濱海鹽堿地不同培肥方式對作物產量及土壤肥力的影響

王立艷,肖 輝,程文娟,趙 杰,王曉風,潘 潔

(天津市農業資源與環境研究所,天津 300192)

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濱海鹽堿地不同培肥方式對作物產量及土壤肥力的影響

王立艷,肖 輝,程文娟,趙 杰,王曉風,潘 潔

(天津市農業資源與環境研究所,天津 300192)

為給濱海鹽堿地區土壤培肥及作物高產高效提供一定的理論指導,采用隨機區組試驗設計,以濱海鹽堿地冬小麥-夏玉米輪作模式為例,通過大田試驗,研究了氮肥、高效有機肥、改良劑不同配比對小麥、玉米產量及土壤肥力的影響。結果表明,在濱海鹽堿地上種植冬小麥施用氮肥、有機肥及土壤改良劑均可提高籽粒產量,且三者增產幅度分別為9.52%～29.52%,2.30%～17.82%,2.19%～11.48%;玉米季施用氮肥、有機肥均可提高玉米產量,增產幅度分別為29.37%～45.74%,1.69%～11.15%,小麥改良劑的后效對玉米也有明顯增產效果,增產幅度為3.50%～8.33%。鹽堿地施用氮肥、有機肥、改良劑對于提高土壤肥力效果明顯,其中O3(N2O3A2)效果最佳,土壤速效氮磷鉀含量均最高;施用土壤改良劑能增加土壤有機質含量,且能降低土壤鹽堿含量。通過建立施肥效應模型,獲得本試驗條件下周年小麥玉米總產量最高可達16 770.46 kg/hm2,對應的氮肥、有機肥、改良劑周年施用量分別為763,2 250,3 167 kg/hm2。因此,濱海鹽堿地區冬小麥-夏玉米輪作模式施肥應重視氮肥、有機肥及土壤改良劑的配合施用,可獲得一定的作物高產。

濱海鹽堿地;小麥-玉米輪作;土壤肥力;肥料效應模型

濱海鹽漬土作為鹽漬化土壤重要的類型之一,主要分布于沿海地區,屬于典型的中低產田。其鹽堿含量高、土壤瘠薄結構差、淡水資源匱乏,是制約糧食增產的主要因素[1-2]。天津市鹽漬化耕地面積約28.5萬 hm2,占全市耕地面積的58.8%,為全國各省市鹽漬化土地所占比例之最[3]。

科學合理的施肥是保證作物高產優質的關鍵。不同養分的平衡供應是提高土壤肥力、增加糧食產量的有效手段[4]。合理的氮肥施用在作物增產方面起重要作用[5]。已有研究表明,施用有機肥可補充一定數量的微量元素,降低土壤容重,增加土壤總孔隙度和毛管孔隙度,同時也可改變土壤的環境條件[6-8]。

目前針對濱海鹽堿地的研究,國內主要集中在土壤改良方面[9-13],但是對于合理的氮肥、有機肥和改良劑配合施用對于提高作物產量及高效培肥的研究鮮有報道。濱海鹽堿地區由于土壤鹽堿含量高,土壤結構差,導致作物產量及生物量與非鹽堿地區相比偏低[14]。因此,合理施肥模型的確定對于濱海鹽堿地的作物種植,提高中低產田的作物產量具有重要指導意義。本試驗以冬小麥-夏玉米輪作模式為例,研究濱海鹽堿地不同培肥方式對作物產量及土壤肥力的影響,為濱海鹽堿地區土壤培肥及作物高產高效提供理論指導依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

供試試驗區設在天津濱海新區大港農場,該地區全年平均氣溫12 ℃,無霜期7個月。年降雨量570～690 mm,70%集中在6-8月份,年均蒸發量1 100 mm。地下水位0.9～1.5 m。試驗田土壤為鹽漬土,質地為中壤土,基本性狀為:全鹽1.24 g/kg,pH值 8.8,有機質15.12 g/kg,速效氮(N)56.2 mg/kg,速效磷(P)22.4 mg/kg,速效鉀(K)293.5 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組試驗設計,設氮(N)、有機肥(有機質≥45%,氮磷鉀≥5%)、改良劑(脫硫石膏∶腐殖酸∶木醋液為5∶2∶1)三因素,每個因素分4個水平,分別為0,1,2,3水平,0 水平指不施肥,2水平指當地近似最佳施肥量,1 水平=2 水平×0.5,3水平=2水平×1.5,共14個處理。肥料品種為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、硫酸鉀(K2O 50%)。

小麥季2水平氮(N)240 kg/hm2;有機肥 750 kg/hm2;改良劑4 500 kg/hm2。各處理均施磷(P2O5)90 kg/hm2,鉀(K2O)120 kg/hm2。有機肥、改良劑、磷肥、鉀肥全部基施,氮肥50%基施,50%追施,追肥分2次,分別為30%,20%。

表1 試驗設計

玉米季2水平氮(N) 270 kg/hm2;有機肥 750 kg/hm2;改良劑 0 kg/hm2。各處理均施磷(P2O5)120 kg/hm2,鉀(K2O)90 kg/hm2。有機肥、磷肥、鉀肥全部基施,氮肥50%基施,50%追施,追肥1次。具體設計情況如表1所示。小區面積:4 m×20 m=80 m2,重復3次。

2013年10月11日,完成小麥播種。供試小麥品種為津農6號,播種量375 kg/hm2。2014年6月4日小麥收獲,計產,并采集小麥及土壤樣品。2014年6月14日玉米播種,供試玉米品種為鄭單958。2014年9月29日玉米收獲,采集土壤及玉米樣品。 1.3 測定項目及方法

土壤速效氮測定采用堿解擴散法;土壤速效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;土壤速效鉀測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法;土壤有機質測定采用重鉻酸鉀氧化-硫酸亞鐵滴定法;土壤全鹽測定采用烘干質量法;pH值測定采用玻璃電極法[15]。

1.4 數據處理與分析

數據統計采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對作物生物量的影響

冬小麥籽粒產量各處理高低順序分別為:T7(N2O3A2)>T6(N2O2A2)>T14(N2O1A1)>T11(N3O2A2)>T9(N2O2A1)>T8(N2O2A0)>T5(N2O1A2)>T13(N1O2A1)>T12(N1O1A2)>T4(N2O0A2)>T3(N1O2A2)>T2(N0O2A2)>T10(N2O2A3)>T1(N0O0A0)(表2)。T7、T6、T14、T11處理產量較高,且四者之間差異不顯著;T10、T1處理產量最低,兩者之間差異不顯著。秸稈量高低順序為:T11(N3O2A2)>T9(N2O2A1)>T6(N2O2A2)>T5(N2O1A2)>T7(N2O3A2)>T14(N2O1A1)>T12(N1O1A2)>T8(N2O2A0)>T10(N2O2A3)>T4(N2O0A2)>T13(N1O2A1)>T3(N1O2A2)>T2(N0O2A2)>T1(N0O0A0),T11、T9、T6、T5、T7處理秸稈量較高,且相互之間差異不顯著;T2、T1處理秸稈量較低,兩者之間差異不顯著。

夏玉米籽粒產量各處理高低順序分別為T7(N2O3A2)>T6(N2O2A2)>T11(N3O2A2)>T10(N2O2A3)>T9(N2O2A1)>T14(N2O1A1)>T5(N2O1A2)>T8(N2O2A0)>T4(N2O0A2)>T13(N1O2A1)>T3(N1O2A2)>T12(N1O1A2)>T2(N1O1A2)>T1(N0O0A0)。T7、T6、T11、T10產量較高,且T7與T10間差異顯著;T2、T1產量較低。秸稈量高低順序為:T10(N2O2A3)>T6(N2O2A2)>T7(N2O3A2)>T11(N3O2A2)>T4(N2O0A2)>T14(N2O1A1)>T9(N2O2A1)>T8(N2O2A0)>T3(N1O2A2)>T5(N2O1A2)>T12(N1O1A2)>T13(N1O2A1)>T2(N0O2A2)>T1(N0O0A0),T10、T6、T7、T11處理秸稈量較高,且相互之間差異不顯著;T1處理秸稈量最低。

表2 不同處理對作物生物量的影響

2.1.1 氮肥對小麥-玉米生物量的影響 施用氮肥能顯著提高冬小麥產量,施氮與不施氮之間差異均達顯著水平(圖1),N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)分別比N0(N0O2A2)產量高出9.52%,29.52%,22.86%,N2、N3與N1之間差異也達顯著水平,N2、N3之間差異不明顯。表明施用氮肥對提高小麥產量效果顯著,但當氮肥用量達到一定程度時,繼續增加氮肥施用量,小麥增產效果降低;施用氮肥能顯著提高夏玉米產量,施氮與不施氮之間差異均達顯著水平,N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)分別比N0產量高出29.37%,45.74%,45.07%,N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)與N1(N1O2A2)之間差異也達顯著水平,N2、N3之間差異不明顯。表明施用氮肥對提高玉米產量效果顯著,但同樣表現出氮肥用量達到一定程度時,繼續增加氮肥施用量,玉米產量甚至有下降趨勢。

2.1.2 施用高效有機肥對小麥-玉米生物量的影響 施用有機肥可明顯提高小麥產量,各處理高低順序為O3(N2O3A2)>O2(N2O2A2)>O1(N2O1A2)>O0(N2O0A2)(圖1),O1(N2O1A2)、O2(N2O2A2)、O3(N2O3A2)分別比O0(N2O0A2)產量高出2.30%,17.24%,17.82%。O3、O2與O1、O0之間差異均達顯著水平,O2與O3之間差異不顯著,O1、O0之間差異也不顯著。同樣,施用高效有機肥也能提高玉米產量,各處理高低順序為O3(N2O3A2)> O2(N2O2A2)> O1(N2O1A2) >O0(N2O0A2),O1、O2、O3分別比O0產量高出1.69%,9.80%,11.15%。O3(N2O3A2)、O2(N2O2A2)與O1(N2O1A2)、O0(N2O0A2)之間差異均達顯著水平,O2與O3之間差異不顯著,O1、O0之間差異也不顯著。本試驗有機肥用量整體偏低,但仍能明顯提高小麥、玉米產量,但用量較低時(O1)增產效果不明顯。

2.1.3 土壤改良劑對小麥-玉米生物量的影響 冬小麥各處理產量高低順序為A2(N2O2A2)>A1(N2O2A1)>A0(N2O2A0)>A3(N2O2A3)(圖1),A1(N2O2A1)、A2(N2O2A2)與A0(N2O2A0)相比產量分別提高2.19%和11.48%,A3(N2O2A3)與A0(N2O2A0)相比產量降低20.70%。A2與其他處理之間差異均達顯著水平;A1、A0之間差異不顯著,均與A3差異達顯著水平。表明輕、中度鹽堿地適量應用土壤調理劑可提高小麥產量,但用量過大可能會導致作物減產,尤其離子調控型改良劑。夏玉米各處理產量高低順序為A2(N2O2A2)>A3(N2O2A3)>A1(N2O2A1)>A0(N2O2A0),A1(N2O2A1)、A2(N2O2A2)、A3(N2O2A3)與A0(N2O2A0)相比產量分別提高3.50%,8.33%,7.33%。A2、A3與不施改良劑處理A0之間差異均達顯著水平;A1、A0之間差異不顯著,A2與A1之間差異顯著,但與A3差異不顯著;A3、A1之間差異不顯著。表明小麥季施用改良劑,對提高玉米季產量效果也很明顯。

圖1 氮肥、高效有機肥、改良劑對小麥-玉米生物量的影響

2.2 不同處理對土壤養分及鹽堿的影響

鹽堿土壤施用氮肥、有機肥和改良劑可提高土壤速效養分含量(表3),其中有機肥用量處理O3(N2O3A2)效果最為明顯,速效氮磷鉀含量均最高,A3(N2O2A3)次之。

施用氮肥能顯著提高土壤速效氮含量,N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)與不施氮之間差異均達顯著水平,N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)分別比N0(N0O2A2)土壤速效氮含量高出19.59%,24.98%,28.28%,N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)與N1(N1O2A2)之間差異不顯著。表明施用氮肥對提高土壤速效氮效果明顯,但當氮肥施用量達到一定程度時,繼續增加氮肥用量,增加土壤速效氮含量效果不顯著。施用氮肥對于土壤速效磷、速效鉀以及有機質的提升效果不顯著。

施用高效有機肥對土壤速效氮含量影響的高低順序為O3(N2O3A2)> O2(N2O2A2)> O0(N2O0A2) >O1(N2O1A2),O3、O2與O0相比土壤速效氮含量分別高出13.30%,5.21%,O1與O0相比土壤速效氮含量降低4.43%;對土壤速效磷含量影響的高低順序為O3>O2>O1>O0,與不施有機肥相比,O1、O2、O3土壤速效磷含量分別高出6.21%,14.13%,101.9%,O3與O0、O1、O2之間差異顯著,O2與O0、O1之間差異不顯著;對土壤速效鉀含量影響的高低順序為O3>O0>O2>O1,O3比O0土壤速效鉀含量高出7.907%,O1、O2比O0土壤速效鉀含量降低5.65%,4.01%;施用高效有機肥對土壤有機質含量影響的高低順序為O3>O2>O1>O0,O1、O2、O3分別比O0土壤有機質含量高出4.91%,12.52%,14.64%,除了O1與O0之間差異不顯著之外,O2、O3與O0之間差異均達顯著水平。

隨著改良劑施用量的增加,對土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量影響的效果一致,高低順序均表現為A3(N2O2A3) > A2(N2O2A2) > A1(N2O2A1)> A0(N2O2A0)。其中A3(N2O2A3) 有機質含量最高,表明增加改良劑用量對提高土壤養分含量,尤其有機質含量效果明顯。

不同處理對土壤含鹽量的影響為0.64～1.31 g/kg,其中施用土壤改良劑有降低土壤鹽堿含量的趨勢,如全鹽含量A0(N2O2A0)>A1(N2O2A1)>A2(N2O2A2)>A3(N2O2A3)。但是施用氮肥和有機肥對土壤鹽分含量的影響趨勢不明顯。

表3 不同處理對土壤養分和鹽堿含量的影響

2.3 小麥-玉米輪作肥料效應及施肥模型

以氮肥、有機肥、改良劑施用量為自變量,產量為因變量,進行多元二次逐步回歸分析,經過剔除顯著性較差項后,得到優化回歸模型為Y=10 777.1+10.97X1-0.832 3X2+0.755 2X3-95.55×10-4X12-1.155×10-4X32+22.72×10-4X1X2-3.926×10-4X1X3+1.226×10-4X2X3,(R=0.986 8)。利用該回歸模型,得出該試驗區周年小麥-玉米總產量最高可以達到16 770.46 kg/hm2,對應的氮肥、有機肥、改良劑周年施用量分別為763,2 250,3 167 kg/hm2。

3 結論與討論

土壤肥力低、鹽堿程度高是濱海鹽堿地共性特征,提高土壤肥力、降低土壤鹽堿、增加作物產量是鹽堿區農業生產的重要工作。本試驗結果表明增施氮肥、有機肥和改良劑對提高濱海鹽堿地作物產量、增加土壤肥力效果明顯。

氮素是作物生長所必需的大量營養元素,施用氮肥可顯著提高作物產量,本研究結果表明,施用氮肥對于小麥、玉米增產效果顯著,這與前人研究結果基本一致[5,16]。本試驗條件下,施用氮肥對冬小麥、夏玉米的增產幅度分別為9.52%～29.52%和29.37%～45.74%。由于試驗田速效氮含量偏低,因此,施用氮肥增產效果明顯,但氮肥用量達到一定程度時,再增加氮肥用量,增產效果變低。這可能與氮肥施用量過大,導致養分淋溶流失,降低肥料利用率有關[17]。施用氮肥能顯著提高土壤速效氮含量,但對于土壤速效磷、速效鉀以及有機質的提升效果不如速效氮顯著。

有機肥含有植物生長所必需的大量營養元素氮、磷、鉀和豐富的有機質,還含有相當數量的中、微量元素及氨基酸、核酸、糖、維生素等有機營養成分[18]。有關施用有機肥對作物產量影響的結論不一致[19-21]。本試驗中,在濱海鹽堿地施用有機肥對于冬小麥、夏玉米分別增產2.30%～17.82%和1.69%～11.15%。O3(N2O3A2)土壤速效氮、速效磷、速效鉀以及有機質的含量要顯著高于不施有機肥處理。

土壤改良劑在一定程度上能夠改善土壤的理化性狀,促進植物對水分和養分的吸收[22]。本試驗中,施用土壤改良劑對于冬小麥增產2.19%～11.48%,但用量過大會導致小麥減產。小麥季改良劑的后效對玉米也有明顯增產效果,增產幅度為3.50%～8.33%。隨著改良劑施用量的增加,對土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量影響的效果一致,高低順序均表現為A3(N2O2A3)>A2(N2O2A2)>A1(N2O2A1)> A0(N2O2A0)。

本試驗通過多元二次逐步回歸分析建立了優化的回歸模型。依據模型得出該試驗區的最高產量可以達到16 770.46 kg/hm2,相對應的氮肥、有機肥、改良劑周年施用量分別為763,2 250,3 167 kg/hm2。不同鹽堿地區的土壤條件有差異,試驗結果可能會有所不同,因此,建議各種肥料的施用量應根據實際情況進行合理調整。

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Effects of Different Fertilization Mode on Crops Yield and Soil Fertility in Coastal Saline Soil

WANG Liyan,XIAO Hui,CHENG Wenjuan,ZHAO Jie,WANG Xiaofeng,PAN Jie

(Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment,Tianjin 300192,China)

Based on randomized block experimental design,a field experiments was conducted to investigate the effects of different nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments on wheat yield,maize yield and soil fertility in the rotation system of wheat and maize on coastal saline areas.The aim of these experiments was to providing a certain theoretical guidance about soil fertility and crop yield in coastal saline soil.The results showed that the application of nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments could increase grain yield of wheat.And the yield increased 9.52%-29.52%,2.30%-17.82%,2.19%-11.48% respectively.The application of nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer could increase grain yield of maize,and the yield increased 29.37%-45.74%,1.69%-11.15% respectively.There was obvious yield increasing effect on corn yield after wheat amendments,and the yield increased 3.50%-8.33%.Application of nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments had a significant effect on improving soil fertility in coastal saline soil.O3(N2O3A2) had the highest available nitrogen,available phosphor,available potassium content in all treatments;Application of amendments increased soil organic matter content and decreased the soluble salt contents in soil.Under the conditions of this experiment,the highest wheat and maize annual production reached 16 770.46 kg/ha,which obtained by mathematic simulation,and the optimum economic amounts of nitrogen fertilizer,organic fertilizer and amendment were 763,2 250,3 167 kg/ha,respectively.Therefore,in order to obtain high yield and get higher economic efficiency,we should pay attention to combine application among nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments in the rotation system of wheat and maize on coastal saline areas.

Coastal saline soil;Rotation system of wheat and maize;Soil fertility;Fertilization effects mode

2016-03-03

國家科技支撐計劃項目(2013BAD05B08);天津市科技支撐計劃項目(13ZCZDNC09900)

王立艷(1981-),女,黑龍江海倫人,助理研究員,碩士,主要從事鹽堿地改良及植物營養研究。

潘 潔(1968-),女,江蘇溧陽人,研究員,主要從事鹽堿區土壤改良研究。

S158.5

A

1000-7091(2016)05-0222-06

10.7668/hbnxb.2016.05.034