聚体、盐分等性状和冬小麦-夏玉米产量的影响。以期综合考虑土壤性状和作物产量，选取合适的有机肥用量，为鲁北平原及相似区域轻度盐碱地开发利用提供科学依据和技术支撑。

材料与方法

1.试验区自然条件

试验选择在山东省沾化县曹坨村进行，该区属于暖温带季风气候区，大陆性气象特征明显，四季差别显著，年平均气温12℃，年平均降水量575.5 mm。试验区耕层土壤有机质偏低，水解性氮和有效磷较丰富，速效钾中量，土壤偏碱性，属于轻度盐渍化土壤。土壤基本化学性质详见表1。

表1 供试土壤的基本化学性质

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

2015年试验期间降水量为382.0 mm，冬小麦季降水量75 mm，夏玉米季降水量307.0 mm，在7月底和8月初，有两次超过100 mm的降水，形成了田间涝害。试验期间的降水分布见图1。

2.试验设计

供试作物为冬小麦和夏玉米，试验设置4个处理分别为：CK，习惯施肥；LOF，低量有机肥处理（用量1500 kg/ha）+80%习惯施肥；MOF，中量有机肥处理（用量5250 kg/ha）+80%习惯施肥；HOF，高量有机肥处理（用量9000 kg/ha）+80%习惯施肥。每个处理设3个重复，小区随机区组排列，每个小区5 m×8 m=40 m2。有机肥均在冬小麦季作为底肥施用，玉米季只施用化肥。其他管理同常规。

3.测定项目和方法

土壤含水量:取样深度为0-100 cm，每20 cm为一个取样土层，取两钻混合样。采用烘干法测定土壤质量含水量。

土壤EC值: 取样深度为0-100 cm，每20 cm为一个取样土层，取两钻混合样。土样风干后，用1:5土水比浸提土样，采用DDS-11A数显电导率仪电导法测定土壤EC值。

数据处理

（1）不同粒级水稳性团聚体的数量[12]

结果与分析

1.增施有机肥对土壤性状的影响

有机肥对土壤团聚体的影响

作用与讨论

盐渍化土壤由于其结构粘滞、通气性差、养分释放慢等物理化学结构特性，不仅使得耕作困难，而且严重干扰作物对养分的吸收^[3-5]。本研究发现，不同增施有机肥替代化肥处理均增加了大于1mm各级土壤团聚体比例，土壤团粒结构趋于稳定方向发展。有机肥施入后有助于根系的生长和真菌菌丝的物理延伸，将大团聚体崩裂，微团聚体受根系和真菌的作用也会形成粘合；同时，有机肥的输入改变了土壤基本C/N，增加土壤中腐殖质，土壤中有大量植物残体的积累作为微生物碳源，改变微生物生命活动，进而产生土壤团聚体形成的粘合剂与载体，使稳定性团聚体数量发生改变，从而造成土壤团聚体分布向中间粒级过渡的特征。土壤团粒结构的改善可调节土壤的孔隙度及水气比例，使土壤的三相（固相、液相、气相）比例和理化性状更趋合理。此外，土壤中稳定性团聚体（d>0.25 mm）是土壤生态系统的关键功能单元^[15]，有机肥通过促进大团聚体为作物生长提供营养来源^[16]。在团聚体总量的基础上，团聚体大小分布状况与土壤的质量关系更加密切。本研究发现，不同增施有机肥处理均明显增加R_0.25比例、MWD和GMD，有机肥替代化肥可以增加土壤大团聚体含量，增强团聚体稳定性。同时，团聚体中的资源也有利于微生物的生长，通过微生物分解有机质，产生的有机酸能使土壤吸附的钙活化，加强吸附性钠的置换，促进土壤脱盐^[17]。这与本研究中，增施有机肥有降低土壤盐分的趋势，明显降低了0-40cm土层的盐分研究结果相符合。

有研究表明，施用有机肥能降低和稳定表层土壤的pH和含盐量，显著增加土壤有机质含量^[18]。也有研究表明，有机肥的增加以及有机肥配施化肥对土壤pH改变不显著^[19]。本研究中有机肥替代化肥施加增加了pH值，但从统计学的意义上其对pH值的影响并未达到显著水平，这可能与碱性土壤的高初始pH值有关，有机肥的施用对土壤pH值改善是一个缓慢的过程，通常初始pH值较高的土壤具有较大的pH缓冲能力。碱性土壤中大量的Ca、Mg、Na和K离子碱性阳离子缓冲了无机氮肥引起的土壤酸化^[20]，氮肥引起的H⁺不足以打破碱性土壤的阈值^[21]。

有研究表明，习惯施肥减量20%-40%配施以3000、6000 kg/hm²有机肥不仅不会导致棉花减产，而且对提高土壤酶活性、调节土壤细菌、真菌、放线菌群落组成结构，改善北疆绿洲滴灌棉田土壤生物学性状有显著作用^[22]。李秀英等研究结果表明有机无机肥配施会提高土壤中细菌和真菌数量^[23]。本试验中，不同增施有机肥处理均增加了真菌数量，而在MOF处理下细菌数量增加达到最大，表明中量有机肥替代化肥可使得土壤中细菌和真菌数量达到最大增值效应。

本研究中，施用有机肥替代部分化肥，相比于单施化肥能较大幅度增加作物产量，而且随着有机肥用量的增加产量也呈增加趋势。陶瑞^[24]等对河西绿洲灌溉区有机肥替代 30%化肥增产研究亦发现增施有机肥显著提高玉米的株高、地上部分生物量、产量和土壤养分的容量和供应强度及土壤氮磷钾和有机质含量。一方面，施用有机肥在一定程度上治理盐碱地，改良土壤团聚体结构，降低土壤盐分含量，为作物提供良好的生长环境；另一方面，施用有机肥的土壤中含有丰富的有机质和各种养分，它不仅是作物养分的直接给源，又可以活化土壤中潜在养分和增强生物学活性，增加作物产量^{[25, 26]}。综合冬小麦-夏玉米产量数据，CK总产量为10662.9 kg/ha，而MOF处理下增产28.1%，增产效果最佳。可见，在减施20%化肥的条件下，轻度盐碱地最佳有机肥用量为5250 kg/ha。

结论通过田间小区试验研究发现：增施有机肥同时减施化肥，对轻度盐渍化土壤产生明显的影响。增施有机肥增加土壤pH值，降低土壤EC值，增加土壤微生物总量。施用有机肥能较大幅度增加作物产量，增产8.8%-28.1%，而且随着有机肥用量的增加产量呈增加趋势，平均增产20.3%。综合冬小麦-夏玉米产量数据，与CK总产量相比，MOF增产最大，因此，在减施20%化肥条件下，轻度盐碱地最佳有机肥用量为5250kg/ha。

1.山东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部山东耕地保育科学观测实验站（济南 250100）：王逸筠 孙泽强 刘盛林 董晓霞 郑东峰

2.山东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部黄淮海平原农业环境重点实验室（济南 250100）：赵海军刘兆辉

3.山东省莱芜一中（莱芜 271100）：赵文栋 李进胜

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