施磷量对盐碱地柳枝稷生长及土壤养分的影响

闫承宏，吴 娜，刘吉利，赵 匆，4，何海锋

(1.宁夏大学农学院，银川 750021；2.宁夏大学生态环境学院，银川 750021；3.宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地，银川 750021；4.宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，银川 750021)

【研究意义】宁夏引黄灌区土壤盐碱化问题较为严峻[1]，土壤障碍强烈。据统计该区次生盐渍化面积达2.4×105hm2，约占现有耕地面积的48.9%，主要集中在包括贺兰县、平罗县和农垦集团公司所属的南梁农场、前进农场的银川以北地区[2]。土壤盐渍化严重影响该地区域生态效益、经济效益以及社会效益，制约了当地农业生产可持续发展。目前，我国学者针对盐碱地的改良方式主要有4种: 物理、化学、工程和生物改良措施[3]。关于生物措施，即选用一些耐盐碱的作物进行种植，如紫花苜蓿、碱蓬、柽柳、星星草等。有研究发现，通过生物措施改良的盐碱地脱盐效果不仅持久、稳定，而且有利于水土保持及生态平衡[4]。能源作物柳枝稷具有一定的抗盐能力[5]，可用于盐碱地生物改良。盐碱地种植能源作物既不占用耕地，又能大量生产生物质能源，同时对盐碱地生态修复具有重要意义[6]。【前人研究进展】磷是植物生长发育所必须的大量元素之一，其缺乏将不利于作物生长发育和产量形成[7]。土壤中的磷素含量并不高，为创造优质土壤条件，以获得作物高产高效，需要将肥料补充到土壤中，提高土壤活性磷的含量[8]。宁晓光等[9]发现磷肥可作为盐碱土壤的有效改良剂，在盐碱地增施磷肥可以降低盐碱胁迫，改善土壤环境。周桂生等[10]研究表明，中度盐碱地种植蓖麻的最佳施磷量为90 kg/hm2；卢闯等[11]研究结果显示，河套地区重度盐碱地施磷量为180 kg/hm2时，食葵生长最好且土壤微生物多样性增加；童晨[12]则发现，施氮量225 kg/hm2、施磷量90 kg/hm2是中度盐碱地种植蓖麻的最佳施肥量。提高土壤肥力、降低土壤盐碱是盐碱区农业生产的重要工作[13]。合理的施用化肥可以较好的保持和提高土壤肥力[14]。【本研究切入点】前人在盐碱地治理方面已有诸多研究，但就区域性柳枝稷适宜品种的最佳施磷量的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】本研究针对宁夏银北盐碱地区，通过对不同施磷条件下柳枝稷生长指标和土壤养分动态进行对比分析，探究不同施磷水平下对盐碱土壤的改良，以认知柳枝稷耐盐碱的特性，为宁夏盐碱地区柳枝稷品种选育及磷肥管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于宁夏银川北部典型盐碱区平罗西大滩(38°50′23.8″N，106°23′54.1″E)，试验地点选择在宁夏大学西大滩盐碱地试验站。该地区常年干旱少雨年，均降水量为173 mm，蒸发量大，全年平均相对湿度为56%，富水性差，属于干旱的中温带季风气候，植被类型以耐盐碱植物为主。试验地块选择中度盐碱地，基础理化性质见表1。

表1 试验地0～20 cm土壤基础理化性质

1.2 试验设计

本试验供试材料为高地型柳枝稷品种Pathfinder。采用单因素随机区组设计，共设置3个处理：不施磷、低磷30 kg/hm2和高磷90 kg/hm2，分别用P0、P30和P90表示。重复3次，各处理小区面积为5 m×6 m=30 m2，行距为50 cm，株距为25 cm。试验期间按照当地旱作农业统一进行田间管理。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤盐碱及养分 于柳枝稷成熟期，用土钻随机采用“S”形布点法在每小区各采样3个采集土样，每个点分4层取样，深度分别为0～20、20～40、40～60、60～100 cm。将样品带回室内并剔除可见的石砾、根系和其他杂质，在阴凉通风处自然风干、研磨、混匀，过1 mm筛。土样pH采用pH计测定(水土比5∶1)；土样盐分含量用电导率仪测定电导率(EC)后，按照经验公式计算全盐含量[15]。土壤有机质采用重铬酸钾—硫酸外加热法；有效磷用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法；碱解氮采用扩散法测定。各测定项目结果均取3次重复平均值。

1.3.2 柳枝稷指标 株高：每小区随机选取长势均匀的柳枝稷10株，测量每株自地面到顶端生长点高度。分蘖数：随机选取10株柳枝稷观测地表根茎部形成的分枝数。地上部生物质产量：待柳枝稷成熟后，每小区收获1 m2，刈割留茬5～10 cm，80 ℃烘干至恒重后换算出地上部生物质产量。另每小区采集3株植株样品，将其分为茎、叶、穗，105 ℃杀青后于80 ℃烘干，粉碎、过筛保存以测定植株养分。植株全氮用H2SO4-H2O2消煮,采用凯氏定氮法测定;全磷用钒钼黄比色法测定。

1.4 数据处理

植株地上部氮/磷素携出量(kg/hm2)=Σ植株各器官干重×氮(磷、钾)含量；

养分平衡采用表观平衡法[16]计算：

养分平衡值 = 养分投入量-作物携出量;养分盈余率(%)= (平衡值/作物携出量)×100。养分投入量仅包括化肥投入量；携出量仅包括作物收获而带出的养分含量。

用Excel 2010进行数据处理和作图，IBM SPSS Statistics-22软件进行显著性检验。采用单因素方差分析 (One-way ANOVA) 和Duncan检验法进行所有组间均值的比较，检测不同数据组间的差异显著性。用Canoco 4.5绘制RDA图。

2 结果与分析

2.1 施磷水平对柳枝稷生长及产量的影响

由表2可知，盐碱地施用磷肥对柳枝稷株高、分蘖数和产量均有明显的促进作用。总体上看，随磷肥施用量的增加，柳枝稷株高和茎粗均呈增长趋势，株高在不同处理间差异不显著，P90处理下分蘖数较P0处理显著增加了10.26%。施用磷肥可提高盐碱地柳枝稷地上部生物质产量，P30和P90处理下分别较P0增产27.97%和45.25%，且差异显著。这说明柳枝稷地上部生物质产量的变化随施磷量增加表现出明显的协同效应。

表2 不同处理对柳枝稷株高、分蘖数及生物质产量的影响

2.2 土壤盐碱特征

各处理变化趋势基本一致，0～100 cm土壤pH随施磷量增加均表现为显著降低(图1-a)。与P0相比，P30处理下不同土层处土壤pH较其降幅在0.7%～2.79%，P90处理下在2.91%～5.48%，P90处理降幅最大。随土层加深，磷肥降低土壤pH的趋势逐步减缓。如图1-b所示，0～100 cm土壤盐分含量随施磷量的变化趋势与pH相似。对于0～20 cm土层，施磷对土壤盐分含量的影响十分明显，P30和P90处理下全盐量较P0分别降低了43.83%和59.88%。对于20～40和40～60 cm土层，P30和P90处理下土壤全盐量无显著差异，但较P0均显著降低，P90处理下盐分含量较P0降幅最大，分别降低了41.26%和17.62%。在60～100 cm土层，土壤全盐量在P0和P30处理间差异不显著，P90处理下则较P0显著降低了17.52%。随土层加深，施磷对土壤盐分含量的降低趋势逐渐减弱。

不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同The different lowercase letters indicate significant differences among treatments (P<0.05). The same as below图1 不同处理0～100 cm土层土壤pH和全盐量变化Fig.1 Changes of soil pH in 0-100 cm soil layer under different treatments

2.3 土壤养分特征

由表3可知，在0～20 cm土层有机质含量在P30和P90处理时，分别较P0显著提高7.78%、16.73%，不同施磷水平间差异显著。20～40 cm土层P0和P30处理间无显著差异，P90有机质含量较两者显著增加6.27%和35.54%。在40～60 cm土层，P30与P0处理间差异不显著，P90处理下较P0处理显著增加22.59%，P30与P90处理间差异不明显。在60～100 c m土层土壤有机质含量表现出与20～40 cm土层相似的趋势。

表3 0～100 cm土层养分状况

土壤有效磷含量对磷肥施用量的响应较为明显，表现为随施磷量增加而逐渐升高。在0～20和20～40 cm土层内，P90处理下土壤有效磷分别较P0明显升高12.07、7.75 mg/kg，而P0和P30间差异并不显著。对于40～60 cm土层，3种施磷水平间差异并不显著，但有效磷含量还是随施磷量增加表现出小幅度的增加。对于60～100 cm，P90处理较P0升高1.04 mg/kg。

施磷显著影响0～20 cm土层土壤碱解氮含量，在P30和P90处理下较P0提高了6.39%、12.75%。在20～40 cm土层，P30 与P0处理间不存在显著性差异，P90处理下则较P0提高了8.39%，40～60 cm土层表现出与20～40 cm相似的趋势，不同的是该土层P30与P90处理间碱解氮含量无明显差异。对于60～100 cm土层，低磷和高磷处理间无显著差异，但较不施磷处理均显著增加(P<0.05)。

2.4 养分收支平衡

由表4可知，施磷量由0增加到90 kg/hm2时，柳枝稷地上部氮素携出量随之增加，P30和P90处理间差异不明显，但相较于P0分别提高了27.16%、43.38%。氮素平衡值为P0>P30>P90，P30同P90间无显著差异。本试验各处理下氮素表观盈余率均为负值，说明氮素处于亏缺状态。

表4 不同处理柳枝稷—土壤体系中的氮/磷素平衡

柳枝稷地上部磷素携出量的变化趋势与氮素的相同。不同磷肥水平间磷素携出量差异显著，P30和P90处理较P0分别增加了36.35%和74.58%，表观平衡值和盈余率均表现为P0

2.5 RDA分析

如图2所示，对柳枝稷生长指标及土壤指标与生物质产量开展RDA分析，轴1(RDA1)和轴2(RDA2)解释率分别为98.64%和1.36%。从中可知，本试验中植株磷素携出量、磷素表观平衡值、土壤有机质含量、土壤有效磷含量及碱解氮含量是驱动柳枝稷产量形成的主要因素，其次为植株氮素携出量、分蘖数和株高。此外，土壤pH、全盐量、氮素表观平衡值与生物质产量显著负相关。这说明降低土壤盐碱含量，增加土壤养分有助于增产，合理的氮磷调控可促进柳枝稷对营养元素的吸收，从而为柳枝稷地上部干物质产量的积累提供物质基础。

EC为土壤盐分含量，OC为土壤有机质，AN为土壤碱解氮，AP为土壤有效磷，TN为植株氮素携出量，TP为植株磷素携出量，BN为氮素表观平衡值，BP为磷素表观平衡值，Y为地上部生物质产量EC is soil salt content; OC is soil organic matter; AN is soil alkali-hydrolyzable nitrogen; AP is soil available phosphorus; TN is plant nitrogen output; TP is plant phosphorus output; BN is nitrogen apparent equilibrium value; BP is phosphorus apparent equilibrium value; And Y is aboveground biomass output图2 生物质产量与生长指标及养分含量RDA分析Fig.2 RDA analysis of biomass yield, growth index and nutrient content

3 讨 论

研究表明，在盐碱土壤上，植物的生长指标(如株高、茎粗、分蘖数等)以及产量随施肥量的增加而升高[17-19]。刘金彪等[20]研究认为施磷可显著提高柳枝稷生物量，刘鑫等[21]研究认为磷肥提高了油橄榄的株高、茎粗等生物学特性，对植株生长发育起到促进作用。曾洪玉等[22]通过设置不同磷肥梯度，发现增施磷肥不仅提高了油菜农艺生长性状，而且有利于增产。这些研究结论与本试验结果基本一致，施磷使得柳枝稷生长良好、单株分蘖数增多，从而增加了与土地的接触面积，使得作物与土壤之间的互动更为强烈，进一步为柳枝稷获得高产提供基础。

土壤pH影响土壤养分的存在状态，同时也决定肥料的施用效果，对植物的生长发育有直接影响[23]。全盐量作为表征土壤盐化程度的重要指标，与土壤质地及施入的肥料密切相关[24]。前人研究指出，盐碱地施用磷肥可显著降低土壤pH[25]和盐分含量[26]。本研究结果表明，不同施磷量对盐碱地0～100 cm土层土壤pH和盐分含量的影响相同，各土层土壤pH和盐分含量均随施磷量增加而降低。这与前人的结论基本一致，即施磷可降低土壤pH值和盐分含量，缓解土壤盐碱压力。

土壤养分是土壤肥力的重要组成部分，是判断土壤肥力可持续性和作物产量稳定性的重要指标[27]。李玉等[28]、俄胜哲等[29]研究认为土壤养分含量直接影响作物的产量。土壤有机质和速效养分可作为土壤质量评价的重要参考指标。卢九斤等[30]认为，施用磷肥可提高土壤有机质、有效磷及碱解氮的含量，改善土壤养分状况。本研究结果表明，柳枝稷收获后土壤中各养分含量均表现为随着土层深度的增加而减少，磷肥的效果受土层深度变化的影响比较明显，在0～20 cm土层，施用磷肥处理土壤有机质、有效磷及碱解氮含量均显著高于不施磷处理，随着土层的加深，各指标磷肥处理较不施肥处理差异有所减小。同时，RDA结果显示，柳枝稷地上部生物质产量与土壤盐碱指标负相关，与土壤养分指标明显正相关，这表明降低土壤盐碱含量并改善养分状况，是作物获得高产的重要途径。这与前人结论基本一致。

当下我国主要农作物的施肥量可结合测土配方施肥与作物产量的养分消耗量来定。由于磷肥施入土壤后基本没有损失，所以土壤磷素的长期盈余或亏缺决定着土壤磷素的发展方向[31]。本研究中，随着磷肥施用量增加，柳枝稷地上部对磷素的携出量增加，土壤中磷素的盈余量也增多。这与付蓉等[32]、李前等[33]的研究结果相似；本研究结果表明，仅在施磷量为90 kg/hm2时土壤中磷素处于盈余状态，可为作物后续提供营养，在一定意义上提高了土壤对于磷素的供应潜力。氮素携出量的变化与磷素相同，不同的是，土壤中氮素的盈余量逐渐减少，3种施磷处理下，氮素均处于亏缺状态。但本试验中施磷90 kg/hm2时磷素盈余率为86.05%，磷素作为陆地生态系统中仅次于氮的第二大限制植物生长的养分[35]，可在一定程度上弥补氮素不足造成的影响。

4 结 论

施磷显著影响盐碱地柳枝稷生长和土壤养分含量。在宁夏银北中度盐碱地，磷肥使得柳枝稷生长良好，从而积累更多的生物质产量。增施磷肥不仅降低了土壤pH和全盐含量，且土壤有机质、有效磷、碱解氮含量均有所提高，但随土层加深，这种有利影响有所减弱。综合各因素考虑，本试验条件下，施磷量90 kg/hm2有利于为银北盐碱地区土壤改良和柳枝稷高产。