有机物料与化肥配施改良盐碱耕地的效果研究

马桂秀，林治安，李志杰，温延臣*

（1.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；2.山东安丘市农业局，山东 安丘 262100）

我国的盐碱土地面积较广，种类较多，盐碱土地面积几乎占全国土地面积的1/3，约占全世界盐碱土面积的1/10，分布范围较广，环境条件复杂，覆盖了热带和寒温带、滨海和内陆、低地和高原地区。据统计，全国约有盐碱耕地面积占耕地总面积的10%以上［1］。对盐碱土地进行改良、开发利用，不但可以增加产量，缓解粮食危机，而且可改善生态环境，提高人们的生活质量［2］。

盐渍化土壤由于含有过高的土壤盐分，致使作物生长不良。盐碱土的土壤物理性状表现为“瘦、板、生、冷”［3］，“瘦”即土壤肥力低，营养元素缺乏；“板”即土壤板结，容重高，透性差；“生”即土壤生物性差，微生物数量少、活性低；“冷”即地温偏低。盐渍化土壤溶液中可溶盐类浓度过高，就会造成作物吸水困难，产生生理脱水而萎蔫死亡，同时也会影响作物对养分的吸收而破坏作物的矿质营养平衡。甚至某些碱性盐类直接腐蚀毒害作物，还抑制有益微生物对养分的有效转化。因此如果不进行改良就会影响作物正常生长，造成种植效益极低，严重阻碍农业生产的发展。

我国对盐碱地进行大规模的研究和开发治理工作始于20世纪50年代，多以农业措施进行改良的单项措施为主，亦称农改阶段。如刮盐改碱，围埝蓄淡，翻淤压碱，耕作防盐，增施有机肥料和种植耐盐作物等，收效甚微。在50年代末至60年代初，以水利改良措施为主，亦称水改阶段。但由于大引大蓄大灌，有灌无排，造成次生盐渍化面积急剧扩大。60年代中期，在熊毅等人倡导下，利用井灌井排取得很好的效果。至70年代后期进入农、林、水综合治理阶段，进行大规模的农田水利工程建设，排灌配套，并加强了农田复合生态系统和土壤肥力建设，促进水、肥、盐、生物的良性循环，取得显著的治理改良效果。

盐碱耕地的改良利用在于通过采取相应措施改善这些不良性状，获得较高的产量。我国在盐碱土治理方面积累了丰富的经验和技术，形成了综合治理的理论和实践［4］，但以往的改良措施或经验一般先降低土壤盐分，再改善土壤结构和培育地力，由于这类土壤产出少，人们不重视，施肥量也严重不足，使得治理过程漫长，收效较慢。本研究的思路在于通过大量施用有机物料改善土壤通透性，降低盐分，培肥地力，同时配合施用化肥来提高作物营养供应，达到快速高效改良盐碱耕地或在改良过程中同时获得较高的产量或收益，本研究针对灌排工程配套的盐碱耕地，采取以增加能量投入调控盐碱为核心［5］，使盐渍化土壤得到改良，效益大幅提升，将为我国盐渍土提供快速高效改良利用的途径。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验地设在中国农业科学院德州盐碱土改良实验站陵县试验基地的盐碱耕地，位于北纬37.35°，东经116.57°，海拔高程为黄海21.36 m。试验地土壤类型为盐化潮土，质地为轻壤土（黏粒含量19.5%；粉粒含量65.6%；砂粒含量14.9%），试验开始前0～20 cm土层土壤理化性质见表1。土壤盐渍化学类型（=0.8）以硫酸盐-氯化物盐土为主［6］。

表1 供试土壤基础肥力与理化性质

本地区属暖温带大陆性季风气候，四季分明，日照时数长，光照强度大，且多集中在作物生长发育的前中期，有利于作物光合作用的进行，年日照时数2 812 h，年平均气温13℃，≥0℃积温4 938oC，≥10℃积温4 418℃，年太阳辐射总量526×103J/cm3，无霜期200 d左右。多年平均降水量600 mm左右，70%的降水集中在7、8、9月。多年平均水面蒸发量2 200 mm左右。周年土壤盐分动态变化表现为春季（3～5月）和秋季（10～11月）两个积盐高峰期，夏季脱盐期（7～9月），冬季相对稳定期（12～2月）［7］。

1.2 试验材料

试验地位于中国农业科学院德州盐碱土改良实验站陵县基地，供试作物为冬小麦-夏玉米一年两作，小麦品种为济麦22，夏玉米品种为郑单958。

1.3 试验设计

试验于2016年9月开始布置，设置4个处理，3次重复，小区面积5 m×6 m=30 m2，随机排列，按等氮量投入，磷、钾随有机物料自然带入。试验处理见表2。牛粪为试验基地有机肥腐熟场经自然腐熟，麦秸采用造纸厂的下脚料碎麦秸，化肥采用尿素（N 46%），磷肥用普钙（P2O516%），钾肥为氯化钾（K2O 50%）；有机肥和磷、钾肥用作基肥一次施入，氮肥1/2基施，1/2于孕穗期追施。夏玉米期不施有机肥，各处理化肥用量与冬小麦季相同。

表2 试验处理

由于盐碱耕地盐分的空间变异性较大，为保证试验地耕层的均匀性，先划分12个小区，采用割块匀地法，即将每小区分割12块，把其中的11块每块0～30 cm土层分别运至其他各个小区，其它11个小区也各有一块运回本小区，依次类推。匀地后先用拖拉机旋耕一遍，然后再培植小区，每小区采集基础混合土样，铺施基肥，人工翻耕整地，10月13日人工搂沟播种小麦，播量225 kg/hm2，行距20 cm。6月15日人工点种玉米，株行距为30 cm×60 cm，其它措施同常规管理。

1.4 样品采集与方法

土样采集：于试验开始未施肥时和第二年玉米收获后用土钻采集土壤样品，每试验小区随机取5个样点混合，分为0～20、20～40、40～100 cm 3层，样品经剔除石块和动植物残体等杂质，其中耕层0～20 cm一部分风干、磨细，过1和0.25 mm筛用于有机质、全氮、有效磷、速效钾等养分测定，另一部分鲜样冷藏用于酶活性测定；20～40、40～100 cm土层样品风干、磨细，过1 mm筛用于盐分测定。

产量测定：收获期各小区单独收获6行小麦、3行玉米，测定籽粒产量，取样测定穗数、穗粒数和千粒重。

土壤养分测定：参见鲍士旦［8］的土壤农化分析，有机质采用重铬酸钾容量-外加热法，全氮采用浓硫酸催化剂消煮-凯氏定氮法，有效磷用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定。

土壤全盐及pH值的测定：用电导法测定电导率（EC）值，pH值采用pH计测定，水土比5∶1，根据经验公式计算土壤全盐含量。

土壤物理结构及活性测定：土壤转化酶活性测定参考关松荫［9］方法，土壤容重、孔隙度采用环刀法。各级孔隙计算公式：总孔隙度P1（%）=（1-土壤容重D/土壤比重d）×100；土壤毛管孔隙度P2（%）=田间持水量×土壤容重D；非毛管孔隙度P3（%）=P1-P2。

2 结果与分析

2.1 有机物与化肥配施改善盐碱耕地土壤肥力

盐碱耕地施用的有机物质经过土壤微生物的分解作用和自然氧化分解作用变成土壤中的各种小分子有机物质，使土壤有机质和土壤养分含量增加［10］。2017年10月的耕层（0～20 cm）土壤养分的测定结果表明，盐碱耕地大量施用有机物质后，土壤有机质含量提高，施用牛粪加化肥处理由8.07 g/kg上升到11.18 g/kg，麦秸加化肥处理由8.26 g/kg上升到10.16 g/kg，而单施化肥和对照基本上没有变化（表3）。作物必需的大量元素氮、磷、钾也有所增加，3个不同施肥处理均比对照的土壤全氮增加80%以上；有效磷和速效钾也都有大幅提高。

表3结果说明盐碱耕地大量施用有机物质，可增加土壤有机质，提高土壤肥力，进而改善土壤结构和物理性质，扩大土壤含水量和通气性［11］。与此同时，还可以促进土壤微生物的生长和繁殖，进一步改善盐碱土的物理性质和化学性状，逐步形成土壤性状的良性循环。

表3 盐碱耕地大量施用有机物质土壤养分含量变化

2.2 有机物与化肥配施改善盐碱耕地土壤结构

增施有机肥可改善盐碱土壤结构特性［12］，利于土壤团聚体的形成，土壤团粒结构增多，土壤有机质含量增加。从不同处理耕层0～20 cm测定结果看出（表4），土壤总孔隙度增加的效果依次为牛粪加化肥＞麦秸加化肥＞单施化肥＞对照，土壤容重降低的次序也相同。说明盐碱耕地大量施用有机物质后土壤通透性明显改善，利于作物生长和土壤盐分的淋溶［13］。

2.3 有机物与化肥配施对土壤pH值的影响

表5为不同施肥处理对土壤pH值的影响，从表中可以看出，与不施肥的对照相比，施肥处理土壤pH值呈下降趋势，尤其是有机肥和化肥配施处理（化肥+牛粪和化肥+麦秸），但因为试验持续时间较短，pH值变化均未表现出差异显著性。

表4 盐碱耕地不同施肥处理的土壤物理性状

表5 盐碱耕地不同施肥处理的土壤pH值

2.4 有机物与化肥配施增加盐碱耕地土壤微生物数量和酶活性

施入土壤中的有机物质为土壤微生物提供能量，土壤微生物种类和数量的多少是土壤生物活性的重要体现，也是反映土壤改良效果和土壤肥力状况的重要指标。从耕层（0～20 cm）土壤微生物的测定结果看出：施用有机物质处理的土壤真菌、细菌、放线菌数量均有大幅度增加（表6），施用牛粪最高，麦秸次之，而单施化肥和对照却没有明显变化。

土壤酶活性与土壤微生物、土壤呼吸强度密切相关，同时也是表征土壤肥力水平和熟化程度的重要指标，本试验选择与微生物生命活动关系较为密切的转化酶进行分析比较，从表3可以看出：施用牛粪和麦秸处理的耕层（0～20 cm）土壤转化酶活性都有较大提高；因此，施用有机物质可提高盐碱耕地土壤微生物数量［14］，改善盐碱耕地土壤质量状况。

表6 盐碱耕地不同施肥处理的土壤微生物数量变化

2.5 有机物与化肥配施有效降低盐碱耕地土壤盐分含量

有机物质的大量投入，对土壤结构改善、养分供应、水分保持、土壤肥力产生重要影响［15］，也必将对土壤盐分的组成和性质、盐碱土的改良产生重要影响。2017年10月全盐分析（EC值）结果（表7）表明：对照耕层0～20 cm土壤全盐含量微量减少，施用牛粪加化肥减少60.8%，麦秸加化肥减少35.5%，单施化肥减少17.8%。20～40和40～100 cm土层EC值对照均有少量增加，其他施肥处理均有不同程度减少。

2.6 有机物与化肥配施提高盐碱耕地作物产量

从田间试验长势观察，施用有机物配合化肥处理明显好于单施化肥和对照，小麦春季最大分蘖数分别为牛粪加化肥处理106×104个，麦秸加化肥处理98×104个，单施化肥73×104个，对照32×104个。从产量结果（表8）看出，小麦季牛粪加化肥比单施化肥增产65%，比对照增产6倍；麦秸加化肥比单施化肥增产15%，比对照增产近4倍；单施化肥比对照增产3倍以上。夏玉米季牛粪加化肥比单施化肥增产79%，比对照增产近3倍；麦秸加化肥比单施化肥增产49%，比对照增产近2倍；单施化肥比对照增产1倍以上。因此，大量施用有机物配合化肥能使盐碱耕地得以快速改良和利用。

表7 盐碱耕地不同施肥处理的土壤EC值及其变化

表8 盐碱耕地不同施肥处理的产量比较

3 讨论

前人研究表明，有机物质是改良盐碱土的重要物质，土壤有机质含量与土壤EC值存在负相关曲线关系［5］，增施有机肥料，有机无机结合施肥，可以显著增加土壤有机质含量，提高土壤肥力，改善盐碱土壤生态环境，促进脱盐，抑制返盐，改善盐碱土壤物理、土壤化学、土壤胶体和土壤生物性状。Macdonald等［16］研究提出每公顷施用10 t的生物碳可以提高盆栽盐碱土中小麦的地上部生物量，同时降低土壤容重。Akhtar等［17］研究发现生物碳通过吸附Na+改善盐胁迫下马铃薯的生存环境，增加地上与地下生物量，降低土壤容重。有研究指出单独施用生物炭对土壤化学性质和养分状况虽有一定的改善作用，但作物增产效果不明显甚至减产［18］，而生物炭与不同量化肥配合使用均可提高作物生长状况和产量，相比传统的施肥方式还可以节约化肥使用成本［19-20］。秸秆还田处理主要提高了0～20 cm土层土壤微生物数量和有机碳含量。在盐碱地种稻改良过程中增施有机肥料不仅可以提高土壤有机质含量，而且还可以改善土壤理化性状，增强土壤保水保肥能力，还可以抑制土壤返盐［21］。也有棉秆还田试验结果表明，棉秆还田有助于提高表层土壤的孔隙度，增强其保水性，能有效降低0～20 cm土层中Na+和Cl-含量［22］。

盐碱耕地都存在肥力差，结构不良，土壤板结，极易返盐的现象。中度以上盐碱地一般缺乏有机物质的投入，使得改良历程漫长，通过大量施用有机物质，改善土壤结构［23］，减少土壤蒸发，有效地降低了土壤含盐量，增加土壤有机质含量，土壤活性增强，土壤的各项理化指标得到改善，使土壤环境逐步向良性发展［24-25］。

我国每年产出约8亿t的农作物秸秆，其中高达40%作为废料直接就地焚烧［26］，既浪费资源又污染环境。盐碱耕地大量施用有机肥或秸秆既能改良土壤，又可减少化肥投入，还降低环境污染。因此，在控制好地下水位和有淡水灌溉洗盐的条件下，大量施用有机物质以改善土壤结构和生物活性，增加土壤通透性，配合施用一定量的化肥以供作物生长所需营养，就可以达到快速、绿色、高效改良利用盐碱耕地的目的。

4 结论

在盐碱耕地上通过有机物与化肥配合进行改良的试验表明，在等氮量投入条件下，施用牛粪加化肥处理的土壤有机质由8.07 g/kg上升到11.18 g/kg，麦秸加化肥处理的土壤有机质由8.26 g/kg上升到10.16 g/kg，单施化肥和对照的土壤有机质基本上没有变化；耕层土壤总孔隙度和容重改善的效果依次为牛粪加化肥＞麦秸加化肥＞单施化肥＞对照，土壤真菌、细菌、放线菌数量以施用牛粪最高，麦秸次之，而单施化肥和对照却没有明显变化。耕层0～20 cm土壤EC值，施用牛粪加化肥减少60.8%，麦秸加化肥减少35.5%，单施化肥减少17.8%。小麦季牛粪加化肥比单施化肥增产65%，比对照增产6倍以上；麦秸加化肥比单施化肥增产15%，比对照增产近4倍；夏玉米季牛粪加化肥比单施化肥增产79%，比对照增产近3倍；麦秸加化肥比单施化肥增产49%，比对照增产近2倍。牛粪配施化肥比麦秸配施化肥的改良利用效果更显著，生产上采取何种措施应视当地的现实资源条件而定。