施磷量對鹽堿地柳枝稷生長及土壤養(yǎng)分的影響

閆承宏，吳 娜，劉吉利，趙 匆，4，何海鋒

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，銀川 750021；3.寧夏大學(xué)西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，銀川 750021；4.寧夏大學(xué)西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021)

【研究意義】寧夏引黃灌區(qū)土壤鹽堿化問題較為嚴(yán)峻[1]，土壤障礙強(qiáng)烈。據(jù)統(tǒng)計(jì)該區(qū)次生鹽漬化面積達(dá)2.4×105hm2，約占現(xiàn)有耕地面積的48.9%，主要集中在包括賀蘭縣、平羅縣和農(nóng)墾集團(tuán)公司所屬的南梁農(nóng)場、前進(jìn)農(nóng)場的銀川以北地區(qū)[2]。土壤鹽漬化嚴(yán)重影響該地區(qū)域生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益，制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。目前，我國學(xué)者針對鹽堿地的改良方式主要有4種: 物理、化學(xué)、工程和生物改良措施[3]。關(guān)于生物措施，即選用一些耐鹽堿的作物進(jìn)行種植，如紫花苜蓿、堿蓬、檉柳、星星草等。有研究發(fā)現(xiàn)，通過生物措施改良的鹽堿地脫鹽效果不僅持久、穩(wěn)定，而且有利于水土保持及生態(tài)平衡[4]。能源作物柳枝稷具有一定的抗鹽能力[5]，可用于鹽堿地生物改良。鹽堿地種植能源作物既不占用耕地，又能大量生產(chǎn)生物質(zhì)能源，同時對鹽堿地生態(tài)修復(fù)具有重要意義[6]。【前人研究進(jìn)展】磷是植物生長發(fā)育所必須的大量元素之一，其缺乏將不利于作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成[7]。土壤中的磷素含量并不高，為創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)土壤條件，以獲得作物高產(chǎn)高效，需要將肥料補(bǔ)充到土壤中，提高土壤活性磷的含量[8]。寧曉光等[9]發(fā)現(xiàn)磷肥可作為鹽堿土壤的有效改良劑，在鹽堿地增施磷肥可以降低鹽堿脅迫，改善土壤環(huán)境。周桂生等[10]研究表明，中度鹽堿地種植蓖麻的最佳施磷量為90 kg/hm2；盧闖等[11]研究結(jié)果顯示，河套地區(qū)重度鹽堿地施磷量為180 kg/hm2時，食葵生長最好且土壤微生物多樣性增加；童晨[12]則發(fā)現(xiàn)，施氮量225 kg/hm2、施磷量90 kg/hm2是中度鹽堿地種植蓖麻的最佳施肥量。提高土壤肥力、降低土壤鹽堿是鹽堿區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要工作[13]。合理的施用化肥可以較好的保持和提高土壤肥力[14]。【本研究切入點(diǎn)】前人在鹽堿地治理方面已有諸多研究，但就區(qū)域性柳枝稷適宜品種的最佳施磷量的研究鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究針對寧夏銀北鹽堿地區(qū)，通過對不同施磷條件下柳枝稷生長指標(biāo)和土壤養(yǎng)分動態(tài)進(jìn)行對比分析，探究不同施磷水平下對鹽堿土壤的改良，以認(rèn)知柳枝稷耐鹽堿的特性，為寧夏鹽堿地區(qū)柳枝稷品種選育及磷肥管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏銀川北部典型鹽堿區(qū)平羅西大灘(38°50′23.8″N，106°23′54.1″E)，試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在寧夏大學(xué)西大灘鹽堿地試驗(yàn)站。該地區(qū)常年干旱少雨年，均降水量為173 mm，蒸發(fā)量大，全年平均相對濕度為56%，富水性差，屬于干旱的中溫帶季風(fēng)氣候，植被類型以耐鹽堿植物為主。試驗(yàn)地塊選擇中度鹽堿地，基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)地0～20 cm土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)供試材料為高地型柳枝稷品種Pathfinder。采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置3個處理：不施磷、低磷30 kg/hm2和高磷90 kg/hm2，分別用P0、P30和P90表示。重復(fù)3次，各處理小區(qū)面積為5 m×6 m=30 m2，行距為50 cm，株距為25 cm。試驗(yàn)期間按照當(dāng)?shù)睾底鬓r(nóng)業(yè)統(tǒng)一進(jìn)行田間管理。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤鹽堿及養(yǎng)分 于柳枝稷成熟期，用土鉆隨機(jī)采用“S”形布點(diǎn)法在每小區(qū)各采樣3個采集土樣，每個點(diǎn)分4層取樣，深度分別為0～20、20～40、40～60、60～100 cm。將樣品帶回室內(nèi)并剔除可見的石礫、根系和其他雜質(zhì)，在陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干、研磨、混勻，過1 mm篩。土樣pH采用pH計(jì)測定(水土比5∶1)；土樣鹽分含量用電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率(EC)后，按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算全鹽含量[15]。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀—硫酸外加熱法；有效磷用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；堿解氮采用擴(kuò)散法測定。各測定項(xiàng)目結(jié)果均取3次重復(fù)平均值。

1.3.2 柳枝稷指標(biāo) 株高：每小區(qū)隨機(jī)選取長勢均勻的柳枝稷10株，測量每株自地面到頂端生長點(diǎn)高度。分蘗數(shù)：隨機(jī)選取10株柳枝稷觀測地表根莖部形成的分枝數(shù)。地上部生物質(zhì)產(chǎn)量：待柳枝稷成熟后，每小區(qū)收獲1 m2，刈割留茬5～10 cm，80 ℃烘干至恒重后換算出地上部生物質(zhì)產(chǎn)量。另每小區(qū)采集3株植株樣品，將其分為莖、葉、穗，105 ℃殺青后于80 ℃烘干，粉碎、過篩保存以測定植株養(yǎng)分。植株全氮用H2SO4-H2O2消煮,采用凱氏定氮法測定;全磷用釩鉬黃比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

植株地上部氮/磷素攜出量(kg/hm2)=Σ植株各器官干重×氮(磷、鉀)含量；

養(yǎng)分平衡采用表觀平衡法[16]計(jì)算：

養(yǎng)分平衡值 = 養(yǎng)分投入量-作物攜出量;養(yǎng)分盈余率(%)= (平衡值/作物攜出量)×100。養(yǎng)分投入量僅包括化肥投入量；攜出量僅包括作物收獲而帶出的養(yǎng)分含量。

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，IBM SPSS Statistics-22軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。采用單因素方差分析 (One-way ANOVA) 和Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行所有組間均值的比較，檢測不同數(shù)據(jù)組間的差異顯著性。用Canoco 4.5繪制RDA圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷水平對柳枝稷生長及產(chǎn)量的影響

由表2可知，鹽堿地施用磷肥對柳枝稷株高、分蘗數(shù)和產(chǎn)量均有明顯的促進(jìn)作用?？傮w上看，隨磷肥施用量的增加，柳枝稷株高和莖粗均呈增長趨勢，株高在不同處理間差異不顯著，P90處理下分蘗數(shù)較P0處理顯著增加了10.26%。施用磷肥可提高鹽堿地柳枝稷地上部生物質(zhì)產(chǎn)量，P30和P90處理下分別較P0增產(chǎn)27.97%和45.25%，且差異顯著。這說明柳枝稷地上部生物質(zhì)產(chǎn)量的變化隨施磷量增加表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)。

表2 不同處理對柳枝稷株高、分蘗數(shù)及生物質(zhì)產(chǎn)量的影響

2.2 土壤鹽堿特征

各處理變化趨勢基本一致，0～100 cm土壤pH隨施磷量增加均表現(xiàn)為顯著降低(圖1-a)。與P0相比，P30處理下不同土層處土壤pH較其降幅在0.7%～2.79%，P90處理下在2.91%～5.48%，P90處理降幅最大。隨土層加深，磷肥降低土壤pH的趨勢逐步減緩。如圖1-b所示，0～100 cm土壤鹽分含量隨施磷量的變化趨勢與pH相似。對于0～20 cm土層，施磷對土壤鹽分含量的影響十分明顯，P30和P90處理下全鹽量較P0分別降低了43.83%和59.88%。對于20～40和40～60 cm土層，P30和P90處理下土壤全鹽量無顯著差異，但較P0均顯著降低，P90處理下鹽分含量較P0降幅最大，分別降低了41.26%和17.62%。在60～100 cm土層，土壤全鹽量在P0和P30處理間差異不顯著，P90處理下則較P0顯著降低了17.52%。隨土層加深，施磷對土壤鹽分含量的降低趨勢逐漸減弱。

不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同The different lowercase letters indicate significant differences among treatments (P<0.05). The same as below圖1 不同處理0～100 cm土層土壤pH和全鹽量變化Fig.1 Changes of soil pH in 0-100 cm soil layer under different treatments

2.3 土壤養(yǎng)分特征

由表3可知，在0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量在P30和P90處理時，分別較P0顯著提高7.78%、16.73%，不同施磷水平間差異顯著。20～40 cm土層P0和P30處理間無顯著差異，P90有機(jī)質(zhì)含量較兩者顯著增加6.27%和35.54%。在40～60 cm土層，P30與P0處理間差異不顯著，P90處理下較P0處理顯著增加22.59%，P30與P90處理間差異不明顯。在60～100 c m土層土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)出與20～40 cm土層相似的趨勢。

表3 0～100 cm土層養(yǎng)分狀況

土壤有效磷含量對磷肥施用量的響應(yīng)較為明顯，表現(xiàn)為隨施磷量增加而逐漸升高。在0～20和20～40 cm土層內(nèi)，P90處理下土壤有效磷分別較P0明顯升高12.07、7.75 mg/kg，而P0和P30間差異并不顯著。對于40～60 cm土層，3種施磷水平間差異并不顯著，但有效磷含量還是隨施磷量增加表現(xiàn)出小幅度的增加。對于60～100 cm，P90處理較P0升高1.04 mg/kg。

施磷顯著影響0～20 cm土層土壤堿解氮含量，在P30和P90處理下較P0提高了6.39%、12.75%。在20～40 cm土層，P30 與P0處理間不存在顯著性差異，P90處理下則較P0提高了8.39%，40～60 cm土層表現(xiàn)出與20～40 cm相似的趨勢，不同的是該土層P30與P90處理間堿解氮含量無明顯差異。對于60～100 cm土層，低磷和高磷處理間無顯著差異，但較不施磷處理均顯著增加(P<0.05)。

2.4 養(yǎng)分收支平衡

由表4可知，施磷量由0增加到90 kg/hm2時，柳枝稷地上部氮素攜出量隨之增加，P30和P90處理間差異不明顯，但相較于P0分別提高了27.16%、43.38%。氮素平衡值為P0>P30>P90，P30同P90間無顯著差異。本試驗(yàn)各處理下氮素表觀盈余率均為負(fù)值，說明氮素處于虧缺狀態(tài)。

表4 不同處理柳枝稷—土壤體系中的氮/磷素平衡

柳枝稷地上部磷素攜出量的變化趨勢與氮素的相同。不同磷肥水平間磷素攜出量差異顯著，P30和P90處理較P0分別增加了36.35%和74.58%，表觀平衡值和盈余率均表現(xiàn)為P0

2.5 RDA分析

如圖2所示，對柳枝稷生長指標(biāo)及土壤指標(biāo)與生物質(zhì)產(chǎn)量開展RDA分析，軸1(RDA1)和軸2(RDA2)解釋率分別為98.64%和1.36%。從中可知，本試驗(yàn)中植株磷素攜出量、磷素表觀平衡值、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤有效磷含量及堿解氮含量是驅(qū)動柳枝稷產(chǎn)量形成的主要因素，其次為植株氮素攜出量、分蘗數(shù)和株高。此外，土壤pH、全鹽量、氮素表觀平衡值與生物質(zhì)產(chǎn)量顯著負(fù)相關(guān)。這說明降低土壤鹽堿含量，增加土壤養(yǎng)分有助于增產(chǎn)，合理的氮磷調(diào)控可促進(jìn)柳枝稷對營養(yǎng)元素的吸收，從而為柳枝稷地上部干物質(zhì)產(chǎn)量的積累提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

EC為土壤鹽分含量，OC為土壤有機(jī)質(zhì)，AN為土壤堿解氮，AP為土壤有效磷，TN為植株氮素攜出量，TP為植株磷素攜出量，BN為氮素表觀平衡值，BP為磷素表觀平衡值，Y為地上部生物質(zhì)產(chǎn)量EC is soil salt content; OC is soil organic matter; AN is soil alkali-hydrolyzable nitrogen; AP is soil available phosphorus; TN is plant nitrogen output; TP is plant phosphorus output; BN is nitrogen apparent equilibrium value; BP is phosphorus apparent equilibrium value; And Y is aboveground biomass output圖2 生物質(zhì)產(chǎn)量與生長指標(biāo)及養(yǎng)分含量RDA分析Fig.2 RDA analysis of biomass yield, growth index and nutrient content

3 討 論

研究表明，在鹽堿土壤上，植物的生長指標(biāo)(如株高、莖粗、分蘗數(shù)等)以及產(chǎn)量隨施肥量的增加而升高[17-19]。劉金彪等[20]研究認(rèn)為施磷可顯著提高柳枝稷生物量，劉鑫等[21]研究認(rèn)為磷肥提高了油橄欖的株高、莖粗等生物學(xué)特性，對植株生長發(fā)育起到促進(jìn)作用。曾洪玉等[22]通過設(shè)置不同磷肥梯度，發(fā)現(xiàn)增施磷肥不僅提高了油菜農(nóng)藝生長性狀，而且有利于增產(chǎn)。這些研究結(jié)論與本試驗(yàn)結(jié)果基本一致，施磷使得柳枝稷生長良好、單株分蘗數(shù)增多，從而增加了與土地的接觸面積，使得作物與土壤之間的互動更為強(qiáng)烈，進(jìn)一步為柳枝稷獲得高產(chǎn)提供基礎(chǔ)。

土壤pH影響土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)，同時也決定肥料的施用效果，對植物的生長發(fā)育有直接影響[23]。全鹽量作為表征土壤鹽化程度的重要指標(biāo)，與土壤質(zhì)地及施入的肥料密切相關(guān)[24]。前人研究指出，鹽堿地施用磷肥可顯著降低土壤pH[25]和鹽分含量[26]。本研究結(jié)果表明，不同施磷量對鹽堿地0～100 cm土層土壤pH和鹽分含量的影響相同，各土層土壤pH和鹽分含量均隨施磷量增加而降低。這與前人的結(jié)論基本一致，即施磷可降低土壤pH值和鹽分含量，緩解土壤鹽堿壓力。

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要組成部分，是判斷土壤肥力可持續(xù)性和作物產(chǎn)量穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[27]。李玉等[28]、俄勝哲等[29]研究認(rèn)為土壤養(yǎng)分含量直接影響作物的產(chǎn)量。土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分可作為土壤質(zhì)量評價的重要參考指標(biāo)。盧九斤等[30]認(rèn)為，施用磷肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷及堿解氮的含量，改善土壤養(yǎng)分狀況。本研究結(jié)果表明，柳枝稷收獲后土壤中各養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而減少，磷肥的效果受土層深度變化的影響比較明顯，在0～20 cm土層，施用磷肥處理土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷及堿解氮含量均顯著高于不施磷處理，隨著土層的加深，各指標(biāo)磷肥處理較不施肥處理差異有所減小。同時，RDA結(jié)果顯示，柳枝稷地上部生物質(zhì)產(chǎn)量與土壤鹽堿指標(biāo)負(fù)相關(guān)，與土壤養(yǎng)分指標(biāo)明顯正相關(guān)，這表明降低土壤鹽堿含量并改善養(yǎng)分狀況，是作物獲得高產(chǎn)的重要途徑。這與前人結(jié)論基本一致。

當(dāng)下我國主要農(nóng)作物的施肥量可結(jié)合測土配方施肥與作物產(chǎn)量的養(yǎng)分消耗量來定。由于磷肥施入土壤后基本沒有損失，所以土壤磷素的長期盈余或虧缺決定著土壤磷素的發(fā)展方向[31]。本研究中，隨著磷肥施用量增加，柳枝稷地上部對磷素的攜出量增加，土壤中磷素的盈余量也增多。這與付蓉等[32]、李前等[33]的研究結(jié)果相似；本研究結(jié)果表明，僅在施磷量為90 kg/hm2時土壤中磷素處于盈余狀態(tài)，可為作物后續(xù)提供營養(yǎng)，在一定意義上提高了土壤對于磷素的供應(yīng)潛力。氮素攜出量的變化與磷素相同，不同的是，土壤中氮素的盈余量逐漸減少，3種施磷處理下，氮素均處于虧缺狀態(tài)。但本試驗(yàn)中施磷90 kg/hm2時磷素盈余率為86.05%，磷素作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中僅次于氮的第二大限制植物生長的養(yǎng)分[35]，可在一定程度上彌補(bǔ)氮素不足造成的影響。

4 結(jié) 論

施磷顯著影響鹽堿地柳枝稷生長和土壤養(yǎng)分含量。在寧夏銀北中度鹽堿地，磷肥使得柳枝稷生長良好，從而積累更多的生物質(zhì)產(chǎn)量。增施磷肥不僅降低了土壤pH和全鹽含量，且土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮含量均有所提高，但隨土層加深，這種有利影響有所減弱。綜合各因素考慮，本試驗(yàn)條件下，施磷量90 kg/hm2有利于為銀北鹽堿地區(qū)土壤改良和柳枝稷高產(chǎn)。