长期定位施氯对3 种质地土壤理化性质及作物产量的影响

贾云超，黄 达，王喜枝，闫军营，王立河

（1.河南农业职业学院，河南 中牟 451450；2.河南省土壤肥料站，河南 郑州 450002）

氯是植物必需的营养元素，能够参与光合作用、控制叶面气孔活动、调节植物细胞渗透压[1-2]。当前国内研究者主要关注含氯肥料对当季作物生长、产量、品质的影响。在土壤含氯低和耐氯力强的作物上施用含氯化肥能提高猕猴桃产量，且对品质无副作用；在对氯敏感的烟草、薯类等作物上施用不同量的含氯化肥对作物产量、品质影响也不相同；在干旱地区施用含氯化肥会导致氯在土壤中累积，对作物产量和土壤肥力产生不良影响[3-6]。杨林生等[7]的研究结果表明，长期施用含氯化肥显著影响土壤微生物的组成及数量，导致作物产量有降低趋势。有研究结果表明，长期施用含氯化肥抑制水稻籽粒对铜、锌、硅的吸收，结实率降低[8-9]。

含氯化肥具有氯含量、盐指数均较高的特点，其对土壤理化性质的影响值得深入探讨。苏壮等[10]认为，长期施用含氯化肥尤其是高氯化肥，导致土壤总孔隙度略有下降、土壤微团聚体数量有一定提高；宁远旺等[11]认为，含氯肥料氯化铵是生理酸性肥料，铵离子进入土壤中会与氢离子相互置换，从而降低土壤pH 值；张树清[12]认为，氯离子会影响土壤阳离子交换量。但关于长期施用含氯化肥对不同质地土壤理化性质影响的研究尚未见报道。鉴于此，通过长期定位试验，研究施用含氯化肥对不同质地土壤理化性质及作物产量的影响，旨在为含氯化肥的合理施用、粮食作物的安全生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试土壤概况

试验于2016 年10 月—2021 年9 月在位于中牟县的河南省农业高新科技园的坑栽池（1 m×1 m×1 m）定位试验站进行。供试土壤机械组成情况见表1，供试土壤养分情况见表2。供试小麦品种为矮抗58，供试玉米品种为先玉1466，供试肥料为尿素（N 46%）、氯化铵（NH4Cl 99%）、过磷酸钙（P2O512%）、硫酸钾（K2O 50%）。

表1 供试土壤机械组成Tab.1 Mechanical composition of tested soil

表2 供试土壤养分状况Tab.2 Nutrient status of tested soil

试验采用裂区设计。主区包括砂土、壤土、黏土3种质地，每质地设24个坑栽池，共设72个小池。裂区包括不含氯肥料[小麦季尿素+过磷酸钙+硫酸钾+玉米季尿素为对照（CK）]、含氯15%肥料[小麦季尿素+氯化铵+过磷酸钙+硫酸钾+玉米季尿素+氯化铵（T1）]、含氯30%肥料[小麦季尿素+氯化铵+过磷酸钙+硫酸钾+玉米季尿素+氯化铵（T2）] 3 个处理，8 次重复。小麦季施氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）分别为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）；磷钾肥全作基肥，基肥整地前均匀撒施后翻入土中。玉米季追施氮（N）112.5 kg∕hm2，均在大喇叭口期追施。具体施肥方案见表3。

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

1.2 样品采集与测定

土壤样品：2021 年玉米收获后采集0～20、20～40、40～60 cm 土层土壤样品。采用比重计法测定土壤粒级，采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质含量，采用蒸馏法测定土壤全氮含量，采用0.05 mol∕L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定有效磷含量，采用NH4OAc 浸提-火焰光度计法测定土壤速效钾含量，采用电位法测定土壤pH 值，采用硝酸银滴定法测定土壤Cl-含量，利用雷磁DDSJ-308 电导率仪测定水溶性盐含量，采用原子吸收分光光度法测定水溶性钙含量[13-14]。

植株样品：小麦、玉米成熟后实收测产。

1.3 数据处理

采用Excel 2016对数据进行整理，采用DPS 7.05软件对数据进行统计分析，处理间差异采用单因素方差分析，以Duncan’s法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤性质的影响

2.1.1 长期定位施氯不同施氯量对3 种质地土壤pH 值的影响 由图1可知，3种质地土壤pH 值均随含氯肥料施用量的增加有下降趋势。砂土pH 值与CK 比，下降不显著；壤土0～20 cm 土层T1、T2 处理pH值较CK显著降低了0.06、0.07，40～60 cm 土层T2处理pH 值较CK 显著降低了0.10；黏土20～40 cm 土层T1、T2 处理pH 值较CK 显著降低了0.09、0.12。上述结果表明，施用含氯化肥对砂土pH 值的影响较小，对壤土、黏土pH值的影响较大。

图1 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤pH值的影响Fig.1 Effect of different chlorine application rates on pH of three texture soils under long-term positioning chlorine application

2.1.2 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤氯离子含量的影响 如图2所示，砂土、黏土的氯离子含量随含氯肥料施用量的增加而上升。其中，砂土0～20、20～40、40～60 cm 土层T2 处理氯离子含量分别为0.035 0、0.036 7、0.036 7 g∕kg，黏土0～20、20～40、40～60 cm土层T2处理氯离子含量分别为0.056 7、0.053 3、0.051 0 g∕kg，壤土0～20、20～40、40～60 cm 土层T1 处理氯离子含量分别为0.053 7、0.053 0、0.052 7 g∕kg。以上处理氯离子含量与同土层CK 相比，差异均达到显著水平。

图2 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤氯离子含量的影响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 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤水溶性盐含量的影响 由图3 可知，砂土0～20 cm 土层T1 处理含量最小，比CK 降低了23.38%；40～60 cm 土层水溶性盐含量呈下降趋势，尤其是T2 处理含量最小，比CK 下降了15.08%。壤土0～20、40～60 cm 土层和黏土0～20、20～40 cm 土层水溶性盐含量随含氯肥料施用量的增加呈增加趋势。其中，壤土40～60 cm 土层T2 处理比CK 增加了6.93%；黏土0～20 cm 土层T1、T2 处理分别比CK 增加了7.02%、9.22%，20～40 cm 土层T1、T2 处理分别比CK 增加了5.93%、7.63%。

图3 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤水溶性盐含量的影响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 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤水溶性钙含量的影响 由图4 可知，砂土0～20 cm 土层，T1、T2 处理分别比CK 降低了11.40、6.47 g∕kg；40～60 cm 土层，水溶性钙含量随含氯肥料施用量的增加呈增加趋势，T1、T2 处理分别比CK 增加了1.70、17.36 g∕kg。壤土20～40 cm土层，T1、T2处理比CK 分别提高了18.73、16.73 g∕kg；40～60 cm 土层，水溶性钙含量呈下降趋势，T1、T2处理比CK分别降低了27.00、27.34 g∕kg。黏土0～20、40～60 cm 土层，水溶性钙含量比CK 都有显著提高，尤其是40～60 cm土层T1 处理较CK 增加了34.57 g∕kg。以上表明，长期施用含氯肥料能不同程度地影响土壤水溶性钙含量。

图4 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤水溶性钙含量的影响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 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤机械组成的影响 由图5 可知，砂土0～20、40～60 cm土层T1 处理＞0.05 mm 土粒占比分别比同土层CK提高了6.67%、2.60%；壤土0～20 cm 土层T1、T2 处理＞0.05 mm 土粒占比比同土层CK 降低了14.88%、12.40%，20～40 cm 土层呈增加趋势，尤其是T2 处理＞0.05 mm 土粒占比比同土层CK 提高了30.17%；不同施氯量对黏土＞0.05 mm土粒占比无显著影响。

图5 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤机械组成的影响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 土层T1 处理0.05～0.001 mm 土粒占比分别比同土层CK 降低了26.32%、35.76%；壤土0～20、40～60 cm 土层T1、T2处理0.05～0.001 mm 土粒占比比同土层CK 都有提高，而20～40 cm 土层0.05～0.001 mm 土粒占比随含氯肥料施用量的增加而下降；不同施氯量对黏土0～20、20～40 cm 土层0.05～0.001 mm 土粒占比影响不明显，40～60 cm 土层0.05～0.001 mm 土粒占比呈下降趋势。

不同施氯量对砂土各处理≤0.001 mm 土粒占比无显著影响；壤土0～20 cm 土层，T1 处理≤0.001 mm土粒占比比同土层CK 显著提高了24.93%，而20～40、40～60 cm 土层T1、T2 处理≤0.001 mm 土粒占比比同土层CK 都低，尤其是40～60 cm 土层T1 处理≤0.001 mm土粒占比比同土层CK降低了13.53%；黏土0～20、20～40 cm 土层T2 处理≤0.001 mm 土粒占比分别比同土层CK 降低了16.21%、4.87%，而40～60 cm 土层T2 处理≤0.001 mm 土粒占比比同土层CK 提高了14.90%。说明长期施用含氯肥料能不同程度地影响不同质地土壤的机械组成。

2.2 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤小麦、玉米周年产量的影响

由图6 可知，2017、2018、2019 年，不同含氯肥料用量对砂土、壤土和黏土小麦产量影响均不显著。说明3 a 内连续使用含氯肥料对小麦产量影响不大。2020 年，砂土T2 处理小麦产量显著低于其他处理，比CK 下降了5.32%；壤土T1、T2 处理小麦产量分别比CK 下降了7.61%、7.13%；黏土T2 处理小麦产量比CK 降低了1.77%。2021 年变化趋势基本同2020年，说明连续施用含氯肥料对小麦产量有明显的抑制作用，尤其是T2处理，影响更大。

图6 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤小麦产量的影响Fig.6 Effect of different chlorine application rates on grain yield of wheat in three texture soils under long-term positioning chlorine application

由图7 可知，2017、2018、2019 年不同施氯量对砂土、壤土玉米产量的影响均不明显，但2018 年黏土上，T1 处理玉米产量比CK 处理提高了6.76%。2020、2021 年壤土和黏土的T1、T2 处理玉米产量与CK 相比无显著变化，但砂土T2 处理玉米产量比CK处理分别下降了5.20%、7.08%，2021 年变化趋势基本同2020年，说明长期连续施用含氯肥料会对砂土玉米产量有抑制作用。

图7 长期定位施氯不同施氯量对3种质地土壤玉米产量的影响Fig.7 Effect of different chlorine application rates on maize grain yield in three texture soils under long-term positioning chlorine application

3 结论与讨论

唐雪群等[15]认为，pH 值随着施氯量的增加有逐渐下降趋势；赵普生等[16]认为，氯对上层土壤有酸化作用；苏壮等[17]认为，氯对土壤pH值影响较大，表层尤甚。本研究结果表明，3 种质地土壤pH 值都随含氯肥料施用量的增加而有下降的趋势。其中，砂土中不同含氯肥料施用量对土壤pH 值的影响均未达显著水平，可能是砂土渗水性强的原因；壤土0～20 cm 土层的T1、T2 和40～60 cm 土层T2 处理pH 值较CK 处理显著降低；黏土20～40 cm 土层T1、T2 处理pH值也显著降低，这与前人研究结果相同。

朱元洪等[18]认为，施含氯化肥可导致土壤氯离子累积，但残留率随土壤的渗水性和土壤质地而异。苏状等[17]进行了连续11 a 的定位试验，结果表明，施入不同量的含氯化肥，0～60 cm 土层中土壤含氯量及残留率均有差异。本研究表明，3 种土壤质地的T1、T2处理氯离子含量均有提高，尤其是砂土、黏土的T2 处理和壤土的T1 处理土壤氯离子含量最高，达到显著水平，这与前人研究基本一致，可见连续施用含氯化肥会造成土壤中氯离子富集。

由于施用含氯化肥会向土壤中带入大量的氯，对土壤中的水溶性盐产生一定程度的影响。本研究结果表明，砂土0～20 cm 土层T1 处理和40～60 cm土层T2 处理水溶性盐含量显著比同层CK 低，可能是因为砂土的渗水性强，即便含氯化肥能提高土壤中的水溶性盐含量，但水溶性盐会随淋洗而流失；壤土的土壤水溶性盐含量与CK 相比均有提高，尤其是20～40 cm 土层T1 处理和40～60 cm 土层T2 处理提高最多；黏土的土壤水溶性盐含量与CK 相比均有提高，而增加的水溶性盐会与氯离子结合形成对植物有害的氯化物，这可能是影响作物产量的一个因素。

砂土0～20 cm 土层，土壤水溶性钙含量比CK低，而40～60 cm 土层土壤水溶性钙含量比CK高；壤土20～40 cm 土层T1、T2 处理水溶性钙含量较CK 增加显著，40～60 cm 土层T1、T2 处理下降显著；黏土0～20 cm 土层，T1、T2 处理水溶性钙含量较CK 增加显著。以上表明，长期施用含氯化肥会不同程度影响不同质地土壤水溶性钙含量，这可能是3 种质地土壤的渗水性及对钙离子的吸附性不同造成的。

崔玉珍等[19]进行连续21 a 的研究后发现，能够表征土壤肥力的＜0.05 mm 粒级的微团聚体在施用含氯化肥后，不仅未被破坏反而有所提高，说明施用含氯化肥对土壤肥力无不良影响。本研究结果表明，对砂土的影响主要集中在0～20、40～60 cm 土层T1 处理。其中，＞0.05 mm 土粒占比显著升高；0.05～0.001 mm 土粒占比显著降低。对壤土的影响比较复杂，0～20 cm 土层T1、T2 处理＞0.05 mm 土粒占比显著降低，20～40 cm 土层T2 处理＞0.05 mm 土粒占比显著升高；对于0.05～0.001 mm 土粒，0～20 cm 土层T1、T2 处理显著升高，20～40 cm 土层T2处理显著下降，40～60 cm 土层T1、T2 处理显著升高；对于≤0.001 mm 土粒，0～20 cm 土层T1 处理其占比显著升高，20～40 cm 土层T2 处理显著下降，40～60 cm 土层T1、T2 处理显著下降。对黏土的机械组成影响较小，＞0.05 mm 土粒无明显变化；0.05～0.001 mm 土粒在40～60 cm 土层，T1、T2 处理显著下降；≤0.001 mm 土粒在0～20、20～40 cm 土层T2 处理下降显著，40～60 cm 土层T2 处理显著升高，可能是大量氯离子的存在改变了土壤的机械组成。

周宝库等[20]开展了连续5 a的定位试验，结果表明，连续施用含氯化肥与施用其他化肥相比，产量基本相当。而杨林生等[7]研究认为，长期施用含氯化肥降低了土壤生物肥力，从而影响了作物产量。程明芳等[21]认为，基施过量氯肥对冬小麦出苗势和出苗率均有显著影响，推迟出苗达4～5 d，出苗率下降，最终降低产量。本研究结果表明，3种质地土壤连续3 a 施含氯化肥对小麦产量虽无显著影响，但2020、2021年时砂土T2处理小麦产量显著低于CK；2020 年壤土T1、T2 处理小麦产量比CK 分别降低了7.61%、7.13%；2020 年黏土T2 处理小麦产量比CK降低了1.77%。说明3 a 内使用含氯化肥对小麦产量影响较小，但连续4 a 以上使用含氯化肥对小麦产量有抑制作用。可能是因为长期积累的氯离子与其他阳离子结合，形成有害的氯化物，对作物生长发育不利造成的。相比小麦，含氯化肥对玉米产量的影响相对较小，只有砂土T2 处理在2020、2021年时分别比CK显著减产5.20%、7.08%；对壤土无显著影响；黏土T1处理2018年比CK增产了6.76%，说明在黏土上使用含氯15%的化肥短期对玉米有一定的营养功能。

综上，由于连续施用含氯化肥会降低土壤pH值，提高土壤氯离子含量，并进一步影响土壤水溶性盐及土壤机械组成，最终造成小麦减产，所以建议含氯化肥连续使用不要超过3 a，尤其是对于不耐受含氯化肥的植物，这样不仅可以发挥含氯化肥的肥效，还能避免因氯离子在土壤中富集而对作物产量造成影响。