施肥对碱化土壤及倒茬作物的影响

马玉露，马金慧，张庆国，马玉桩，苏雅乐其其格

（内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽 028043）

近年来，随着全球人口数量的日益增加、化肥施用量的不断提高以及土壤质量的日趋恶化，如何做到既能满足人类对农产品的需求，又能在保持土壤质量健康的基础上实现农业绿色可持续发展，已成为当今农业领域的重要议题。施肥作为农业生产过程中的重要农艺措施之一，对土壤健康和作物产量的影响很大。科学高效的施肥方式不仅能补足因作物吸收、雨水淋洗和土壤固定等造成的土壤养分亏缺，还能促进作物稳产高产，为种植户带来不菲的经济回报。

化肥作为现代工业迅速发展的产物，自1843 年普通过磷酸钙生产问世以来，已历经近200 载，其对当今农业的高产可谓功不可没。工厂化、规模化生产的化肥虽然凭借着稳定的养分释放、富裕的速效养分和相对低廉的价格迅速占领市场，但也使千百年来我国农村一直施用的有机农家肥所占比例明显下降，有机肥的作用被严重忽视。尽管化肥具有养分高效、价格低廉、施肥方便且容易获得等优点，但是大量事实证明，长期大量施用化肥势必会对土壤健康产生影响，造成土壤板结、土壤盐渍化、环境恶化等［1-3］。有研究表明，有机肥含有作物生长发育的多种必须营养元素和生长活性物质，且长期持续提供养分，有助于农作物的稳产高产优产，同时，有机肥还能促进土壤微生物的生长增殖，对土壤缓冲性能和土壤理化性质有良好的改善功能［4-5］。因此，有机肥和化肥配合施用可以达到取长补短的效果，为作物同时供应速效和缓效养分。

芥菜是通辽市当地特色食品咸菜丝、芥菜干等主要原料，含有丰富的维生素，是很受欢迎的经济作物。本试验以芥菜为研究对象，探究化肥与有机肥料配施对芥菜产量及土壤中八大离子含量和碱化度的影响，以期为通辽市芥菜种植的肥料管理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于内蒙古自治区通辽市科尔沁区辽河镇福安屯村（东经122°10′22″～122°10′45″，北纬43°42′19″～43°42′19″），海拔高度180～200 m，属于温带大陆性气候，且大陆性显著。该地气候特点为冬季寒冷漫长；夏季炎热短暂，降雨多集中于7—8 月份，雨热同期，平均年降水量395 mm，平均年蒸发量1 767 mm，蒸发量远远高于降水量，地下水易通过土壤到达地表；多年平均气温5.2 ℃，平均年日照时数约3 000 h；无霜期年均150 d；年相对湿度55%～61%。受季风气候影响，冬季多刮偏北风，夏季多刮偏南风［6］。由于近年施用化肥，该田块已逐渐盐碱化。

1.2 试验材料

所施化肥为硫酸钾型加锌加硼复合肥料（N-P2O5-K2O 为12-18-15，总养分≥45%，江苏万丰肥业公司），有机肥为牛粪（辽河镇福安屯村），芥菜品种为北蔬芥菜疙瘩种子（网购于京东平台）。

1.3 试验方案

试验前茬作物为小麦，2022年4月1日播种，7月28日收获，后茬作物为芥菜，8月2日播种，10月15日收获。试验地共分为4个处理小区，分别是对照区（CK）、单施化肥区（H）、单施有机肥区（Y）以及有机肥化肥配施区（HY），施肥量见表1，小区面积0.067 hm2，3次重复。产量测定采取三点法：在1个小区随机取3个样点进行芥菜产量测定，每个样地面积为1 m×1 m。

表1 试验施肥方案Tab.1 Experimental fertilization scheme kg·hm-2

在各小区分别对0～20 cm土层进行土样采集，并在各区域分别按照五点法随机取约1 kg的土样，通过四分法将采集的土样封存于自封袋中，并及时送往实验室进行风干处理，风干后研磨并过1 mm筛［7］，收集并储存好后备用。

1.4 测定项目和方法

土壤金属阳离子Ca2+和Mg2+的测定采用EDTA滴定法；K+和Na+的测定采用火焰光度法；阴离子CO32-和HCO-的测定采用双指示剂-中和滴定法；Cl-和SO42-分别采用硫酸银滴定法和EDTA间接络合滴定法进行测定；碱化度为交换性钠离子（火焰光度法）与土壤阳离子交换量（乙酸钠-火焰光度法）的比值［8］。

2 结果与分析

2.1 Ca2+和Mg2+含量分析

土壤Ca2+和Mg2+含量见图1。由图1 可知，4 种处理下耕层土壤的Ca2+含量分别是0.29、0.33、0.42、0.39 g·kg-1，土壤Mg2+含量分别为0.27、0.30、0.39、0.37 g·kg-1。Y处理Ca2+含量较CK显著增加0.13 g·kg-1（P＜0.05），较H 处理显著增加0.09 g·kg-1（P＜0.05）；HY 处理Ca2+含量较CK 显著提高0.10 g·kg-1（P＜0.05），较H处理显著提高0.06 g·kg-1（P＜0.05），而Y处理和HY处理之间无显著差异。Y处理Mg2+含量比CK显著提高0.12 g·kg-1（P＜0.05），较H处理显著提高0.09 g·kg-1（P＜0.05）；HY处理Mg2+含量较CK显著提高0.10 g·kg-1（P＜0.05），对比H处理显著提高0.07 g·kg-1（P＜0.05），而Y处理与HY处理之间则无显著差异。

图1 土壤Ca2+和Mg2+含量Fig.1 Content of Ca2+ and Mg2+ in soil

Ca2+、Mg2+作为中量营养元素，对作物生长发育和提高作物品质有重要作用，但在施肥过程中，农户们常忽视钙、镁等元素的补充。而有机肥作为全面肥料，几乎含有植物所需的全部营养元素，且有机肥养分释放缓和，属于长效肥料，能在整个生长期内不断为作物供应养分，因此，其对土壤Ca2+、Mg2+含量的供给和作物高产非常重要。此外，Ca、Mg 等二价离子，尤其是Ca2+属于有益离子，能够有效抑制土壤的分散性，对促进土壤大团聚体的形成至关重要［9-10］。

2.2 Na+和K+含量分析

土壤Na+和K+含量见图2。由图2可知，4种处理下耕层土壤的Na+含量分别是0.22、0.22、0.19、0.17 g·kg-1，而土壤K+含量分别为0.16、0.17、0.15、0.13 g·kg-1。Y处理Na+含量较CK和H处理均显著降低0.03 g·kg-1（P＜0.05）；HY处理Na+含量较CK和H处理均显著降低0.05 g·kg-1（P＜0.05），而Y处理和HY处理之间的Na+含量则无显著差异。Y处理K+含量较CK和H处理分别降低0.01 g·kg-1和0.02 g·kg-1，但无显著差异；HY处理K+含量较CK和H处理分别显著降低0.03 g·kg-1和0.04 g·kg-1（P＜0.05）。

图2 土壤Na+和K+含量Fig.2 Content of Na+ and K+ in soil

CK区和H区出现土壤Na+和K+含量偏高现象，可能是由于化肥中所含盐基离子含量较高以及化肥自身并无明显改土培肥效果所致。Y处理与CK和H处理的K+含量差异不显著可能是由于有机肥中的养分较多地保留在了土壤中，即被土壤和土壤生物固定，未被作物充分吸收利用。

2.3 CO32-和HCO3-含量分析

土壤CO32-和HCO3-含量见图3。由图3 可知，4 种处理下耕层土壤的CO32-含量分别是0.023、0.027、0.015、0.008 g·kg-1，土壤HCO3-含量分别为0.033、0.028、0.013、0.012 g·kg-1。Y处理下的CO32-含量较CK降低0.008 g·kg-1，较H处理显著降低0.012 g·kg-1（P＜0.05）；HY处理的CO32-含量较CK显著降低0.015 g·kg-1（P＜0.05），相比H处理显著降低0.019 g·kg-1（P＜0.05）；而Y处理与HY处理之间则无显著差异。Y处理的HCO3-含量较CK 显著降低0.020 g·kg-1（P＜0.05），较H 处理显著降低0.015 g·kg-1（P＜0.05）；HY 处理HCO3-含量较CK显著降低0.021 g·kg-1（P＜0.05），相比H处理显著降低0.016 g·kg-1（P＜0.05），而Y处理和HY处理间则无显著差异。说明施用有机肥后，土壤的CO32-和HCO3-含量都明显降低，这可能是由于施用有机肥后，土壤中的腐殖质和有机质含量增多，土壤容易形成结构优良的团聚体，从而有效抑制土壤颗粒的分散性，进而抑制富含盐基离子的地下水沿土壤毛细管大量上升到土表，使得耕层土壤中的盐基离子含量保持正常水平［11］。

图3 土壤CO32-和HCO3-含量Fig.3 Content of CO32- and HCO3- in soil

2.4 Cl-和SO42-含量分析

土壤Cl-和SO42-含量见图4。由图4可知，4种处理耕层土壤的Cl-含量分别是0.09、0.08、0.06、0.04 g·kg-1，而土壤SO42-含量分别为0.04、0.08、0.04、0.06 g·kg-1。Y处理的Cl-含量较CK显著降低0.03 g·kg-1，较H处理显著降低0.02 g·kg-1；HY处理Cl-含量较CK显著降低0.05 g·kg-1，较H处理显著降低0.04 g·kg-1，而Y处理和HY处理之间的Cl-含量并无显著差异。Y处理SO42-含量较H处理显著降低0.04 g·kg-1，HY处理SO42-较H处理显著降低0.02 g·kg-1，但CK处理SO42-含量与Y处理和HY处理无显著差异，其原因可能是由于施化肥后SO42-含量增多以及作物对硫素营养有一定的需求所致。有机肥与化肥配施后，芥菜地土壤的Cl-含量有一定程度的降低，且对比H处理，HY处理的SO42-含量也出现明显降低，原因可能是由于有机肥中富含腐殖酸等有机质，有着培肥改土、改善土壤理化性质的功效，能够抑制土壤地表蒸发，因此，地下水中所富含的盐基离子难以到达表层土壤；此外，所施化肥含Cl-和SO42-较多也可能是造成此结果的原因之一。

图4 土壤Cl-和SO42-含量Fig.4 Content of Cl- and SO42- in soil

2.5 土壤碱化度分析

4种处理下耕层土壤的碱化度分别为13.52%、13.81%、12.58%、12.53%，其中，HY处理碱化度较CK显著降低0.99%，较H 处理显著降低1.28%；Y 处理碱化度较CK 显著降低0.94%，较H 处理显著降低1.23%；而HY处理与Y处理的碱化程度则无显著差异（图5）。通过配施有机肥和化肥或单施有机肥后，芥菜地土壤的碱化程度明显降低。这可能是由于有机肥富含腐殖酸等有机物质，能够明显抑制土壤的碱性和分散性，促进土壤胶体凝聚和团粒结构的形成，形成良好的土壤结构，从而抑制地下水及其所含盐分沿土壤毛管上升到地表，保证了地表的耕作层土壤盐基含量维持在正常范围，保证作物能够正常生长而不受盐害胁迫。

图5 试验田碱化度 Fig.5 The alkalinity of the experimental field

2.6 芥菜产量分析

芥菜产量见图6。由图6 可知，CK 芥菜产量最低（45 315.00 kg·hm-2）；Y 处理的芥菜产量也较低（49 506.75 kg·hm-2）；而H处理和HY处理的芥菜产量较高，其中，HY处理产量最高（61 105.50 kg·hm-2），较H处理（59 708.25 kg·hm-2）提升1 397.25 kg·hm-2，但无显著差异，两者均与CK和Y处理的产量有显著差异。原因可能是化肥中的养分为速效养分，施用大量化肥可以短时间内为作物提供充足养分，对于芥菜的增产效果十分明显；而有机肥中的养分属于长效养分，需要经由土壤微生物和动植物分泌相应的生物酶才能将其转化为农作物可以吸收利用的速效养分，因此，农作物对有机肥的当季利用率偏低，更多的有机肥养分保留在土壤中。尽管施用有机肥的增产效果和获得的经济效益不如施用化肥，但就长期而言，有机肥能够改良土壤理化性质、促进土壤生物数量的增殖以及为作物持续供应多种养分，这些优势均是单独施化肥所无法实现的，因此，化肥与有机肥配施是目前更为科学的为作物提供营养的施肥方案。

图6 试验田芥菜产量Fig.6 The mustard yield in the experimental field

3 讨论与结论

通辽市不仅是芥菜主产区，同时也是内蒙古自治区玉米主产区，被誉为“内蒙古粮仓”，是全国重要的商品粮基地［12］。但由于气候干旱，土壤沙化、盐碱化现象普遍，通辽市的土壤碱性普遍较强，在农业生产中，连续多年增加化肥施用量以及减少有机肥的施用，已经导致土壤主要盐基离子含量偏高，碱化度也显著高于正常土壤。特别是近年来通辽地区年平均气温上升趋势显著，而年降水量呈下降趋势［13］，进一步使得土壤蒸发强烈，地下水中的大量盐分随着土壤毛管上升到耕作层，碱化度相较于北方其他地区偏高，因此，寻求科学合理的应对方法已是当务之急。范富等［14］研究表明，通过玉米秸秆隔离层处理土壤，提高盐碱土中微生物分泌的多种酶类活性以改善盐碱地的生物性状是一种经济有效的改良盐碱地的措施；马玉露等［15］研究证明，通过施用石膏、沙土和牛粪等改土物质降低土壤pH，提高土壤养分是一种就地取材的改土良方。

目前，施肥乃是现代农业不可或缺的增产手段。尽管化肥所提供的速效养分能够短时间内提高作物产量，但有机肥所富含的有机质、氮、磷、钾和各种中微量元素等缓效养分对提高作物品质和改善土壤理化性质也非常重要，这些缓效营养配合化肥所含的速效养分，可以满足作物在各生长阶段对养分的需求。本试验探究不同施肥方式对倒茬作物土壤中各类离子性质及土壤碱化度的影响。结果显示，化肥和有机肥配施区（HY）耕作层（0～20 cm）的土壤Na+含量和碱化度相较于对照处理（CK）分别降低0.05 g·kg-1和0.99%，较单施化肥处理（H）分别降低0.05 g·kg-1和1.28%；HY处理Ca2+和Mg2+含量相较于CK处理均显著提高了0.10 g·kg-1，较H处理分别显著提高0.06 g·kg-1和0.07 g·kg-1；除SO42-在HY处理时较CK有所增加且无显著差异外，其他八大离子含量在HY处理时较CK均有所下降。此外，单施有机肥（Y）处理耕作层（0～20 cm）土壤Na+含量和碱化度比CK 分别降低0.03 g·kg-1和0.94%，比单施化肥处理（H）分别降低0.03 g·kg-1和1.23%；Y处理土壤的Ca2+和Mg2+含量较CK分别提高0.13 g·kg-1和0.12 g·kg-1，较H处理分别提高0.09 g·kg-1和0.07 g·kg-1；其他八大离子含量较CK均有所降低。但HY处理和Y处理间的各离子含量间均无显著差异，说明HY处理配施的有机肥已有显著的培肥改土效果。H处理和HY处理芥菜产量间无显著差异，且均显著高于CK 和Y处理，其中，H处理较CK 增产14 394.30 kg·hm-2，HY 处理较CK 增产15 791.85 kg·hm-2。可知，虽然H处理和HY处理间芥菜产量无显著差异，但大量施用化肥将造成土壤理化性质恶化、盐基离子含量增加以及碱化度显著提高，不利于维持土壤健康和农业可持续发展，应采取化肥和有机肥配合施用，以达到最佳生产效果。

本试验证明，相较于单一施用化肥或有机肥，两者配施效果更为显著，在有效降低通辽地区芥菜地土壤的碱化度和各种盐基离子含量的同时，也达到了芥菜增产目的。在今后的农业生产中，化肥配施配合秸秆还田、浅埋滴灌和少耕免耕等农艺措施以防治土壤盐碱化，提高土壤肥力，最终达到作物稳产高产的目标。本次研究仍存在一些缺陷和不足，如试验未能阐明化肥和有机肥两者最佳施用量的具体配比值，后续还应该通过设置梯度施肥量进一步探究详细的肥料用量标准，以期更精准对通辽当地芥菜种植提供科学施肥指导。