盐渍化土壤优化磷配比下施氮水平对土壤水盐及产量的影响

符 鲜，杨树青，刘德平

(1.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 010018；2.东北农业大学水利与土木工程学院，哈尔滨 150030)

内蒙古河套灌区是我国西北重要的农业精华地区，农业生产过程中化肥用量逐渐增大，而肥料的利用效率一直得不到提高。在农业生产中合理施肥可以提高肥料的利用率、协调土壤养分，对作物高产和稳产有极大的促进作用[1,2]。同时，内蒙古河套灌区是我国土壤盐渍化发育的典型地区，轻度以上盐碱化土地占耕地面积50%以上，盐分对作物生长产生抑制作用，这样就导致作物对氮素的吸收降低，从而增加了氮素的潜在淋失量，对地下水环境造成污染[3]。

平衡施肥能有效地缓解土壤养分和盐分的积累,降低土壤次生盐渍化的程度[4]。许多研究表明氮、磷配合施用，以氮促磷，以磷促氮，可以明显地增加作物产量[5,6,7]，同时，氮磷配施可明显促进作物根系生长，扩大觅水空间，提高作物水分利用效率[8,9]。土壤中较大的盐分浓度可以通过改变渗透势而影响作物对水分和养分的吸收，从而抑制作物的生长[14]。当土壤受盐害的程度较轻时，盲目地增施氮肥可能造成氮肥的浪费，当土壤盐分含量较高时，少量增施氮肥对作物促进生长的作用并不明显[10]。本文以内蒙河套盐渍化灌区为背景，研究优化磷配比下套作小麦/玉米不同施氮水平对土壤水盐及产量的影响，揭示施氮水平与土壤水盐及产量之间的相关关系，进而提出合理的氮磷配施模式，对河套灌区盐渍化耕地肥料资源的合理、高效利用，作物的高产稳产及农业生产的可持续发展具有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古河套灌区磴口县坝楞试验示范基地，试验区属中温带大陆性季风气候区，年平均降雨量138.2 mm，年均蒸发量为2 381 mm，年平均日照时数3 180 h，太阳总辐射量为6200 MJ/m2，年平均风速为2.5～3 m/s，多年平均无霜期为130～168 d。经试验测定试验区土壤质地为壤土，土壤盐分含量为0.81 mS/cm，试验前表层0～20 cm土壤的基本性状见表1。

表1 试验土壤的基本性状Tab.1 The basic properties of test soil

1.2 试验设计

在试验区选择地势平坦、整齐、肥力均匀，具有代表性的盐渍化耕地布置田间试验，采用小麦玉米套作的种植方式，种子采用当地常规产品(小麦为永良4号；玉米为西蒙168)。试验共设5个处理，3次重复，小区面积为6×12=72 m2。氮肥施量参考精准农业最佳推荐施肥量，施肥水平：0水平=不施肥、1水平=2水平×0.5、2水平=设计最优施肥量、3水平=2水平×1.5。施用肥料为氮肥—尿素(N46.2%)、磷肥—磷酸二胺(N18%、P2O546%)。施肥方式：小麦试验中N肥的50%与全部的磷肥在播种前基施，其余50%N肥在一水前追施；玉米试验中N肥的40%及全部的磷肥在播种前基施，其余N肥的20%、20%、20%分别在小麦玉米套作的三水、四水、五水追施。小麦、玉米分别于3月21日、4月21日施底肥、播种，7月15日和9月16日收获，小麦、玉米种植密度分别为690、6.4 万株/hm2，在全生育期内共灌6水，分别在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，灌溉定额为750 m3/hm2。具体试验设计见表2。

1.3 样品采集与测定方法

在小麦玉米的苗期(小麦4月28日、玉米5月20日)、拔节期(小麦5月20日、玉米6月8日)、抽穗(雄)期(小麦6月8日、玉米7月17日)、灌浆期(小麦6月18日、玉米8月23日)、成熟期(小麦7月8日、玉米9月19日)用土钻取样法采集0～100 cm土层土样，每20 cm为1层，共分为5层，其中一小部分土装入铝盒中用于测土壤含水率，剩余的土则装入自封袋中用于测定土壤的盐分。小麦测产时，在各试验小区选取典型的1 m2，单独收获，晒干脱粒测产。玉米测产时，各试验小区连续取10株，自然风干脱粒后测产。

表2 春小麦、玉米试验设计表Tab.2 Spring wheat, corn, design of experiment table

土壤含水率的测定采用烘干法；土壤盐分的测定：采集的土样经自然风干碾细后过筛，按土水比为1∶5制备土壤水浸提液，用上海雷磁DDS-307实验室电导率仪测定土壤的电导率。

1.4 数据分析

采用Office 2003和Excel 2003对数据进行处理和作图，用SPSS19.0软件对数据进行方差分析和相关性分析，方差分析用LSD多重比较法。

2 结果与分析

2.1 优化磷配比下施氮水平对土壤水分的影响

由图1可知，套作小麦全生育期内，土壤含水率整体呈现出先升高后降低的趋势，苗期到拔节期土壤含水率增大，在此期间有灌水补充，且小麦生长缓慢需水量较少，小麦幼苗的生长使麦地覆盖度有所增加，相对减少了土壤水分的蒸发，含水率增大。从拔节期到灌浆期，小麦进入快速生长时期，需水量迅速增加，气温升高，蒸发量增加，导致土壤含水率明显持续下降。套作小麦由于在拔节期前小麦需水量较少，氮肥没有充分水解而得不到充分发挥，各处理间土壤含水率差异较小；随着时间的推移氮肥得到了充分的水解，套作小麦也随着生育期的不断推进进入了生长旺盛时期，各处理间土壤含水率差异增大，土壤含水率随着施氮水平的提高逐渐减小。

从图2可以看出，套作玉米的土壤含水率在整个生育期内是降升降的趋势，苗期到拔节期，气温开始回升蒸发量增加，玉米生长需要的水分也增多，土壤含水率减小；抽雄期前有多次灌水，小麦这时也已经收获，导致土壤含水率达到最高；抽穗期以后，玉米植株营养生长旺盛，耗水量增加幅度加大，使土壤含水率降至最低；成熟期因有降雨补充使含水率较灌浆期有所上升。套作玉米从苗期到抽雄期施氮水平对土壤含水率的影响较大，施氮水平提高，土壤含水率降低，但当施氮水平超为N3水平(405 kg/hm2)时，土壤含水率反而增大；在灌浆期施氮水平对土壤含水率的影响不显著。

图1 不同施氮水平下小麦土壤水分变化规律Fig.1 The change rule of wheat soil moisture under different nitrogen levels

图2 不同施氮水平下玉米土壤水分变化规律Fig.2 The change rule of maize soil moisture under different nitrogen levels

由图1、图2可知，套作小麦玉米各处理均以N2P2处理土壤含水率最低，合理的氮磷配施可以促进作物根系的生长和发育，能加强作物根系吸水能力，提高作物水分的利用程度，使土壤含水率降低，而氮肥用量达到一定限度后反而抑制作物对土壤水分的吸收。与许多研究的结果基本一致，适量提高施氮量，可促进冬小麦根系生长及对深层土壤水分的利用，提高水分利用效率[18,19,20]。

套作小麦玉米土壤含水量随着土层深度的增加随之增加，60 cm土层以下的土壤含水率基本稳定。小麦玉米共生期间，小麦正在生长旺盛时期，需水量较大，而小麦的土壤含水率与玉米的土壤含水率相差较小，含水率差值仅在1%～3%之间波动，说明这期间小麦对水分的竞争力大于玉米，能获取更多的水分资源并且高效地利用。小麦收获后玉米土壤含水率迅速下降，明显地恢复并提高了对水资源的利用能力。

2.2 优化磷配比下施氮水平对土壤盐分的影响

对套作小麦全生育期土壤EC值的变化规律分析可知(见图3)，苗期到抽穗期土壤EC值呈增加的趋势，在抽穗期小麦土壤EC值达到最高，随后土壤EC值逐渐减小。苗期土壤EC值最小，拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期的土壤EC均值较苗期分别提高了42.17%、62.65%、34.94%、9.64%。

图3 不同施氮水平下小麦全生育期土壤EC值的变化规律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值的变化规律(见图4)：拔节期土壤EC值最高，苗期、抽雄期、灌浆期、成熟期的土壤EC值较拔节期的土壤EC均值分别下降了6.47%、8.63%、23.02%、20.14%，随着玉米生育进程的推进，土壤EC值逐渐降低，灌浆期和成熟期EC值相差较小。

图4 不同施氮水平下玉米全生育期土壤EC值的变化规律Fig.4 The change rule of maize soil EC value in the whole growth stages under different nitrogen levels

从图3、图4可得出套作小麦/玉米土壤EC值均随着施氮水平的提高呈先减小后增大的趋势，许多研究也认为施加氮肥能够缓解盐分对作物生长的有害影响[11,12]，但施用过量氮肥又有可能会加重土壤的盐渍化并且抑制作物生长[13]。N2P2处理的施氮水平下土壤EC值最小，但当施氮水平提高到N3P2处理的施氮水平时，土壤EC值不再随着施氮水平的提高而减小。说明氮磷合理的配施促进了作物的生长和作物根系的生长，提高了作物对养分的吸收能力，施入的养分大部分就随着作物的吸收而进入了植物体内，减少了残留在土壤中的养分，进而减少了土壤中盐分的来源，降低了土壤所含盐分。

套作小麦玉米的土壤EC值随着土层深度的增加而降低，土壤表层蒸发量大，EC值明显高于其下各层，出现盐分表聚的现象，20～40 cm土层土壤EC值大幅度降低，40 cm以下各土层EC缓慢上升。套作小麦玉米共生期玉米行土壤EC值大于小麦行土壤EC值，施肥处理与不施肥的处理相比，施肥均减小了土壤EC值，且较对照处理小麦EC均值分别减小了11.7%、15.28%、29.9%、21.83%，玉米EC均值分别减小了8.31%、20.49%、50.05%、39.88%，施肥对玉米土壤EC值的影响明显大于小麦。

2.3 优化磷配比下施氮水平对作物产量的影响

由图5分析可知，经方差分析各施肥处理间作物产量差异均显著(P<0.05)，与不施肥处理相比，套作小麦分别增产14.04%、34.44%、66.28%、45.76%，套作玉米产量分别提高了20.50%、35.69%、64.51%、49.32%，施肥使作物的产量均明显增加，且小麦、玉米在N2P2处理下的增产率最高。在优化磷配比下作物的产量随着施氮水平的提高而增加，但当施氮水平达到N3水平时，作物的产量有下降的趋势，说明合理的氮磷配施(N2P2)能够有效的提高作物的产量。这与许多研究的结果一致，适当的范围内, 随着施氮量的增加,小麦的生物量和产量都明显增加[5,15]，而施氮量超过一定量时，小麦产量反而降低[15,16]，氮素利用率下降，造成巨大的资源浪费和经济损失，同时也对环境造成不良的影响[17]。

注:不同字母表示不同处理间差异达5%显著水平。图5 不同施氮水平下作物的产量变化Fig.5 The change of crop yield under different nitrogen levels

2.4 施氮水平与土壤含水率、盐分及作物产量的相关性分析

表3、表4的相关性分析结果表明，施氮量与土壤含水率之间呈显著负相关(P<0.05)，与土壤盐分的相关性为极显著负相关(P<0.01)，与产水平之间存在极显著正相关关系(P<0.01)，由此可见土壤盐分、作物产量受施氮水平的影响最大，其次为土壤含水率。由表还可知，土壤含水率与土壤盐分呈极显著正相关(P<0.01)，与套作小麦产量呈极显著负相关(P<0.01)，与套作玉米产量呈显著负相关(P<0.05)，土壤盐分与产量之间存在极显著负相关(P<0.01)的关系，说明作物产量与土壤含水率、土壤盐分之间相互关系密切。

表3 施氮水平与小麦土壤含水率、盐分、产量之间的相关性Tab.3 The correlation between N application level andwheat soil moisture content, salt, yield

注:*表示差异达5%显著水平，**表示差异达1%显著水平。

表4 施氮水平与玉米土壤含水率、盐分、产量之间的相关性Tab.4 The correlation between N application level andwheat soil moisture content, salt, yield

注:*表示差异达5%显著水平，**表示差异达1%显著水平。

3 结 论

(1)在小麦全生育期内，土壤含水率呈现出先升后降的趋势；土壤盐分先增加，在抽穗期达到最高，之后逐渐降低。玉米的土壤含水率在整个生育期内呈现降升降的趋势，在灌浆期达到最低；玉米土壤盐分在拔节期达到最高，随着生育进程的推进，土壤盐分逐渐降低。

(2)套作小麦玉米土壤含水量随着土层深度的增加随之增加，60 cm土层以下的土壤含水率基本稳定；，小麦对水分的竞争力大于玉米，能获取更多的水分资源并且高效地利用。套作小麦玉米的土壤EC值随着土层深度的增加而降低，土壤表层出现盐分积聚的现象，20～40 cm土层土壤EC值大幅度降低，40 cm以下各土层EC缓慢上升；小麦玉米共生期间施肥对玉米土壤EC值的影响明显大于小麦。

(3)在优化磷配比下，土壤含水率、盐分随施氮水平的提高而减小，施氮水平为N2时土壤含水率、盐分最低，当施氮水平达到N3水平时，含水率、盐分反而上升，氮磷配施量适宜可以增加作物对土壤水分和养分的吸收利用，提高水分的利用效率，减少残留在土壤中的养分含量而降低土壤盐分含量，提高养分的利用率。

(4)不同处理作物产量的大小关系为：N2P2>N2P3>N1P2>N0P2>N0P0，并且各处理间差异显著，在优化磷配比下作物的产量随着施氮水平的提高而呈先增加后降低的趋势，并且以N2P2处理的产量最高，合理的氮磷配施可以显著提高作物的产量。

(5)施氮水平与土壤含水率之间呈显著负相关(P<0.05)，与土壤盐分的相关性为极显著负相关(P<0.01)，与产量之间存在极显著正相关关系(P<0.01)，同时土壤含水率与土壤盐分呈极显著正相关(P<0.01)，与小麦产量呈极显著负相关(P<0.01)，与玉米产量呈显著负相关(P<0.05)，土壤盐分与产量之间存在极显著负相关(P<0.01)的关系。

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