鹽漬化土壤優化磷配比下施氮水平對土壤水鹽及產量的影響

符 鮮，楊樹青，劉德平

(1.內蒙古農業大學水利與土木建筑工程學院，呼和浩特 010018；2.東北農業大學水利與土木工程學院，哈爾濱 150030)

內蒙古河套灌區是我國西北重要的農業精華地區，農業生產過程中化肥用量逐漸增大，而肥料的利用效率一直得不到提高。在農業生產中合理施肥可以提高肥料的利用率、協調土壤養分，對作物高產和穩產有極大的促進作用[1,2]。同時，內蒙古河套灌區是我國土壤鹽漬化發育的典型地區，輕度以上鹽堿化土地占耕地面積50%以上，鹽分對作物生長產生抑制作用，這樣就導致作物對氮素的吸收降低，從而增加了氮素的潛在淋失量，對地下水環境造成污染[3]。

平衡施肥能有效地緩解土壤養分和鹽分的積累,降低土壤次生鹽漬化的程度[4]。許多研究表明氮、磷配合施用，以氮促磷，以磷促氮，可以明顯地增加作物產量[5,6,7]，同時，氮磷配施可明顯促進作物根系生長，擴大覓水空間，提高作物水分利用效率[8,9]。土壤中較大的鹽分濃度可以通過改變滲透勢而影響作物對水分和養分的吸收，從而抑制作物的生長[14]。當土壤受鹽害的程度較輕時，盲目地增施氮肥可能造成氮肥的浪費，當土壤鹽分含量較高時，少量增施氮肥對作物促進生長的作用并不明顯[10]。本文以內蒙河套鹽漬化灌區為背景，研究優化磷配比下套作小麥/玉米不同施氮水平對土壤水鹽及產量的影響，揭示施氮水平與土壤水鹽及產量之間的相關關系，進而提出合理的氮磷配施模式，對河套灌區鹽漬化耕地肥料資源的合理、高效利用，作物的高產穩產及農業生產的可持續發展具有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于內蒙古河套灌區磴口縣壩楞試驗示范基地，試驗區屬中溫帶大陸性季風氣候區，年平均降雨量138.2 mm，年均蒸發量為2 381 mm，年平均日照時數3 180 h，太陽總輻射量為6200 MJ/m2，年平均風速為2.5～3 m/s，多年平均無霜期為130～168 d。經試驗測定試驗區土壤質地為壤土，土壤鹽分含量為0.81 mS/cm，試驗前表層0～20 cm土壤的基本性狀見表1。

表1 試驗土壤的基本性狀Tab.1 The basic properties of test soil

1.2 試驗設計

在試驗區選擇地勢平坦、整齊、肥力均勻，具有代表性的鹽漬化耕地布置田間試驗，采用小麥玉米套作的種植方式，種子采用當地常規產品(小麥為永良4號；玉米為西蒙168)。試驗共設5個處理，3次重復，小區面積為6×12=72 m2。氮肥施量參考精準農業最佳推薦施肥量，施肥水平：0水平=不施肥、1水平=2水平×0.5、2水平=設計最優施肥量、3水平=2水平×1.5。施用肥料為氮肥—尿素(N46.2%)、磷肥—磷酸二胺(N18%、P2O546%)。施肥方式：小麥試驗中N肥的50%與全部的磷肥在播種前基施，其余50%N肥在一水前追施；玉米試驗中N肥的40%及全部的磷肥在播種前基施，其余N肥的20%、20%、20%分別在小麥玉米套作的三水、四水、五水追施。小麥、玉米分別于3月21日、4月21日施底肥、播種，7月15日和9月16日收獲，小麥、玉米種植密度分別為690、6.4 萬株/hm2，在全生育期內共灌6水，分別在5月6日，5月21日，6月10日，6月19日，7月8日，8月11日灌水，灌溉定額為750 m3/hm2。具體試驗設計見表2。

1.3 樣品采集與測定方法

在小麥玉米的苗期(小麥4月28日、玉米5月20日)、拔節期(小麥5月20日、玉米6月8日)、抽穗(雄)期(小麥6月8日、玉米7月17日)、灌漿期(小麥6月18日、玉米8月23日)、成熟期(小麥7月8日、玉米9月19日)用土鉆取樣法采集0～100 cm土層土樣，每20 cm為1層，共分為5層，其中一小部分土裝入鋁盒中用于測土壤含水率，剩余的土則裝入自封袋中用于測定土壤的鹽分。小麥測產時，在各試驗小區選取典型的1 m2，單獨收獲，曬干脫粒測產。玉米測產時，各試驗小區連續取10株，自然風干脫粒后測產。

表2 春小麥、玉米試驗設計表Tab.2 Spring wheat, corn, design of experiment table

土壤含水率的測定采用烘干法；土壤鹽分的測定：采集的土樣經自然風干碾細后過篩，按土水比為1∶5制備土壤水浸提液，用上海雷磁DDS-307實驗室電導率儀測定土壤的電導率。

1.4 數據分析

采用Office 2003和Excel 2003對數據進行處理和作圖，用SPSS19.0軟件對數據進行方差分析和相關性分析，方差分析用LSD多重比較法。

2 結果與分析

2.1 優化磷配比下施氮水平對土壤水分的影響

由圖1可知，套作小麥全生育期內，土壤含水率整體呈現出先升高后降低的趨勢，苗期到拔節期土壤含水率增大，在此期間有灌水補充，且小麥生長緩慢需水量較少，小麥幼苗的生長使麥地覆蓋度有所增加，相對減少了土壤水分的蒸發，含水率增大。從拔節期到灌漿期，小麥進入快速生長時期，需水量迅速增加，氣溫升高，蒸發量增加，導致土壤含水率明顯持續下降。套作小麥由于在拔節期前小麥需水量較少，氮肥沒有充分水解而得不到充分發揮，各處理間土壤含水率差異較小；隨著時間的推移氮肥得到了充分的水解，套作小麥也隨著生育期的不斷推進進入了生長旺盛時期，各處理間土壤含水率差異增大，土壤含水率隨著施氮水平的提高逐漸減小。

從圖2可以看出，套作玉米的土壤含水率在整個生育期內是降升降的趨勢，苗期到拔節期，氣溫開始回升蒸發量增加，玉米生長需要的水分也增多，土壤含水率減小；抽雄期前有多次灌水，小麥這時也已經收獲，導致土壤含水率達到最高；抽穗期以后，玉米植株營養生長旺盛，耗水量增加幅度加大，使土壤含水率降至最低；成熟期因有降雨補充使含水率較灌漿期有所上升。套作玉米從苗期到抽雄期施氮水平對土壤含水率的影響較大，施氮水平提高，土壤含水率降低，但當施氮水平超為N3水平(405 kg/hm2)時，土壤含水率反而增大；在灌漿期施氮水平對土壤含水率的影響不顯著。

圖1 不同施氮水平下小麥土壤水分變化規律Fig.1 The change rule of wheat soil moisture under different nitrogen levels

圖2 不同施氮水平下玉米土壤水分變化規律Fig.2 The change rule of maize soil moisture under different nitrogen levels

由圖1、圖2可知，套作小麥玉米各處理均以N2P2處理土壤含水率最低，合理的氮磷配施可以促進作物根系的生長和發育，能加強作物根系吸水能力，提高作物水分的利用程度，使土壤含水率降低，而氮肥用量達到一定限度后反而抑制作物對土壤水分的吸收。與許多研究的結果基本一致，適量提高施氮量，可促進冬小麥根系生長及對深層土壤水分的利用，提高水分利用效率[18,19,20]。

套作小麥玉米土壤含水量隨著土層深度的增加隨之增加，60 cm土層以下的土壤含水率基本穩定。小麥玉米共生期間，小麥正在生長旺盛時期，需水量較大，而小麥的土壤含水率與玉米的土壤含水率相差較小，含水率差值僅在1%～3%之間波動，說明這期間小麥對水分的競爭力大于玉米，能獲取更多的水分資源并且高效地利用。小麥收獲后玉米土壤含水率迅速下降，明顯地恢復并提高了對水資源的利用能力。

2.2 優化磷配比下施氮水平對土壤鹽分的影響

對套作小麥全生育期土壤EC值的變化規律分析可知(見圖3)，苗期到抽穗期土壤EC值呈增加的趨勢，在抽穗期小麥土壤EC值達到最高，隨后土壤EC值逐漸減小。苗期土壤EC值最小，拔節期、抽穗期、灌漿期、成熟期的土壤EC均值較苗期分別提高了42.17%、62.65%、34.94%、9.64%。

圖3 不同施氮水平下小麥全生育期土壤EC值的變化規律Fig.3 The change rule of wheat soil EC value in the whole growth stages under different nitrogen levels

套作玉米全生育期土壤EC值的變化規律(見圖4)：拔節期土壤EC值最高，苗期、抽雄期、灌漿期、成熟期的土壤EC值較拔節期的土壤EC均值分別下降了6.47%、8.63%、23.02%、20.14%，隨著玉米生育進程的推進，土壤EC值逐漸降低，灌漿期和成熟期EC值相差較小。

圖4 不同施氮水平下玉米全生育期土壤EC值的變化規律Fig.4 The change rule of maize soil EC value in the whole growth stages under different nitrogen levels

從圖3、圖4可得出套作小麥/玉米土壤EC值均隨著施氮水平的提高呈先減小后增大的趨勢，許多研究也認為施加氮肥能夠緩解鹽分對作物生長的有害影響[11,12]，但施用過量氮肥又有可能會加重土壤的鹽漬化并且抑制作物生長[13]。N2P2處理的施氮水平下土壤EC值最小，但當施氮水平提高到N3P2處理的施氮水平時，土壤EC值不再隨著施氮水平的提高而減小。說明氮磷合理的配施促進了作物的生長和作物根系的生長，提高了作物對養分的吸收能力，施入的養分大部分就隨著作物的吸收而進入了植物體內，減少了殘留在土壤中的養分，進而減少了土壤中鹽分的來源，降低了土壤所含鹽分。

套作小麥玉米的土壤EC值隨著土層深度的增加而降低，土壤表層蒸發量大，EC值明顯高于其下各層，出現鹽分表聚的現象，20～40 cm土層土壤EC值大幅度降低，40 cm以下各土層EC緩慢上升。套作小麥玉米共生期玉米行土壤EC值大于小麥行土壤EC值，施肥處理與不施肥的處理相比，施肥均減小了土壤EC值，且較對照處理小麥EC均值分別減小了11.7%、15.28%、29.9%、21.83%，玉米EC均值分別減小了8.31%、20.49%、50.05%、39.88%，施肥對玉米土壤EC值的影響明顯大于小麥。

2.3 優化磷配比下施氮水平對作物產量的影響

由圖5分析可知，經方差分析各施肥處理間作物產量差異均顯著(P<0.05)，與不施肥處理相比，套作小麥分別增產14.04%、34.44%、66.28%、45.76%，套作玉米產量分別提高了20.50%、35.69%、64.51%、49.32%，施肥使作物的產量均明顯增加，且小麥、玉米在N2P2處理下的增產率最高。在優化磷配比下作物的產量隨著施氮水平的提高而增加，但當施氮水平達到N3水平時，作物的產量有下降的趨勢，說明合理的氮磷配施(N2P2)能夠有效的提高作物的產量。這與許多研究的結果一致，適當的范圍內, 隨著施氮量的增加,小麥的生物量和產量都明顯增加[5,15]，而施氮量超過一定量時，小麥產量反而降低[15,16]，氮素利用率下降，造成巨大的資源浪費和經濟損失，同時也對環境造成不良的影響[17]。

注:不同字母表示不同處理間差異達5%顯著水平。圖5 不同施氮水平下作物的產量變化Fig.5 The change of crop yield under different nitrogen levels

2.4 施氮水平與土壤含水率、鹽分及作物產量的相關性分析

表3、表4的相關性分析結果表明，施氮量與土壤含水率之間呈顯著負相關(P<0.05)，與土壤鹽分的相關性為極顯著負相關(P<0.01)，與產水平之間存在極顯著正相關關系(P<0.01)，由此可見土壤鹽分、作物產量受施氮水平的影響最大，其次為土壤含水率。由表還可知，土壤含水率與土壤鹽分呈極顯著正相關(P<0.01)，與套作小麥產量呈極顯著負相關(P<0.01)，與套作玉米產量呈顯著負相關(P<0.05)，土壤鹽分與產量之間存在極顯著負相關(P<0.01)的關系，說明作物產量與土壤含水率、土壤鹽分之間相互關系密切。

表3 施氮水平與小麥土壤含水率、鹽分、產量之間的相關性Tab.3 The correlation between N application level andwheat soil moisture content, salt, yield

注:*表示差異達5%顯著水平，**表示差異達1%顯著水平。

表4 施氮水平與玉米土壤含水率、鹽分、產量之間的相關性Tab.4 The correlation between N application level andwheat soil moisture content, salt, yield

注:*表示差異達5%顯著水平，**表示差異達1%顯著水平。

3 結 論

(1)在小麥全生育期內，土壤含水率呈現出先升后降的趨勢；土壤鹽分先增加，在抽穗期達到最高，之后逐漸降低。玉米的土壤含水率在整個生育期內呈現降升降的趨勢，在灌漿期達到最低；玉米土壤鹽分在拔節期達到最高，隨著生育進程的推進，土壤鹽分逐漸降低。

(2)套作小麥玉米土壤含水量隨著土層深度的增加隨之增加，60 cm土層以下的土壤含水率基本穩定；，小麥對水分的競爭力大于玉米，能獲取更多的水分資源并且高效地利用。套作小麥玉米的土壤EC值隨著土層深度的增加而降低，土壤表層出現鹽分積聚的現象，20～40 cm土層土壤EC值大幅度降低，40 cm以下各土層EC緩慢上升；小麥玉米共生期間施肥對玉米土壤EC值的影響明顯大于小麥。

(3)在優化磷配比下，土壤含水率、鹽分隨施氮水平的提高而減小，施氮水平為N2時土壤含水率、鹽分最低，當施氮水平達到N3水平時，含水率、鹽分反而上升，氮磷配施量適宜可以增加作物對土壤水分和養分的吸收利用，提高水分的利用效率，減少殘留在土壤中的養分含量而降低土壤鹽分含量，提高養分的利用率。

(4)不同處理作物產量的大小關系為：N2P2>N2P3>N1P2>N0P2>N0P0，并且各處理間差異顯著，在優化磷配比下作物的產量隨著施氮水平的提高而呈先增加后降低的趨勢，并且以N2P2處理的產量最高，合理的氮磷配施可以顯著提高作物的產量。

(5)施氮水平與土壤含水率之間呈顯著負相關(P<0.05)，與土壤鹽分的相關性為極顯著負相關(P<0.01)，與產量之間存在極顯著正相關關系(P<0.01)，同時土壤含水率與土壤鹽分呈極顯著正相關(P<0.01)，與小麥產量呈極顯著負相關(P<0.01)，與玉米產量呈顯著負相關(P<0.05)，土壤鹽分與產量之間存在極顯著負相關(P<0.01)的關系。

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