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盐渍土壤广泛分布于全球各地,覆盖面积达9.5亿公顷,我国盐渍土壤总面积约为3600万公顷,内蒙古河套灌区受盐渍化影响的土地高达39万公顷,占土地总面积的69%。近年来由于耕地面积减少、人口数量不断增加,人地矛盾日益突出。盐渍土壤作为重要的后备土地资源,其治理、开发和利用是解决粮食问题的一个有效途径。为揭示盐渍化对肥料氮素转化过程的影响,本研究选取内蒙古河套灌区典型盐渍土作为研究对象,通过室内培养试验和田间小区试验相结合的方式,分析不同土壤盐分含量与盐分离子组成对肥料水解作用和土壤硝化作用的影响;研究生物炭、黄腐酸、腐殖酸和有机肥等4种改良剂对肥料氮素转化过程、土壤盐碱障碍消减、食葵生长发育和产量的影响作用;利用主成分分析法评价不同改良剂对食葵种植条件下土壤盐碱障碍消减和养分增效的综合效果,并结合试验结果形成河套灌区快速脱盐及养分高效利用技术对策,为河套灌区盐渍农田改良以及氮肥减施增效提供理论基础和方法指导。本研究主要结果如下:
1.土壤盐分升高对尿素水解过程表现出明显的抑制作用,却促进磷酸二铵水解,而土壤盐分对两种肥料转化形成的土壤铵态氮的硝化作用影响一致,均表现随土壤盐分升高,硝化作用先增加后减弱,在土壤盐分为8.19 g/kg时,肥料总硝化量最高,在氮肥添加量相同时,磷酸二铵转化量总体高于尿素。盐离子添加对尿素水解反应与土壤硝化反应的强度均有抑制,其中氯化钠添加的抑制作用极显著,而硫酸钠添加对水解反应和硝化反应的强度虽然有一定抑制作用,但随着反应时间的延续,盐添加的抑制作用减轻,其肥料氮素转化率甚至高于纯施肥处理,等质量浓度的硫酸钠和氯化钠1∶1混合添加时,C1-对氮素转化的抑制作用被SO42-的促进作用抵消,使得其转化过程与纯硫酸钠添加相近。
2.不同改良剂对盐渍农田土壤的改良效果存在差异,黄腐酸添加能够有效降低土壤pH值,减少耕作措施对土壤团聚体的破坏;而生物炭处理的土壤脱盐效果较好,并且能够抑制冬春季土壤返盐,生物炭配施纯氮225 kg/hm2能够促进土壤人团聚体形成;有机肥施用能显著降低冬春季土壤返盐,但其降低土壤盐分的效果一般。生物炭、黄腐酸和有机肥施用均能够促进食葵生长发育,增加产量。黄腐酸配施纯氮225 kg/hm2、有机肥配施纯氮225 kg/hm2和有机肥配施纯氮300kg/hm2时,食葵增产效果较好;生物炭的施用可以增加籽粒灌浆量使得籽粒变得更加饱满、品质更高。培养试验结果表明,改良剂添加能够促进肥料水解和土壤硝化。田间试验结果表明,改良剂添加与纯施肥处理相比,氮肥利用率提高,且随施肥量增加,同种改良剂处理氮肥利用率降低。生物炭配施纯氮225 kg/hm2和有机肥配施纯氮225 kg/hm2氮肥利用率较高,达到25%左右。低量施肥下土壤全氮含量相对稳定,高量施肥下土壤全氮含量呈现出积累的趋势。
3.根据主成分分析的综合得分排名,并结合当地现有农业种植制度,综合得出了一套基于改良剂应用的土壤盐碱障碍消减与氮素养分增效技术对策。保留春灌和秋浇的灌溉制度,在食葵种植之前,表施生物炭(30 t/hm2)和有机肥作(15t/hm2)为土壤改良剂,施氮量为纯氮225 kg/hm2,并优化追肥时间,在作物养分生长期前一周左右施入。本技术对策利用灌溉作为降低土壤盐分的主要手段,改良剂添加同时起到盐碱障碍消减与养分增效的作用,通过优化施肥技术在减量施肥的情况下达到稳产和增产的目标,并从源头上减少了农业面源污染,为河套灌区农业可持续发展提供技术支持。
1.土壤盐分升高对尿素水解过程表现出明显的抑制作用,却促进磷酸二铵水解,而土壤盐分对两种肥料转化形成的土壤铵态氮的硝化作用影响一致,均表现随土壤盐分升高,硝化作用先增加后减弱,在土壤盐分为8.19 g/kg时,肥料总硝化量最高,在氮肥添加量相同时,磷酸二铵转化量总体高于尿素。盐离子添加对尿素水解反应与土壤硝化反应的强度均有抑制,其中氯化钠添加的抑制作用极显著,而硫酸钠添加对水解反应和硝化反应的强度虽然有一定抑制作用,但随着反应时间的延续,盐添加的抑制作用减轻,其肥料氮素转化率甚至高于纯施肥处理,等质量浓度的硫酸钠和氯化钠1∶1混合添加时,C1-对氮素转化的抑制作用被SO42-的促进作用抵消,使得其转化过程与纯硫酸钠添加相近。
2.不同改良剂对盐渍农田土壤的改良效果存在差异,黄腐酸添加能够有效降低土壤pH值,减少耕作措施对土壤团聚体的破坏;而生物炭处理的土壤脱盐效果较好,并且能够抑制冬春季土壤返盐,生物炭配施纯氮225 kg/hm2能够促进土壤人团聚体形成;有机肥施用能显著降低冬春季土壤返盐,但其降低土壤盐分的效果一般。生物炭、黄腐酸和有机肥施用均能够促进食葵生长发育,增加产量。黄腐酸配施纯氮225 kg/hm2、有机肥配施纯氮225 kg/hm2和有机肥配施纯氮300kg/hm2时,食葵增产效果较好;生物炭的施用可以增加籽粒灌浆量使得籽粒变得更加饱满、品质更高。培养试验结果表明,改良剂添加能够促进肥料水解和土壤硝化。田间试验结果表明,改良剂添加与纯施肥处理相比,氮肥利用率提高,且随施肥量增加,同种改良剂处理氮肥利用率降低。生物炭配施纯氮225 kg/hm2和有机肥配施纯氮225 kg/hm2氮肥利用率较高,达到25%左右。低量施肥下土壤全氮含量相对稳定,高量施肥下土壤全氮含量呈现出积累的趋势。
3.根据主成分分析的综合得分排名,并结合当地现有农业种植制度,综合得出了一套基于改良剂应用的土壤盐碱障碍消减与氮素养分增效技术对策。保留春灌和秋浇的灌溉制度,在食葵种植之前,表施生物炭(30 t/hm2)和有机肥作(15t/hm2)为土壤改良剂,施氮量为纯氮225 kg/hm2,并优化追肥时间,在作物养分生长期前一周左右施入。本技术对策利用灌溉作为降低土壤盐分的主要手段,改良剂添加同时起到盐碱障碍消减与养分增效的作用,通过优化施肥技术在减量施肥的情况下达到稳产和增产的目标,并从源头上减少了农业面源污染,为河套灌区农业可持续发展提供技术支持。