有机肥改善盐碱地植棉效果研究进展

徐婧 平文超 王玉梅 张忠波 祁虹 王安录 李清国 郭维新 蒋建勋 冯国艺

Improvement effects of organic fertilizer on cotton planting in saline-alkali land

Xu Jing， Ping Wenchao， Wang Yumei， Zhang Zhongbo， Qi Hong， Wang Anlu， Li Qingguo， Guo Weixin， Jiang Jianxun*， Feng Guoyi*

摘要：施用有机肥在改良盐碱地和提高盐碱地棉花产量方面有重要作用。概述了有机肥改良盐碱地的机理与效果，总结了施用有机肥对盐碱地棉花生长和产量效果的研究进展，分析了盐碱棉田有机肥施用中存在的问题，并提出未来施用有机肥改良盐碱棉田的发展方向，为今后的相关研究提供参考。

关键词：有机肥；盐碱地；土壤改良；改良效果；棉花；产量

棉花既是我国重要的经济作物，也是开发利用盐碱地的“先锋作物”。发展盐碱地植棉可缓解我国粮棉争地矛盾，对于调整盐碱地区农业生产结构，提高农民收入，缓解耕地盐碱化带来的粮食安全问题等具有重要意义[1]。但由于盐碱地耕层土壤含盐量高，会严重妨碍棉花生长，因此改善盐碱地棉田土壤环境，减轻胁迫对棉花生长的不利影响，是保证盐碱地可持续植棉生产的关键。

增施有机肥可以提高土壤的脱盐能力[2]，促进土壤团聚体结构的形成，提高土壤的保水、保肥和透气性，起到改良盐碱地的作用；还可以提高土壤微生物多样性以及微生物活性，加速养分的转化[3]，稳定持续地为棉花提供全面的养分，从而促进棉花的生长发育和产量的提高。

鉴于有机肥在改良盐碱地和提高盐碱地棉花产量方面发挥着重要作用，笔者团队概述了有机肥改良盐碱地的机理与效果，总结了有机肥施用对棉花生长和产量的影响，分析了盐碱棉田有机肥施用中存在的问题，并提出未来施用有机肥改良盐碱棉田的发展方向，旨在为今后的相关研究提供参考。

1 有机肥料应用研究现状

中国有机肥的施用有上千年的历史，元代王祯《农书》中就有“变薄田为良田”“化硗土为肥土”“地力常新壮”等关于土壤肥力用养结合的论断，至今仍对土壤培肥具有重要的生产指导意义[4]。广义上所说的有机肥指的是如厩肥、饼肥、绿肥、堆肥、沼肥等经过一定时期发酵腐熟的动物粪便、动物加工废弃物和植物残体；狭义上所说的有机肥专指利用各种动物废弃物和植物残体（包括粪便、枯枝落叶、作物秸秆等）通过特定的加工工艺消除有害物质达到无害化标准，且符合国家相关标准及法规的肥料[5]，狭义上的有机肥主要强调符合无害化国家标准。常见的有机肥主要包含：粪尿类、秸秆类、饼肥类、绿肥类、海肥类、草炭类和其他杂肥等。

有机肥料主要有：一是以提供有机质和少量养分为主，适用于绿色农产品和有机农产品等生产的精制有机肥；二是既含有特定比例的有机质，又含有较高无机养分的有机无机复混肥；三是与生物菌肥结合生产的、具有高附加值的专用型生物有机肥，例如具抗病功能的作物专用根际微生物有机肥。

有机肥是一种包含氮、磷、钾以及作物生长所必需的锌、钼、硼等元素的完全肥料，可以使土壤养分平衡，对作物吸收养分有促进作用[6]。國内外研究显示，有机肥分解释放的腐殖质能够增加土壤中有机质的比例，提升土壤中有效养分含量，增加土壤养分库容[4，7-8]。此外，有机肥属于缓效肥，肥效长且释放慢，其中所含养分大部分呈有机态，经微生物不断分解转化后才能被作物吸收利用，并且活性物质多，可改善土壤生物特性，培肥地力。英国洛桑试验站长期定位试验结果表明，持续施用有机肥70年后，土壤中有机碳含量显著增加，且能长期稳定在一个较高的水平[9-10]。Yang等[11]研究发现，有机肥对补给土壤养分，改善土壤性状有显著效果。

然而，施用有机肥培肥土壤也要“有度”，大量施用有机肥也会导致土壤中盐分和重金属的累积等一系列问题[12-15]。朱晓晖等[12]的调查资料表明，大量施用有机肥料，会引起地下水硝酸盐含量升高；Das等[13]和Chen等[14]研究发现有机肥料的过量施用会显著提高土壤的反硝化趋势，促进氧化亚氮的排放。

2 有机肥改良盐碱地的机理与效果

有机肥可为土壤微生物提供丰富的碳源、能源和养分[16]，调节土壤微生物的数量和种类，增加土壤养分；能够改良土壤环境与土壤结构，增强土壤的保水能力，促进脱盐；还可以降低土壤电导率，增强土壤缓冲能力，防止盐分在土壤表层聚集[17]，从而达到改良盐碱地的目的（图1）。

2.1 有机肥对土壤结构和理化性质的影响

盐渍化会造成土壤物理结构变差、盐碱化程度升高、肥力降低，因此，改变土壤结构可以从根本上缓解土壤盐碱危害，提高土壤通气透水性，且效益好、见效快[18]。改善土壤孔隙结构、提高土壤肥力的最有效措施之一就是施用有机肥料。盐碱地地下水位高，土壤自然脱盐率低，用秸秆等有机肥还田通过改良土壤物理结构及成分可以起到改良盐碱土的作用[19]。施用有机肥既能改变土壤结构，又可以提高土壤通透性，促进作物根系的生长，从而增加土壤的大孔隙连通性，改善土壤欧拉数（土壤连通性指标）[20]。另外，施用有机肥料可以增加土壤的有机质含量，提高微生物多样性和活性[21]，进而增加土壤有机胶体，促进形成土壤团聚体结构，改善土壤的理化和生物特性，提高土壤的保水、保肥和透气性。Dal Ferro等[22]对长期施肥试验中土壤结构的双尺度微型X射线体层摄影观测表明，施用有机肥可以优化土体结构，促进土壤独立的大孔隙发展成相互贯通的路径。周伟红[23]通过探究有机肥对土壤培肥和作物产量的影响，发现施用有机肥增强了土壤的透水性和保肥性，增大了孔隙度，进而降低了土壤容重。

2.2 有机肥对土壤盐分的影响

施用有机肥可以使土壤结构疏松，从而使土壤中盐分与水分的接触面积增大，使水分可以对土壤中盐分进行充分淋洗，最终导致土壤中的盐分含量下降。利用秸秆还田可以增强土壤团聚体稳定性，提高土壤保水能力，减少土壤水分蒸发[24]，有效调节盐碱土壤的盐分运动。因此，施用有机肥可以降低土壤中的水溶性盐离子含量，提高阳离子交换量，进而减轻土壤盐渍化程度[25]。盐碱地改良试验表明，有机肥能够显著降低土壤pH、全盐含量和碱化度[26]，减缓盐碱土的持续恶化[27]。此外，合理施用有机肥，可以使盐渍土壤的理化、胶体和生物学性状得到改善，改变盐渍土壤的水盐运动规律，促进土壤脱盐，抑制盐渍土返盐，以肥料中的有机质来调控土壤，达到肥盐平衡和水盐平衡[28]。王启尧等[29]在研究滨海盐渍棉田施用微生物菌肥和生物有机肥的降盐效果时发现，生物有机肥处理对棉花根际土壤有一定的降盐效果，但在垄间降盐效果不显著。罗佳等[30]探究了不同有机肥对盐碱棉田土壤盐分的影响，发现施用有机肥后，较深层土壤的含盐量有所下降，不同有机肥处理间效果差异较大，施用羊粪、鸡粪和油渣土壤的总盐含量分别下降45.80%、23.55%和69.55%。

2.3 有机肥对土壤养分的影响

盐碱地施肥既要考虑到作物生长发育对养分的需求，培肥土壤，还要兼顾降低盐害，努力实现盐碱地利用与改良相结合，用地与养地相结合[31]。有机肥料养分全面、来源广且肥效长，包含多种营养元素和有益物质，有利于提高土壤肥力和作物产量，改善作物品质[32]。在合理的施用范围内，土壤中的有效磷、全氮和有机质等的含量随着有机肥施用量的增加而提高[33]。施用有机肥可以使盐碱土壤中的有机质含量明显增加，优化盐碱土壤的养分结构，且对土壤营养元素含量的增加效果较非盐碱土更为显著[34]。商品有机肥替代部分化肥的研究显示，有机肥替代部分化肥可以提高土壤肥力水平，增强土壤保肥性能，促进作物对养分的吸收[35]。颜安等[36]在新疆盐碱地植棉区的研究发现，用有机肥替代化肥可明显增加盐碱棉田的养分含量，提高棉花产量，降低土壤含盐量，证明施用有机肥对改良盐碱地，提高盐碱土壤养分含量有积极的作用。

2.4 有机肥对土壤微生物数量及酶活性的影响

土壤盐渍化造成的渗透胁迫会使土壤微生物活性大大降低，导致土壤中微生物分泌的酶量相应减少[37]。而有机肥养分齐全，肥效长，活性物质多，可优化根际微生态环境和菌群。唐瑜[38]通过探究有机肥对土壤微生物的影响，发现与化肥对土壤微生物的抑制效应相反，有机肥可明显提高土壤中真菌、放线菌和细菌的数量。棉田有机肥替代试验发现，有机肥替代部分化肥可优化微生物种群，降低土传病害的发生概率，增加土壤微生物量[39]。

土壤中酶的活性与棉花生长发育紧密相关，是盐碱环境下影响棉花生长的重要因素之一，且对盐胁迫尤为敏感[40]。施用有机肥可以改善土壤盐碱环境，促进棉花根系生长和提高根系活力。秸秆还田等施用有机肥农艺措施可以通过改变盐碱土水盐运移、土壤孔隙度和土层团聚体大小分布优化根际环境，增加根系分泌物[41]，为微生物提供了碳氮来源，增加土壤微生物多样性和活性，进而提高土壤酶活性。徐双等[42]在山东东营滨海盐碱地进行了棉花大田试验，调查数据显示，有机肥和生物菌肥配施能有效促进东营滨海盐碱棉田土壤酶活性的提高，其中磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶的活性较传统施肥方式分别增加41.4%、22.8%和49.7%。

3 有机肥对盐碱地棉花生长和产量的影响

适时适量施用有机肥有利于促进棉花根系和地上部生长发育，提升棉花叶片的光合性能，在生育后期延缓叶片衰老，预防早衰，同时增加干物质积累并促进其合理分配[43]，进而获得较高产量。

3.1 有机肥对盐碱地棉花生长发育的影响

施用有机肥可以改善盐碱土壤的理化和生物学特性，增强土壤养分的供应能力，改良植物根系环境，因此能够减轻盐碱对植物的不利影响，这对于棉花的生长发育具有重要意义。通常情况下，棉花出苗时对盐分非常敏感。当土壤鹽度（电导率）大于400 mS·m-1时，陆地棉出苗会受到明显的抑制，出苗率仅为58.3%，这可能是盐碱地植棉产量较低的主要原因[44]。而在盐碱环境中，有机肥分解释放的腐殖质能够刺激植物对水和营养元素的吸收[45]。研究发现，播种前施用有机肥有利于棉花在盐碱条件下出苗和生根[46]，灌溉水的盐分含量和有机肥施用量对棉花的出苗速率指数、茎粗、株高和叶面积均有显著影响[47]，有机肥中腐殖质的含量与盐碱地棉花的叶片数量和单位叶面积成正比[48]。Cevheri[49]通过研究在非盐渍和盐渍土壤条件下不同化肥和有机肥对棉株性状的影响，发现施用蚯蚓粪肥的根系干物质质量最高，说明在盐渍土壤中施用有机肥对植物根系的发育有积极影响。

有机肥中含有大量的腐殖酸、氨基酸等有机物质，可以有效促进地上部叶片的生长发育[50]，减少因养分吸收不足导致蕾铃脱落现象的发生。Wu等[51]比较了不同有机肥对盐碱棉田的改良效果，研究发现：有机肥可提高盐渍土中棉花叶绿素含量和光合特性；随着有机肥施用量的增加，叶片叶绿素含量均不同程度增加，从而增强光合效率，提高光合产物的积累[52]。徐瑞强等[53]通过研究液态有机肥与氮肥配施对棉花生理特性的影响，发现配合施用有机肥可使棉花生育后期叶片中叶绿素含量的下降速率变小，并且能长时间维持在较高的水平，说明有机肥的施用可以延缓棉花叶片衰老，预防早衰，有利于生育后期维持光合作用效率。

3.2 有机肥对盐碱地棉花产量及其构成因素的影响

盐碱地中过多的盐离子以及偏碱性的土壤环境会引起化学肥料的挥发损失，导致棉花营养障碍[54]，进而影响棉花生长发育和产量。合理施用有机肥在提高棉花产量的同时，还可以提高化学肥料的利用效率[55-58]。陈佳等[59]研究了复合肥与有机肥配施对盐碱地改良的效果及对棉花生长的影响，发现普通复合肥配合施用腐殖酸肥的皮棉与不施肥相比增产幅度可达17.7%，与单独施用普通复合肥相比增产5.8%。罗佳等[30]研究了有机肥对新疆盐渍化耕地种植的棉花干物质积累及产量的影响，发现有机肥处理的棉花各生育时期干物质累积量及氮、磷、钾素累积量均显著高于单施化肥处理，其中施用鸡粪处理的籽棉产量最高，较单施化肥处理高6.38%。

盐碱地施用有机肥不仅会影响棉花生长过程中对养分的吸收，还会对棉花生物量的合理分配起到积极作用。施用有机肥能增加棉株各器官生物量、促进生物量向各器官的合理分配，从而提高棉花产量[60]。颜安等[36]研究显示，配施较高比例的有机肥处理对株高和单位面积株数影响不明显，但其铃重较不施肥对照和单施化肥明显提高，从而提高籽棉产量。De Pdua Souza等[47]就盐胁迫下施用有机肥对彩棉产量影响的研究认为，增加有机肥的施用量可减弱灌水含盐量对棉花铃数的影响。孙凯宁等[61]研究显示，在滨海盐碱地棉田，增施有机肥可以明显增加棉花蕾期和花铃期的果枝数以及花铃期的铃数。冯国艺等[62]的研究也表明，有机肥处理下滨海盐碱地棉花产量构成因素单株结铃数和铃重均较对照（不增施有机肥且不进行秸秆还田）显著提高，从而增加产量。Zhang等[63]在山东滨海植棉盐碱地长期定位试验表明，秸秆还田通过降低土壤含盐量、pH和容重，增加表层土壤总孔隙度、团聚体、根质量密度、总有机碳含量、总氮含量来提高棉花产量，较对照（不进行秸秆还田）增产36.3%。

4 植棉盐碱地施用有机肥的方法

春季土壤水分蒸发量较大，盐碱地土壤易发生返盐；因此，棉花播种后要及时覆地膜，以抑制返盐、保湿保温。在盐碱地施追肥会破坏地膜，引起土壤盐分上移，加大铵态氮的挥发，造成养分损失，加之当前农村劳动力普遍缺乏，施追肥会加重田间劳作强度[64]。所以，盐碱地植棉中有机肥一般作基肥一次性施用。高峻岭等[65]认为作为基肥，牛粪是首选的有机肥，其有机质含量高，有利于增加土壤孔隙度、降低容重、提高土壤透气性，一般施用量以60～75 t·hm-2较为适宜。

棉柴秸秆还田是既经济又便捷的盐碱地增施有机肥的方法之一[66]。在当年10月至次年4月的土壤返盐期，表层覆盖的棉秆可抑制土壤返盐；第2年翻入土壤后，棉秆又可作为有机肥改良盐碱地[65]。对于盐碱程度较轻、灌溉条件较好的棉田，在棉花收获、秸秆还田作业完成后，可复种小黑麦等越冬作物，既可以利用棉田冬闲时间生产饲草，增加收益，又可以增加冬季植被覆盖率，改善冬季田间生态环境，减少蒸发，抑制返盐[67]，还可以在来年将饲草翻入棉田作为绿肥培肥地力。

5 问题与展望

由于粮棉争地矛盾、耕地盐碱化、粮食安全问题等原因，盐碱地植棉逐渐成为中国棉花生产的主要发展方向之一，依靠科学方法提升盐碱地棉花产量与品质具有重大意义。有机肥在改良盐碱地棉田中的应用日益受到社会各界的广泛关注，但在理论研究和生产实践中仍存在一些问题，如：不同种类有机肥对盐碱棉田改良效果与机理尚不清晰，有机肥肥效不能及时、足量满足作物的养分需求，施用量不够精确等。

因此，未来施用有机肥改良盐碱棉田的研究和发展方向主要有如下几方面：（1）针对按盐碱地类型开展有机肥改良效果研究较少的问题，今后可侧重研究不同类型有机肥对各种盐碱地改良的机理与规律，建立有机肥料改良不同盐碱地实际效果的评价体系，全面探究和认识不同有机肥在不同地区、不同盐碱地类型、不同轮作作物种类的应用效果和机理，以期为今后盐碱地改良选用不同种类有机肥指明方向。（2）针对有机肥施用量不易把控的问题，可以将不同来源种类的有机肥进行统一规范化处理，定量分析有机肥中氮、磷、钾、有机质、微量元素等养分含量，同时加入有益微生物，研制高附加值的专用型/多功能新型有机肥产品，以满足土壤改良和作物生长需求。（3）将施用有机肥与测土配方施肥技术相结合。在绿色农业发展理念下，积极应用测土配方技术指导农业施肥工作，根据土壤类型、作物类型、有机肥种类等进行科学施肥，将有机肥与化肥配施，并建立配套施肥技术，从而实现有机肥与无机肥相结合，尽量降低有机肥施用带来的环境风险，同时探索能改良土壤盐渍化并提高棉花产量的专用有机肥配方与配套技术。

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（责任编辑：秦凡    责任校对：付毓）

收稿日期：2022-05-27          *通信作者：蒋建勋，jianxun.1023@163.com；冯国艺，305443864@qq.com

基金项目：河北省棉花现代种业科技创新团队（21326314D）；沧州市重点研发计划（213203002）；国家现代农业产业技术体系（CARS-15-18）