長期定位施氯對3 種質(zhì)地土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響

賈云超，黃 達(dá)，王喜枝，閆軍營，王立河

（1.河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南 中牟 451450；2.河南省土壤肥料站，河南 鄭州 450002）

氯是植物必需的營養(yǎng)元素，能夠參與光合作用、控制葉面氣孔活動(dòng)、調(diào)節(jié)植物細(xì)胞滲透壓[1-2]。當(dāng)前國內(nèi)研究者主要關(guān)注含氯肥料對當(dāng)季作物生長、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響。在土壤含氯低和耐氯力強(qiáng)的作物上施用含氯化肥能提高獼猴桃產(chǎn)量，且對品質(zhì)無副作用；在對氯敏感的煙草、薯類等作物上施用不同量的含氯化肥對作物產(chǎn)量、品質(zhì)影響也不相同；在干旱地區(qū)施用含氯化肥會(huì)導(dǎo)致氯在土壤中累積，對作物產(chǎn)量和土壤肥力產(chǎn)生不良影響[3-6]。楊林生等[7]的研究結(jié)果表明，長期施用含氯化肥顯著影響土壤微生物的組成及數(shù)量，導(dǎo)致作物產(chǎn)量有降低趨勢。有研究結(jié)果表明，長期施用含氯化肥抑制水稻籽粒對銅、鋅、硅的吸收，結(jié)實(shí)率降低[8-9]。

含氯化肥具有氯含量、鹽指數(shù)均較高的特點(diǎn)，其對土壤理化性質(zhì)的影響值得深入探討。蘇壯等[10]認(rèn)為，長期施用含氯化肥尤其是高氯化肥，導(dǎo)致土壤總孔隙度略有下降、土壤微團(tuán)聚體數(shù)量有一定提高；寧遠(yuǎn)旺等[11]認(rèn)為，含氯肥料氯化銨是生理酸性肥料，銨離子進(jìn)入土壤中會(huì)與氫離子相互置換，從而降低土壤pH 值；張樹清[12]認(rèn)為，氯離子會(huì)影響土壤陽離子交換量。但關(guān)于長期施用含氯化肥對不同質(zhì)地土壤理化性質(zhì)影響的研究尚未見報(bào)道。鑒于此，通過長期定位試驗(yàn)，研究施用含氯化肥對不同質(zhì)地土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響，旨在為含氯化肥的合理施用、糧食作物的安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試土壤概況

試驗(yàn)于2016 年10 月—2021 年9 月在位于中牟縣的河南省農(nóng)業(yè)高新科技園的坑栽池（1 m×1 m×1 m）定位試驗(yàn)站進(jìn)行。供試土壤機(jī)械組成情況見表1，供試土壤養(yǎng)分情況見表2。供試小麥品種為矮抗58，供試玉米品種為先玉1466，供試肥料為尿素（N 46%）、氯化銨（NH4Cl 99%）、過磷酸鈣（P2O512%）、硫酸鉀（K2O 50%）。

表1 供試土壤機(jī)械組成Tab.1 Mechanical composition of tested soil

表2 供試土壤養(yǎng)分狀況Tab.2 Nutrient status of tested soil

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)。主區(qū)包括砂土、壤土、黏土3種質(zhì)地，每質(zhì)地設(shè)24個(gè)坑栽池，共設(shè)72個(gè)小池。裂區(qū)包括不含氯肥料[小麥季尿素+過磷酸鈣+硫酸鉀+玉米季尿素為對照（CK）]、含氯15%肥料[小麥季尿素+氯化銨+過磷酸鈣+硫酸鉀+玉米季尿素+氯化銨（T1）]、含氯30%肥料[小麥季尿素+氯化銨+過磷酸鈣+硫酸鉀+玉米季尿素+氯化銨（T2）] 3 個(gè)處理，8 次重復(fù)。小麥季施氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）分別為210、90、60 kg∕hm2。其中，氮肥60%基施、40%返青期追施（126 kg∕hm2底施、84 kg∕hm2返青期追施）；磷鉀肥全作基肥，基肥整地前均勻撒施后翻入土中。玉米季追施氮（N）112.5 kg∕hm2，均在大喇叭口期追施。具體施肥方案見表3。

表3 池栽小麥、玉米施肥量Tab.3 Fertilizer application rate for wheat and maize in pond

1.2 樣品采集與測定

土壤樣品：2021 年玉米收獲后采集0～20、20～40、40～60 cm 土層土壤樣品。采用比重計(jì)法測定土壤粒級，采用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量，采用蒸餾法測定土壤全氮含量，采用0.05 mol∕L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷含量，采用NH4OAc 浸提-火焰光度計(jì)法測定土壤速效鉀含量，采用電位法測定土壤pH 值，采用硝酸銀滴定法測定土壤Cl-含量，利用雷磁DDSJ-308 電導(dǎo)率儀測定水溶性鹽含量，采用原子吸收分光光度法測定水溶性鈣含量[13-14]。

植株樣品：小麥、玉米成熟后實(shí)收測產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用DPS 7.05軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，處理間差異采用單因素方差分析，以Duncan’s法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤性質(zhì)的影響

2.1.1 長期定位施氯不同施氯量對3 種質(zhì)地土壤pH 值的影響 由圖1可知，3種質(zhì)地土壤pH 值均隨含氯肥料施用量的增加有下降趨勢。砂土pH 值與CK 比，下降不顯著；壤土0～20 cm 土層T1、T2 處理pH值較CK顯著降低了0.06、0.07，40～60 cm 土層T2處理pH 值較CK 顯著降低了0.10；黏土20～40 cm 土層T1、T2 處理pH 值較CK 顯著降低了0.09、0.12。上述結(jié)果表明，施用含氯化肥對砂土pH 值的影響較小，對壤土、黏土pH值的影響較大。

圖1 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤pH值的影響Fig.1 Effect of different chlorine application rates on pH of three texture soils under long-term positioning chlorine application

2.1.2 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤氯離子含量的影響 如圖2所示，砂土、黏土的氯離子含量隨含氯肥料施用量的增加而上升。其中，砂土0～20、20～40、40～60 cm 土層T2 處理氯離子含量分別為0.035 0、0.036 7、0.036 7 g∕kg，黏土0～20、20～40、40～60 cm土層T2處理氯離子含量分別為0.056 7、0.053 3、0.051 0 g∕kg，壤土0～20、20～40、40～60 cm 土層T1 處理氯離子含量分別為0.053 7、0.053 0、0.052 7 g∕kg。以上處理氯離子含量與同土層CK 相比，差異均達(dá)到顯著水平。

圖2 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤氯離子含量的影響Fig.2 Effect of different chlorine application rates on chloride ion content in three texture soils under long-term positioning chlorine application

2.1.3 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤水溶性鹽含量的影響 由圖3 可知，砂土0～20 cm 土層T1 處理含量最小，比CK 降低了23.38%；40～60 cm 土層水溶性鹽含量呈下降趨勢，尤其是T2 處理含量最小，比CK 下降了15.08%。壤土0～20、40～60 cm 土層和黏土0～20、20～40 cm 土層水溶性鹽含量隨含氯肥料施用量的增加呈增加趨勢。其中，壤土40～60 cm 土層T2 處理比CK 增加了6.93%；黏土0～20 cm 土層T1、T2 處理分別比CK 增加了7.02%、9.22%，20～40 cm 土層T1、T2 處理分別比CK 增加了5.93%、7.63%。

圖3 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤水溶性鹽含量的影響Fig.3 Effect of different chlorine application rates on water-soluble salt content in three texture soil content under longterm positioning chlorine application

2.1.4 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤水溶性鈣含量的影響 由圖4 可知，砂土0～20 cm 土層，T1、T2 處理分別比CK 降低了11.40、6.47 g∕kg；40～60 cm 土層，水溶性鈣含量隨含氯肥料施用量的增加呈增加趨勢，T1、T2 處理分別比CK 增加了1.70、17.36 g∕kg。壤土20～40 cm土層，T1、T2處理比CK 分別提高了18.73、16.73 g∕kg；40～60 cm 土層，水溶性鈣含量呈下降趨勢，T1、T2處理比CK分別降低了27.00、27.34 g∕kg。黏土0～20、40～60 cm 土層，水溶性鈣含量比CK 都有顯著提高，尤其是40～60 cm土層T1 處理較CK 增加了34.57 g∕kg。以上表明，長期施用含氯肥料能不同程度地影響土壤水溶性鈣含量。

圖4 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤水溶性鈣含量的影響Fig.4 Effect of different chlorine application rates on water-soluble calcium content in three texture soils under long-term positioning chlorine application

2.1.5 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤機(jī)械組成的影響 由圖5 可知，砂土0～20、40～60 cm土層T1 處理＞0.05 mm 土粒占比分別比同土層CK提高了6.67%、2.60%；壤土0～20 cm 土層T1、T2 處理＞0.05 mm 土粒占比比同土層CK 降低了14.88%、12.40%，20～40 cm 土層呈增加趨勢，尤其是T2 處理＞0.05 mm 土粒占比比同土層CK 提高了30.17%；不同施氯量對黏土＞0.05 mm土粒占比無顯著影響。

圖5 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤機(jī)械組成的影響Fig.5 Effect of different chlorine fertilizer rates on mechanical composition of three texture soils under long-term positioning chlorine application

砂土0～20、40～60 cm 土層T1 處理0.05～0.001 mm 土粒占比分別比同土層CK 降低了26.32%、35.76%；壤土0～20、40～60 cm 土層T1、T2處理0.05～0.001 mm 土粒占比比同土層CK 都有提高，而20～40 cm 土層0.05～0.001 mm 土粒占比隨含氯肥料施用量的增加而下降；不同施氯量對黏土0～20、20～40 cm 土層0.05～0.001 mm 土粒占比影響不明顯，40～60 cm 土層0.05～0.001 mm 土粒占比呈下降趨勢。

不同施氯量對砂土各處理≤0.001 mm 土粒占比無顯著影響；壤土0～20 cm 土層，T1 處理≤0.001 mm土粒占比比同土層CK 顯著提高了24.93%，而20～40、40～60 cm 土層T1、T2 處理≤0.001 mm 土粒占比比同土層CK 都低，尤其是40～60 cm 土層T1 處理≤0.001 mm土粒占比比同土層CK降低了13.53%；黏土0～20、20～40 cm 土層T2 處理≤0.001 mm 土粒占比分別比同土層CK 降低了16.21%、4.87%，而40～60 cm 土層T2 處理≤0.001 mm 土粒占比比同土層CK 提高了14.90%。說明長期施用含氯肥料能不同程度地影響不同質(zhì)地土壤的機(jī)械組成。

2.2 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤小麥、玉米周年產(chǎn)量的影響

由圖6 可知，2017、2018、2019 年，不同含氯肥料用量對砂土、壤土和黏土小麥產(chǎn)量影響均不顯著。說明3 a 內(nèi)連續(xù)使用含氯肥料對小麥產(chǎn)量影響不大。2020 年，砂土T2 處理小麥產(chǎn)量顯著低于其他處理，比CK 下降了5.32%；壤土T1、T2 處理小麥產(chǎn)量分別比CK 下降了7.61%、7.13%；黏土T2 處理小麥產(chǎn)量比CK 降低了1.77%。2021 年變化趨勢基本同2020年，說明連續(xù)施用含氯肥料對小麥產(chǎn)量有明顯的抑制作用，尤其是T2處理，影響更大。

圖6 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤小麥產(chǎn)量的影響Fig.6 Effect of different chlorine application rates on grain yield of wheat in three texture soils under long-term positioning chlorine application

由圖7 可知，2017、2018、2019 年不同施氯量對砂土、壤土玉米產(chǎn)量的影響均不明顯，但2018 年黏土上，T1 處理玉米產(chǎn)量比CK 處理提高了6.76%。2020、2021 年壤土和黏土的T1、T2 處理玉米產(chǎn)量與CK 相比無顯著變化，但砂土T2 處理玉米產(chǎn)量比CK處理分別下降了5.20%、7.08%，2021 年變化趨勢基本同2020年，說明長期連續(xù)施用含氯肥料會(huì)對砂土玉米產(chǎn)量有抑制作用。

圖7 長期定位施氯不同施氯量對3種質(zhì)地土壤玉米產(chǎn)量的影響Fig.7 Effect of different chlorine application rates on maize grain yield in three texture soils under long-term positioning chlorine application

3 結(jié)論與討論

唐雪群等[15]認(rèn)為，pH 值隨著施氯量的增加有逐漸下降趨勢；趙普生等[16]認(rèn)為，氯對上層土壤有酸化作用；蘇壯等[17]認(rèn)為，氯對土壤pH值影響較大，表層尤甚。本研究結(jié)果表明，3 種質(zhì)地土壤pH 值都隨含氯肥料施用量的增加而有下降的趨勢。其中，砂土中不同含氯肥料施用量對土壤pH 值的影響均未達(dá)顯著水平，可能是砂土滲水性強(qiáng)的原因；壤土0～20 cm 土層的T1、T2 和40～60 cm 土層T2 處理pH 值較CK 處理顯著降低；黏土20～40 cm 土層T1、T2 處理pH值也顯著降低，這與前人研究結(jié)果相同。

朱元洪等[18]認(rèn)為，施含氯化肥可導(dǎo)致土壤氯離子累積，但殘留率隨土壤的滲水性和土壤質(zhì)地而異。蘇狀等[17]進(jìn)行了連續(xù)11 a 的定位試驗(yàn)，結(jié)果表明，施入不同量的含氯化肥，0～60 cm 土層中土壤含氯量及殘留率均有差異。本研究表明，3 種土壤質(zhì)地的T1、T2處理氯離子含量均有提高，尤其是砂土、黏土的T2 處理和壤土的T1 處理土壤氯離子含量最高，達(dá)到顯著水平，這與前人研究基本一致，可見連續(xù)施用含氯化肥會(huì)造成土壤中氯離子富集。

由于施用含氯化肥會(huì)向土壤中帶入大量的氯，對土壤中的水溶性鹽產(chǎn)生一定程度的影響。本研究結(jié)果表明，砂土0～20 cm 土層T1 處理和40～60 cm土層T2 處理水溶性鹽含量顯著比同層CK 低，可能是因?yàn)樯巴恋臐B水性強(qiáng)，即便含氯化肥能提高土壤中的水溶性鹽含量，但水溶性鹽會(huì)隨淋洗而流失；壤土的土壤水溶性鹽含量與CK 相比均有提高，尤其是20～40 cm 土層T1 處理和40～60 cm 土層T2 處理提高最多；黏土的土壤水溶性鹽含量與CK 相比均有提高，而增加的水溶性鹽會(huì)與氯離子結(jié)合形成對植物有害的氯化物，這可能是影響作物產(chǎn)量的一個(gè)因素。

砂土0～20 cm 土層，土壤水溶性鈣含量比CK低，而40～60 cm 土層土壤水溶性鈣含量比CK高；壤土20～40 cm 土層T1、T2 處理水溶性鈣含量較CK 增加顯著，40～60 cm 土層T1、T2 處理下降顯著；黏土0～20 cm 土層，T1、T2 處理水溶性鈣含量較CK 增加顯著。以上表明，長期施用含氯化肥會(huì)不同程度影響不同質(zhì)地土壤水溶性鈣含量，這可能是3 種質(zhì)地土壤的滲水性及對鈣離子的吸附性不同造成的。

崔玉珍等[19]進(jìn)行連續(xù)21 a 的研究后發(fā)現(xiàn)，能夠表征土壤肥力的＜0.05 mm 粒級的微團(tuán)聚體在施用含氯化肥后，不僅未被破壞反而有所提高，說明施用含氯化肥對土壤肥力無不良影響。本研究結(jié)果表明，對砂土的影響主要集中在0～20、40～60 cm 土層T1 處理。其中，＞0.05 mm 土粒占比顯著升高；0.05～0.001 mm 土粒占比顯著降低。對壤土的影響比較復(fù)雜，0～20 cm 土層T1、T2 處理＞0.05 mm 土粒占比顯著降低，20～40 cm 土層T2 處理＞0.05 mm 土粒占比顯著升高；對于0.05～0.001 mm 土粒，0～20 cm 土層T1、T2 處理顯著升高，20～40 cm 土層T2處理顯著下降，40～60 cm 土層T1、T2 處理顯著升高；對于≤0.001 mm 土粒，0～20 cm 土層T1 處理其占比顯著升高，20～40 cm 土層T2 處理顯著下降，40～60 cm 土層T1、T2 處理顯著下降。對黏土的機(jī)械組成影響較小，＞0.05 mm 土粒無明顯變化；0.05～0.001 mm 土粒在40～60 cm 土層，T1、T2 處理顯著下降；≤0.001 mm 土粒在0～20、20～40 cm 土層T2 處理下降顯著，40～60 cm 土層T2 處理顯著升高，可能是大量氯離子的存在改變了土壤的機(jī)械組成。

周寶庫等[20]開展了連續(xù)5 a的定位試驗(yàn)，結(jié)果表明，連續(xù)施用含氯化肥與施用其他化肥相比，產(chǎn)量基本相當(dāng)。而楊林生等[7]研究認(rèn)為，長期施用含氯化肥降低了土壤生物肥力，從而影響了作物產(chǎn)量。程明芳等[21]認(rèn)為，基施過量氯肥對冬小麥出苗勢和出苗率均有顯著影響，推遲出苗達(dá)4～5 d，出苗率下降，最終降低產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，3種質(zhì)地土壤連續(xù)3 a 施含氯化肥對小麥產(chǎn)量雖無顯著影響，但2020、2021年時(shí)砂土T2處理小麥產(chǎn)量顯著低于CK；2020 年壤土T1、T2 處理小麥產(chǎn)量比CK 分別降低了7.61%、7.13%；2020 年黏土T2 處理小麥產(chǎn)量比CK降低了1.77%。說明3 a 內(nèi)使用含氯化肥對小麥產(chǎn)量影響較小，但連續(xù)4 a 以上使用含氯化肥對小麥產(chǎn)量有抑制作用?？赡苁且?yàn)殚L期積累的氯離子與其他陽離子結(jié)合，形成有害的氯化物，對作物生長發(fā)育不利造成的。相比小麥，含氯化肥對玉米產(chǎn)量的影響相對較小，只有砂土T2 處理在2020、2021年時(shí)分別比CK顯著減產(chǎn)5.20%、7.08%；對壤土無顯著影響；黏土T1處理2018年比CK增產(chǎn)了6.76%，說明在黏土上使用含氯15%的化肥短期對玉米有一定的營養(yǎng)功能。

綜上，由于連續(xù)施用含氯化肥會(huì)降低土壤pH值，提高土壤氯離子含量，并進(jìn)一步影響土壤水溶性鹽及土壤機(jī)械組成，最終造成小麥減產(chǎn)，所以建議含氯化肥連續(xù)使用不要超過3 a，尤其是對于不耐受含氯化肥的植物，這樣不僅可以發(fā)揮含氯化肥的肥效，還能避免因氯離子在土壤中富集而對作物產(chǎn)量造成影響。