施用有機(jī)肥對(duì)土默川平原鹽堿土土壤鹽分及養(yǎng)分特征的影響

張雅貞，李躍進(jìn)，景宇鵬，李秀萍，史 培，栗燕芳，盧旭東，連海飛，王慶蒙

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤質(zhì)量與養(yǎng)分資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古呼和浩特 010011）

土壤鹽漬化是一個(gè)世界性資源和生態(tài)問題，也是我國(guó)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展尚須解決的重大問題[1]。全世界約有鹽漬土面積9.55×108hm2，分布在全世界100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，每年以0.10×106～0.15×106hm2的速度增加[2-3]。我國(guó)鹽漬土面積約0.27×108hm2，其中鹽漬化耕地面積占全國(guó)耕地面積的6.62%，從濕潤(rùn)地區(qū)到極端干旱荒漠地區(qū)均普遍存在[4-5]。土壤鹽堿化問題已成為制約干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)高效利用的一個(gè)重要因素。同時(shí)，鹽漬化土壤作為重要后備土地資源，對(duì)將來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著巨大的開發(fā)潛力，其改良利用對(duì)于保障國(guó)家糧食安全，具有重大戰(zhàn)略意義[6]。土默川平原位于內(nèi)蒙古的中部，土地面積約15.3×104hm2，其中鹽漬化面積約6.67×104hm2，主要分布在土默特左旗、土默特右旗、托克托縣及呼和浩特市、包頭市郊區(qū)，土地面積分別為2.53×104，0.67×104，3.07×104，0.4×104hm2[7]，其鹽堿地的改良利用對(duì)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)土地資源和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)利用具有重要意義。

自20世紀(jì)70年代，我國(guó)土壤學(xué)家就開始鹽堿土水-肥-鹽方面的研究，如陳恩鳳等[8-9]曾提出：“培肥是改良鹽漬土的根本觀點(diǎn)”；主張利用有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分對(duì)鹽分進(jìn)行時(shí)、空、形的調(diào)控[10]。有研究也表明，施用有機(jī)肥可以改善土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤容重，增加土壤孔隙度，影響土壤鹽分運(yùn)移，易于排鹽[11-13]；施用有機(jī)肥可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，微生物活性增大，改善土壤鹽類離子組成[14-15]，同時(shí)能夠增強(qiáng)土壤保水、保肥、供肥能力，提高土壤生產(chǎn)力的作用；另外，施用有機(jī)肥可減少蒸發(fā)，抑堿返鹽，增加灌水和降水的入滲，有利于土壤脫鹽[16-17]。但在鹽堿條件下，如果施肥不當(dāng)，還會(huì)加重土壤的鹽害，對(duì)改良利用產(chǎn)生不利影響。因此，在進(jìn)行鹽堿地改良過程中仍面臨著土壤培肥和快速脫鹽的雙重任務(wù)，而合理施肥顯得極其重要。本試驗(yàn)以內(nèi)蒙古土默川平原典型鹽堿土為研究材料，通過施用不同量的有機(jī)肥，研究其對(duì)鹽堿土土壤鹽分和養(yǎng)分特征的影響，以得出最佳施用量，為區(qū)域鹽漬土改良、施肥提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古中部土默川平原，是典型的鹽堿土分布區(qū)，也是內(nèi)蒙古主要產(chǎn)糧區(qū)之一。試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古土默川平原托克托縣永圣域鎮(zhèn)內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)示范中心托克托科研基地，基地占地面積213hm2，地理位置：北緯40°50′33″、東經(jīng)111°23′14″，海拔1 132 m，屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣，年均氣溫6.0℃，極端最高溫36.9℃，極端最低溫-32.8℃，年均降水量400～450 mm，主要集中在7—9月，年均蒸發(fā)量1 800～2 000 mm，無霜期126～140 d；地下水位2～3 m，土壤主要以蘇打鹽化土壤和草甸堿土為主；土壤堿化度普遍較高，大部分地塊超過20%，部分地塊達(dá)68.9%。土壤pH值8.80～10.31，可溶鹽含量4.60～10.28g/kg。土壤鹽分類型以硫酸鈉、氯化鈉和碳酸鈉為主，天然植被以鹽生和堿生為主，如駱駝蓬（Peganum harmala）、堿蓬（Suaeda glauca）、白刺（Nitraria tangutorum）、冷蒿（Artemisia frigida）、虎尾草（Chloris virgata）、隱子草（Cleistogenes squarrosa）、披堿草（Elymus dahuricus）、蘆葦（Phragmites australis）等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共設(shè)CK（0 t/hm2）、T1（18 t/hm2）、T2（36 t/hm2）、T3（54 t/hm2）、T4（72 t/hm2）5個(gè) 有機(jī)肥施用量處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積：10 m×4 m =40 m2。有機(jī)肥于2018年4月整地人工一次性撒施后，然后用旋耕機(jī)旋耕，旋施深度20 cm，有機(jī)肥每?jī)赡晔┯?次。供試向日葵品種為HT661，采用大小壟覆膜種植，大行80 cm，小行40 cm，株距45 cm，留苗36 000株/hm2。田間管理按當(dāng)?shù)亓?xí)慣擇優(yōu)選用，試驗(yàn)于2018年6月初播種，9月25日左右收獲。供試有機(jī)肥為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶腐熟的羊糞。

1.3 樣品采集和測(cè)定指標(biāo)方法

2018年6—10 月每月中旬采集1次土壤樣品，每小區(qū)隨機(jī)采集3 點(diǎn)，采用土鉆按0～10，10～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm分層取樣，將采集的土壤樣品在室內(nèi)風(fēng)干、粉碎過2.00 mm和0.15 mm 篩后保存。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，全氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻比色法測(cè)定，土壤pH值采用電位法測(cè)定，土壤全鹽量采用殘?jiān)╗18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2007和Sigmaplot 12.5 作圖，SPSS 18.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異性檢驗(yàn)，用Pearson 相關(guān)系數(shù)表征相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用有機(jī)肥對(duì)土壤pH值的影響

由表1可知，施用有機(jī)肥剖面土壤pH值隨時(shí)間推移變化趨勢(shì)各不相同，但逐漸表現(xiàn)出顯著性差異。0～10 cm 不同處理隨時(shí)間推移土壤pH值呈先減小后增大的變化趨勢(shì)，而其他土層隨時(shí)間推移無明顯的變化趨勢(shì)。不同有機(jī)肥施用量對(duì)不同土層土壤pH值的影響較大，尤其對(duì)0～40 cm土層土壤pH值的影響較大，0～40 cm 除T1處理10月土壤pH值增大外，其他處理均降低，其中T3處理下降幅度最大，10月0～10，10～20，20～40 cm土壤pH值較6月分別降低了0.67，0.78，0.83個(gè)單位；而40～100 cm 不同處理土壤pH值均增加。從整個(gè)土壤剖面來看，不同處理均不同程度地降低了土壤pH值，其中T3處理最大，較對(duì)照下降了0.65個(gè)單位，T1處理最小，較對(duì)照降低了0.33個(gè)單位，大小順序依次為：T3＞T2＞T4＞T1。

2.2 施用有機(jī)肥對(duì)土壤鹽分動(dòng)態(tài)變化

由圖1可知，不同月份剖面土壤全鹽變化趨勢(shì)基本一致，即隨土層深度增加全鹽量逐漸降低；不同處理土壤全鹽含量大小順序?yàn)椋篊K＞T1＞T4＞T2＞T3，且T3處理與其他處理均達(dá)顯著性差異（P＜0.05）。從土壤剖面鹽分變化情況來看，0～40 cm土壤剖面全鹽下降速率較大，40～100 cm土壤全鹽下降較為緩慢，即隨土層深度增加全鹽變化幅度降低。同時(shí)隨時(shí)間推移土壤剖面鹽分基本表現(xiàn)為先降低后增大的變化趨勢(shì)，其月份動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)為：10月＞9月＞6月＞7月＞8月，即在8月土壤全鹽最小，尤其是T3處理8月土壤剖面平均含鹽量為2.90g/kg；10月土壤返鹽較重，CK和T4處理剖面土壤全鹽量分別達(dá)5.31g/kg和4.41g/kg，這主要是5、6月隨氣溫不斷升高土壤鹽分隨水分向上運(yùn)移，出現(xiàn)明顯的表聚特征，7、8月隨降雨與地上植被覆蓋度增加，土壤鹽分被淋洗向下運(yùn)移且逐漸降低，而9月降雨減少土壤鹽分相對(duì)穩(wěn)定，之后進(jìn)入10月降雨稀少，地上植物收獲地表裸露，土壤開始返鹽，鹽分向上運(yùn)移，含量增加。

2.3 不同處理土壤脫鹽效果

由圖2可知，0～20 cm土層T2、T3、T4土壤脫鹽率均大于零，表現(xiàn)為明顯的脫鹽過程，其中T3處理脫鹽效果最好，脫鹽率達(dá)55.19%，而CK和T1處理土壤脫鹽率小于零，表現(xiàn)出明顯的聚鹽過程。20～40 cm土層不同處理土壤脫鹽率均大于零，表現(xiàn)出明顯的脫鹽過程，其中T2處理脫鹽率最大為38.46%；40 cm以下不同土層土壤脫鹽率無明顯的變化趨勢(shì)。從整個(gè)土壤剖面來看，T2、T3處理土壤表現(xiàn)為脫鹽過程，脫鹽率分別為12.63%，11.77%，而其他處理土壤剖面處于積鹽狀態(tài)。

2.4 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分特征的影響

由表2可知，不同處理隨土層深度增加土壤全氮、堿解氮、速效磷減小，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢(shì)，即在10～20 cm土層達(dá)最大。土壤有機(jī)質(zhì)隨有機(jī)肥施用量的不斷增加而增大，其大小順序依次為：T4＞T3＞T2＞T1，尤其對(duì)0～10 cm和10～20 cm土層土壤養(yǎng)分的影響較大，其含量與對(duì)照（CK）達(dá)顯著差異（P＜0.05）；土壤全氮、堿解氮、速效磷隨有機(jī)肥施用量的不斷增加表現(xiàn)為先增加后減少的變化趨勢(shì)，即T3＞T4＞T2＞T1，且0～10 cm和10～20 cm土層T3處理與其他處理均達(dá)極顯著差異（P＜0.01），其中，0～10 cm 較對(duì)照分別提高了97.98%，20.27%，69.93%，10～20 cm 較對(duì)照分別提高了20.62%，16.81%，57.50%；同時(shí)施用有機(jī)肥對(duì)20～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮的影響差異不顯著（P＞0.05）。

表1 不同處理對(duì)堿化土壤pH值影響

2.5 有機(jī)肥用量與各指標(biāo)間的相關(guān)性

由表3可知，有機(jī)肥施用量與土壤各指標(biāo)間具有一定的相關(guān)性。有機(jī)肥施用量與有機(jī)質(zhì)、全氮之間呈極顯著正相關(guān)，與pH值、全鹽呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、堿解氮、速效磷呈極顯著正相關(guān)，與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤全氮與速效磷呈極顯著正相關(guān)，與pH值、全鹽呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤堿解氮與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤速效磷與pH值、全鹽呈極顯著負(fù)相關(guān)。由此可以得出，施用有機(jī)肥通過影響土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮等化學(xué)指標(biāo)來影響土壤鹽分和pH值。

圖1 不同月份0～100 cm土壤鹽分的變化情況

圖2 不同處理下土壤脫鹽率

3 討論

鹽堿土的共性問題是土壤肥力低、鹽堿化程度高，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)。因此，如何提高土壤肥力、降低鹽堿的危害是鹽堿地區(qū)發(fā)展農(nóng)業(yè)首要解決的實(shí)際問題。增施有機(jī)物，可改善耕層土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，加快鹽分淋洗，抑制返鹽，有利于土壤脫鹽。如石萬(wàn)普等[19]研究認(rèn)為在鹽堿地上施用有機(jī)肥，能夠降低土壤鹽分和pH值，增加土壤養(yǎng)分及交換性鈣含量；郜翻身等[20]認(rèn)為增施有機(jī)肥一方面可以改善土壤結(jié)構(gòu)，另一方面在有機(jī)肥降解過程時(shí)產(chǎn)生的有機(jī)酸可降低土壤pH值，增加土壤養(yǎng)分，作物產(chǎn)量；黃強(qiáng)等[15]研究在田間施用有機(jī)肥條件下，新疆鹽堿土不同深度土壤溶液鹽分含量變化動(dòng)態(tài)，認(rèn)為田間施用有機(jī)肥可明顯減少土壤表層鹽分積累，有利于灌水對(duì)土壤表層鹽分的淋洗；余世鵬等[21]研究認(rèn)為，有機(jī)肥施用可有效培肥土壤、促進(jìn)黃淮海平原等易鹽地區(qū)土壤排鹽抑堿、提升生產(chǎn)力。本研究與上述研究結(jié)果相一致，認(rèn)為增施有機(jī)肥可降低土壤pH值和全鹽含量，其中有機(jī)肥施用量在36～54 t/hm2對(duì)降低土默川平原鹽堿化土壤pH值和全鹽含量較為顯著；同時(shí)有機(jī)肥施用量在36～72 t/hm2耕層0～20 cm土壤處于脫鹽狀態(tài)，其中有機(jī)肥施用量在36 t/hm2和54 t/hm2土壤脫鹽率均能達(dá)到50%以上，這與田忠孝等[22]研究認(rèn)為耕層0～20 cm土層脫鹽率隨土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加而逐漸提高，即二者呈正相關(guān)的研究結(jié)果不一致。

表2 不同處理土壤養(yǎng)分變化特征

表3 有機(jī)肥施用量與各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)

土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效養(yǎng)分作為土壤肥力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，研究表明因有機(jī)肥含有植物生長(zhǎng)所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷、鉀和豐富的有機(jī)質(zhì)，還含有相當(dāng)數(shù)量的中、微量元素及氨基酸、核酸、糖、維生素等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，增施后有利于有機(jī)質(zhì)的積累，均能不同程度的提高土壤養(yǎng)分[23]。本研究表明，隨有機(jī)肥施用量的增加，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)影響的效果一致，高低順序均表現(xiàn)為T4（72 t/hm2）＞T3（54 t/hm2）＞T2（36 t/hm2）＞T1（18 t/hm2），而土壤全氮、速效氮、速效磷表現(xiàn)為T3（54 t/hm2）＞T4（72 t/hm2）＞T2（36 t/hm2）＞T1（18 t/hm2）。

4 結(jié)論

各有機(jī)肥處理對(duì)土壤pH值的動(dòng)態(tài)變化影響各不相同，但均能不同程度地降低土壤pH值；施用有機(jī)肥剖面土壤pH值大小順序依次為：T3＞T2＞T4＞T1，其中T3處理較對(duì)照下降0.65個(gè)單位。各有機(jī)肥處理均能不同程度地降低剖面土壤全鹽含量，其中T3處理剖面土壤全鹽量最小；同時(shí)各有機(jī)肥處理隨土層深度增加全鹽含量降低，土壤剖面全鹽含量大小順序?yàn)椋篊K＞T1＞T4＞T2＞T3。0～20 cm土層T2、T3、T4處理呈明顯的脫鹽過程，T3處理脫鹽最為顯著，脫鹽率達(dá)55.19%，而CK和T1處理呈明顯的聚鹽過程；20～40 cm土層不同處理均呈脫鹽過程，其中T2處理脫鹽率最大為38.46%。整體來看，T2、T3處理土壤剖面表現(xiàn)為脫鹽過程，脫鹽率分別為12.63%，11.77%。各有機(jī)肥處理均能不同程度地提高土壤養(yǎng)分含量，尤其能夠顯著提高0～10，10～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量；隨有機(jī)肥施用量不斷增加土壤有機(jī)質(zhì)含量不斷增大，大小順序?yàn)椋篢4＞T3＞T2＞T1，而土壤全氮、堿解氮、速效磷含量隨有機(jī)肥施用量增加表現(xiàn)為先增加后減少的變化趨勢(shì)。同時(shí)有機(jī)肥用量與土壤各化學(xué)指標(biāo)間相關(guān)性較高，說明施用有機(jī)肥能在一定條件下改善土壤環(huán)境。