馬玉露，馬金慧，張慶國(guó)，馬玉樁，蘇雅樂其其格

（內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043）

近年來，隨著全球人口數(shù)量的日益增加、化肥施用量的不斷提高以及土壤質(zhì)量的日趨惡化，如何做到既能滿足人類對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求，又能在保持土壤質(zhì)量健康的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要議題。施肥作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要農(nóng)藝措施之一，對(duì)土壤健康和作物產(chǎn)量的影響很大。科學(xué)高效的施肥方式不僅能補(bǔ)足因作物吸收、雨水淋洗和土壤固定等造成的土壤養(yǎng)分虧缺，還能促進(jìn)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，為種植戶帶來不菲的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

化肥作為現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，自1843 年普通過磷酸鈣生產(chǎn)問世以來，已歷經(jīng)近200 載，其對(duì)當(dāng)今農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)可謂功不可沒。工廠化、規(guī)模化生產(chǎn)的化肥雖然憑借著穩(wěn)定的養(yǎng)分釋放、富裕的速效養(yǎng)分和相對(duì)低廉的價(jià)格迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，但也使千百年來我國(guó)農(nóng)村一直施用的有機(jī)農(nóng)家肥所占比例明顯下降，有機(jī)肥的作用被嚴(yán)重忽視。盡管化肥具有養(yǎng)分高效、價(jià)格低廉、施肥方便且容易獲得等優(yōu)點(diǎn)，但是大量事實(shí)證明，長(zhǎng)期大量施用化肥勢(shì)必會(huì)對(duì)土壤健康產(chǎn)生影響，造成土壤板結(jié)、土壤鹽漬化、環(huán)境惡化等［1-3］。有研究表明，有機(jī)肥含有作物生長(zhǎng)發(fā)育的多種必須營(yíng)養(yǎng)元素和生長(zhǎng)活性物質(zhì)，且長(zhǎng)期持續(xù)提供養(yǎng)分，有助于農(nóng)作物的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)優(yōu)產(chǎn)，同時(shí)，有機(jī)肥還能促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)增殖，對(duì)土壤緩沖性能和土壤理化性質(zhì)有良好的改善功能［4-5］。因此，有機(jī)肥和化肥配合施用可以達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短的效果，為作物同時(shí)供應(yīng)速效和緩效養(yǎng)分。

芥菜是通遼市當(dāng)?shù)靥厣称废滩私z、芥菜干等主要原料，含有豐富的維生素，是很受歡迎的經(jīng)濟(jì)作物。本試驗(yàn)以芥菜為研究對(duì)象，探究化肥與有機(jī)肥料配施對(duì)芥菜產(chǎn)量及土壤中八大離子含量和堿化度的影響，以期為通遼市芥菜種植的肥料管理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁區(qū)遼河鎮(zhèn)福安屯村（東經(jīng)122°10′22″～122°10′45″，北緯43°42′19″～43°42′19″），海拔高度180～200 m，屬于溫帶大陸性氣候，且大陸性顯著。該地氣候特點(diǎn)為冬季寒冷漫長(zhǎng)；夏季炎熱短暫，降雨多集中于7—8 月份，雨熱同期，平均年降水量395 mm，平均年蒸發(fā)量1 767 mm，蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于降水量，地下水易通過土壤到達(dá)地表；多年平均氣溫5.2 ℃，平均年日照時(shí)數(shù)約3 000 h；無霜期年均150 d；年相對(duì)濕度55%～61%。受季風(fēng)氣候影響，冬季多刮偏北風(fēng)，夏季多刮偏南風(fēng)［6］。由于近年施用化肥，該田塊已逐漸鹽堿化。

1.2 試驗(yàn)材料

所施化肥為硫酸鉀型加鋅加硼復(fù)合肥料（N-P2O5-K2O 為12-18-15，總養(yǎng)分≥45%，江蘇萬豐肥業(yè)公司），有機(jī)肥為牛糞（遼河鎮(zhèn)福安屯村），芥菜品種為北蔬芥菜疙瘩種子（網(wǎng)購于京東平臺(tái)）。

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)前茬作物為小麥，2022年4月1日播種，7月28日收獲，后茬作物為芥菜，8月2日播種，10月15日收獲。試驗(yàn)地共分為4個(gè)處理小區(qū)，分別是對(duì)照區(qū)（CK）、單施化肥區(qū)（H）、單施有機(jī)肥區(qū)（Y）以及有機(jī)肥化肥配施區(qū)（HY），施肥量見表1，小區(qū)面積0.067 hm2，3次重復(fù)。產(chǎn)量測(cè)定采取三點(diǎn)法：在1個(gè)小區(qū)隨機(jī)取3個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行芥菜產(chǎn)量測(cè)定，每個(gè)樣地面積為1 m×1 m。

表1 試驗(yàn)施肥方案Tab.1 Experimental fertilization scheme kg·hm-2

在各小區(qū)分別對(duì)0～20 cm土層進(jìn)行土樣采集，并在各區(qū)域分別按照五點(diǎn)法隨機(jī)取約1 kg的土樣，通過四分法將采集的土樣封存于自封袋中，并及時(shí)送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干處理，風(fēng)干后研磨并過1 mm篩［7］，收集并儲(chǔ)存好后備用。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目和方法

土壤金屬陽離子Ca2+和Mg2+的測(cè)定采用EDTA滴定法；K+和Na+的測(cè)定采用火焰光度法；陰離子CO32-和HCO-的測(cè)定采用雙指示劑-中和滴定法；Cl-和SO42-分別采用硫酸銀滴定法和EDTA間接絡(luò)合滴定法進(jìn)行測(cè)定；堿化度為交換性鈉離子（火焰光度法）與土壤陽離子交換量（乙酸鈉-火焰光度法）的比值［8］。

2 結(jié)果與分析

2.1 Ca2+和Mg2+含量分析

土壤Ca2+和Mg2+含量見圖1。由圖1 可知，4 種處理下耕層土壤的Ca2+含量分別是0.29、0.33、0.42、0.39 g·kg-1，土壤Mg2+含量分別為0.27、0.30、0.39、0.37 g·kg-1。Y處理Ca2+含量較CK顯著增加0.13 g·kg-1（P＜0.05），較H 處理顯著增加0.09 g·kg-1（P＜0.05）；HY 處理Ca2+含量較CK 顯著提高0.10 g·kg-1（P＜0.05），較H處理顯著提高0.06 g·kg-1（P＜0.05），而Y處理和HY處理之間無顯著差異。Y處理Mg2+含量比CK顯著提高0.12 g·kg-1（P＜0.05），較H處理顯著提高0.09 g·kg-1（P＜0.05）；HY處理Mg2+含量較CK顯著提高0.10 g·kg-1（P＜0.05），對(duì)比H處理顯著提高0.07 g·kg-1（P＜0.05），而Y處理與HY處理之間則無顯著差異。

圖1 土壤Ca2+和Mg2+含量Fig.1 Content of Ca2+ and Mg2+ in soil

Ca2+、Mg2+作為中量營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和提高作物品質(zhì)有重要作用，但在施肥過程中，農(nóng)戶們常忽視鈣、鎂等元素的補(bǔ)充。而有機(jī)肥作為全面肥料，幾乎含有植物所需的全部營(yíng)養(yǎng)元素，且有機(jī)肥養(yǎng)分釋放緩和，屬于長(zhǎng)效肥料，能在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)不斷為作物供應(yīng)養(yǎng)分，因此，其對(duì)土壤Ca2+、Mg2+含量的供給和作物高產(chǎn)非常重要。此外，Ca、Mg 等二價(jià)離子，尤其是Ca2+屬于有益離子，能夠有效抑制土壤的分散性，對(duì)促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體的形成至關(guān)重要［9-10］。

2.2 Na+和K+含量分析

土壤Na+和K+含量見圖2。由圖2可知，4種處理下耕層土壤的Na+含量分別是0.22、0.22、0.19、0.17 g·kg-1，而土壤K+含量分別為0.16、0.17、0.15、0.13 g·kg-1。Y處理Na+含量較CK和H處理均顯著降低0.03 g·kg-1（P＜0.05）；HY處理Na+含量較CK和H處理均顯著降低0.05 g·kg-1（P＜0.05），而Y處理和HY處理之間的Na+含量則無顯著差異。Y處理K+含量較CK和H處理分別降低0.01 g·kg-1和0.02 g·kg-1，但無顯著差異；HY處理K+含量較CK和H處理分別顯著降低0.03 g·kg-1和0.04 g·kg-1（P＜0.05）。

圖2 土壤Na+和K+含量Fig.2 Content of Na+ and K+ in soil

CK區(qū)和H區(qū)出現(xiàn)土壤Na+和K+含量偏高現(xiàn)象，可能是由于化肥中所含鹽基離子含量較高以及化肥自身并無明顯改土培肥效果所致。Y處理與CK和H處理的K+含量差異不顯著可能是由于有機(jī)肥中的養(yǎng)分較多地保留在了土壤中，即被土壤和土壤生物固定，未被作物充分吸收利用。

2.3 CO32-和HCO3-含量分析

土壤CO32-和HCO3-含量見圖3。由圖3 可知，4 種處理下耕層土壤的CO32-含量分別是0.023、0.027、0.015、0.008 g·kg-1，土壤HCO3-含量分別為0.033、0.028、0.013、0.012 g·kg-1。Y處理下的CO32-含量較CK降低0.008 g·kg-1，較H處理顯著降低0.012 g·kg-1（P＜0.05）；HY處理的CO32-含量較CK顯著降低0.015 g·kg-1（P＜0.05），相比H處理顯著降低0.019 g·kg-1（P＜0.05）；而Y處理與HY處理之間則無顯著差異。Y處理的HCO3-含量較CK 顯著降低0.020 g·kg-1（P＜0.05），較H 處理顯著降低0.015 g·kg-1（P＜0.05）；HY 處理HCO3-含量較CK顯著降低0.021 g·kg-1（P＜0.05），相比H處理顯著降低0.016 g·kg-1（P＜0.05），而Y處理和HY處理間則無顯著差異。說明施用有機(jī)肥后，土壤的CO32-和HCO3-含量都明顯降低，這可能是由于施用有機(jī)肥后，土壤中的腐殖質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量增多，土壤容易形成結(jié)構(gòu)優(yōu)良的團(tuán)聚體，從而有效抑制土壤顆粒的分散性，進(jìn)而抑制富含鹽基離子的地下水沿土壤毛細(xì)管大量上升到土表，使得耕層土壤中的鹽基離子含量保持正常水平［11］。

圖3 土壤CO32-和HCO3-含量Fig.3 Content of CO32- and HCO3- in soil

2.4 Cl-和SO42-含量分析

土壤Cl-和SO42-含量見圖4。由圖4可知，4種處理耕層土壤的Cl-含量分別是0.09、0.08、0.06、0.04 g·kg-1，而土壤SO42-含量分別為0.04、0.08、0.04、0.06 g·kg-1。Y處理的Cl-含量較CK顯著降低0.03 g·kg-1，較H處理顯著降低0.02 g·kg-1；HY處理Cl-含量較CK顯著降低0.05 g·kg-1，較H處理顯著降低0.04 g·kg-1，而Y處理和HY處理之間的Cl-含量并無顯著差異。Y處理SO42-含量較H處理顯著降低0.04 g·kg-1，HY處理SO42-較H處理顯著降低0.02 g·kg-1，但CK處理SO42-含量與Y處理和HY處理無顯著差異，其原因可能是由于施化肥后SO42-含量增多以及作物對(duì)硫素營(yíng)養(yǎng)有一定的需求所致。有機(jī)肥與化肥配施后，芥菜地土壤的Cl-含量有一定程度的降低，且對(duì)比H處理，HY處理的SO42-含量也出現(xiàn)明顯降低，原因可能是由于有機(jī)肥中富含腐殖酸等有機(jī)質(zhì)，有著培肥改土、改善土壤理化性質(zhì)的功效，能夠抑制土壤地表蒸發(fā)，因此，地下水中所富含的鹽基離子難以到達(dá)表層土壤；此外，所施化肥含Cl-和SO42-較多也可能是造成此結(jié)果的原因之一。

圖4 土壤Cl-和SO42-含量Fig.4 Content of Cl- and SO42- in soil

2.5 土壤堿化度分析

4種處理下耕層土壤的堿化度分別為13.52%、13.81%、12.58%、12.53%，其中，HY處理堿化度較CK顯著降低0.99%，較H 處理顯著降低1.28%；Y 處理堿化度較CK 顯著降低0.94%，較H 處理顯著降低1.23%；而HY處理與Y處理的堿化程度則無顯著差異（圖5）。通過配施有機(jī)肥和化肥或單施有機(jī)肥后，芥菜地土壤的堿化程度明顯降低。這可能是由于有機(jī)肥富含腐殖酸等有機(jī)物質(zhì)，能夠明顯抑制土壤的堿性和分散性，促進(jìn)土壤膠體凝聚和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，形成良好的土壤結(jié)構(gòu)，從而抑制地下水及其所含鹽分沿土壤毛管上升到地表，保證了地表的耕作層土壤鹽基含量維持在正常范圍，保證作物能夠正常生長(zhǎng)而不受鹽害脅迫。

圖5 試驗(yàn)田堿化度 Fig.5 The alkalinity of the experimental field

2.6 芥菜產(chǎn)量分析

芥菜產(chǎn)量見圖6。由圖6 可知，CK 芥菜產(chǎn)量最低（45 315.00 kg·hm-2）；Y 處理的芥菜產(chǎn)量也較低（49 506.75 kg·hm-2）；而H處理和HY處理的芥菜產(chǎn)量較高，其中，HY處理產(chǎn)量最高（61 105.50 kg·hm-2），較H處理（59 708.25 kg·hm-2）提升1 397.25 kg·hm-2，但無顯著差異，兩者均與CK和Y處理的產(chǎn)量有顯著差異。原因可能是化肥中的養(yǎng)分為速效養(yǎng)分，施用大量化肥可以短時(shí)間內(nèi)為作物提供充足養(yǎng)分，對(duì)于芥菜的增產(chǎn)效果十分明顯；而有機(jī)肥中的養(yǎng)分屬于長(zhǎng)效養(yǎng)分，需要經(jīng)由土壤微生物和動(dòng)植物分泌相應(yīng)的生物酶才能將其轉(zhuǎn)化為農(nóng)作物可以吸收利用的速效養(yǎng)分，因此，農(nóng)作物對(duì)有機(jī)肥的當(dāng)季利用率偏低，更多的有機(jī)肥養(yǎng)分保留在土壤中。盡管施用有機(jī)肥的增產(chǎn)效果和獲得的經(jīng)濟(jì)效益不如施用化肥，但就長(zhǎng)期而言，有機(jī)肥能夠改良土壤理化性質(zhì)、促進(jìn)土壤生物數(shù)量的增殖以及為作物持續(xù)供應(yīng)多種養(yǎng)分，這些優(yōu)勢(shì)均是單獨(dú)施化肥所無法實(shí)現(xiàn)的，因此，化肥與有機(jī)肥配施是目前更為科學(xué)的為作物提供營(yíng)養(yǎng)的施肥方案。

圖6 試驗(yàn)田芥菜產(chǎn)量Fig.6 The mustard yield in the experimental field

3 討論與結(jié)論

通遼市不僅是芥菜主產(chǎn)區(qū)，同時(shí)也是內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米主產(chǎn)區(qū)，被譽(yù)為“內(nèi)蒙古糧倉”，是全國(guó)重要的商品糧基地［12］。但由于氣候干旱，土壤沙化、鹽堿化現(xiàn)象普遍，通遼市的土壤堿性普遍較強(qiáng)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，連續(xù)多年增加化肥施用量以及減少有機(jī)肥的施用，已經(jīng)導(dǎo)致土壤主要鹽基離子含量偏高，堿化度也顯著高于正常土壤。特別是近年來通遼地區(qū)年平均氣溫上升趨勢(shì)顯著，而年降水量呈下降趨勢(shì)［13］，進(jìn)一步使得土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，地下水中的大量鹽分隨著土壤毛管上升到耕作層，堿化度相較于北方其他地區(qū)偏高，因此，尋求科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)方法已是當(dāng)務(wù)之急。范富等［14］研究表明，通過玉米秸稈隔離層處理土壤，提高鹽堿土中微生物分泌的多種酶類活性以改善鹽堿地的生物性狀是一種經(jīng)濟(jì)有效的改良鹽堿地的措施；馬玉露等［15］研究證明，通過施用石膏、沙土和牛糞等改土物質(zhì)降低土壤pH，提高土壤養(yǎng)分是一種就地取材的改土良方。

目前，施肥乃是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不可或缺的增產(chǎn)手段。盡管化肥所提供的速效養(yǎng)分能夠短時(shí)間內(nèi)提高作物產(chǎn)量，但有機(jī)肥所富含的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀和各種中微量元素等緩效養(yǎng)分對(duì)提高作物品質(zhì)和改善土壤理化性質(zhì)也非常重要，這些緩效營(yíng)養(yǎng)配合化肥所含的速效養(yǎng)分，可以滿足作物在各生長(zhǎng)階段對(duì)養(yǎng)分的需求。本試驗(yàn)探究不同施肥方式對(duì)倒茬作物土壤中各類離子性質(zhì)及土壤堿化度的影響。結(jié)果顯示，化肥和有機(jī)肥配施區(qū)（HY）耕作層（0～20 cm）的土壤Na+含量和堿化度相較于對(duì)照處理（CK）分別降低0.05 g·kg-1和0.99%，較單施化肥處理（H）分別降低0.05 g·kg-1和1.28%；HY處理Ca2+和Mg2+含量相較于CK處理均顯著提高了0.10 g·kg-1，較H處理分別顯著提高0.06 g·kg-1和0.07 g·kg-1；除SO42-在HY處理時(shí)較CK有所增加且無顯著差異外，其他八大離子含量在HY處理時(shí)較CK均有所下降。此外，單施有機(jī)肥（Y）處理耕作層（0～20 cm）土壤Na+含量和堿化度比CK 分別降低0.03 g·kg-1和0.94%，比單施化肥處理（H）分別降低0.03 g·kg-1和1.23%；Y處理土壤的Ca2+和Mg2+含量較CK分別提高0.13 g·kg-1和0.12 g·kg-1，較H處理分別提高0.09 g·kg-1和0.07 g·kg-1；其他八大離子含量較CK均有所降低。但HY處理和Y處理間的各離子含量間均無顯著差異，說明HY處理配施的有機(jī)肥已有顯著的培肥改土效果。H處理和HY處理芥菜產(chǎn)量間無顯著差異，且均顯著高于CK 和Y處理，其中，H處理較CK 增產(chǎn)14 394.30 kg·hm-2，HY 處理較CK 增產(chǎn)15 791.85 kg·hm-2?？芍?，雖然H處理和HY處理間芥菜產(chǎn)量無顯著差異，但大量施用化肥將造成土壤理化性質(zhì)惡化、鹽基離子含量增加以及堿化度顯著提高，不利于維持土壤健康和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)采取化肥和有機(jī)肥配合施用，以達(dá)到最佳生產(chǎn)效果。

本試驗(yàn)證明，相較于單一施用化肥或有機(jī)肥，兩者配施效果更為顯著，在有效降低通遼地區(qū)芥菜地土壤的堿化度和各種鹽基離子含量的同時(shí)，也達(dá)到了芥菜增產(chǎn)目的。在今后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，化肥配施配合秸稈還田、淺埋滴灌和少耕免耕等農(nóng)藝措施以防治土壤鹽堿化，提高土壤肥力，最終達(dá)到作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的目標(biāo)。本次研究仍存在一些缺陷和不足，如試驗(yàn)未能闡明化肥和有機(jī)肥兩者最佳施用量的具體配比值，后續(xù)還應(yīng)該通過設(shè)置梯度施肥量進(jìn)一步探究詳細(xì)的肥料用量標(biāo)準(zhǔn)，以期更精準(zhǔn)對(duì)通遼當(dāng)?shù)亟娌朔N植提供科學(xué)施肥指導(dǎo)。