腐植酸增效復(fù)混肥對不同鹽漬化程度土壤小麥產(chǎn)量和氮素利用的影響

楊 柳，李絮花，胡 斌

（1.土壤資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 泰安 271018；2.江蘇省蘇州吳江區(qū)土壤肥料技術(shù)指導(dǎo)站，江蘇 蘇州 215000；3.山東省土壤肥料工作站，山東 濟(jì)南 250000）

全球鹽漬化耕地約3.8億hm2，約占可耕地面積的10%，我國鹽漬化耕地約1億hm2，制約我國糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和養(yǎng)分利用率的提高［1-2］。提高氮肥利用率可通過科學(xué)施肥、應(yīng)用高效肥料、氮肥高效作物品種篩選等多種途徑來實(shí)現(xiàn)［3-6］，其中，高效肥料的研發(fā)和應(yīng)用至關(guān)重要。腐植酸是一種有機(jī)高分子混合物，其主要來源是風(fēng)化煤、褐煤和草炭，由土壤中各種微生物進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化以及地球形成過程中演變和積累起來的一類有機(jī)物質(zhì)［7］。近年來，以腐植酸為增效材料生產(chǎn)腐植酸增效肥料備受關(guān)注。研究表明，腐植酸增效肥料具有促進(jìn)作物生長、提高產(chǎn)量、提高肥效、改良土壤、提高土壤養(yǎng)分有效性等作用［8-12］，但腐植酸復(fù)混肥料對不同鹽漬化程度土壤上小麥產(chǎn)量及肥料利用效率的研究報(bào)道較少。本文通過連續(xù)2年的田間試驗(yàn)，研究腐植酸增效復(fù)混肥料在不同鹽漬化程度土壤的小麥增產(chǎn)效應(yīng)及氮肥利用效率，旨在為腐植酸增效復(fù)混肥料在鹽堿地上的科學(xué)應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)于2017年10月～2019年6月于山東省東營市利津縣渤海糧倉實(shí)驗(yàn)示范區(qū)進(jìn)行，種植制度為小麥/玉米輪作，小麥試驗(yàn)在同一地塊進(jìn)行了兩季。供試土壤為砂壤土，土壤基本理化性質(zhì)［13］見表1。供試小麥品種為濟(jì)麥22號，由山東省東營渤海農(nóng)場提供。

供試肥料為山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司提供的常規(guī)復(fù)混肥料（18-18-6）和腐植酸增效復(fù)混肥料（18-18-6，腐植酸含量8%），尿素（N 46%）、重過磷酸鈣（P2O546%）、硫酸鉀（K2O 51%）

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)包括不同鹽漬化程度土壤和不同施肥2個試驗(yàn)因素。（1）不同鹽漬化程度土壤：輕度鹽漬土（S1）、中度鹽漬土（S2）、重度鹽漬土（S3）。（2）施肥處理：空白（CK0，不施肥）、磷鉀對照（CK1，只施磷鉀肥）、常規(guī)復(fù)混肥料（CF）、腐植酸增效復(fù)混肥料（HF）。于2017年10月8日和2018年10月11日播種，磷鉀肥作基肥一次性施入，氮肥分基肥和追肥兩次施入（1/3基施，2/3追肥，追肥時間為3月12日），2018年6月12日和2019年6月10日收獲小麥，2018年7月至10月22日種植玉米，期間管理措施與大田的常規(guī)管理措施相同。小區(qū)面積4 m×5 m=20 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，S1、S2和S3鹽漬度土壤上具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)及施肥量一致（表2）。

表2 鹽堿地小麥肥效試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 樣品采集與處理

1.3.1 樣品采集和測產(chǎn)

土壤樣品采集：小麥播種前采集試驗(yàn)區(qū)的基礎(chǔ)土樣。在小麥分蘗期（2017年12月2日）、拔節(jié)期（2018年4月12日），灌漿期（2018年5月20日）和成熟期（2018年6月12日和2019年6月10日）采集0～20 cm土壤樣品（“S”形多點(diǎn)取樣），取部分鮮土做土壤無機(jī)氮測定。

植株樣品采集和處理：隨機(jī)采集3個1 m2小麥樣品，調(diào)查小麥的產(chǎn)量構(gòu)成要素，測產(chǎn)；秸稈采集后于烘箱80℃殺青30 min，于65℃烘箱中烘干至恒重；籽粒在收獲后，于65℃烘箱中烘干至恒重，粉碎后過0.25 mm篩，備用。

1.3.2 測定項(xiàng)目與方法

植株全N采用H2SO4-H2O2消煮、半微量凱氏定氮法測定；土壤無機(jī)氮含量（土壤鮮樣）用2 mol/L KCl浸提（土水比1∶10），浸提液中NO3--N和NH4+-N含量采用連續(xù)流動注射分析儀（AA3）測定。

1.4 計(jì)算公式

氮素肥料利用率=（施氮區(qū)吸氮量-CK1處理小區(qū)吸氮量）/施氮量×100%

氮素農(nóng)學(xué)效率=（施氮區(qū)作物籽粒產(chǎn)量-CK1處理小區(qū)作物籽粒產(chǎn)量）/施氮量

氮素偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)作物籽粒產(chǎn)量/施氮量

生物量=籽粒產(chǎn)量+秸稈產(chǎn)量

經(jīng)濟(jì)系數(shù)=籽粒產(chǎn)量/生物量×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 腐植酸增效復(fù)混肥料對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可以看出，隨著土壤鹽漬程度的加深，在任一處理下，其生物量、籽粒產(chǎn)量均呈下降趨勢。CF處理下，與S1相比，S2、S3鹽漬度土壤小麥的生物量和籽粒產(chǎn)量逐漸降低，降幅分別為10.68%和20.39%、59.81%和48.90%（2018年）、18.22%和22.59%、47.66%和53.00%（2019年）；HF處理下，與S1相比，S2、S3鹽漬度土壤小麥的生物量和籽粒產(chǎn)量降幅分別為18.24%和33.60%、52.97%和62.19%（2018年）、27.02%和40.07%、58.60%和65.10%（2019年）。從不同鹽漬化程度的土壤來看，在S1水平下，與CF相比，處理HF的生物量和籽粒產(chǎn)量增幅分別為31.68%和47.38%（2018年）、33.28%和47.6%（2019年）；在S2水平下，其生物量和籽粒產(chǎn)量分別提高20.53%和22.92%（2018年）、18.86%和13.64%（2019年）；在S3水平下，比CF分別增加了23.56%和13.12%（2018年）、5.36%和9.00%（2019年）。同時可以看出，在S1、S2鹽漬水平上，與CK1相比，其他處理間經(jīng)濟(jì)系數(shù)呈增加趨勢，但在S3水平下，經(jīng)濟(jì)系數(shù)呈下降趨勢，表明在不同鹽漬水平下，施用復(fù)混肥料作用于小麥器官的響應(yīng)不同。與不施氮肥處理（CK1）相比，其他各處理均可顯著提高冬小麥產(chǎn)量，表明施用氮肥能顯著提高小麥的產(chǎn)量，且腐植酸增效復(fù)混肥料的施肥效果更好。

由表4可以看出，隨著土壤鹽漬程度的加深，小麥的穗數(shù)和穗粒數(shù)均呈下降趨勢。在S1、S2水平下，與CK0、CK1相比，CF和HF處理下小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均呈增加趨勢，且HF增加量更大；在S3水平下，小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)呈增加趨勢，而千粒重增減不一。但總體可以看出，HF處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重在3個鹽漬水平基本是最佳的，其生物量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量也是最好的。

由表3、4總體可以看出，隨著土壤鹽漬度的加深，各處理的小麥產(chǎn)量及各構(gòu)成因素均降低，但施用腐植酸增效復(fù)混肥料可在S2土壤上獲得與S1土壤上普通復(fù)合肥相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量，因此鹽堿地上施用腐植酸增效復(fù)混肥料對增加小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響效果更好。

表3 不同處理對冬小麥產(chǎn)量的影響

表4 不同處理產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.2 腐植酸增效復(fù)混肥對小麥氮素吸收利用的影響

2.2.1 小麥氮素含量和累積吸收量

由表5可以看出，隨著土壤鹽漬化程度的加深，各處理間籽粒和秸稈N含量均呈增加趨勢，而小麥的N素總累積量整體呈下降的趨勢，可能是因?yàn)橹仓牦w內(nèi)累積更多的N來抵御鹽害的影響，但土壤鹽分濃度增加，植株的干物質(zhì)量減少，因此總體N素累積量降低。CF處理下，S2鹽漬度土壤小麥的N含量和N素總累積量比S1增加了11.51%和5.20%（2018年）、10.74%和-7.36%（2019年）；與S1相比，S3鹽漬度土壤小麥的N含量和N素總累積量增幅分別為28.21%和-39.88%（2018年）、6.98%和-47.44%（2019年）。在HF處理下，S2鹽漬度土壤小麥的N含量和N素總累積量比S1增加了7.58%和-21.99%（2018年）、5.84%和-34.47%（2019年）；與S1相比，S3鹽漬度土壤小麥的N含量和N素總累積量增幅分別為39.71%和-52.11%（2018年）、10.56%和-60.66%（2019年）。

由表5還可以看出，HF處理的小麥籽粒、秸稈N含量和N素總累積量明顯高于等氮量的CF處理，表明施用腐植酸增效復(fù)混肥料比施用普通復(fù)混肥料對于促進(jìn)小麥N素吸收、增加植株體內(nèi)N素累積方面的效果更好。在S1水平下，與CK1相比，CF、HF處理的小麥N素總累積量分別增加了3.30和40.05 kg/hm2（2018年）、28.50和78.30 kg/hm2（2019年）。以HF增 幅 最 大，與CF相比，其籽粒N含量、秸稈N含量和N素總累積量分別增加3.50%、21.74%和70.81%（2018年）以及13.59%、11.88%和67.89%（2019年）；在S2水平下，與CK1相比，CF、HF 處理的小麥氮素總累積量增 加 了14.10和28.65 kg/hm2（2018年）、23.10和35.85 kg/hm2（2019年），以HF的秸稈N含量和N素總累積量增幅最大，與CF相比，分別增加16.75%和26.65%（2018年）、1.95%和18.76%（2019年）；在S3水平下，N素總累積量最低，但小麥籽粒N含量、秸稈N含量處于較高水平，且施肥處理間以HF的增幅最大，與CF相比，其籽粒N含量、秸稈N含量和N素總累積量增幅分別為15.66%、14.68%和36.06%（2018年）以及14.92%、28.80%和25.68%（2019年）。在任一鹽漬水平下，施用腐植酸增效復(fù)混肥料能增加小麥籽粒、秸稈N含量和N素總累積量，且肥料效果比施用等氮量的普通復(fù)混肥料施肥處理更佳。

綜上可知，與CF相比，HF處理的小麥籽粒、秸稈N含量和N素總累積量均增加，表明在鹽堿地上施用腐植酸增效復(fù)混肥料能更有效地發(fā)揮肥料作用和更好地促進(jìn)植株氮素吸收，進(jìn)而促進(jìn)植株生長。

表5 不同處理對小麥N素吸收的影響

2.2.2 氮肥利用效率

由表6可以看出，隨著土壤鹽漬程度的加深，CF和HF處理的N肥利用率、N肥農(nóng)學(xué)效率和N肥偏生產(chǎn)力均呈下降趨勢，但HF處理均比CF處理效率高。表明隨著土壤鹽漬程度的加深，施肥對氮肥利用率的影響是逐漸降低的，其中施用腐植酸復(fù)混肥料比常規(guī)復(fù)混肥料更能有效減緩氮肥利用的降低速率。

由表6還可以看出，在鹽堿地上施用腐植酸增效復(fù)混肥料后小麥的N肥農(nóng)學(xué)效率、N肥利用率和N肥偏生產(chǎn)力都有明顯增加。在3種鹽漬水平下，與CF相比，處理后小麥的N肥農(nóng)學(xué)效率增加0.73～6.51個百分點(diǎn)（2018年）和0.75～8.30個百分點(diǎn)（2019年），HF處理增加N肥利用效率，較CF提高6.29～16.73個百分點(diǎn)（2018年）和5.47～ 27.69個百分點(diǎn)（2019年），N肥偏生產(chǎn)力也比CF明顯增加，增幅為0.73～6.51個百分點(diǎn)（2018年）和0.70～8.30個百分點(diǎn)（2019年），其中S1水平下HF處理的N肥利用效率最高，顯著高于其他鹽漬水平下各施肥處理。

表6 不同處理對氮肥利用效率的影響

2.3 腐植酸增效復(fù)混肥對土壤無機(jī)氮含量的影響

2.3.1 土壤硝態(tài)氮動態(tài)變化

由圖1可以看出，在S1水平下，CK0、CK1處理在整個生育期內(nèi)硝態(tài)氮均保持在較低水平。在分蘗期，處理CF和HF相較于其它處理含量較高，分別為34.47和36.68 mg/kg，與CK0、CH1處理相比差異顯著，但兩者間差異不顯著；在小麥拔節(jié)期，HF處理土壤的硝態(tài)氮含量最高，為35.26 mg/kg，CF處理下土壤硝態(tài)氮含量次之，為33.23 mg/kg，兩處理間差異不顯著，但與其它處理差異顯著；在小麥灌漿期和成熟期，均以HF土壤硝態(tài)氮含量最高，分別為25.64和15.70 mg/kg。在整個生育期中HF相較于其它處理始終保持最高水平；與CF相比，HF處理在小麥各個時期增加了土壤的硝態(tài)氮含量，增幅為0.49%～23.94%。在S2水平下整個生育期均以HF土壤硝態(tài)氮含量最高，CF處理下土壤硝態(tài)氮含量次之，與其它處理相比差異顯著（除成熟期外）。整個生育期中HF土壤硝態(tài)氮含量較CF相比，增加了4.34%～11.20%。在S3水平下，小麥分蘗期以CF處理下土壤硝態(tài)氮含量最高，為29.18 mg/kg。除分蘗期外的3個時期均以HF土壤硝態(tài)氮含量最高，CF處理下土壤硝態(tài)氮含量次之。

由圖1、2均可以看出，在小麥各生育期土壤硝態(tài)氮含量隨鹽漬程度的增加而基本呈下降的趨勢；在小麥全部生育期中，硝態(tài)氮含量隨時期的推移呈下降的趨勢，在小麥成熟期達(dá)到最低?？傮w可以看出在2018、2019年這兩季小麥生育期均以HF處理土壤硝態(tài)氮含量最高。

圖1 冬小麥生育期0～20 cm土壤的NO3--N含量（2018年）

2.3.2 土壤銨態(tài)氮動態(tài)變化

圖2 冬小麥成熟期0～20 cm土壤的NO3--N含量（2019年）

由圖3可以看出，S1水平下，在整個小麥生育期，CK0、CK1處理在整個生育期內(nèi)銨態(tài)氮均較低。在分蘗期，處理CF和HF土壤銨態(tài)氮含量較高，分別為36.43和32.53 mg/kg，與其他處理差異顯著，但兩處理間差異不明顯；在小麥拔節(jié)期，CF處理土壤的銨態(tài)氮含量最高，為31.74 mg/kg，HF處理的土壤銨態(tài)氮含量次之，為27.65 mg/kg，且與其他處理差異顯著；小麥灌漿期，以CF處理土壤的銨態(tài)氮含量最高，為17.90 mg/kg；在小麥成熟期，以HF處理的土壤銨態(tài)氮含量最高，為15.32 mg/kg，與其他處理差異顯著。S2水平下冬小麥生育期土壤銨態(tài)氮含量變化規(guī)律與S1基本一致。在小麥分蘗期和拔節(jié)期，均以CF土壤銨態(tài)氮含量最高，分別為34.23和31.75 mg/kg，HF土壤銨態(tài)氮含量次之，兩者間差異不顯著，均與其他處理間差異顯著；在小麥灌漿期和成熟期，4個處理間差異不顯著。S3水平下小麥生育期土壤銨態(tài)氮含量的變化也符合上述規(guī)律。小麥分蘗期、拔節(jié)期和灌漿期均以CF處理下土壤銨態(tài)氮含量最高，分別為43.59、39.09和15.24 mg/kg，HF土壤銨態(tài)氮含量次之，且兩者間差異不顯著，均與其他處理間差異顯著；在小麥成熟期，4個處理間銨態(tài)氮含量差異不顯著。

由圖3、4總體看出，HF處理在小麥生育期前期不同鹽漬土壤上均保持了土壤銨態(tài)氮含量比CF處理低。與CF相比，處理HF在小麥分蘗期和拔節(jié)期均降低了土壤銨態(tài)氮含量，降幅為6.42%～15.08%，這可能是因?yàn)楦菜嵩谧魑锷L前期能夠很好地抑制尿素的水解，極大地降低了氮素的揮發(fā)及淋溶損失。

圖3 冬小麥生育期0～20 cm土壤的NH4+-N含量（2018年）

圖4 冬小麥成熟期0～20 cm土壤的NH4+-N含量（2019年）

3 討論

小麥產(chǎn)量及氮素的吸收利用與腐植酸生理活性是密切相關(guān)的，其作用機(jī)理比較復(fù)雜［14-15］。腐植酸能夠提高植株細(xì)胞酶活性，延緩其衰老，增加其對營養(yǎng)元素的吸收，進(jìn)而提高氮肥的吸收利用，從而促進(jìn)植物的生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量。前人研究結(jié)果表明，在生姜、生菜、玉米等作物上施用腐植酸肥料，均可促進(jìn)作物營養(yǎng)元素吸收，提高其產(chǎn)量［16-19］。以上研究結(jié)果與本文結(jié)果相似，本文通過在不同鹽漬程度土壤上連續(xù)2年的小麥試驗(yàn)結(jié)果表明，施用腐植酸增效復(fù)混肥料能促進(jìn)小麥對土壤中氮素的吸收利用，提高氮肥利用效率，進(jìn)而增加小麥產(chǎn)量。這主要是由于腐植酸是一種生物刺激素，它能改善植物的生理特性，與無機(jī)肥配施能提高肥料利用率，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量［20-21］。

腐植酸肥料能夠增加土壤無機(jī)態(tài)氮含量，促進(jìn)小麥對土壤氮素的吸收，提高氮素利用率。土壤無機(jī)態(tài)氮主要包括硝態(tài)氮與銨態(tài)氮，二者是植物生長過程中主要的礦質(zhì)氮源，吸收量約占植物吸收陰陽離子總量的80%［22］，而腐植酸主要以難溶性大分子團(tuán)聚體形態(tài)存在，其基本結(jié)構(gòu)是芳環(huán)和脂環(huán)，環(huán)上連有眾多官能團(tuán)，使其具有多種功能，而較高的吸附能力為其中一大突出特點(diǎn)［23-24］。因此當(dāng)尿素被水解成NH3，NH3經(jīng)水合成NH4+時，很快被腐植酸吸附，并與其發(fā)生氨化反應(yīng)生成較穩(wěn)定的腐植酸銨鹽，一方面減少了氨的揮發(fā)損失，一方面為作物吸收提供了NH4+源［25-26］。同時很多研究結(jié)果表明，腐植酸對土壤脲酶活性具有抑制作用，可維持在100 d左右；腐植酸在作物生長前期能很好地抑制尿素的水解，從而極大地減少了氮素的揮發(fā)及淋溶損失；而在作物生長中、后期，隨著腐植酸的消耗，又能夠逐漸減弱其抑制作用，以適應(yīng)作物發(fā)育旺盛時期對氮素的大量需求［27-29］。上述結(jié)論與本研究結(jié)果一致，與常規(guī)復(fù)混肥料處理相比，施用腐植酸增效復(fù)混肥料處理能明顯提高小麥生長的中、后期土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，減緩了銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的損失量，提高了氮肥的利用效率，增加作物產(chǎn)量。

國內(nèi)外眾多研究表明，腐植酸能有效提高植株的耐鹽堿性。Na+是鹽堿化土壤中最多的陽離子之一［30］。土壤中高濃度Na+會擾亂植物對營養(yǎng)元素的吸收，產(chǎn)生離子毒害及滲透脅迫并誘發(fā)氧化脅迫，從而抑制植物生長，甚至導(dǎo)致植物的死亡［31］。本研究表明，在同一處理下，隨著土壤鹽分濃度的增加，小麥的生物量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量呈下降趨勢，隨著鹽分的提高植物體的產(chǎn)量構(gòu)成因素也都是降低的，這與董合忠等［32］的結(jié)論一致。前人研究結(jié)果還表明，降低鹽分有利于植株氮素累積，提高氮素利用率［33-34］，以上研究結(jié)果與本文結(jié)果相似，在同一處理下，隨著土壤鹽分的提高，N素總累積量、N肥利用率、N肥農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力也是逐漸降低的。國內(nèi)外學(xué)者［35-37］研究發(fā)現(xiàn)，施用腐植酸能夠改善土壤理化性質(zhì)，降低鹽堿度，還可以增加酶活性，促進(jìn)植物根部生長和代謝，加強(qiáng)體內(nèi)細(xì)胞進(jìn)行光合作用與呼吸作用，進(jìn)而提升作物產(chǎn)量。上述結(jié)果與本研究結(jié)果相一致，在任一鹽漬度土壤上，與常規(guī)復(fù)混肥料處理相比，腐植酸增效復(fù)混肥料提高小麥產(chǎn)量、氮素吸收和氮肥利用效率的效果更佳，隨著土壤鹽漬程度的加深，肥料的作用效果逐漸降低。

4 結(jié)論

腐植酸增效復(fù)混肥料能夠調(diào)控小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素，顯著增加小麥產(chǎn)量，促進(jìn)小麥對氮素的吸收利用；也增加了小麥生育中、后期0～20 cm土壤硝態(tài)氮含量，降低了小麥生育前期銨態(tài)氮含量，減少了氮素?fù)p失，更好地滿足作物根系需肥特性，同時提高了氮肥利用率、農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力。

隨著土壤鹽漬度的加深，在同一施肥處理下，小麥生物量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)、氮素總累積量、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均呈下降趨勢。腐植酸增效復(fù)混肥料發(fā)揮效應(yīng)的能力隨土壤鹽漬度降低而增強(qiáng)，建議低、中度鹽漬化土壤上應(yīng)用腐植酸增效復(fù)混肥料。