優(yōu)化施肥與肥料添加劑對鹽堿地土壤理化性狀、棉花產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響

孫顯旻　國艷春　曾路生　李旭霖　柳新偉　宋祥云　崔德杰

摘要：為探索優(yōu)化施肥與肥料添加劑對鹽堿地土壤理化性狀、棉花產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響，在東營濱海鹽堿地采用大田小區(qū)試驗(yàn)，共設(shè)置7個(gè)處理，分別為對照 （CK）：不施肥;L：當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥;OAN：優(yōu)化施肥+聚氨酸+NAM;OANB：優(yōu)化施肥+聚氨酸+NAM+菌肥;OG：優(yōu)化施肥+石膏;OA4：優(yōu)化施肥+4%改良劑;OA5：優(yōu)化施肥+5%改良劑。結(jié)果表明，在優(yōu)化施肥基礎(chǔ)上配合施用添加劑對鹽堿地土壤養(yǎng)分有明顯提高作用，其中以添加石膏或4%、5%改良劑對提高鹽堿地土壤養(yǎng)分效果較好。與常規(guī)施肥相比，OG處理pH值降幅最大，達(dá)0.71個(gè)單位，降鹽效果明顯高于其它施肥處理;OAN、OANB、OG、OA4、OA5相較于常規(guī)施肥氮肥農(nóng)學(xué)利用效率分別增加1.86、2.23、1.65、1.73、2.31倍;在本試驗(yàn)條件下添加5%改良劑對提高棉花產(chǎn)量效果較好。

關(guān)鍵詞：鹽堿地改良;棉花;肥料添加劑;改良劑

中圖分類號(hào)：S562.062 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2019）11-0092-05

Effects of Optimized Fertilization and

Fertilizer Additives on Soil Physicochemical Properties， Cotton

Yield and Nitrogen Use Efficiency in Saline Alkali Soil

Sun Xianmin， Guo Yanchun， Zeng Lusheng， Li Xulin， Liu Xinwei， Song Xiangyun， Cui Dejie

（College of Resources and Environment， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， China）

Abstract In order to explore the effects of fertilizer and fertilizer additives on soil physical and chemical properties， yield and nitrogen use efficiency in saline-alkali soil， the field plot test was adopted in the coastal saline land of Dongying， and 7 treatments were set as control （CK，no fertilization）， L（local conventional fertilization）， OAN（optimized fertilization + poly amino acid+NAM）， OANB（optimized fertilization+poly amino acid+NAM+bacterial fertilizer）， OG（optimized fertilization+gypsum）， OA4（optimized fertilization +4% improver） and OA5（optimized fertilization+5% improver）. The results showed that the soil nutrient in saline-alkali land was improved obviously by applying additives in combination with optimal fertilization， among which，adding gypsum or 4%，5% modifier had better effects on improving soil nutrients in saline-alkali land.? Compared with conventional fertilization， the pH value of OG treatment decreased by 0.71 units， and the effect of reducing salt was significantly higher than that of other treatments. The agronomic efficiency of nitrogen fertilizer of OAN， OANB， OG， OA4 and OA5 were 1.86， 2.23， 1.65， 1.73 and 2.31 times higher than that of the conventional fertilization. It was better to increasing cotton yield by adding 5% improver in this experiment.

Keywords Saline-alkali improvement; Cotton; Fertilizer additive; Improver

鹽堿地改良和農(nóng)作物鹽堿地高產(chǎn)一直是國內(nèi)外的難題和關(guān)注熱點(diǎn)。鹽堿地在我國面積大、分布廣，充分利用和改良鹽堿地、提高農(nóng)作物產(chǎn)量至關(guān)重要。但是使用傳統(tǒng)化肥存在很多問題，肥料用量大、利用率低，易造成面源污染[1-4]。肥料添加劑是符合未來生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的新一代環(huán)保型肥料[5]，如聚氨酸、NAM、菌肥、改良劑和脫硫石膏等。在前人的研究中，肥料添加劑在農(nóng)作物包括水稻[6]、甘薯[7]、蕎麥[8]等，以及在土壤理化性質(zhì)如土壤病原菌[9]、重金屬 [10]、氮肥利用率[11]等方面應(yīng)用均有顯著效果。施用肥料添加劑可減少氮肥的環(huán)境損失量，增加植株吸氮量，進(jìn)而提高氮肥利用效率。中國科學(xué)院沈陽生態(tài)研究所研制出集脲酶抑制劑、硝化抑制劑于一體的新型抑制劑NAM，它能夠抑制脲酶和硝化酶的活性，從而抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，減少硝態(tài)氮肥的流失，提高氮肥利用率[12，13]。閆湘等[14]提出通過脲酶抑制劑或硝化抑制劑，可有效地抑制NH+4-N和NO-3-N的淋溶損失等。李青軍等[15]研究表明，常規(guī)施肥配施NAM處理均能顯著提高棉花干物質(zhì)量，增加單株鈴數(shù)和皮棉產(chǎn)量。

本試驗(yàn)選擇山東省東營市棉花種植區(qū)鹽堿地，采用大田小區(qū)試驗(yàn)方法，研究在優(yōu)化施肥的基礎(chǔ)上添加不同肥料添加劑對鹽堿地土壤理化性狀、棉花產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響，以期為肥料添加劑在鹽堿地改良和棉花生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年4月至11月在東營市利津縣進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為濱海鹽堿土。該類土在近海呈帶狀分布，其面積占全市土壤總面積的36%。供試棉花品種為農(nóng)大601（Gossypium spp. Nongda601）。試驗(yàn)用肥料添加劑為聚氨酸[聚天冬氨酸（Polyaspartic acid，簡稱PASP）、聚-γ-谷氨酸（poly-γ-glutamic acid，簡稱γ-PGA）]、NAM[脲酶抑制劑：N-丁基硫代磷酰三胺（nBPT）;硝化抑制劑：3，4-二甲基吡唑磷酸鹽（DMPP）]、菌肥、改良劑和脫硫石膏。肥料添加劑（聚氨酸和NAM）、改良劑和氮肥混合后施入土壤，菌肥和脫硫石膏與肥料一同施入土壤，除追施尿素外其它所有肥料做底肥一次性施入。

試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)處理，即對照 （CK）：不施肥;L：常規(guī)施肥;OAN：優(yōu)化施肥+聚氨酸+NAM;OANB：優(yōu)化施肥+聚氨酸+NAM+菌肥;OG：優(yōu)化施肥+石膏;OA4：優(yōu)化施肥+4%改良劑;OA5：優(yōu)化施肥+5%改良劑。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積30 m2。統(tǒng)一由當(dāng)?shù)毓芾?。其中，常?guī)施肥為基施復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）750 kg/hm2，追施尿素225 kg/hm2;優(yōu)化施肥為常規(guī)施肥基礎(chǔ)上增施硫酸鉀120 kg/hm2;聚氨酸為肥料總量的0.7%，NAM為純氮總量的0.7%，菌肥為7.5 kg/hm2，石膏為225 kg/hm2，改良劑為肥料總量的4%或5%。聚氨酸、NAM和改良劑均由中國科學(xué)院沈陽生態(tài)所研制提供，菌肥由青島海德龍公司提供。

1.2 樣品采集與測定

每小區(qū)“S”形取樣3份。棉花成熟期分層采集土樣：0～10 cm和10～20 cm。四分法采樣1 kg，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，挑除細(xì)根等雜質(zhì)，研磨并分別過2.00、0.25 mm 尼龍篩，保存?zhèn)溆谩Ｍ寥浪傩юB(yǎng)分采用常規(guī)法測定;土壤pH值用pHs-2C型數(shù)字酸度計(jì)測定，水土比為5∶[KG-*2/3]1; 土壤電導(dǎo)率EC用DDSJ-11A 型電導(dǎo)率儀測定，水土比5∶[KG-*2/3]1; SPAD儀測定葉綠素含量。成熟期取樣測定棉花株高、葉長、葉綠素含量;收獲期測小區(qū)產(chǎn)量，折算公頃產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019、SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

計(jì)算肥料偏生產(chǎn)力及氮肥農(nóng)學(xué)利用效率，方法如下：

肥料偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施肥區(qū)籽棉產(chǎn)量/肥料養(yǎng)分總施入量;氮肥農(nóng)學(xué)利用效率（kg/kg）=（施肥處理籽棉產(chǎn)量-不施肥對照處理籽棉產(chǎn)量）/施氮量。

2 結(jié)果與分析

2.1 肥料添加劑對土壤理化性狀的影響

2.1.1 肥料添加劑對土壤養(yǎng)分含量的影響 由表1看出，在棉花成熟期，與CK相比，各施肥處理0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量均有提高。0～10 cm土層有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為OA4>OAN>OANB>OG>OA5>L，OA4處理有機(jī)質(zhì)提高幅度最大，為38.02%，L處理提高幅度最少。10～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為OG>OAN>OA4>OA5>OANB>L，OG處理增幅最大，為46.71%，L處理增幅最少。0～10 cm土層堿解氮含量表現(xiàn)為OANB>OAN>OG>OA5>OA4>L，OANB處理增幅最大，為45.49%，其次是OAN處理，L處理最低;10～20 cm土層各處理表現(xiàn)為OA5>OG>OAN>OA4>OANB>L，其中OA5增幅最大，比對照增加1.17倍。0～10 cm土層有效磷含量表現(xiàn)為OA4>OG>OANB>OA5>OAN>L，其中OA4處理較對照增加61.79%，其次是OG處理，增幅為58.43%;10～20 cm土層各處理表現(xiàn)為OG>OA4>OANB>OA5>OAN>L，OG處理較對照增加1.18倍，其次是OA4處理，增加87.67%。0～10 cm土層速效鉀含量表現(xiàn)為OA4>OG>OANB>OA5>OAN>L，其中OA4處理較對照增加50.23%，其次是OG處理，增幅為49.12%;10～20 cm土層各處理表現(xiàn)為OG>OA5>OA4>OANB>OAN>L，其中OG處理較對照增加64.41%，其次是OA5處理，增加37.53%。綜上看出，在優(yōu)化施肥基礎(chǔ)上添加石膏或4%、5%的改良劑對提高鹽堿地土壤養(yǎng)分效果較好。

2.1.2 肥料添加劑對土壤pH值及電導(dǎo)率的影響 由圖1看出，在優(yōu)化施肥基礎(chǔ)上配施不同添加劑的各處理0～10 cm土層pH值均低于10～20 cm土層，而CK和常規(guī)施肥處理則是表層pH值高于下層。OAN、OANB、OG、OA4、OA5處理下的土壤pH值均低于CK及L，說明聚氨酸、石膏及改良劑的添加降低了土壤堿性。與常規(guī)施肥相比，處理OAN、OANB、OG、OA4、OA5分別降低0.66、0.71、0.23、0.36、0.52個(gè)單位，其中脫硫石膏處理OG降幅最大。

從圖2可以看出，除OG、OA5處理外，各處理10～20 cm土層電導(dǎo)率均高于0～10 cm土層。且在10～20 cm土層，OG處理明顯低于其它處理，較CK處理降低59.5%;而OAN、OANB、OA4、OA5處理較CK分別下降23.9%、25.4%、24.5%、32.1%，說明肥料添加劑的施用對土壤中水溶性鹽含量有顯著影響，其中以石膏添加劑的處理影響最明顯。

2.2 肥料添加劑對棉花生長及產(chǎn)量的影響

2.2.1 肥料添加劑對棉花葉長、株高、葉綠素含量的影響 由表2看出，施用肥料添加劑后除OA5葉長外其它處理的棉花葉長、株高、葉綠素含量都有提高。其中，OG處理葉長最大，顯著高于OA5處理，而與其它處理差異不顯著;OG及OA4處理的株高較高，與OAN、OANB差顯不顯著，顯著高于其它處理;OG、OA4、OA5處理的葉綠素含量顯著高于CK，與其它處理差異不顯著。試驗(yàn)結(jié)果表明，肥料添加劑對棉花植株有促生長作用。

2.2.2 肥料添加劑對棉花產(chǎn)量及氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的影響 由表3可知，與CK及常規(guī)施肥相比，各添加劑施肥處理棉花產(chǎn)量均明顯增加，其中OAN、OANB、OG、OA4、OA5處理分別比常規(guī)施肥增產(chǎn)15.40%、18.38%、13.67%、14.25%、19.10%，說明不同添加劑對棉花產(chǎn)量均有增產(chǎn)效果，其中添加聚氨酸、NAM和菌肥的OANB處理及添加5%改良劑的OA5處理對棉花增產(chǎn)效果較好。各處理肥料偏生產(chǎn)力沒有顯著差異，僅OA5略高于其它處理。OAN、OANB、OG、OA4、OA5處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率相比常規(guī)施肥分別增加1.86、2.23、1.65、1.73、2.31倍，其中OA5增加最為明顯。這說明優(yōu)化施肥基礎(chǔ)上添加不同添加劑均提高了氮肥的農(nóng)學(xué)利用效率，且以添加聚氨酸、NAM和菌肥的OANB處理及添加5%改良劑的OA5處理效果較好。

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在優(yōu)化施肥的基礎(chǔ)上配施肥料添加劑可明顯提高土壤速效養(yǎng)分含量，降低土壤pH值及電導(dǎo)率，其中以添加石膏的處理改善土壤理化性狀效果較好。菌肥作為一種生物肥料，能夠促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)的分解、豐富土壤微生物群落，促進(jìn)農(nóng)作物對營養(yǎng)元素的吸收。王義坤等[16]利用菌肥改善蘋果連作土壤試驗(yàn)中，不同試驗(yàn)處理生物量增加40.6%～106.3%，土壤酶活性增加1.06～1.74倍。脫硫石膏作為一種鹽堿地的改良劑，已在鹽堿地改良實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用[17]，大量研究表明石膏能夠中和土壤堿性，使土壤pH值降低，且脫硫石膏有脫鹽作用[18]。毛玉梅等[19]研究發(fā)現(xiàn)煙氣脫硫石膏能夠改善濱海灘涂鹽堿土壤理化性質(zhì)，并促進(jìn)供試植物生長。賀坤等[20]研究發(fā)現(xiàn)煙氣脫硫石膏能夠加快鹽堿土壤的脫鹽過程，改善農(nóng)作物的生長環(huán)境。但也有研究表明，脫硫石膏雖然能夠顯著降低土壤 pH值并有良好的脫鹽效果，但是對提高土壤養(yǎng)分含量作用較小[21]。

大量研究表明，肥料添加劑能夠顯著提高土壤氮素利用率，進(jìn)而改善棉花生長狀況，提高棉花產(chǎn)量。NAM是由脲酶抑制劑和硝化抑制劑等成分有機(jī)組合而成，對土壤和肥料中的氮素轉(zhuǎn)化可起到綜合調(diào)控作用。孫磊[22]研究表明，寒地玉米上應(yīng)用NAM肥料添加劑氮肥利用率高達(dá)44.30%，玉米產(chǎn)量較常規(guī)施肥增產(chǎn)10.88%。牛長英等[23]研究表明，施用菌肥可增強(qiáng)棉花抗枯黃萎病能力，增加棉花的單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴重，從而提高棉花生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，肥料添加劑對棉花生長指標(biāo)和產(chǎn)量具有顯著的提升作用，且氮肥農(nóng)學(xué)效率提高明顯。與常規(guī)施肥相比，在優(yōu)化施肥基礎(chǔ)上添加聚氨酸、NAM和菌肥的OANB處理及添加5%改良劑的OA5處理對棉花產(chǎn)量提高效果較好，增產(chǎn)率分別為18.38%、19.10%，氮肥農(nóng)學(xué)效率分別提高2.23、2.31倍。

參 考 文 獻(xiàn)：

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收稿日期：2019-08-07

基金項(xiàng)目：山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系棉花崗位創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（SDAIT-03-06）;山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017CXGC0303）

作者簡介： 孫顯旻（1995—），男，在讀碩士研究生，研究方向：障礙土壤修復(fù)改良。E-mail：sunxm1995@163.com

通訊作者：曾路生（ 1966—），男，博士，副教授，主要從事土壤與肥料學(xué)教學(xué)與研究。E-mail： zenglsh@163.com