腐植酸增效復混肥對不同鹽漬化程度土壤小麥產量和氮素利用的影響

楊 柳，李絮花，胡 斌

（1.土壤資源高效利用國家工程實驗室，山東農業大學資源與環境學院，山東 泰安 271018；2.江蘇省蘇州吳江區土壤肥料技術指導站，江蘇 蘇州 215000；3.山東省土壤肥料工作站，山東 濟南 250000）

全球鹽漬化耕地約3.8億hm2，約占可耕地面積的10%，我國鹽漬化耕地約1億hm2，制約我國糧食穩產高產和養分利用率的提高［1-2］。提高氮肥利用率可通過科學施肥、應用高效肥料、氮肥高效作物品種篩選等多種途徑來實現［3-6］，其中，高效肥料的研發和應用至關重要。腐植酸是一種有機高分子混合物，其主要來源是風化煤、褐煤和草炭，由土壤中各種微生物進行分解和轉化以及地球形成過程中演變和積累起來的一類有機物質［7］。近年來，以腐植酸為增效材料生產腐植酸增效肥料備受關注。研究表明，腐植酸增效肥料具有促進作物生長、提高產量、提高肥效、改良土壤、提高土壤養分有效性等作用［8-12］，但腐植酸復混肥料對不同鹽漬化程度土壤上小麥產量及肥料利用效率的研究報道較少。本文通過連續2年的田間試驗，研究腐植酸增效復混肥料在不同鹽漬化程度土壤的小麥增產效應及氮肥利用效率，旨在為腐植酸增效復混肥料在鹽堿地上的科學應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2017年10月～2019年6月于山東省東營市利津縣渤海糧倉實驗示范區進行，種植制度為小麥/玉米輪作，小麥試驗在同一地塊進行了兩季。供試土壤為砂壤土，土壤基本理化性質［13］見表1。供試小麥品種為濟麥22號，由山東省東營渤海農場提供。

供試肥料為山東農大肥業科技有限公司提供的常規復混肥料（18-18-6）和腐植酸增效復混肥料（18-18-6，腐植酸含量8%），尿素（N 46%）、重過磷酸鈣（P2O546%）、硫酸鉀（K2O 51%）

表1 供試土壤基本理化性質

1.2 試驗設計

試驗包括不同鹽漬化程度土壤和不同施肥2個試驗因素。（1）不同鹽漬化程度土壤：輕度鹽漬土（S1）、中度鹽漬土（S2）、重度鹽漬土（S3）。（2）施肥處理：空白（CK0，不施肥）、磷鉀對照（CK1，只施磷鉀肥）、常規復混肥料（CF）、腐植酸增效復混肥料（HF）。于2017年10月8日和2018年10月11日播種，磷鉀肥作基肥一次性施入，氮肥分基肥和追肥兩次施入（1/3基施，2/3追肥，追肥時間為3月12日），2018年6月12日和2019年6月10日收獲小麥，2018年7月至10月22日種植玉米，期間管理措施與大田的常規管理措施相同。小區面積4 m×5 m=20 m2，3次重復，隨機區組排列，S1、S2和S3鹽漬度土壤上具體試驗設計及施肥量一致（表2）。

表2 鹽堿地小麥肥效試驗設計

1.3 樣品采集與處理

1.3.1 樣品采集和測產

土壤樣品采集：小麥播種前采集試驗區的基礎土樣。在小麥分蘗期（2017年12月2日）、拔節期（2018年4月12日），灌漿期（2018年5月20日）和成熟期（2018年6月12日和2019年6月10日）采集0～20 cm土壤樣品（“S”形多點取樣），取部分鮮土做土壤無機氮測定。

植株樣品采集和處理：隨機采集3個1 m2小麥樣品，調查小麥的產量構成要素，測產；秸稈采集后于烘箱80℃殺青30 min，于65℃烘箱中烘干至恒重；籽粒在收獲后，于65℃烘箱中烘干至恒重，粉碎后過0.25 mm篩，備用。

1.3.2 測定項目與方法

植株全N采用H2SO4-H2O2消煮、半微量凱氏定氮法測定；土壤無機氮含量（土壤鮮樣）用2 mol/L KCl浸提（土水比1∶10），浸提液中NO3--N和NH4+-N含量采用連續流動注射分析儀（AA3）測定。

1.4 計算公式

氮素肥料利用率=（施氮區吸氮量-CK1處理小區吸氮量）/施氮量×100%

氮素農學效率=（施氮區作物籽粒產量-CK1處理小區作物籽粒產量）/施氮量

氮素偏生產力=施氮區作物籽粒產量/施氮量

生物量=籽粒產量+秸稈產量

經濟系數=籽粒產量/生物量×100%

2 結果與分析

2.1 腐植酸增效復混肥料對小麥產量及其構成因素的影響

由表3可以看出，隨著土壤鹽漬程度的加深，在任一處理下，其生物量、籽粒產量均呈下降趨勢。CF處理下，與S1相比，S2、S3鹽漬度土壤小麥的生物量和籽粒產量逐漸降低，降幅分別為10.68%和20.39%、59.81%和48.90%（2018年）、18.22%和22.59%、47.66%和53.00%（2019年）；HF處理下，與S1相比，S2、S3鹽漬度土壤小麥的生物量和籽粒產量降幅分別為18.24%和33.60%、52.97%和62.19%（2018年）、27.02%和40.07%、58.60%和65.10%（2019年）。從不同鹽漬化程度的土壤來看，在S1水平下，與CF相比，處理HF的生物量和籽粒產量增幅分別為31.68%和47.38%（2018年）、33.28%和47.6%（2019年）；在S2水平下，其生物量和籽粒產量分別提高20.53%和22.92%（2018年）、18.86%和13.64%（2019年）；在S3水平下，比CF分別增加了23.56%和13.12%（2018年）、5.36%和9.00%（2019年）。同時可以看出，在S1、S2鹽漬水平上，與CK1相比，其他處理間經濟系數呈增加趨勢，但在S3水平下，經濟系數呈下降趨勢，表明在不同鹽漬水平下，施用復混肥料作用于小麥器官的響應不同。與不施氮肥處理（CK1）相比，其他各處理均可顯著提高冬小麥產量，表明施用氮肥能顯著提高小麥的產量，且腐植酸增效復混肥料的施肥效果更好。

由表4可以看出，隨著土壤鹽漬程度的加深，小麥的穗數和穗粒數均呈下降趨勢。在S1、S2水平下，與CK0、CK1相比，CF和HF處理下小麥的穗數、穗粒數和千粒重均呈增加趨勢，且HF增加量更大；在S3水平下，小麥的穗數、穗粒數呈增加趨勢，而千粒重增減不一。但總體可以看出，HF處理的穗數、穗粒數和千粒重在3個鹽漬水平基本是最佳的，其生物量和經濟產量也是最好的。

由表3、4總體可以看出，隨著土壤鹽漬度的加深，各處理的小麥產量及各構成因素均降低，但施用腐植酸增效復混肥料可在S2土壤上獲得與S1土壤上普通復合肥相當的產量，因此鹽堿地上施用腐植酸增效復混肥料對增加小麥產量及產量構成因素的影響效果更好。

表3 不同處理對冬小麥產量的影響

表4 不同處理產量構成因素

2.2 腐植酸增效復混肥對小麥氮素吸收利用的影響

2.2.1 小麥氮素含量和累積吸收量

由表5可以看出，隨著土壤鹽漬化程度的加深，各處理間籽粒和秸稈N含量均呈增加趨勢，而小麥的N素總累積量整體呈下降的趨勢，可能是因為植株體內累積更多的N來抵御鹽害的影響，但土壤鹽分濃度增加，植株的干物質量減少，因此總體N素累積量降低。CF處理下，S2鹽漬度土壤小麥的N含量和N素總累積量比S1增加了11.51%和5.20%（2018年）、10.74%和-7.36%（2019年）；與S1相比，S3鹽漬度土壤小麥的N含量和N素總累積量增幅分別為28.21%和-39.88%（2018年）、6.98%和-47.44%（2019年）。在HF處理下，S2鹽漬度土壤小麥的N含量和N素總累積量比S1增加了7.58%和-21.99%（2018年）、5.84%和-34.47%（2019年）；與S1相比，S3鹽漬度土壤小麥的N含量和N素總累積量增幅分別為39.71%和-52.11%（2018年）、10.56%和-60.66%（2019年）。

由表5還可以看出，HF處理的小麥籽粒、秸稈N含量和N素總累積量明顯高于等氮量的CF處理，表明施用腐植酸增效復混肥料比施用普通復混肥料對于促進小麥N素吸收、增加植株體內N素累積方面的效果更好。在S1水平下，與CK1相比，CF、HF處理的小麥N素總累積量分別增加了3.30和40.05 kg/hm2（2018年）、28.50和78.30 kg/hm2（2019年）。以HF增 幅 最 大，與CF相比，其籽粒N含量、秸稈N含量和N素總累積量分別增加3.50%、21.74%和70.81%（2018年）以及13.59%、11.88%和67.89%（2019年）；在S2水平下，與CK1相比，CF、HF 處理的小麥氮素總累積量增 加 了14.10和28.65 kg/hm2（2018年）、23.10和35.85 kg/hm2（2019年），以HF的秸稈N含量和N素總累積量增幅最大，與CF相比，分別增加16.75%和26.65%（2018年）、1.95%和18.76%（2019年）；在S3水平下，N素總累積量最低，但小麥籽粒N含量、秸稈N含量處于較高水平，且施肥處理間以HF的增幅最大，與CF相比，其籽粒N含量、秸稈N含量和N素總累積量增幅分別為15.66%、14.68%和36.06%（2018年）以及14.92%、28.80%和25.68%（2019年）。在任一鹽漬水平下，施用腐植酸增效復混肥料能增加小麥籽粒、秸稈N含量和N素總累積量，且肥料效果比施用等氮量的普通復混肥料施肥處理更佳。

綜上可知，與CF相比，HF處理的小麥籽粒、秸稈N含量和N素總累積量均增加，表明在鹽堿地上施用腐植酸增效復混肥料能更有效地發揮肥料作用和更好地促進植株氮素吸收，進而促進植株生長。

表5 不同處理對小麥N素吸收的影響

2.2.2 氮肥利用效率

由表6可以看出，隨著土壤鹽漬程度的加深，CF和HF處理的N肥利用率、N肥農學效率和N肥偏生產力均呈下降趨勢，但HF處理均比CF處理效率高。表明隨著土壤鹽漬程度的加深，施肥對氮肥利用率的影響是逐漸降低的，其中施用腐植酸復混肥料比常規復混肥料更能有效減緩氮肥利用的降低速率。

由表6還可以看出，在鹽堿地上施用腐植酸增效復混肥料后小麥的N肥農學效率、N肥利用率和N肥偏生產力都有明顯增加。在3種鹽漬水平下，與CF相比，處理后小麥的N肥農學效率增加0.73～6.51個百分點（2018年）和0.75～8.30個百分點（2019年），HF處理增加N肥利用效率，較CF提高6.29～16.73個百分點（2018年）和5.47～ 27.69個百分點（2019年），N肥偏生產力也比CF明顯增加，增幅為0.73～6.51個百分點（2018年）和0.70～8.30個百分點（2019年），其中S1水平下HF處理的N肥利用效率最高，顯著高于其他鹽漬水平下各施肥處理。

表6 不同處理對氮肥利用效率的影響

2.3 腐植酸增效復混肥對土壤無機氮含量的影響

2.3.1 土壤硝態氮動態變化

由圖1可以看出，在S1水平下，CK0、CK1處理在整個生育期內硝態氮均保持在較低水平。在分蘗期，處理CF和HF相較于其它處理含量較高，分別為34.47和36.68 mg/kg，與CK0、CH1處理相比差異顯著，但兩者間差異不顯著；在小麥拔節期，HF處理土壤的硝態氮含量最高，為35.26 mg/kg，CF處理下土壤硝態氮含量次之，為33.23 mg/kg，兩處理間差異不顯著，但與其它處理差異顯著；在小麥灌漿期和成熟期，均以HF土壤硝態氮含量最高，分別為25.64和15.70 mg/kg。在整個生育期中HF相較于其它處理始終保持最高水平；與CF相比，HF處理在小麥各個時期增加了土壤的硝態氮含量，增幅為0.49%～23.94%。在S2水平下整個生育期均以HF土壤硝態氮含量最高，CF處理下土壤硝態氮含量次之，與其它處理相比差異顯著（除成熟期外）。整個生育期中HF土壤硝態氮含量較CF相比，增加了4.34%～11.20%。在S3水平下，小麥分蘗期以CF處理下土壤硝態氮含量最高，為29.18 mg/kg。除分蘗期外的3個時期均以HF土壤硝態氮含量最高，CF處理下土壤硝態氮含量次之。

由圖1、2均可以看出，在小麥各生育期土壤硝態氮含量隨鹽漬程度的增加而基本呈下降的趨勢；在小麥全部生育期中，硝態氮含量隨時期的推移呈下降的趨勢，在小麥成熟期達到最低?？傮w可以看出在2018、2019年這兩季小麥生育期均以HF處理土壤硝態氮含量最高。

圖1 冬小麥生育期0～20 cm土壤的NO3--N含量（2018年）

2.3.2 土壤銨態氮動態變化

圖2 冬小麥成熟期0～20 cm土壤的NO3--N含量（2019年）

由圖3可以看出，S1水平下，在整個小麥生育期，CK0、CK1處理在整個生育期內銨態氮均較低。在分蘗期，處理CF和HF土壤銨態氮含量較高，分別為36.43和32.53 mg/kg，與其他處理差異顯著，但兩處理間差異不明顯；在小麥拔節期，CF處理土壤的銨態氮含量最高，為31.74 mg/kg，HF處理的土壤銨態氮含量次之，為27.65 mg/kg，且與其他處理差異顯著；小麥灌漿期，以CF處理土壤的銨態氮含量最高，為17.90 mg/kg；在小麥成熟期，以HF處理的土壤銨態氮含量最高，為15.32 mg/kg，與其他處理差異顯著。S2水平下冬小麥生育期土壤銨態氮含量變化規律與S1基本一致。在小麥分蘗期和拔節期，均以CF土壤銨態氮含量最高，分別為34.23和31.75 mg/kg，HF土壤銨態氮含量次之，兩者間差異不顯著，均與其他處理間差異顯著；在小麥灌漿期和成熟期，4個處理間差異不顯著。S3水平下小麥生育期土壤銨態氮含量的變化也符合上述規律。小麥分蘗期、拔節期和灌漿期均以CF處理下土壤銨態氮含量最高，分別為43.59、39.09和15.24 mg/kg，HF土壤銨態氮含量次之，且兩者間差異不顯著，均與其他處理間差異顯著；在小麥成熟期，4個處理間銨態氮含量差異不顯著。

由圖3、4總體看出，HF處理在小麥生育期前期不同鹽漬土壤上均保持了土壤銨態氮含量比CF處理低。與CF相比，處理HF在小麥分蘗期和拔節期均降低了土壤銨態氮含量，降幅為6.42%～15.08%，這可能是因為腐植酸在作物生長前期能夠很好地抑制尿素的水解，極大地降低了氮素的揮發及淋溶損失。

圖3 冬小麥生育期0～20 cm土壤的NH4+-N含量（2018年）

圖4 冬小麥成熟期0～20 cm土壤的NH4+-N含量（2019年）

3 討論

小麥產量及氮素的吸收利用與腐植酸生理活性是密切相關的，其作用機理比較復雜［14-15］。腐植酸能夠提高植株細胞酶活性，延緩其衰老，增加其對營養元素的吸收，進而提高氮肥的吸收利用，從而促進植物的生長發育，提高作物產量。前人研究結果表明，在生姜、生菜、玉米等作物上施用腐植酸肥料，均可促進作物營養元素吸收，提高其產量［16-19］。以上研究結果與本文結果相似，本文通過在不同鹽漬程度土壤上連續2年的小麥試驗結果表明，施用腐植酸增效復混肥料能促進小麥對土壤中氮素的吸收利用，提高氮肥利用效率，進而增加小麥產量。這主要是由于腐植酸是一種生物刺激素，它能改善植物的生理特性，與無機肥配施能提高肥料利用率，進而提高作物產量［20-21］。

腐植酸肥料能夠增加土壤無機態氮含量，促進小麥對土壤氮素的吸收，提高氮素利用率。土壤無機態氮主要包括硝態氮與銨態氮，二者是植物生長過程中主要的礦質氮源，吸收量約占植物吸收陰陽離子總量的80%［22］，而腐植酸主要以難溶性大分子團聚體形態存在，其基本結構是芳環和脂環，環上連有眾多官能團，使其具有多種功能，而較高的吸附能力為其中一大突出特點［23-24］。因此當尿素被水解成NH3，NH3經水合成NH4+時，很快被腐植酸吸附，并與其發生氨化反應生成較穩定的腐植酸銨鹽，一方面減少了氨的揮發損失，一方面為作物吸收提供了NH4+源［25-26］。同時很多研究結果表明，腐植酸對土壤脲酶活性具有抑制作用，可維持在100 d左右；腐植酸在作物生長前期能很好地抑制尿素的水解，從而極大地減少了氮素的揮發及淋溶損失；而在作物生長中、后期，隨著腐植酸的消耗，又能夠逐漸減弱其抑制作用，以適應作物發育旺盛時期對氮素的大量需求［27-29］。上述結論與本研究結果一致，與常規復混肥料處理相比，施用腐植酸增效復混肥料處理能明顯提高小麥生長的中、后期土壤銨態氮和硝態氮的含量，減緩了銨態氮和硝態氮的損失量，提高了氮肥的利用效率，增加作物產量。

國內外眾多研究表明，腐植酸能有效提高植株的耐鹽堿性。Na+是鹽堿化土壤中最多的陽離子之一［30］。土壤中高濃度Na+會擾亂植物對營養元素的吸收，產生離子毒害及滲透脅迫并誘發氧化脅迫，從而抑制植物生長，甚至導致植物的死亡［31］。本研究表明，在同一處理下，隨著土壤鹽分濃度的增加，小麥的生物量、經濟產量呈下降趨勢，隨著鹽分的提高植物體的產量構成因素也都是降低的，這與董合忠等［32］的結論一致。前人研究結果還表明，降低鹽分有利于植株氮素累積，提高氮素利用率［33-34］，以上研究結果與本文結果相似，在同一處理下，隨著土壤鹽分的提高，N素總累積量、N肥利用率、N肥農學效率和偏生產力也是逐漸降低的。國內外學者［35-37］研究發現，施用腐植酸能夠改善土壤理化性質，降低鹽堿度，還可以增加酶活性，促進植物根部生長和代謝，加強體內細胞進行光合作用與呼吸作用，進而提升作物產量。上述結果與本研究結果相一致，在任一鹽漬度土壤上，與常規復混肥料處理相比，腐植酸增效復混肥料提高小麥產量、氮素吸收和氮肥利用效率的效果更佳，隨著土壤鹽漬程度的加深，肥料的作用效果逐漸降低。

4 結論

腐植酸增效復混肥料能夠調控小麥產量構成因素，顯著增加小麥產量，促進小麥對氮素的吸收利用；也增加了小麥生育中、后期0～20 cm土壤硝態氮含量，降低了小麥生育前期銨態氮含量，減少了氮素損失，更好地滿足作物根系需肥特性，同時提高了氮肥利用率、農學效率和偏生產力。

隨著土壤鹽漬度的加深，在同一施肥處理下，小麥生物量、經濟產量、穗數、穗粒數、氮素總累積量、氮肥農學效率、氮肥利用率和氮肥偏生產力均呈下降趨勢。腐植酸增效復混肥料發揮效應的能力隨土壤鹽漬度降低而增強，建議低、中度鹽漬化土壤上應用腐植酸增效復混肥料。