不同施肥方式對鹽堿地土壤特性的影響

崔鳳娟，王振國，李 默，徐慶全，李 巖，鄧志蘭

(內蒙古通遼市農業科學研究院，內蒙古通遼 028015)

目前，全世界堿地面積達9.5億hm2，遍及100多個國家和地區，這些鹽漬土地面積約世界總土地面積的1/10。我國鹽漬土面積為3.47×107hm2，其中鹽土1.6×107hm2，堿土8.7×105hm2，人類活動對土壤鹽堿化起著至關重要的作用，次生鹽漬化土壤逐年加重與擴大[1]。通遼市因其地理位置及氣候環境，地下水位及人為等因素的影響，到2014年，鹽堿地面積為12.09×104hm2，占全區耕地總面積的18%，且還在不斷增加[2]。鹽堿地的改良方法主要有水利、物理、化學、生物4種治理方法，鹽堿地的成因復雜，需因地制宜，多種措施結合，綜合治理。而生物化學結合改良措施是在降低土壤pH、改善土壤環境的同時，通過種植耐鹽堿作物吸收部分土壤鹽分，再通過收割將鹽分轉移，此方法因其易于實施、脫鹽持久穩定且治理后生態環境良好而被廣泛采用[3]。

微生物肥料是活體制劑，可提高化肥利用率，改善土壤團粒結構。逄煥成等[4]研究表明，微生物菌劑對土壤中有益菌種類和數量、土壤有機質含量及速效養分含量均有不同程度的提高。劉艷等[5]在對玉米的研究中發現，施用生物肥可提高中、低度鹽堿地玉米穗位葉生物酶活性，提高玉米凈光合速率，從而提高玉米產量。施用菌肥可提高燕麥根際可溶性糖和有機酸含量，提高土壤酶及微生物活性，并有效降低土壤pH和電導率[6]。微生物菌肥可降低土壤耕層鹽分含量，提高土壤菌種多樣性，改善土壤微生態環境，從而提高食葵產量[7]。星星草因其具有特殊的生理生態結構，在耐鹽性方面表現優良，對濱海鹽土的改良效果明顯[8]。一些野生植物，如豬毛菜、堿蓬、檉柳、羊草等的耐鹽堿生理研究較多并取得了一定成果[9-12]。甜高粱具有耐鹽堿、抗逆、抗旱等優點，在世界礦質越來越少的今天，生物質能源的發展越來越重要，可以充分利用鹽堿地發展生物能源，因此，研究甜高粱種質資源的耐鹽性、篩選耐鹽堿甜高粱品種對于改良鹽堿地、發展生物質能源具有重要意義[13]。

目前國內對鹽堿地的改良研究已有諸多報道，有些地區鹽堿地的改良已見成效，但針對通遼地區鹽堿地的改良方法鮮見報道，筆者采用生物菌肥與裸地做對比，研究其對土壤鹽分含量、鹽分組成，pH、土壤堿化度、肥力狀況等的改良效果，旨在為通遼地區鹽堿地改良措施研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1試驗地概況試驗于2015—2017年5—10月在內蒙古通遼市科爾沁左翼中旗大龍山鎮鹽堿地進行。該基地海拔156.8 m，位于122°52′E、44°13′N，屬溫帶大陸性氣候，前茬作物為玉米。年平均降雨量300～450 mm，降雨集中在7月，占全年總降雨量的85%以上。大于10 ℃年積溫1 300 ℃。

1.2試驗材料甜高粱雜交種通甜1號由通遼市農業科學研究院高粱研究所提供；生物菌劑肥由中國農業大學提供；炭基肥由內蒙古民族大學農學院提供。

1.3試驗設計處理①：裸地(CK)；處理②：傳統耕作，種肥施磷酸二銨，450 kg/hm2。拔節期追施尿素，225 kg/hm2；處理③：炭基肥，450 kg/hm2,于播前施入；處理④：生物菌劑肥，450 kg/hm2，于播前施入。每處理3次重復，隨機排列。每小區行寬3 m，行長5 m，6行區，小區面積15 m2，共12個小區。種植密度135 00株/hm2。采取地膜覆蓋種植方式，穴播。全田用莠去津防除雜草，出苗后及時破膜放苗。每穴定苗1株。其他管理措施同大田。

1.4樣品采集于播前及收后“S”形取5點按0～10、10～20 cm土層取樣，4分法取1 kg封存于自封袋，帶回實驗室及時置于陰涼處自然風干，過18目篩后封存，用于各項指標的測定。

1.5測定項目與方法采用烘干法測定土壤堿化度；采用電位法測定pH；采用乙酸鈉法測定陽離子交換量；采用醋酸銨-氨水火焰光度法測定土壤交換性鈉；采用EDTA容量法測定Ca2+、Mg2+含量；采用火焰光度法測定Na+、K+含量；采用硝酸銀滴定法測定Cl-含量；采用EDTA間接絡合滴定法測SO42-含量；采用雙指示劑-中和滴定法測定CO32-和HCO3-含量；采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定有機質含量；采用堿解擴散法測定堿解氮含量；采用0.5 mol/L NaHCO3浸提法測定速效磷含量；采用1 mol/L NH4Ac浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀含量[14]。

堿化度(ESP)計算公式：ESP=交換性鈉/陽離子交換量×100%

1.6數據分析數據處理采用Excel 2003軟件，數據統計分析采用DPS軟件。

2 結果與分析

2.1不同肥料處理鹽堿地土壤pH變化由表1可知，0～10 cm土層，土壤pH差異均達顯著水平，表現為處理①>處理②>處理③>處理④，處理①在0～10 cm土層pH最高為10.22，比處理②、③、④分別高13.18%、16.00%、17.34%。在10～20 cm土層，各處理pH表現為處理①>處理②>處理③>處理④，0～10 cm土層各處理間土壤pH均達顯著水平，10～20 cm 土層，處理②與處理③，處理③與處理④之間未達顯著水平，其余各處理間均達顯著水平。除處理①外，各處理0～10 cm土層pH均低于10～20 cm土層。這說明種植作物有利于降低表層土壤pH。各處理0～10和10～20 cm 土層土壤pH均大于8.5，這是該區域蘇打堿化鹽漬土壤所致。

表1 不同肥料處理鹽堿地土壤pH

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level

2.2不同肥料處理鹽堿地土壤可溶鹽含量變化由表2可知，各處理0～10 cm土層土壤可溶鹽含量表現為處理①>處理②>處理③>處理④，處理③與處理④之間未達顯著水平，其余各處理間均達顯著水平，處理①在0～10 cm土層土壤可溶鹽含量最高為6.15 g/kg，比處理②、③、④分別高32.26%、71.79%、88.65%。在10～20 cm土層，各處理土壤習溶性表現為處理①>處理②>處理③>處理④。處理①的土壤可溶鹽含量最高為4.45 g/kg，比處理②、③、④分別高30.12%、35.67%、41.72%，處理②與處理③未達顯著水平，其余各處理間均達顯著水平。且各處理0～10 cm土層土壤可溶鹽含量均高于10～20 cm土層。

表2不同肥料處理鹽堿地土壤可溶鹽含量

Table2Solublesaltcontentinsaline-alkalisoilunderdifferentfertilizertreatments

g/kg

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level

2.3不同肥料處理鹽堿地土壤ESP變化由表3可知，0～10 cm土層各處理土壤堿化度表現為處理①>處理③>處理②>處理④，且各處理間均達顯著水平，在0～10 cm土層，處理①土壤堿化度最高為49.22%，比處理③、②、④分別高35.82%、39.40%、56.50%。在10～20 cm土層，各處理土壤ESP表現為處理①>處理②>處理③>處理④。處理①的土壤堿化度最高為54.34%，比處理②、③、④分別高4.16%、33.64%、40.89%，0～10 cm土層處理②與處理③土壤堿化度未達顯著水平，其余各處理間均達顯著水平。處理①0～10 cm 土層土壤堿化度高于10～20 cm土層，其余各處理0～10 cm土層土壤堿化度均低于10～20 cm土層。

表3 不同肥料處理鹽堿地土壤ESP

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level

2.4不同肥料處理鹽堿地土壤陰離子和陽離子含量變化由表4可知，0～10 cm土層各處理K+含量表現為處理①>處理②>處理③=處理④，僅處理①與各處理間達顯著水平，其他各處理間未達顯著水平，處理①在0～10 cm土層K+含量最高為0.25 g/kg，比處理②、③、④分別高127.27%、136.36%、136.36%。在10～20 cm土層，各處理K+含量表現為處理②>處理③>處理①=處理④。處理②的K+含量最高為0.17 g/kg，比處理③、①、④分別高6.25%、13.33%、13.33%，但各處理間均未達顯著水平。處理①在0～10 cm土層K+含量極顯著高于10～20 cm土層。其余各處理0～10 cm土層K+含量均低于10～20 cm土層。0～10 cm土層各處理Na+含量表現為處理①>處理②=處理③>處理④，除處理②與處理③之間未達顯著水平外，其他各處理間均達顯著水平，處理①在0～10 cm土層Na+含量最高為0.68 g/kg，比處理②、③、④分別高54.54%、61.90%、88.89%。在10～20 cm土層，各處理Na+含量表現為處理①>處理②=處理④>處理③。處理①Na+含量最高為0.70 g/kg，比處理②、④、③分別高16.67%、16.67%、20.69%，僅處理①與各處理間達顯著水平，其他各處理間未達顯著水平，各處理在0～10 cm土層Na+含量均低于10～20 cm土層。在0～10 cm土層各處理Ca2+含量表現為處理①>處理②>處理③=處理④，除處理③與處理④間未達顯著水平，其他各處理間均達顯著水平，處理①在0～10 cm土層Ca2+含量最高為0.82 g/kg，極顯著高于其他處理。在10～20 cm土層，各處理Ca2+含量表現為處理①>處理②=處理③=處理④。處理①的Ca2+含量最高為0.44 g/kg，顯著高于其他處理。僅處理①與各處理間達顯著水平，其他各處理間未達顯著水平，處理①在0～10 cm土層Ca2+含量均高于10～20 cm 土層。0～10 cm土層各處理Mg2+含量表現為處理①>處理②=處理③=處理④，僅處理①與各處理間達顯著水平，其他各處理間未達顯著水平，處理①在0～10 cm土層Mg2+含量最高為0.48 g/kg，顯著高于其他處理。在10～20 cm土層，各處理Mg2+含量表現為處理②>處理③>處理①>處理④。處理②的Mg2+含量最高為0.20 g/kg，顯著高于其他處理。除處理②與處理③之間未達顯著水平外，其他各處理間均達顯著水平，除處理①和④外，其他處理在0～10 cm土層Mg2+含量均低于10～20 cm土層。

表4 不同肥料處理鹽堿地土壤陰離子和陽離子含量

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note: Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level

0～10 cm土層CO32-含量表現為處理①最高為0.12 g/kg，其中處理②與處理③未達顯著水平，其余各處理間均達顯著水平，0～10 cm土層各處理HCO3-含量差別不大，在0.04～0.06 g/kg，處理①略低于其余各處理，各處理間未達顯著水平。0～10 cm土層Cl-含量表現為處理②>處理③>處理①>處理④，其中處理②與處理③、處理①與處理④之間未達顯著水平，其余各處理間均達顯著水平。0～10 cm土層SO42-含量最高為0.07 g/kg，僅處理①與各處理之間達顯著水平，其他各處理間未達顯著水平。

10～20 cm土層CO32-含量高于0～10 cm土層，處理①最高為0.08 g/kg，處理③與處理④間未達顯著水平，其余各處理間均達顯著水平。HCO3-含量表現為處理②最高為0.08 g/kg，其次為處理③和處理④，處理①最低。除處理③和處理④之間未達顯著水平外，其余各處理均達顯著水平。處理①的Cl-含量最高為0.14 g/kg，處理①與其他處理之間均達顯著水平，處理②與處理③之間達顯著水平，其余處理間未達顯著水平。SO42-含量表現為處理①>處理②>處理③=處理④，除處理①與其他處理間達顯著水平外，其余各處理未達顯著水平。

2.5不同肥料處理鹽堿地土壤有機質及速效養分含量變化由表5可知，0～10 cm土層各處理土壤有機質含量差異達顯著水平，各處理有機質含量表現為處理①<處理②<處理③<處理④，處理④有機質0～10 cm土層最高為19.30 g/kg。在10～20 cm土層，各處理有機質含量表現為處理①<處理②<處理③<處理④，且處理間達顯著水平。在各土層中，堿解氮、速效磷、速效鉀含量均為處理④最高，處理③次之，處理②再次，處理①最低。處理②與處理③的堿解氮含量在各土層均未達顯著水平，其余各處理達顯著水平。10～20 cm土層，處理②與處理③的速效磷、速效鉀含量未達顯著水平，其余各處理均達顯著水平。

表5 不同肥料處理鹽堿地土壤有機質及速效養分含量

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note: Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level

3 結論與討論

經檢測，該試驗區裸地土壤可交換性鈉的比率為19.2%，土壤溶液電導率大于4，且土壤溶液pH大于8.5，根據我國鹽堿土劃分標準屬于中度次生鹽漬化土地，與其砂性母質和降水有關，也與當地農牧民放牧和種植習慣有關，針對該類型土壤，我國多采用種植耐鹽堿植物進行改良，并取得了一定效果[15-16]。該試驗采用新型復合肥料，在降低土壤鹽堿含量的同時，改善土壤結構，培肥地力。西遼河流域鹽堿地堿化度均高，大多表現為陽離子以Na+和K+為主，陰離子以CO32-和HCO3-居多[17]，該試驗中裸地的pH高于其他處理，這說明耕翻并種植耐鹽堿作物可有效降低pH。施用生物菌劑肥的效果優于施用炭基肥和傳統施肥方式，炭基肥在降低土壤pH方面與傳統耕作相比未達顯著水平，這可能是由于施用量和施用年限的限制，隨著生物炭基肥施用量和施用年限的增加，其對土壤pH的改變還有待進一步研究。施用生物菌劑肥提高了土壤肥力，增加微生物含量，微生物分解有機質產生的有機酸中和土壤中HCO3-水解產生的OH-，從而降低了土壤pH。土壤鹽分富集于土壤表層，施用生物菌劑肥在降低土壤鹽分含量的效果上表現最好，其次是施用炭基肥，再次是常規施肥，鹽堿地上生長的植物可帶走部分鹽分，植物根系的伸展可以穿透土壤堿化層，達到疏松堿化層的目的，這有利于土壤通氣透水，再加上自然降雨的淋洗，可使土壤可溶鹽含量有效降低。土壤堿化度是用Na+的飽和度來表示，是指土壤膠體上吸咐的交換性Na+占陽離子交換量的百分率。當堿化度達到一定程度時，土壤理化性質會發生一系列的變化，土壤pH 8.5～10.0，土粒分散，濕時泥濘，不透氣，不透水，干時硬結，耕性極差，施用生物菌劑肥，微生物分解有機質產生的有機酸使土壤吸附的鈣得到活化，加強了對土壤吸附性鈉的置換作用，從而脫鹽脫堿[18-19]。其特有的有益菌和保水顆粒可改善土壤結構，有利于土壤團聚體形成，使土壤通氣透水，利于鹽分的排出。在陰陽離子含量上，相比于傳統施肥方式，施用生物菌劑肥和炭基肥可有效降低0～10 cm土層Na+和Ca2+的含量，可降低10～20 cm土層Cl-和HCO3-的含量。這可能是由于肥料中所含硫酸鈣中的鈣離子代替鈉離子，變堿土為含硫酸鈉的鹽土，再經過灌溉和降雨的淋洗而得到改良。裸地0～10 cm 土層CO32-含量較高，這可能是由于裸地土質黏重，不通水透氣，地面上無作物生長，CO32-水解的正反應受到抑制，從而使CO32-增多，土壤pH增大。經過耕翻的各處理HCO3-有所下降，這說明土壤經過耕種，土層疏松，通水透氣，可降低土壤pH[20]。影響土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀含量的因素非常復雜，有成土母質、施肥、植物的選擇性吸收、土壤的酸堿性、養分的移動性、土壤的通氣性等[21]。施用生物菌劑肥和炭基肥有改善土壤孔隙度、容重等物理性質和含水量的功能，同時可增加土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量，使土壤化學性質均得到一定程度的改善，環境向著良性發展。裸地的肥力較其余施肥方式低得多，常規施肥除有機質外，其他養分均普遍高于施用生物菌劑肥和炭基肥，這種養分狀況是人為因素導致的。該試驗綜合了3年的試驗數據得此結論，對于作物地上部帶走的鹽分及陰陽離子的類型和含量，作物根系對土壤堿化層的改善狀況，以及降雨量的多少對鹽堿地的淋洗情況還有待進一步研究。該研究綜合多年的試驗數據得出，施用生物菌劑肥對降低輕度鹽堿化的土壤鹽分含量、改善土壤堿化狀況、提高土壤肥力方面均有一定效果，值得推廣應用。