顏為，曹冰，王慧敏，蔣麗萍，張濟世，苗琪，夏海勇，崔振嶺，薛艷芳

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海北部玉米生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室，山東 濟南 250100；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；3.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，山東 濟南 250100）

玉米是我國重要的農(nóng)作物之一，其產(chǎn)量不僅影響農(nóng)戶的經(jīng)濟效益，還關(guān)乎我國的糧食安全。因此，提高玉米產(chǎn)量和品質(zhì)十分重要。黃河三角洲地區(qū)是世界造陸速度最快的河口三角洲之一，每年增加退海土地面積2 000 hm2左右，這些新生土地為該區(qū)提供了廣闊的后備耕地資源［1］。然而該區(qū)域作物生產(chǎn)被土壤鹽漬化和低有機碳含量所限制，阻礙農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。鹽漬土含有大量可溶性鹽，土壤理化性狀及土壤酶活性差，養(yǎng)分釋放慢，影響植物對養(yǎng)分的吸收，打破養(yǎng)分吸收的平衡機制，從而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)［2－4］。

包膜尿素是指在肥料顆粒表層包被控制養(yǎng)分釋放的包膜材料，調(diào)節(jié)養(yǎng)分的釋放，使養(yǎng)分的釋放速率與作物吸收規(guī)律相同步［5］。在玉米生產(chǎn)中，施用包膜尿素是減少氮素投入和增加經(jīng)濟效益的重要措施之一。研究表明，包膜尿素和普通尿素配合施用，可顯著提高籽粒產(chǎn)量，明顯提高玉米生育前期土壤的供氮能力和抽雄吐絲后的氮素積累，不僅減少肥料施用量，還可以提高經(jīng)濟效益［6］。近年來，許多研究表明有機肥可以增加土壤腐殖質(zhì)，有利于團粒結(jié)構(gòu)的形成，改良鹽堿土的通氣、透水和養(yǎng)分狀況，可以大大減輕鹽堿危害，促進作物的生長［7，8］。也有研究表明，通過秸稈還田和添加有機改良材料可以提高土壤大團聚體的比例，改善土壤結(jié)構(gòu)，進而加速鈉離子淋洗到深層土壤［9－11］。但是不合理的肥料管理也會影響土壤改良的效果和環(huán)境污染，造成資源浪費和作物生產(chǎn)力的下降［12］。

不同的改良材料對鹽堿土的改良效果不一，甚至?xí)鹭撁嬗绊?，對作物生長發(fā)育的影響也存在較大差異。因此本研究針對黃河三角洲輕、中度鹽漬土的特點，選擇包膜尿素和不同特性的改良材料配施，比較其對黃河三角洲鹽漬土的改良效果，包括對土壤鹽分和理化性狀的影響；分析包膜尿素和不同改良材料配施對玉米產(chǎn)量和氮素吸收的影響，篩選出適合黃河三角洲地區(qū)玉米生長的肥料施用組合，為該地區(qū)土壤快速改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2017年10月至2018年10月分別在山東省東營市墾利縣黃河口鎮(zhèn)（試驗地Ⅰ，37°56′N，118°74′E）和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃河三角洲匯邦博士科研工作站（試驗地Ⅱ，37°47′N，118°37′E）開展。

試驗地Ⅰ土壤為粉砂土，屬于輕度鹽漬土（鹽分變化范圍1.1～2.2 g/kg），0～30 cm耕層土壤理化性狀:有機質(zhì)含量9.7 g/kg、堿解氮66.1 mg/kg、有效磷4.9 mg/kg、速效鉀156.0 mg/kg，pH值8.5。

試驗地Ⅱ土壤為黏土，屬于中度鹽漬土（鹽分變化范圍3.0～3.5 g/kg），0～30 cm耕層土壤理化性狀:有機質(zhì)含量13.8 g/kg、堿解氮39.2 mg/kg、有效磷10.5mg/kg、速效鉀244.8mg/kg，pH值8.3。

試驗地Ⅰ、Ⅱ不同土層的陽離子組成見表1。

表1 不同土層陽離子組成

1.2 試驗設(shè)計

兩個試驗點均為小麥玉米輪作體系雙季秸稈還田。采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)置6個處理（表2）:T1采用普通尿素分次施用，施氮（N）量250 kg/hm2；優(yōu)化施氮處理T2采用包膜增效尿素（含氮量43%，釋放期為90天，由金正大生態(tài)工程集團股份有限公司提供）一次性基施，推薦施氮量180 kg/hm2；T3、T4和T5處理在T2基礎(chǔ)上分別施用微生物肥（有機質(zhì)含量45%，由金正大生態(tài)工程集團股份有限公司提供）、有機肥（輕度和中度鹽漬土分別比T2減氮20%和10%，氮、磷、鉀總量為5%，由山東廣饒瀚海科技有限公司提供）和秸稈腐熟劑；T6處理施用有機無機復(fù)合肥（氮、磷、鉀含量分別為26%、5%、8%，由山東糧源生物有機肥有限公司提供）并較T2處理減氮10%，重復(fù)3次。小區(qū)面積為70 m2。

表2 試驗處理肥料用量和種類

試驗地Ⅰ、Ⅱ分別于6月19日和6月20日播種。玉米季供試品種為鄭單958，播種密度為7.5萬株/hm2，60 cm等行距種植。用過磷酸鈣和硫酸鉀作基肥，P2O5和K2O用量分別為90 kg/hm2和60 kg/hm2（不包含T6處理中的磷和鉀）。施肥方式全部采用播前撒施。田間管理和植保措施按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進行。生育期內(nèi)無明顯病蟲害和雜草發(fā)生。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株樣品采集與測定 于玉米成熟期，在每個小區(qū)選取3株生長一致的植株，分籽粒和秸稈兩部分，在105℃條件下殺青30 min，然后70℃烘干至恒重并記錄干物質(zhì)量。粉碎樣品，采用H2SO4－H2O2消煮，凱氏定氮法測定樣品氮含量。此外，各小區(qū)中間隨機選取8.4 m2樣方（從中隨機挑出具有代表性20穗用于考種），風(fēng)干脫粒測定總質(zhì)量，折算成含水率為14%的產(chǎn)量。

1.3.2 土壤樣品采集與測定 玉米收獲后，采集0～20、20～40 cm和40～60 cm土壤樣品，風(fēng)干后測定土壤理化性狀指標。用碳氮分析儀測定土壤有機碳含量，電導(dǎo)率儀測定土壤電導(dǎo)率（EC值），火焰光度計測定鉀（K＋）和鈉（Na＋）離子含量，EDTA絡(luò)合法測定鈣（Ca2＋）和鎂（Mg2＋）離子含量。鈉吸附比（SAR）是衡量土壤鹽漬化程度的重要指標，其計算公式為:

氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN，kg/kg）＝籽粒產(chǎn)量/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2016對數(shù)據(jù)進行整理并作圖，用SAS軟件進行單因素方差分析（ANOVA），用LSD法進行顯著性檢驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥措施對玉米產(chǎn)量的影響

由表3看出，在輕度鹽漬土條件下，施用不同配比肥料對玉米產(chǎn)量、穗數(shù)和穗粒數(shù)無顯著影響，各施肥處理間千粒重存在差異，較農(nóng)民習(xí)慣施肥，減少施氮量并未造成產(chǎn)量的顯著降低。玉米產(chǎn)量變化范圍為6.1～7.5 t/hm2，平均產(chǎn)量為6.9 t/hm2，其中T5處理產(chǎn)量表現(xiàn)較好，主要是其穗粒數(shù)和千粒重較高。T4和T6處理產(chǎn)量低于T1和T2，主要是由于T4和T6千粒重顯著低于T1和T2，降幅為6.5%。

表3 不同施肥措施對玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

在中度鹽漬土條件下，施用不同肥料對產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素?zé)o顯著影響（表3）。與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，減少施氮量未造成產(chǎn)量的顯著降低。玉米平均產(chǎn)量為3.6 t/hm2，明顯低于輕度鹽漬土產(chǎn)量，說明土壤鹽漬化對產(chǎn)量影響較大。與T1相比，T4和T5處理玉米產(chǎn)量增加37%左右。這主要是由于T4和T5增加了穗粒數(shù)，表明控釋氮肥減施配合施用有機肥或者秸稈腐熟劑有增產(chǎn)的趨勢。

2.2 不同施肥措施對玉米氮素吸收和氮肥利用率的影響

由表4看出，在輕度鹽漬土條件下，不同施肥處理對玉米氮素吸收和利用無顯著影響。與T1處理相比，優(yōu)化施氮后，PFPN有提高的趨勢，其中T5處理的PFPN最高，為41.7 kg/kg，較T1處理增加42.8%。

表4 不同施肥措施對玉米氮素吸收和氮肥偏生產(chǎn)力的影響

中度鹽漬土條件下，不同施肥處理對植株吸氮量無顯著影響，但會顯著影響秸稈中氮濃度和PFPN。與T1處理相比，T2～T6處理籽粒氮濃度提高10.7%～16.5%、PFPN提高37.7%～136.1%，其中T4處理PFPN最高，為28.8 kg/kg，說明中度鹽漬土條件下，氮肥減施配施有機肥（T4）有利于提高PFPN，為產(chǎn)量的增加提供基礎(chǔ)。

2.3 不同施肥措施對土壤理化性狀的影響

各施肥處理間輕度鹽漬土壤水溶性陽離子總量和Na＋、Mg2＋含量無顯著差異（表5）。土壤陽離子組分均表現(xiàn)為Ca2＋＞Na＋＞Mg2＋＞K＋，其中在0～20、20～40、40～60 cm土層中，Ca2＋平均分別占陽離子總量的59.5%、44.6%和33.6%，Na＋平均分別占陽離子總量的16.3%、40.7%和54.1%。不同施肥處理會顯著影響20～40 cm土層Ca2＋含量和40～60 cm土層K＋含量，其中T3處理Ca2＋含量顯著高于T1、T5、T6，K＋含量顯著高于T5和T6處理。

表5 不同施肥措施對不同土層陽離子含量的影響

在中度鹽漬土條件下，土壤陽離子組分均表現(xiàn)為Na＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋，其中在0～20、20～40 cm和40～60 cm土層中，Na＋平均分別占陽離子總量的61.4%、69.7%和70.1%，Ca2＋分別占陽離子總量的26.9%、20.2%和20.2%，而不同土層Mg2＋和K＋離子之和占陽離子總量約10%。T2處理0～20 cm土層陽離子總量低于其他處理，主要是由于T2處理Ca2＋和Mg2＋含量降低。不同施肥處理會顯著影響0～20 cm土層Ca2＋、Mg2＋、K＋含量，T2處理0～20 cm土層的Ca2＋和Mg2＋含量最低，顯著低于T3處理。

由圖1看出，輕度鹽漬土的SAR和EC值明顯低于中度鹽漬土。在輕度鹽漬土條件下，SAR和EC值隨土層加深而增加，施肥處理會顯著影響20～40 cm土層SAR，T2處理20～40 cm土層的SAR值最小，而施肥處理對其他土層的SAR和EC值影響較小。在中度鹽漬土條件下，隨土層加深，SAR和EC值呈先增加后降低的趨勢，施肥處理會顯著影響0～20 cm土層SAR。T4處理的0～20 cm土層SAR顯著低于T6處理，說明施用有機無機復(fù)合肥對鹽漬土改良效果差。

圖1 不同施肥處理對輕度鹽漬土（A，C）和中度鹽漬土（B，D）不同土層鈉吸附比（SAR）和電導(dǎo)率（EC值）的影響

有機質(zhì)是反映土壤質(zhì)量的重要指標，其含量是經(jīng)土壤有機碳換算而得，故對于有機質(zhì)含量的確定實質(zhì)上可回歸到土壤有機碳層面。圖2A表明，施肥處理會顯著影響0～20 cm土層有機碳含量，優(yōu)化施氮后可以提高有機碳含量，增幅為4.7%～29.0%，但對20～40 cm土層有機碳含量影響較小。圖2B表明，在中度鹽漬土條件下，施肥處理會不同程度影響各土層的有機碳含量，其中T4處理0～20 cm土層有機碳含量顯著高于T5、T6，T3處理20～40 cm土層有機碳含量顯著高于T1、T2。以上結(jié)果說明，在輕度鹽漬土上不同施肥處理（與T1比較）均能夠有效增加0～20 cm土層有機碳含量，且配施有機肥（T4）效果最佳。在中度鹽漬土上，T4處理對增加0～20 cm土層有機碳含量效果最佳，T3處理對增加20～40 cm土層有機碳含量效果最佳。

圖2 不同施肥處理對玉米收獲后輕度鹽漬土（A）和中度鹽漬土（B）不同土層有機碳含量的影響

3 討論

施用包膜肥料可以使肥料養(yǎng)分緩慢地進入土壤中，進而減少肥料的沖淋損失等［13］。衣文平等［14］研究包膜尿素與普通尿素不同配比在春玉米上的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，包膜尿素可以持續(xù)供給玉米生長所需氮素，增加花后干物質(zhì)量和氮素積累量，進而提高玉米產(chǎn)量；蔣麗萍等［15］研究發(fā)現(xiàn)，包膜尿素一次性基施可提高小麥產(chǎn)量。但徐秋明等［16］研究表明，較普通尿素，一次性基施包膜尿素處理的夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素?zé)o顯著提高，主要是由于包膜尿素前期養(yǎng)分釋放較多。也有研究表明，緩釋肥養(yǎng)分釋放慢，造成玉米貪青晚熟，從而降低玉米產(chǎn)量［17］。本研究表明，各施肥處理對產(chǎn)量無顯著影響，其中在中度鹽漬土條件下包膜尿素和有機肥或者秸稈腐熟劑配施表現(xiàn)較好。究其原因，可能是鹽漬土條件下，施用包膜尿素和有機肥有利于改善土壤的理化性狀和促進氮素向籽粒轉(zhuǎn)運，提高了氮肥偏生產(chǎn)力，從而促進作物產(chǎn)量的提高。研究表明，較農(nóng)民習(xí)慣施肥，減少施氮量有穩(wěn)產(chǎn)的作用，有利于減輕對環(huán)境的污染和提高種植效益。

包膜尿素具有控釋肥效作用，在大田作物上施用能提高氮肥利用效率、減少氮肥損失，是玉米栽培中重要技術(shù)之一［18］。蔣麗萍等［15］研究發(fā)現(xiàn)，樹脂包膜尿素一次性基施可以增加小麥的氮肥利用率。孫旭東等［18］研究也發(fā)現(xiàn)包膜尿素的施用能使夏玉米保持較高氮素吸收速率，顯著提高氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥利用率。本研究結(jié)果表明，在鹽漬土條件下，較農(nóng)民習(xí)慣施肥，采用包膜尿素和土壤改良材料配施有提高氮肥偏生產(chǎn)力的趨勢，尤其在中度鹽漬土條件下表現(xiàn)最好。在中度鹽漬土上施用包膜增效尿素和有機肥的組合有利于提高玉米氮肥偏生產(chǎn)力。包膜尿素主要是通過包膜材料減少土壤中脲酶與尿素的接觸面積，參與氨揮發(fā)的底物含量降低，氮素最大釋放速率出現(xiàn)的時間推遲，有利于玉米在關(guān)鍵生育期吸收土壤中的氮素，減少土壤中氮素的揮發(fā)和淋溶損失，平衡作物生育內(nèi)氮素的供應(yīng)，從而提高玉米的氮素利用效率［19－21］。

在輕度鹽漬土上，不同施肥措施并不能有效降低SAR和EC值。究其原因，一方面可能是改良劑活化了土壤中的Na＋，但Na＋并未被及時置換；另一方面，可能是置換出的Na＋積累在土層，因此對SAR和EC值影響較小。包膜增效尿素、微生物肥、有機肥和有機無機復(fù)合肥的單施或者配施對改善輕度鹽漬土的理化作用不明顯，需待進一步進行研究或者增施土壤改良劑。在中度鹽漬土中表層鹽分向下層淋洗，T2～T5處理可使0～20 cm土層的SAR降低，T4處理最能有效降低SAR?？赡苁怯捎谠鲂蛩睾陀袡C肥的施用，在提供土壤養(yǎng)分的同時改善了土壤結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究也表明，土壤結(jié)構(gòu)的改善有利于實現(xiàn)快速脫鹽，促進表層Na＋淋洗［22，23］，從而降低SAR。有研究指出，針對提高肥料利用率、適應(yīng)作物生長對營養(yǎng)元素的需求、改善環(huán)境和土質(zhì)等方面的要求，緩/控釋肥的應(yīng)用是較為理想的途徑［13］。本研究發(fā)現(xiàn)，在輕、中度鹽漬土上不同施肥處理（與T1處理比較）均能夠增加0～20 cm土層有機碳含量，且施用包膜尿素和有機肥（T4）效果最佳。其原因可能是有機肥中有機質(zhì)含量較高。有研究表明，施用有機肥不僅可以提高土壤有機質(zhì)含量，還有利于有益微生物的大量繁殖；微生物可以產(chǎn)生脲酶、過氧化物酶、過氧化氫酶等，這些酶可以促進土壤有機質(zhì)的合成［24］。李北齊等［25］研究發(fā)現(xiàn)施用生物有機肥也可增加土壤有機質(zhì)含量，從而為土壤中的微生物代謝提供能源，對土壤中氮的礦化有激發(fā)作用。

黃河三角洲鹽漬土面積廣闊。鹽漬土對作物生長的危害較大，合理改良鹽漬土對作物生產(chǎn)具有重要意義。本研究依據(jù)區(qū)域資源條件，選用的包膜尿素和不同土壤改良劑配施可以改善土壤性狀，有利于玉米生長。但本試驗僅針對短期內(nèi)的改良效果進行了分析，未來將對施用效果時效性、人工、機械化以及經(jīng)濟效益等問題進一步研究。

4 結(jié)論

在輕度鹽漬土條件下，與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，包膜增效尿素和秸稈腐熟劑配施處理玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒重有所增加，氮肥偏生產(chǎn)力有所提高。在中度鹽漬土條件下，包膜增效尿素和有機肥或秸稈腐熟劑配施較農(nóng)民習(xí)慣施肥產(chǎn)量有所提高，其中包膜尿素和有機肥配施氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高。

在輕度鹽漬土上，較農(nóng)民習(xí)慣施肥，不同施肥措施并不能有效降低土壤SAR和EC值，但T4處理可顯著提高0～20 cm土層有機質(zhì)含量。在中度鹽漬土中呈現(xiàn)表層鹽分向下層淋洗，T2～T5處理可使0～20 cm土層的SAR降低，T4處理最能有效降低SAR和增加0～20 cm土層有機質(zhì)含量。