黃河三角洲鹽漬化農(nóng)田不同輪作方式對(duì)土壤理化性質(zhì)和小麥產(chǎn)量的影響

劉盛林 孫澤強(qiáng) 董曉霞 王學(xué)君 楊光

摘要：本試驗(yàn)設(shè)置4種不同輪作方式（小麥-玉米、小麥-田菁、小麥+牛糞堆肥+5‰菌劑和小麥-玉米+改良劑）處理，研究其對(duì)黃河三角洲鹽漬化農(nóng)田土壤養(yǎng)分有效性和小麥產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，輪作措施顯著影響鹽漬化農(nóng)田土壤理化性質(zhì)和小麥產(chǎn)量。與其它輪作方式相比，玉米季牛糞堆肥處理能夠顯著提高表層土壤有機(jī)碳、有效磷和速效鉀等養(yǎng)分含量，并提高土壤大顆粒團(tuán)聚體分布比例，顯著提高小麥產(chǎn)量;玉米季種植田菁能夠有效提高根層土壤氮素有效性，對(duì)其它土壤養(yǎng)分有效性和小麥產(chǎn)量均無顯著提升作用;小麥種植前施用改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分有效性和小麥產(chǎn)量均無顯著正效應(yīng)。種植田菁和施用改良劑均不利于大顆粒團(tuán)聚體的形成，不利于土壤理化性質(zhì)的提升。綜合來看，玉米季牛糞堆肥處理提高小麥產(chǎn)量和提升土壤理化性質(zhì)效果最佳。本研究為兩年試驗(yàn)數(shù)據(jù)，隨試驗(yàn)?zāi)晗扪娱L(zhǎng)，其效果可能會(huì)發(fā)生變化，因此鹽漬化農(nóng)田輪作方式對(duì)土壤理化性質(zhì)和小麥產(chǎn)量的影響尚需進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：鹽漬化農(nóng)田;輪作方式;牛糞;改良劑;土壤氧分有效性;小麥產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S344.1：S152.106.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A? 文章編號(hào)：1001-4942（2020）11-0060-05

Effects of Different Crop Rotation Systems on Soil Chemical and

Physical Characteristics and Wheat Yield in Salinity

Croplands of the Yellow River Delta

Liu Shenglin1，2， Sun Zeqiang1，2， Dong Xiaoxia1，2， Wang Xuejun1，2， Yang Guang1

（1.Institute of Agricultural Resources and Environment，

Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China;

2. Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation （Shandong），

Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China）

Abstract In order to research the effects of different crop rotation systems on soil nutrient availability and wheat yield in salinity croplands in the Yellow River Delta， 4 rotation systems were set as wheat cultivated after maize， wheat cultivated after sesbania， wheat cultivated after cow compost with microbial inoculums and wheat cultivated after maize with ameliorant. The results showed that wheat yield and soil chemical and physical characteristics significantly changed in different rotation systems in salinity croplands. Compared with other rotation systems， wheat cultivated after cow compost with microbial inoculums could significantly increase wheat yield by improving the concentration of soil organic carbon， available phosphorus and available potassium in topsoil and increasing the ratio of large particles of soil aggregate. The nitrogen availability in root layer soil could be effectively improved with wheat cultivated after sesbania， but no significant improvement was found in other nutrient availability and wheat yield. Applying ameliorant before wheat cultivation had no significantly positive effect on soil nutrient availability and wheat yield. Planting sesbania and applying ameliorant were not benefit to the formation of large particles of soil aggregate and the improvement of soil chemical and physical characteristics. In a word， wheat cultivated after cow compost was the best in increasing wheat yield and improving soil chemical and physical characteristics. However， these results were concluded based on only 2-year data， and the effects would change with the increase of experiment years， so more researches would be necessary for exploring the effects of rotation systems on wheat yield and soil chemical and physical characteristics in salinity croplands.

Keywords Salinity croplands; Rotation system; Cow compost; Ameliorant; Availability of soil nutrients;Wheat yield

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鹽堿地面積約3 600×104? hm2，廣泛分布于華北、西北、東北及沿海地區(qū)，其中黃河三角洲濱海鹽堿地由于面積大且增長(zhǎng)速度快、農(nóng)業(yè)開發(fā)利用潛力大，如何采取合理有效鹽堿地改良措施促進(jìn)鹽堿農(nóng)田養(yǎng)分增效、發(fā)揮鹽堿地在糧食增產(chǎn)中的作用也愈發(fā)重要[1，2]。鹽漬化農(nóng)田作為耕地主要后備資源，其合理利用對(duì)土壤肥力提升和養(yǎng)分形態(tài)轉(zhuǎn)化特征具有重要影響。作為國(guó)家“渤海糧倉(cāng)”戰(zhàn)略重點(diǎn)實(shí)施區(qū)域，黃河三角洲土地是我國(guó)農(nóng)業(yè)重要后備資源，該地區(qū)鹽堿荒地土壤結(jié)構(gòu)差、缺氮貧磷少有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分匱乏;受鹽堿障礙影響，磷素利用率普遍較低;化肥施用量大而作物產(chǎn)量低，高投入、低產(chǎn)出的現(xiàn)狀難以為繼[3，4]。

科學(xué)合理的輪作方式是保證作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵。黃河三角洲鹽漬化地區(qū)主要以小麥-玉米輪作方式為主，其產(chǎn)量和收益取決于農(nóng)田土壤鹽漬化程度等障礙因素和施肥方法等農(nóng)田管理措施的共同影響。我國(guó)從20世紀(jì)70年代以來，化肥施用量逐年增加，造成鹽漬化農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量不斷下降和土壤板結(jié)嚴(yán)重等問題，合理的輪作方式和施肥方式是提高土壤肥力、增加糧食產(chǎn)量的有效手段[5]。本試驗(yàn)以黃河三角洲不同輪作方式為研究對(duì)象，定量研究鹽漬化農(nóng)田不同輪作方式對(duì)土壤理化性質(zhì)和小麥產(chǎn)量的影響，為未來合理利用鹽漬化農(nóng)田提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2015—2017年在東營(yíng)匯邦渤海農(nóng)業(yè)有限公司（黃河三角洲鹽漬化農(nóng)田）進(jìn)行。研究區(qū)位于東營(yíng)市河口區(qū)，屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，年平均氣溫13.1℃，年均降水量598 mm。農(nóng)田土壤屬于氯化鈉鹽漬土。前茬作物為小麥，品種為臨麥4號(hào)。試驗(yàn)前測(cè)定0～100 cm土層土壤鹽分和養(yǎng)分含量（表1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)輪作方式不同，試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理。①小麥-玉米輪作（WM）：玉米收獲后全部秸稈粉碎還田，種小麥;②小麥-田菁輪作（WS），簡(jiǎn)稱田菁處理：玉米季改種田菁，收獲后全部秸稈粉碎還田，種小麥;③小麥+牛糞堆肥+5‰菌劑（MCF），簡(jiǎn)稱牛糞堆肥處理：小麥?zhǔn)斋@后，不種玉米，只在小區(qū)內(nèi)撒施發(fā)酵牛糞約4 900 kg/hm2，配施5‰發(fā)酵菌劑（牛糞伴隨5‰發(fā)酵菌劑撒施后覆蓋雙側(cè)塑料膜進(jìn)行增溫發(fā)酵）;④小麥-玉米輪作+改良劑（WMA），簡(jiǎn)稱改良劑處理：小麥種植前撒施改良劑（改良劑以耐鹽合成聚合體為載體，添加腐植酸等富含有機(jī)質(zhì)和活性成分物質(zhì)并輔以保水保肥的改性膨潤(rùn)土等合制而成，具有改良土壤質(zhì)地和增加有機(jī)質(zhì)的作用）2 250 kg/hm2，玉米收獲后全部秸稈粉碎還田，種小麥。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。試驗(yàn)地面積585 m2。小區(qū)面積5 m×8 m=40 m2。冬小麥播種量225 kg/hm2，行距為25 cm。作物后期管理方式與當(dāng)?shù)剞r(nóng)場(chǎng)管理方式相同。

1.3 試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)

2016、2017年6月小麥?zhǔn)斋@前，每小區(qū)隨機(jī)選取1 m2收割脫粒稱重，計(jì)算單產(chǎn)。

試驗(yàn)開始前、2017年小麥?zhǔn)斋@后，取0～20、20～40、40～60、60～80 cm和80～100 cm土壤作為基礎(chǔ)土樣，分析其鹽分、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量。風(fēng)干土樣用于測(cè)定土壤鹽分和pH值：按照土水比1∶5配成懸浮液，振蕩均勻后過濾，取上清液測(cè)定電導(dǎo)率（DDS-307電導(dǎo)率儀，上海雷磁儀器廠產(chǎn)品）和pH值（PHS-3C pH計(jì)，上海雷磁儀器廠產(chǎn)品）。用pH 8.50的0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提后釩鉬黃比色法（分光光度計(jì)在882 nm波長(zhǎng)下）測(cè)定有效磷含量[6]。有機(jī)碳采用重鉻酸鉀滴定法測(cè)定;速效鉀采用1 mol/L NH4OAc溶液浸提后火焰分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）測(cè)定;堿解氮采用凱氏定氮法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和SigmaPlot 12.5軟件作圖，采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析（非連續(xù)變量平方根反正弦轉(zhuǎn)換后進(jìn)行方差分析），處理間差異顯著性分析采用LSD（P<0.05）法。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽漬化農(nóng)田輪作方式對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

2015—2016年，牛糞堆肥（MCF）和改良劑（WMA）處理小麥產(chǎn)量分別比常規(guī)小麥-玉米（WM）輪作方式增加8.09%和8.04%，但差異不顯著;田菁（WS）處理的小麥產(chǎn)量增加也不顯著（圖1A）。2016—2017年，田菁（WS）處理的小麥產(chǎn)量最低，牛糞堆肥（MCF）處理顯著高于其它處理，改良劑（WMA）處理與WM無顯著差異（圖1B）。

2.2 鹽漬化農(nóng)田輪作方式對(duì)小麥種植前土壤養(yǎng)分含量的影響

由表2可以看出，與其它輪作方式相比，牛糞堆肥（MCF）處理能夠顯著提高0～20 cm土壤速效鉀含量;提高0～20 cm土壤有效磷含量，且與田菁（WS）處理達(dá)顯著水平;但對(duì)20～100 cm土壤有效磷和速效鉀含量無顯著提升作用。不同輪作方式小麥種植前0～100 cm土壤有機(jī)碳含量均無顯著差異。牛糞堆肥（MCF）處理40～60 cm土壤堿解氮含量顯著高于常規(guī)小麥-玉米（WM）輪作方式，但與田菁（WS）和改良劑（WMA）處理無顯著差異;其它土層土壤堿解氮含量各處理間無顯著差異。

2.3 鹽漬化農(nóng)田輪作方式對(duì)小麥種植后土壤養(yǎng)分含量的影響

由表3可以看出，與其它輪作方式相比，牛糞堆肥（MCF）處理能夠較大幅度提高0～20 cm土壤有機(jī)碳、有效磷和速效鉀含量以及40～60cm土壤速效鉀含量，且多達(dá)顯著水平，對(duì)其它土層土壤有機(jī)碳、有效磷和速效鉀含量無顯著提升作用;與其它輪作方式相比，田菁（WS）處理能夠較大幅度提高20～60 cm土壤堿解氮含量，且多達(dá)顯著水平;但對(duì)其它土層土壤堿解氮含量無顯著提升作用。

2.4 鹽漬化農(nóng)田輪作方式對(duì)土壤團(tuán)聚體分布的影響

由圖2可以看出，與常規(guī)小麥-玉米輪作方式（WM）相比，田菁（WS）處理土壤直徑2.0～5.0 mm和0.25～1.0 mm顆粒所占比例顯著降低，直徑<0.25 mm和1.0～2.0 mm顆粒所占比例顯著增加;牛糞堆肥（MCF）處理顯著增加直徑>2 mm顆粒所占比例，直徑<0.5 mm顆粒所占比例顯著降低;改良劑（WMA）處理能夠顯著降低直徑0.5～5.0 mm顆粒所占比例，直徑<0.25 mm顆粒所占比例顯著增加。由此可見，鹽漬化農(nóng)田輪作方式可顯著改變土壤團(tuán)聚體的分布。

3 討論與結(jié)論

鹽漬化荒地是未來耕地的后備資源。黃河三角洲分布著大量未開發(fā)的鹽漬化土壤。采取合理輪作方式利用鹽漬化農(nóng)田而不造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是保障未來耕地面積的可行性途徑之一。與傳統(tǒng)輪作方式相比，于鹽漬化農(nóng)田種植常見有機(jī)綠肥作物田菁成為現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要組成部分，其還田后能夠有效培肥地力、改善土壤物理性狀并提升氮有效性，從而有利于后茬作物的生長(zhǎng)和增產(chǎn)[7]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米季改種田菁作綠肥對(duì)小麥產(chǎn)量無顯著提升作用。其可能原因是，鹽漬化農(nóng)田種植田菁，雖能通過根系與固氮菌的共生作用提高根層土壤氮含量，但也降低土壤大顆粒團(tuán)聚體比例，而小麥最終產(chǎn)量形成的過程受鹽漬化程度、pH等眾多因素共同決定，僅通過提升氮素有效性無法顯著提升小麥產(chǎn)量。以往研究表明，田菁作為綠肥能夠提高土壤有機(jī)碳含量[7]。本試驗(yàn)中玉米季以田菁作綠肥還田對(duì)土壤有機(jī)碳含量無顯著提升作用，其可能原因是，田菁秸稈偏木質(zhì)化、腐解過程較慢，而土壤有機(jī)碳含量的提升需要經(jīng)過漫長(zhǎng)過程。因此本試驗(yàn)結(jié)果僅能反映田菁腐解后釋放的營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)土壤肥力和小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，其對(duì)土壤肥力和小麥產(chǎn)量的長(zhǎng)期影響尚需進(jìn)一步研究。

我國(guó)目前集約化種植制度下，農(nóng)田有機(jī)物料的投入仍是影響有機(jī)質(zhì)平衡的第一要素[8]。與傳統(tǒng)施肥方式相比，有機(jī)肥部分替代化肥能夠有效緩解農(nóng)田高度依賴化肥的問題[9，10]，傳統(tǒng)化肥和有機(jī)肥施用對(duì)作物產(chǎn)量的形成具有同樣關(guān)鍵作用[11，12]。以往研究表明，傳統(tǒng)化肥能夠較迅速提升土壤地力以提高作物產(chǎn)量，而有機(jī)肥施用后初期提供速效養(yǎng)分較少，絕大部分養(yǎng)分需要隨著有機(jī)肥礦化過程緩慢釋放才能被植物吸收利用，才能顯現(xiàn)土壤培肥和地力提升的效果。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)輪作方式相比，牛糞堆肥（MCF）處理（玉米季塑料薄膜覆蓋牛糞腐熟發(fā)酵再種植小麥），其小麥產(chǎn)量第一年增產(chǎn)8.09%，第二年顯著增產(chǎn)，達(dá)52.28%。其主要原因可能是，施肥量相同情況下，該處理表層土壤有機(jī)碳、有效磷和速效鉀等養(yǎng)分含量均顯著提高，同時(shí)顯著增加了土壤大顆粒團(tuán)聚體比例，土壤理化性質(zhì)得到改善。由于牛糞相對(duì)礦化速度慢，且氮素有效性低，牛糞釋放的氮素不足以滿足作物生長(zhǎng)的需求，其耕層土壤氮素含量顯著低于其它處理，因此后期施用過程中必須伴施一定比例的氮肥（如尿素）以滿足作物吸收。施用改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分和小麥產(chǎn)量均未產(chǎn)生顯著正效應(yīng)，這可能與土壤調(diào)理劑性質(zhì)及土壤性質(zhì)、氣候干燥少雨等環(huán)境因子相關(guān)，其改良土壤的作用還需進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽漬化農(nóng)田輪作方式顯著影響小麥產(chǎn)量和土壤理化性質(zhì)。與其它輪作方式相比，玉米季牛糞堆肥處理能夠顯著提高表層土壤有機(jī)碳、有效磷和速效鉀等養(yǎng)分含量，并提高土壤大顆粒團(tuán)聚體分布比例，顯著提高小麥產(chǎn)量。本研究結(jié)果為兩年試驗(yàn)數(shù)據(jù)，隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜难娱L(zhǎng)，其效果可能會(huì)發(fā)生變化，因此鹽漬化農(nóng)田輪作方式對(duì)土壤地力和小麥產(chǎn)量的影響尚需進(jìn)一步研究。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 楊勁松. 中國(guó)鹽漬土研究的發(fā)展歷程與展望[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2008，45（5）：837-845.

[2] 馮國(guó)藝，張謙，祁虹，等. 濱海鹽堿地水鹽時(shí)空變化特征及對(duì)棉花光合生產(chǎn)的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2019，56（4）：1012-1022.

[3] Rath K M，Rousk J. Salt effects on the soil microbial decomposer community and their role in organic carbon cycling： a review[J]. Soil Biology and Biochemistry， 2015，81：108-123.

[4] Dong X L，Li M Z，Lin Q M，et al. Soil Na+ concentration controls salt-affected soil organic matter components in Hetao region，China[J]. Journal of Soils and Sediments，2019，19（3）：1120-1129.

[5] 郭愛娟，劉存歧，王軍霞，等. 土地利用方式對(duì)濱海鹽堿地土壤性質(zhì)的影響[J]. 重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，30（1）：95-100.

[6] Westerman R L. Soil testing and plant analysis，third edition[J]. Soil Science，1991，152（2）：137.

[7] 郭耀東，程曼，趙秀峰，等. 輪作綠肥對(duì)鹽堿地土壤性質(zhì)、后作青貯玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2018，26（6）：856-864.

[8] 張淑香，張文菊，沈仁芳，等. 我國(guó)典型農(nóng)田長(zhǎng)期施肥土壤肥力變化與研究展望[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2015，21（6）：1389-1393.

[9] 李燕青. 不同類型有機(jī)肥與化肥配施的農(nóng)學(xué)和環(huán)境效應(yīng)研究[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2016.

[10]李燕青，溫延臣，林治安，等. 不同有機(jī)肥與化肥配施對(duì)作物產(chǎn)量及農(nóng)田氮肥氣態(tài)損失的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2019，25（11）：1835-1846.

[11]林治安，趙秉強(qiáng)，袁亮，等.長(zhǎng)期定位施肥對(duì)土壤養(yǎng)分與作物產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，42（8）：2809-2819.

[12]劉守龍，童成立，吳金水，等. 等氮條件下有機(jī)無機(jī)肥配比對(duì)水稻產(chǎn)量的影響探討[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2007，44（1）：106-112.