有機-無機肥耦合“增碳控鹽”模式對中輕度鹽堿地的改良效應

王靖荃　李云　王家輝　諸葛玉平　婁燕宏　崔秀敏

摘要：本著“增碳控鹽”的理念，從施肥模式入手，在山東省無棣中輕度鹽堿地上開展基于緩控釋肥、有機-無機復混肥和生物有機肥或腐植酸增效肥等組成的不同肥料類型耦合，并結合施用脫硫石膏和苜蓿還田進行土壤改良，研究各處理下土壤養分離子及鹽分離子在0～40 cm土層的運移特征及苜蓿的生物學效應，探索中輕度鹽堿地最佳“增碳控鹽”改良模式。結果表明：與常規化肥處理相比，各“增碳控鹽”組合處理均可改善0～20 cm土層鹽堿土速效氮磷鉀的肥力狀況，提高苜蓿產量，增幅達8.62%～71.99%。NO-3、NH+4、K+在0～40 cm土層均存在一定程度的淋失，添加外源碳質有一定緩解效果但未能逆轉淋失的趨勢。生物有機肥和腐植酸增效肥可顯著降低0～20 cm土層Cl-、Na+濃度，有效阻滯深層鹽分的上行運移累積，降低土壤鹽堿度。兩年的田間試驗表明，“增碳控鹽”配合CaSO4與苜蓿還田可顯著改善鹽堿土根層的速效養分，實現保肥固肥和降鹽控鹽的目的，后茬小麥-玉米的增產幅度達5%～30%。

關鍵詞：鹽堿地;苜蓿;增碳控鹽;土壤改良

中圖分類號：S156.4文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2020）05-0070-07

Abstract Based on the concept of controlling salt and increasing carbon， this study was carried out with different fertilization modes in medium-light saline alkali soil in Wudi County， Shandong Province. Through coupling different fertilizer types， such as slow-controlled release fertilizer， organic-inorganic compound fertilizer， bio-organic fertilizer and humic acid synergism fertilizer， it was aimed to improve the soil combined with desulfurization gypsum and alfalfa improvement. The transport characteristics of nutrient ions and saline ions in 0～40-cm soil layer and the biological effects of alfalfa were tested to explore the best ?improving model for medium-light saline alkali soil. The results showed that compared with the application of conventional chemical fertilizer， each mode of controlling salt and increasing carbon could improve the fertility of available nitrogen， phosphorus and potassium in 0～20-cm saline alkali soil， and the alfalfa yield increased by 8.62%～71.99%. NO-3， NH+4 and K+ were leached to a certain extent in the 0～40-cm soil layer. The addition of exogenous carbon had a certain alleviation effect but failed to reverse the trend of nutrient leaching. Bio-organic fertilizer and humic acid synergist fertilizer could significantly reduce the concentration of Cl-， Na+ in 0～20-cm saline alkali soil， effectively block the upward movement and accumulation of saline ions from deep layer. Two years of field experiments showed that controlling salt and increasing carbon combined with CaSO4 and green manure returning to the field could significantly improve the available nutrients in the root layer of saline alkali soil， achieve the purpose of maintaining fertility and reducing and controlling salt; and the following wheat and maize yields increased by 5%～30%.

Keywords Saline alkali soil; Alfalfa; Controlling salt and increasing carbon; Soil improvement

鹽堿土是在各種自然環境和人為因素的綜合作用下，鹽分離子參與土壤形成過程，并以鹽（堿）化過程為主導作用而形成的土壤。鹽堿土具有鹽化層或堿化層，土壤中含有大量可溶性鹽類，理化性狀差，抑制根系生長，甚至使部分作物無法正常成活。鹽堿土是重要的后備土壤資源，改良利用鹽堿地可以增加耕地面積，緩解人多地少的矛盾[1，2]。

在長期的生產實踐中，前人總結出一系列的鹽堿地治理技術，如挖溝開渠、秸稈還田、種植耐鹽作物、深耕深翻、添加改良劑等[3，4]。水利工程措施即單純的大水漫灌洗鹽在改良鹽漬化土壤方面非常有效，但在水資源短缺的干旱半干旱地區難以實現可持續發展;化學措施短期效果顯著，但有投入高的局限性;生物措施具備低投入、可持續、環境友好等優點，是鹽堿地改良最有潛力的途徑[5]。脫硫石膏是優良的鹽堿土改良劑，能夠顯著降低土壤pH值、提高農作物的出苗率和產量[6-8]。CaSO4降低pH值的同時也帶來豐富的Ca2+，這不僅可以通過“維茨效應”提高植物的“利己性”選擇吸收，而且有利于土壤形成穩定性的有機-無機復合膠體，降低土壤的鹽堿度[9，10]。因此，土壤“降鹽”的同時必須伴隨“增碳”才是鹽堿地土壤改良的可持續發展途徑。

苜蓿（Medicago sativa L.），有“牧草之王”的美譽，兼具耐旱、耐鹽、適應性廣、抗逆性強、再生性強等優點。作為豆科植物，苜蓿根系具有固氮作用，且地上部分具有較高的營養價值和經濟效益，是改良中輕度鹽堿地的理想植物[11]。本試驗利用不同有機-無機肥料-生物有機肥組合，配合石膏脫鹽和苜蓿培土，通過源頭肥料控制，實現過程增碳降鹽、尾端綠植培肥，以探索出中輕度鹽堿地土壤可持續發展的高效模式。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在山東省濱州市無棣渤海糧倉進行。供試土壤為中度鹽堿地，土壤pH值7.68，電導率548.3 μS/cm，硝態氮含量6.82 mg/kg、銨態氮35.15 mg/kg、有效磷16.75 mg/kg和速效鉀198.5 mg/kg。苜蓿品種為“耐鹽之星”，紫花耐旱型。

1.2 試驗設計及方法

試驗共設6個肥料處理（見表1）。小區面積5 m×10 m=50 m2。重復3次，隨機排列，小區之間置留2 m間隔帶。對照（CK）為當地習慣用復合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）;處理用肥料分別為包膜緩控釋肥（N-P2O5-K2O=16∶21∶4）;化成型緩控釋肥（N-P2O5-K2O=25∶10∶10）;有機-無機復混肥總養分（N+P2O5+K2O）為25%。T1～T6處理均撒施石膏3 000 kg/hm2。所有肥料均基施，增碳控鹽產品均以基肥形式撒施并翻耕，其它栽培管理措施同常規。苜蓿于2017年10月16日播種，收割3茬后于2018年10月8日將苜蓿翻耕入土，其它肥料處理同前。2018年10月—2019年10月開展小麥-玉米輪作，收獲時調查產量。1.3 測定項目及方法

分別于苜蓿出苗期（2017年11月7日）、開花期（2018年6月19日）、成熟期（2018年9月30日），采集土壤樣品。于2018年5月15日、6月19日、9月30日共收割三茬苜蓿植株樣品測定產量。每小區按對角線取樣法用土鉆（內徑5 cm）在苜蓿窄行中間采集0～20 cm和20～40 cm深度土樣5個點，土壤充分混勻后用9號塑封袋帶回實驗室。取部分鮮土測定硝態氮、銨態氮含量，剩余部分自然風干、研磨、過篩，保存備用。

土壤指標測定：硝態氮、銨態氮用KCl浸提、流動分析儀（AA3，德國）測定;土壤速效養分和土壤陰陽離子含量測定參照鮑士旦[12]的方法進行。小麥成熟后，每小區實打實收，采用“1 m雙行法”調查小麥產量;玉米成熟后，每小區選取有代表性的10株，將地上部全部收獲，按秸稈和籽粒分開，調查穗粒數、穗行數，風干后稱量穗重，脫粒后稱重，測定千粒重，并計算籽粒產量。

1.4 數據處理

采用 Microfost Excel 2003 和 DPS 7.0 軟件對數據進行統計分析，Duncans法進行多重比較，利用WPS 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對鹽堿土硝態氮、銨態氮含量的影響

從圖1A可以看出，0～20、20～40 cm土層中，“增碳控鹽”組合對苜蓿不同生育期土壤的NO-3含量影響不同。T2、T3、T6處理的0～20 cm土層土壤NO-3含量均顯著高于對照，尤其是T6處理（有機-無機復混肥+生物有機肥），整個生育期NO-3含量均顯著高于CK和其它處理，至成熟期0～20 cm土層仍比CK高出46.31%，即使是降雨較多的季節，0～20 cm土層中T6處理的NO-3含量依然最高。近等量養分投入的有機-無機復混肥+腐植酸改性肥的T3處理一直顯著低于T6，說明有機-無機復混肥和生物有機肥耦合對氮素的固持能力強于腐植酸改性肥。

從0～20 cm和20～40 cm土層垂直方向NO-3變化趨勢看，隨著生育期的延長和自然降水及灌溉的淋洗，不同增碳降鹽組合處理土壤均存在一定程度的下滲，但NO-3含量淋失率低于對照。

從整體分布來看，20～40 cm銨態氮含量比0～20 cm偏高（圖1B），說明鹽堿土垂直方向NH+4亦存在一定程度的淋失現象，但差異不顯著。0～20 cm土層中各個增碳控鹽組合均可顯著提高銨態氮含量，20～40 cm也有相似的增長趨勢，但增幅均相對較小。與NO-3不同的是，T2處理（包膜緩控釋肥+腐植酸改性肥）對0～20 cm土層NH+4提升效果最顯著，無論是0～20 cm還是20～40 cm土層，至10月份時均保持最高水平。

2.2 不同施肥模式對鹽堿土有效磷、速效鉀含量的影響

由圖2A看出，與 CK相比，各增碳控鹽組合多能不同程度提高有效磷含量。有效磷在0～20 cm和20～40 cm土層垂直方向及各處理間差異均較大，0～20 cm土層含量顯著高于20～40 cm土層，這顯然有利于苜蓿根系的養分吸收。0～20 cm土層化學合成型緩控釋肥處理的土壤有效磷顯著高于其它處理，尤其是配合生物有機肥的T4處理，使緩慢釋放的有效磷被穩定固持在0～20 cm根層土壤，有效阻控磷素淋失。而20～40 cm土層，有效磷以有機-無機復混肥配合生物有機肥的T6處理含量最高，可見中度鹽堿土壤中，增施有益微生物菌肥對于有效鎖住根層土壤的有效磷效果極其顯著。

由圖2B可以看出，各施肥組合對0～20 cm和20～40 cm土層的速效鉀影響均十分明顯。0～20 cm土層，各個增碳控鹽組合的速效鉀均顯著高于對照，尤以包膜緩控釋肥+腐植酸改性肥組合的T2處理最高，其次是有機-無機復混肥+腐植酸改性肥處理的T3處理。從垂直方向看，對照土壤存在嚴重的K+淋失，0～20 cm土層 K+濃度為187.5 mg/kg，而20～40 cm 土層K+濃度227.5 mg/kg，上升21.3%，差異極顯著。而添加外源碳質和控鹽產品的處理，0～20 cm 土層K+濃度均明顯高于20～40 cm，提高幅度達10.5%～20.3%，說明緩控釋肥配合增施腐植酸改性肥或生物有機肥均可有效阻控K+向深層淋失。

2.3 不同施肥模式對鹽堿土Na+、Mg2+、Ca2+的影響

由圖3A看出，0～20 cm土層Na+含量明顯高于20～40 cm土層，且上下變化趨勢相似，說明0～40 cm土層Na+含量主要來自深層地下水的上行運移帶鹽。外源增碳控鹽組合處理可顯著降低0～20 cm和20～40 cm土壤游離Na+含量，降幅為4.73%～6.26%。

由圖3B看出，增碳控鹽組合處理中，鹽堿土0～40 cm層次Mg2+含量呈現下降趨勢，無論是0～20 cm還是20～40 cm土層，均以有機-無機復混肥+生物有機肥組合的T6處理降幅最大（5.26%～6.17%）。0～20 cm和20～40 cm土層 Mg2+在各處理間的變化趨勢相似，而鹽堿土垂直方向上Mg2+的濃度差異僅在5%左右，說明其分布相對均勻，且受外界水肥影響較小。

由圖3C看出，由于所有處理均施加了脫硫石膏（CaSO4），土壤中Ca2+含量顯著上升，高出對照139.8%～150.6%。0～20 cm和20～40 cm土層Ca2+分布差異較小，說明Ca2+在中輕度鹽堿土垂直方向形態分布比較穩定。

2.4 不同施肥模式對鹽堿土Cl-、HCO-3、SO2-4的影響

由圖4A可知，不同增碳控鹽組合處理均顯著降低0～20 cm和20～40 cm土層Cl-含量，其中以有機-無機復混肥+腐植酸改性肥的T3和有機-無機復混肥+生物有機肥的T6 處理Cl-降幅最大。從Cl-濃度分布和變化趨勢分析，0～40 cm土層的Cl-的積累主要來自深層水分的上移，外源碳質的添加可有效阻控Cl-隨地下水向上運移進入根層土壤。

由圖4B可知，增碳控鹽組合處理顯著降低0～40 cm土層HCO-3濃度，其中降幅最大的是T6處理。0～20 cm土層的HCO-3濃度顯著高于20～40 cm土層，說明土壤中的HCO-3跟Na+和Cl-一樣，亦主要來源于地下水的上行運移留鹽。外施緩控釋肥和有機碳質可以顯著阻截HCO-3的上移，使其降幅達6.27%～12.37%，顯著高于Na+和Cl-。

由圖4C可以看出，同鈣離子相似，添加脫硫石膏的各增碳控鹽組合均顯著提高0～40 cm土層SO2-4含量，各處理間高出對照126%～129%。0～20 cm和20～40 cm土層SO2-4分布差異較小，均在5%上下。說明SO2-4同Ca2+相似，在中輕度鹽堿土0～40 cm土層垂直方向形態分布比較均勻，SO2-4濃度只有Ca2+濃度的1/3。

2.5 不同施肥模式對苜蓿及小麥、玉米產量的影響

由表2可知，各增碳控鹽組合處理的苜蓿三茬總產量均高于對照，尤其T4、T5和T6處理增產達23.7%～35.5%，而隨后一年的的小麥-玉米增產依然明顯，趨勢同苜蓿相似。小麥、玉米產量均以T6處理最高，分別比對照增產31.9%和29.4%。說明外源增碳降鹽組合可以有效固持無機化肥提供的養分，有機碳質投入越高，根層土壤固持養分的能力越強，有益微生物越多，養分持續性越久。

3 討論與結論

從鹽堿土0～40 cm土層中NO-3、NH+4的分布狀況看，二者均存在一定程度的淋失，配施外源生物有機肥和腐植酸并未改變氮素淋失的趨勢。相對于氮素，有效磷在0～40 cm土層淋失小得多，外源碳質的添加可不同程度緩解氮磷鉀在鹽堿土垂直方向的淋失損耗。

化學合成型緩控釋肥、包膜緩控釋肥、有機-無機復混肥配合生物有機肥和腐植酸改性肥均可顯著改善土壤速效氮、磷、鉀的肥力狀況，土壤有機質也有一定程度提升。一方面，這與緩控釋肥的養分釋放特性相關，氮磷鉀速效養分釋放緩慢，與苜蓿生長需求基本一致，降低銨態氮的揮發、硝態氮淋失、磷鉀的固定及淋失損耗[12，13];另一方面，由于生物有機肥和腐植酸改性肥所攜帶的功能基團豐富，增加對養分離子的固持，提升養分離子的有效性與時效性[14，15];而且，有機-無機復合膠體的增加可以有效阻滯下層水分向上運移過程帶來的鹽分積累，使積聚在鹽堿土表層土壤中的鹽分離子Cl-、Na+、HCO-3顯著降低。同時，由于外源石膏的施入，使根層土壤游離Ca2+增加，更加有利于根系選擇性吸收必需營養元素，從而避免過高鹽分離子度對根系的傷害[6-8]。根系對氮磷鉀養分的吸收能力增強，苜蓿產量增幅達5.5%～35.5%。因此，“增碳控鹽”組合在苜蓿生產中應用一定程度上可以實現培肥土壤、降鹽控鹽的目的[16-19]。

從苜蓿收獲后茬小麥-玉米年際輪作的生態效應看，苜蓿作為綠肥改土的效果非常明顯。最后一茬苜蓿粉碎還田后，改種小麥-玉米，有機-無機復混肥與生物有機肥的組合依然保持增產的趨勢。說明在中輕度鹽堿地土壤中，在滿足必需營養元素供應的基礎上，外源有機物和有益微生物投入越多，越有利于阻滯鹽分的上行積累和礦質養分的下行淋失[20]。因此，中輕度鹽堿地土壤，以外源增碳+生物固碳為主導，附以緩控釋肥和Ca2+有益協助的草糧輪作模式，可以實現控鹽降鹽和培肥地力的生產目的。

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