滨海盐碱地不同培肥方式对作物产量及土壤肥力的影响

王立艳,肖 辉,程文娟,赵 杰,王晓风,潘 洁

(天津市农业资源与环境研究所,天津 300192)



滨海盐碱地不同培肥方式对作物产量及土壤肥力的影响

王立艳,肖 辉,程文娟,赵 杰,王晓风,潘 洁

(天津市农业资源与环境研究所,天津 300192)

为给滨海盐碱地区土壤培肥及作物高产高效提供一定的理论指导,采用随机区组试验设计,以滨海盐碱地冬小麦-夏玉米轮作模式为例,通过大田试验,研究了氮肥、高效有机肥、改良剂不同配比对小麦、玉米产量及土壤肥力的影响。结果表明,在滨海盐碱地上种植冬小麦施用氮肥、有机肥及土壤改良剂均可提高籽粒产量,且三者增产幅度分别为9.52%～29.52%,2.30%～17.82%,2.19%～11.48%;玉米季施用氮肥、有机肥均可提高玉米产量,增产幅度分别为29.37%～45.74%,1.69%～11.15%,小麦改良剂的后效对玉米也有明显增产效果,增产幅度为3.50%～8.33%。盐碱地施用氮肥、有机肥、改良剂对于提高土壤肥力效果明显,其中O3(N2O3A2)效果最佳,土壤速效氮磷钾含量均最高;施用土壤改良剂能增加土壤有机质含量,且能降低土壤盐碱含量。通过建立施肥效应模型,获得本试验条件下周年小麦玉米总产量最高可达16 770.46 kg/hm2,对应的氮肥、有机肥、改良剂周年施用量分别为763,2 250,3 167 kg/hm2。因此,滨海盐碱地区冬小麦-夏玉米轮作模式施肥应重视氮肥、有机肥及土壤改良剂的配合施用,可获得一定的作物高产。

滨海盐碱地;小麦-玉米轮作;土壤肥力;肥料效应模型

滨海盐渍土作为盐渍化土壤重要的类型之一,主要分布于沿海地区,属于典型的中低产田。其盐碱含量高、土壤瘠薄结构差、淡水资源匮乏,是制约粮食增产的主要因素[1-2]。天津市盐渍化耕地面积约28.5万 hm2,占全市耕地面积的58.8%,为全国各省市盐渍化土地所占比例之最[3]。

科学合理的施肥是保证作物高产优质的关键。不同养分的平衡供应是提高土壤肥力、增加粮食产量的有效手段[4]。合理的氮肥施用在作物增产方面起重要作用[5]。已有研究表明,施用有机肥可补充一定数量的微量元素,降低土壤容重,增加土壤总孔隙度和毛管孔隙度,同时也可改变土壤的环境条件[6-8]。

目前针对滨海盐碱地的研究,国内主要集中在土壤改良方面[9-13],但是对于合理的氮肥、有机肥和改良剂配合施用对于提高作物产量及高效培肥的研究鲜有报道。滨海盐碱地区由于土壤盐碱含量高,土壤结构差,导致作物产量及生物量与非盐碱地区相比偏低[14]。因此,合理施肥模型的确定对于滨海盐碱地的作物种植,提高中低产田的作物产量具有重要指导意义。本试验以冬小麦-夏玉米轮作模式为例,研究滨海盐碱地不同培肥方式对作物产量及土壤肥力的影响,为滨海盐碱地区土壤培肥及作物高产高效提供理论指导依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

供试试验区设在天津滨海新区大港农场,该地区全年平均气温12 ℃,无霜期7个月。年降雨量570～690 mm,70%集中在6-8月份,年均蒸发量1 100 mm。地下水位0.9～1.5 m。试验田土壤为盐渍土,质地为中壤土,基本性状为:全盐1.24 g/kg,pH值 8.8,有机质15.12 g/kg,速效氮(N)56.2 mg/kg,速效磷(P)22.4 mg/kg,速效钾(K)293.5 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用随机区组试验设计,设氮(N)、有机肥(有机质≥45%,氮磷钾≥5%)、改良剂(脱硫石膏∶腐殖酸∶木醋液为5∶2∶1)三因素,每个因素分4个水平,分别为0,1,2,3水平,0 水平指不施肥,2水平指当地近似最佳施肥量,1 水平=2 水平×0.5,3水平=2水平×1.5,共14个处理。肥料品种为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)、硫酸钾(K2O 50%)。

小麦季2水平氮(N)240 kg/hm2;有机肥 750 kg/hm2;改良剂4 500 kg/hm2。各处理均施磷(P2O5)90 kg/hm2,钾(K2O)120 kg/hm2。有机肥、改良剂、磷肥、钾肥全部基施,氮肥50%基施,50%追施,追肥分2次,分别为30%,20%。

表1 试验设计

玉米季2水平氮(N) 270 kg/hm2;有机肥 750 kg/hm2;改良剂 0 kg/hm2。各处理均施磷(P2O5)120 kg/hm2,钾(K2O)90 kg/hm2。有机肥、磷肥、钾肥全部基施,氮肥50%基施,50%追施,追肥1次。具体设计情况如表1所示。小区面积:4 m×20 m=80 m2,重复3次。

2013年10月11日,完成小麦播种。供试小麦品种为津农6号,播种量375 kg/hm2。2014年6月4日小麦收获,计产,并采集小麦及土壤样品。2014年6月14日玉米播种,供试玉米品种为郑单958。2014年9月29日玉米收获,采集土壤及玉米样品。 1.3 测定项目及方法

土壤速效氮测定采用碱解扩散法;土壤速效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;土壤速效钾测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法;土壤有机质测定采用重铬酸钾氧化-硫酸亚铁滴定法;土壤全盐测定采用烘干质量法;pH值测定采用玻璃电极法[15]。

1.4 数据处理与分析

数据统计采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对作物生物量的影响

冬小麦籽粒产量各处理高低顺序分别为:T7(N2O3A2)>T6(N2O2A2)>T14(N2O1A1)>T11(N3O2A2)>T9(N2O2A1)>T8(N2O2A0)>T5(N2O1A2)>T13(N1O2A1)>T12(N1O1A2)>T4(N2O0A2)>T3(N1O2A2)>T2(N0O2A2)>T10(N2O2A3)>T1(N0O0A0)(表2)。T7、T6、T14、T11处理产量较高,且四者之间差异不显著;T10、T1处理产量最低,两者之间差异不显著。秸秆量高低顺序为:T11(N3O2A2)>T9(N2O2A1)>T6(N2O2A2)>T5(N2O1A2)>T7(N2O3A2)>T14(N2O1A1)>T12(N1O1A2)>T8(N2O2A0)>T10(N2O2A3)>T4(N2O0A2)>T13(N1O2A1)>T3(N1O2A2)>T2(N0O2A2)>T1(N0O0A0),T11、T9、T6、T5、T7处理秸秆量较高,且相互之间差异不显著;T2、T1处理秸秆量较低,两者之间差异不显著。

夏玉米籽粒产量各处理高低顺序分别为T7(N2O3A2)>T6(N2O2A2)>T11(N3O2A2)>T10(N2O2A3)>T9(N2O2A1)>T14(N2O1A1)>T5(N2O1A2)>T8(N2O2A0)>T4(N2O0A2)>T13(N1O2A1)>T3(N1O2A2)>T12(N1O1A2)>T2(N1O1A2)>T1(N0O0A0)。T7、T6、T11、T10产量较高,且T7与T10间差异显著;T2、T1产量较低。秸秆量高低顺序为:T10(N2O2A3)>T6(N2O2A2)>T7(N2O3A2)>T11(N3O2A2)>T4(N2O0A2)>T14(N2O1A1)>T9(N2O2A1)>T8(N2O2A0)>T3(N1O2A2)>T5(N2O1A2)>T12(N1O1A2)>T13(N1O2A1)>T2(N0O2A2)>T1(N0O0A0),T10、T6、T7、T11处理秸秆量较高,且相互之间差异不显著;T1处理秸秆量最低。

表2 不同处理对作物生物量的影响

2.1.1 氮肥对小麦-玉米生物量的影响 施用氮肥能显著提高冬小麦产量,施氮与不施氮之间差异均达显著水平(图1),N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)分别比N0(N0O2A2)产量高出9.52%,29.52%,22.86%,N2、N3与N1之间差异也达显著水平,N2、N3之间差异不明显。表明施用氮肥对提高小麦产量效果显著,但当氮肥用量达到一定程度时,继续增加氮肥施用量,小麦增产效果降低;施用氮肥能显著提高夏玉米产量,施氮与不施氮之间差异均达显著水平,N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)分别比N0产量高出29.37%,45.74%,45.07%,N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)与N1(N1O2A2)之间差异也达显著水平,N2、N3之间差异不明显。表明施用氮肥对提高玉米产量效果显著,但同样表现出氮肥用量达到一定程度时,继续增加氮肥施用量,玉米产量甚至有下降趋势。

2.1.2 施用高效有机肥对小麦-玉米生物量的影响 施用有机肥可明显提高小麦产量,各处理高低顺序为O3(N2O3A2)>O2(N2O2A2)>O1(N2O1A2)>O0(N2O0A2)(图1),O1(N2O1A2)、O2(N2O2A2)、O3(N2O3A2)分别比O0(N2O0A2)产量高出2.30%,17.24%,17.82%。O3、O2与O1、O0之间差异均达显著水平,O2与O3之间差异不显著,O1、O0之间差异也不显著。同样,施用高效有机肥也能提高玉米产量,各处理高低顺序为O3(N2O3A2)> O2(N2O2A2)> O1(N2O1A2) >O0(N2O0A2),O1、O2、O3分别比O0产量高出1.69%,9.80%,11.15%。O3(N2O3A2)、O2(N2O2A2)与O1(N2O1A2)、O0(N2O0A2)之间差异均达显著水平,O2与O3之间差异不显著,O1、O0之间差异也不显著。本试验有机肥用量整体偏低,但仍能明显提高小麦、玉米产量,但用量较低时(O1)增产效果不明显。

2.1.3 土壤改良剂对小麦-玉米生物量的影响 冬小麦各处理产量高低顺序为A2(N2O2A2)>A1(N2O2A1)>A0(N2O2A0)>A3(N2O2A3)(图1),A1(N2O2A1)、A2(N2O2A2)与A0(N2O2A0)相比产量分别提高2.19%和11.48%,A3(N2O2A3)与A0(N2O2A0)相比产量降低20.70%。A2与其他处理之间差异均达显著水平;A1、A0之间差异不显著,均与A3差异达显著水平。表明轻、中度盐碱地适量应用土壤调理剂可提高小麦产量,但用量过大可能会导致作物减产,尤其离子调控型改良剂。夏玉米各处理产量高低顺序为A2(N2O2A2)>A3(N2O2A3)>A1(N2O2A1)>A0(N2O2A0),A1(N2O2A1)、A2(N2O2A2)、A3(N2O2A3)与A0(N2O2A0)相比产量分别提高3.50%,8.33%,7.33%。A2、A3与不施改良剂处理A0之间差异均达显著水平;A1、A0之间差异不显著,A2与A1之间差异显著,但与A3差异不显著;A3、A1之间差异不显著。表明小麦季施用改良剂,对提高玉米季产量效果也很明显。

图1 氮肥、高效有机肥、改良剂对小麦-玉米生物量的影响

2.2 不同处理对土壤养分及盐碱的影响

盐碱土壤施用氮肥、有机肥和改良剂可提高土壤速效养分含量(表3),其中有机肥用量处理O3(N2O3A2)效果最为明显,速效氮磷钾含量均最高,A3(N2O2A3)次之。

施用氮肥能显著提高土壤速效氮含量,N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)与不施氮之间差异均达显著水平,N1(N1O2A2)、N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)分别比N0(N0O2A2)土壤速效氮含量高出19.59%,24.98%,28.28%,N2(N2O2A2)、N3(N3O2A2)与N1(N1O2A2)之间差异不显著。表明施用氮肥对提高土壤速效氮效果明显,但当氮肥施用量达到一定程度时,继续增加氮肥用量,增加土壤速效氮含量效果不显著。施用氮肥对于土壤速效磷、速效钾以及有机质的提升效果不显著。

施用高效有机肥对土壤速效氮含量影响的高低顺序为O3(N2O3A2)> O2(N2O2A2)> O0(N2O0A2) >O1(N2O1A2),O3、O2与O0相比土壤速效氮含量分别高出13.30%,5.21%,O1与O0相比土壤速效氮含量降低4.43%;对土壤速效磷含量影响的高低顺序为O3>O2>O1>O0,与不施有机肥相比,O1、O2、O3土壤速效磷含量分别高出6.21%,14.13%,101.9%,O3与O0、O1、O2之间差异显著,O2与O0、O1之间差异不显著;对土壤速效钾含量影响的高低顺序为O3>O0>O2>O1,O3比O0土壤速效钾含量高出7.907%,O1、O2比O0土壤速效钾含量降低5.65%,4.01%;施用高效有机肥对土壤有机质含量影响的高低顺序为O3>O2>O1>O0,O1、O2、O3分别比O0土壤有机质含量高出4.91%,12.52%,14.64%,除了O1与O0之间差异不显著之外,O2、O3与O0之间差异均达显著水平。

随着改良剂施用量的增加,对土壤速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量影响的效果一致,高低顺序均表现为A3(N2O2A3) > A2(N2O2A2) > A1(N2O2A1)> A0(N2O2A0)。其中A3(N2O2A3) 有机质含量最高,表明增加改良剂用量对提高土壤养分含量,尤其有机质含量效果明显。

不同处理对土壤含盐量的影响为0.64～1.31 g/kg,其中施用土壤改良剂有降低土壤盐碱含量的趋势,如全盐含量A0(N2O2A0)>A1(N2O2A1)>A2(N2O2A2)>A3(N2O2A3)。但是施用氮肥和有机肥对土壤盐分含量的影响趋势不明显。

表3 不同处理对土壤养分和盐碱含量的影响

2.3 小麦-玉米轮作肥料效应及施肥模型

以氮肥、有机肥、改良剂施用量为自变量,产量为因变量,进行多元二次逐步回归分析,经过剔除显著性较差项后,得到优化回归模型为Y=10 777.1+10.97X1-0.832 3X2+0.755 2X3-95.55×10-4X12-1.155×10-4X32+22.72×10-4X1X2-3.926×10-4X1X3+1.226×10-4X2X3,(R=0.986 8)。利用该回归模型,得出该试验区周年小麦-玉米总产量最高可以达到16 770.46 kg/hm2,对应的氮肥、有机肥、改良剂周年施用量分别为763,2 250,3 167 kg/hm2。

3 结论与讨论

土壤肥力低、盐碱程度高是滨海盐碱地共性特征,提高土壤肥力、降低土壤盐碱、增加作物产量是盐碱区农业生产的重要工作。本试验结果表明增施氮肥、有机肥和改良剂对提高滨海盐碱地作物产量、增加土壤肥力效果明显。

氮素是作物生长所必需的大量营养元素,施用氮肥可显著提高作物产量,本研究结果表明,施用氮肥对于小麦、玉米增产效果显著,这与前人研究结果基本一致[5,16]。本试验条件下,施用氮肥对冬小麦、夏玉米的增产幅度分别为9.52%～29.52%和29.37%～45.74%。由于试验田速效氮含量偏低,因此,施用氮肥增产效果明显,但氮肥用量达到一定程度时,再增加氮肥用量,增产效果变低。这可能与氮肥施用量过大,导致养分淋溶流失,降低肥料利用率有关[17]。施用氮肥能显著提高土壤速效氮含量,但对于土壤速效磷、速效钾以及有机质的提升效果不如速效氮显著。

有机肥含有植物生长所必需的大量营养元素氮、磷、钾和丰富的有机质,还含有相当数量的中、微量元素及氨基酸、核酸、糖、维生素等有机营养成分[18]。有关施用有机肥对作物产量影响的结论不一致[19-21]。本试验中,在滨海盐碱地施用有机肥对于冬小麦、夏玉米分别增产2.30%～17.82%和1.69%～11.15%。O3(N2O3A2)土壤速效氮、速效磷、速效钾以及有机质的含量要显著高于不施有机肥处理。

土壤改良剂在一定程度上能够改善土壤的理化性状,促进植物对水分和养分的吸收[22]。本试验中,施用土壤改良剂对于冬小麦增产2.19%～11.48%,但用量过大会导致小麦减产。小麦季改良剂的后效对玉米也有明显增产效果,增产幅度为3.50%～8.33%。随着改良剂施用量的增加,对土壤速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量影响的效果一致,高低顺序均表现为A3(N2O2A3)>A2(N2O2A2)>A1(N2O2A1)> A0(N2O2A0)。

本试验通过多元二次逐步回归分析建立了优化的回归模型。依据模型得出该试验区的最高产量可以达到16 770.46 kg/hm2,相对应的氮肥、有机肥、改良剂周年施用量分别为763,2 250,3 167 kg/hm2。不同盐碱地区的土壤条件有差异,试验结果可能会有所不同,因此,建议各种肥料的施用量应根据实际情况进行合理调整。

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Effects of Different Fertilization Mode on Crops Yield and Soil Fertility in Coastal Saline Soil

WANG Liyan,XIAO Hui,CHENG Wenjuan,ZHAO Jie,WANG Xiaofeng,PAN Jie

(Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment,Tianjin 300192,China)

Based on randomized block experimental design,a field experiments was conducted to investigate the effects of different nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments on wheat yield,maize yield and soil fertility in the rotation system of wheat and maize on coastal saline areas.The aim of these experiments was to providing a certain theoretical guidance about soil fertility and crop yield in coastal saline soil.The results showed that the application of nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments could increase grain yield of wheat.And the yield increased 9.52%-29.52%,2.30%-17.82%,2.19%-11.48% respectively.The application of nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer could increase grain yield of maize,and the yield increased 29.37%-45.74%,1.69%-11.15% respectively.There was obvious yield increasing effect on corn yield after wheat amendments,and the yield increased 3.50%-8.33%.Application of nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments had a significant effect on improving soil fertility in coastal saline soil.O3(N2O3A2) had the highest available nitrogen,available phosphor,available potassium content in all treatments;Application of amendments increased soil organic matter content and decreased the soluble salt contents in soil.Under the conditions of this experiment,the highest wheat and maize annual production reached 16 770.46 kg/ha,which obtained by mathematic simulation,and the optimum economic amounts of nitrogen fertilizer,organic fertilizer and amendment were 763,2 250,3 167 kg/ha,respectively.Therefore,in order to obtain high yield and get higher economic efficiency,we should pay attention to combine application among nitrogen fertilizer,high efficiency organic fertilizer and amendments in the rotation system of wheat and maize on coastal saline areas.

Coastal saline soil;Rotation system of wheat and maize;Soil fertility;Fertilization effects mode

2016-03-03

国家科技支撑计划项目(2013BAD05B08);天津市科技支撑计划项目(13ZCZDNC09900)

王立艳(1981-),女,黑龙江海伦人,助理研究员,硕士,主要从事盐碱地改良及植物营养研究。

潘 洁(1968-),女,江苏溧阳人,研究员,主要从事盐碱区土壤改良研究。

S158.5

A

1000-7091(2016)05-0222-06

10.7668/hbnxb.2016.05.034