黄河三角洲盐渍化农田不同轮作方式对土壤理化性质和小麦产量的影响

刘盛林 孙泽强 董晓霞 王学君 杨光

摘要：本試验设置4种不同轮作方式（小麦-玉米、小麦-田菁、小麦+牛粪堆肥+5‰菌剂和小麦-玉米+改良剂）处理，研究其对黄河三角洲盐渍化农田土壤养分有效性和小麦产量的影响。结果表明，轮作措施显著影响盐渍化农田土壤理化性质和小麦产量。与其它轮作方式相比，玉米季牛粪堆肥处理能够显著提高表层土壤有机碳、有效磷和速效钾等养分含量，并提高土壤大颗粒团聚体分布比例，显著提高小麦产量;玉米季种植田菁能够有效提高根层土壤氮素有效性，对其它土壤养分有效性和小麦产量均无显著提升作用;小麦种植前施用改良剂对土壤养分有效性和小麦产量均无显著正效应。种植田菁和施用改良剂均不利于大颗粒团聚体的形成，不利于土壤理化性质的提升。综合来看，玉米季牛粪堆肥处理提高小麦产量和提升土壤理化性质效果最佳。本研究为两年试验数据，随试验年限延长，其效果可能会发生变化，因此盐渍化农田轮作方式对土壤理化性质和小麦产量的影响尚需进一步研究。

关键词：盐渍化农田;轮作方式;牛粪;改良剂;土壤氧分有效性;小麦产量

中图分类号：S344.1：S152.106.1  文献标识号：A  文章编号：1001-4942（2020）11-0060-05

Effects of Different Crop Rotation Systems on Soil Chemical and

Physical Characteristics and Wheat Yield in Salinity

Croplands of the Yellow River Delta

Liu Shenglin1，2， Sun Zeqiang1，2， Dong Xiaoxia1，2， Wang Xuejun1，2， Yang Guang1

（1.Institute of Agricultural Resources and Environment，

Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China;

2. Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation （Shandong），

Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China）

Abstract In order to research the effects of different crop rotation systems on soil nutrient availability and wheat yield in salinity croplands in the Yellow River Delta， 4 rotation systems were set as wheat cultivated after maize， wheat cultivated after sesbania， wheat cultivated after cow compost with microbial inoculums and wheat cultivated after maize with ameliorant. The results showed that wheat yield and soil chemical and physical characteristics significantly changed in different rotation systems in salinity croplands. Compared with other rotation systems， wheat cultivated after cow compost with microbial inoculums could significantly increase wheat yield by improving the concentration of soil organic carbon， available phosphorus and available potassium in topsoil and increasing the ratio of large particles of soil aggregate. The nitrogen availability in root layer soil could be effectively improved with wheat cultivated after sesbania， but no significant improvement was found in other nutrient availability and wheat yield. Applying ameliorant before wheat cultivation had no significantly positive effect on soil nutrient availability and wheat yield. Planting sesbania and applying ameliorant were not benefit to the formation of large particles of soil aggregate and the improvement of soil chemical and physical characteristics. In a word， wheat cultivated after cow compost was the best in increasing wheat yield and improving soil chemical and physical characteristics. However， these results were concluded based on only 2-year data， and the effects would change with the increase of experiment years， so more researches would be necessary for exploring the effects of rotation systems on wheat yield and soil chemical and physical characteristics in salinity croplands.

Keywords Salinity croplands; Rotation system; Cow compost; Ameliorant; Availability of soil nutrients;Wheat yield

据统计，我国盐碱地面积约3 600×104  hm2，广泛分布于华北、西北、东北及沿海地区，其中黄河三角洲滨海盐碱地由于面积大且增长速度快、农业开发利用潜力大，如何采取合理有效盐碱地改良措施促进盐碱农田养分增效、发挥盐碱地在粮食增产中的作用也愈发重要[1，2]。盐渍化农田作为耕地主要后备资源，其合理利用对土壤肥力提升和养分形态转化特征具有重要影响。作为国家“渤海粮仓”战略重点实施区域，黄河三角洲土地是我国农业重要后备资源，该地区盐碱荒地土壤结构差、缺氮贫磷少有机质、养分匮乏;受盐碱障碍影响，磷素利用率普遍较低;化肥施用量大而作物产量低，高投入、低产出的现状难以为继[3，4]。

科学合理的轮作方式是保证作物高产优质的关键。黄河三角洲盐渍化地区主要以小麦-玉米轮作方式为主，其产量和收益取决于农田土壤盐渍化程度等障碍因素和施肥方法等农田管理措施的共同影响。我国从20世纪70年代以来，化肥施用量逐年增加，造成盐渍化农田土壤有机质含量不断下降和土壤板结严重等问题，合理的轮作方式和施肥方式是提高土壤肥力、增加粮食产量的有效手段[5]。本试验以黄河三角洲不同轮作方式为研究对象，定量研究盐渍化农田不同轮作方式对土壤理化性质和小麦产量的影响，为未来合理利用盐渍化农田提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2015—2017年在东营汇邦渤海农业有限公司（黄河三角洲盐渍化农田）进行。研究区位于东营市河口区，属暖温带季风型大陆性气候，年平均气温13.1℃，年均降水量598 mm。农田土壤属于氯化钠盐渍土。前茬作物为小麦，品种为临麦4号。试验前测定0～100 cm土层土壤盐分和养分含量（表1）。

1.2 试验设计

依据轮作方式不同，试验设4个处理。①小麦-玉米轮作（WM）：玉米收获后全部秸秆粉碎还田，种小麦;②小麦-田菁轮作（WS），简称田菁处理：玉米季改种田菁，收获后全部秸秆粉碎还田，种小麦;③小麦+牛粪堆肥+5‰菌剂（MCF），简称牛粪堆肥处理：小麦收获后，不种玉米，只在小区内撒施发酵牛粪约4 900 kg/hm2，配施5‰发酵菌剂（牛粪伴随5‰发酵菌剂撒施后覆盖双侧塑料膜进行增温发酵）;④小麦-玉米轮作+改良剂（WMA），简称改良剂处理：小麦种植前撒施改良剂（改良剂以耐盐合成聚合体为载体，添加腐植酸等富含有机质和活性成分物质并辅以保水保肥的改性膨润土等合制而成，具有改良土壤质地和增加有机质的作用）2 250 kg/hm2，玉米收获后全部秸秆粉碎还田，种小麦。随机区组排列，重复3次。试验地面积585 m2。小区面积5 m×8 m=40 m2。冬小麦播种量225 kg/hm2，行距为25 cm。作物后期管理方式与当地农场管理方式相同。

1.3 试验测定指标

2016、2017年6月小麦收获前，每小区随机选取1 m2收割脱粒称重，计算单产。

试验开始前、2017年小麦收获后，取0～20、20～40、40～60、60～80 cm和80～100 cm土壤作为基础土样，分析其盐分、有机质和养分含量。风干土样用于测定土壤盐分和pH值：按照土水比1∶5配成悬浮液，振荡均匀后过滤，取上清液测定电导率（DDS-307电导率仪，上海雷磁仪器厂产品）和pH值（PHS-3C pH计，上海雷磁仪器厂产品）。用pH 8.50的0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提后钒钼黄比色法（分光光度计在882 nm波长下）测定有效磷含量[6]。有机碳采用重铬酸钾滴定法测定;速效钾采用1 mol/L NH4OAc溶液浸提后火焰分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）测定;碱解氮采用凯氏定氮法测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007进行数据整理和SigmaPlot 12.5软件作图，采用SPSS 16.0软件进行方差分析（非连续变量平方根反正弦转换后进行方差分析），处理间差异显著性分析采用LSD（P<0.05）法。

2 结果与分析

2.1 盐渍化农田轮作方式对小麦产量的影响

2015—2016年，牛粪堆肥（MCF）和改良剂（WMA）处理小麦产量分别比常规小麦-玉米（WM）轮作方式增加8.09%和8.04%，但差异不显著;田菁（WS）处理的小麦产量增加也不显著（图1A）。2016—2017年，田菁（WS）处理的小麦产量最低，牛粪堆肥（MCF）处理显著高于其它处理，改良剂（WMA）处理与WM无显著差异（图1B）。

2.2 盐渍化农田轮作方式对小麦种植前土壤养分含量的影响

由表2可以看出，与其它轮作方式相比，牛粪堆肥（MCF）处理能够显著提高0～20 cm土壤速效钾含量;提高0～20 cm土壤有效磷含量，且与田菁（WS）处理达显著水平;但对20～100 cm土壤有效磷和速效钾含量无显著提升作用。不同轮作方式小麦种植前0～100 cm土壤有机碳含量均无显著差异。牛粪堆肥（MCF）处理40～60 cm土壤碱解氮含量顯著高于常规小麦-玉米（WM）轮作方式，但与田菁（WS）和改良剂（WMA）处理无显著差异;其它土层土壤碱解氮含量各处理间无显著差异。

2.3 盐渍化农田轮作方式对小麦种植后土壤养分含量的影响

由表3可以看出，与其它轮作方式相比，牛粪堆肥（MCF）处理能够较大幅度提高0～20 cm土壤有机碳、有效磷和速效钾含量以及40～60cm土壤速效钾含量，且多达显著水平，对其它土层土壤有机碳、有效磷和速效钾含量无显著提升作用;与其它轮作方式相比，田菁（WS）处理能够较大幅度提高20～60 cm土壤碱解氮含量，且多达显著水平;但对其它土层土壤碱解氮含量无显著提升作用。

2.4 盐渍化农田轮作方式对土壤团聚体分布的影响

由图2可以看出，与常规小麦-玉米轮作方式（WM）相比，田菁（WS）处理土壤直径2.0～5.0 mm和0.25～1.0 mm颗粒所占比例显著降低，直径<0.25 mm和1.0～2.0 mm颗粒所占比例显著增加;牛粪堆肥（MCF）处理显著增加直径>2 mm颗粒所占比例，直径<0.5 mm颗粒所占比例显著降低;改良剂（WMA）处理能够显著降低直径0.5～5.0 mm颗粒所占比例，直径<0.25 mm颗粒所占比例显著增加。由此可见，盐渍化农田轮作方式可显著改变土壤团聚体的分布。

3 讨论与结论

盐渍化荒地是未来耕地的后备资源。黄河三角洲分布着大量未开发的盐渍化土壤。采取合理轮作方式利用盐渍化农田而不造成环境风险是保障未来耕地面积的可行性途径之一。与传统轮作方式相比，于盐渍化农田种植常见有机绿肥作物田菁成为现代生态农业的重要组成部分，其还田后能够有效培肥地力、改善土壤物理性状并提升氮有效性，从而有利于后茬作物的生长和增产[7]。本试验结果表明，玉米季改种田菁作绿肥对小麦产量无显著提升作用。其可能原因是，盐渍化农田种植田菁，虽能通过根系与固氮菌的共生作用提高根层土壤氮含量，但也降低土壤大颗粒团聚体比例，而小麦最终产量形成的过程受盐渍化程度、pH等众多因素共同决定，仅通过提升氮素有效性无法显著提升小麦产量。以往研究表明，田菁作为绿肥能够提高土壤有机碳含量[7]。本试验中玉米季以田菁作绿肥还田对土壤有机碳含量无显著提升作用，其可能原因是，田菁秸秆偏木质化、腐解过程较慢，而土壤有机碳含量的提升需要经过漫长过程。因此本试验结果仅能反映田菁腐解后释放的营养元素对土壤肥力和小麦产量的贡献，其对土壤肥力和小麦产量的长期影响尚需进一步研究。

我国目前集约化种植制度下，农田有机物料的投入仍是影响有机质平衡的第一要素[8]。与传统施肥方式相比，有机肥部分替代化肥能够有效缓解农田高度依赖化肥的问题[9，10]，传统化肥和有机肥施用对作物产量的形成具有同样关键作用[11，12]。以往研究表明，传统化肥能够较迅速提升土壤地力以提高作物产量，而有机肥施用后初期提供速效养分较少，绝大部分养分需要随着有机肥矿化过程缓慢释放才能被植物吸收利用，才能显现土壤培肥和地力提升的效果。本试验结果表明，与传统轮作方式相比，牛粪堆肥（MCF）处理（玉米季塑料薄膜覆盖牛粪腐熟发酵再种植小麦），其小麦产量第一年增产8.09%，第二年显著增产，达52.28%。其主要原因可能是，施肥量相同情况下，该处理表层土壤有机碳、有效磷和速效钾等养分含量均显著提高，同时显著增加了土壤大颗粒团聚体比例，土壤理化性质得到改善。由于牛粪相对矿化速度慢，且氮素有效性低，牛粪释放的氮素不足以满足作物生长的需求，其耕层土壤氮素含量显著低于其它处理，因此后期施用过程中必须伴施一定比例的氮肥（如尿素）以满足作物吸收。施用改良剂对土壤养分和小麦产量均未产生显著正效应，这可能与土壤调理剂性质及土壤性质、气候干燥少雨等环境因子相关，其改良土壤的作用还需进一步研究。

本试验结果表明，盐渍化农田轮作方式显著影响小麦产量和土壤理化性质。与其它轮作方式相比，玉米季牛粪堆肥处理能够显著提高表层土壤有机碳、有效磷和速效钾等养分含量，并提高土壤大颗粒团聚体分布比例，显著提高小麦产量。本研究結果为两年试验数据，随着试验年限的延长，其效果可能会发生变化，因此盐渍化农田轮作方式对土壤地力和小麦产量的影响尚需进一步研究。

参 考 文 献：

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