苏北滨海地区海岸线总长954 km, 滩涂资源丰富, 围垦历史悠久, 是我国重要的后备土地资源^[1]。受成土过程和成土母质的影响, 苏北滨海地区土壤盐碱障碍严重。土壤中大量Na⁺和Cl^-抑制作物根系生长及对Ca²⁺、K⁺、N和P等养分的吸收, 对作物产生直接的毒害作用^[2]。此外, 土壤电导率升高破坏土壤结构, 造成土壤紧实膨胀、通气透水性差, 表层土壤易板结^[3]。土壤高盐度和高pH也会影响土壤微生物群落结构及活性, 降低土壤微生物生物量碳^[4]及碱性磷酸酶等多种酶活性^[5], 严重制约土壤中磷素的形态转化和有效性, 降低磷肥利用率^[6]。因此, 土壤盐碱障碍和磷素有效性低是目前苏北滨海滩涂农业生产过程中存在的重要问题。

长期以来, 世界各国学者针对如何合理地改良、利用盐渍土进行了大量研究, 土壤调控治理主要围绕水利改良、物理改良、化学改良和生物改良这四个核心方面展开^[7-8]。其中, 化学改良操作简便、成本较低、改良效果稳定, 在盐渍土的改良利用中具有广阔的前景^[9]。众多研究结果^[10-13]表明, 生物质炭、腐植酸和石膏在消减盐碱障碍、提高土壤磷素有效性等方面有良好的效果。生物质炭疏松多孔, 阳离子交换量大, 富含有机碳, 施入土壤中能有效调节土壤结构^[10], 促进微生物的代谢和多种酶的活性^[11], 进而影响土壤中磷素的转化过程; 腐植酸分子含有多种官能团, 有较强的离子交换、吸附、络合能力, 可代换盐渍土中过量的交换性Na⁺, 改善土壤盐碱指标^[12]; 石膏类物质的主要成分为CaSO₄·2H₂O, 其改良机制为增加土壤中Ca²⁺对土壤胶体上Na⁺的替换, 提高土壤阳离子交换量和盐基饱和度, 减轻单盐毒害, 改善土壤盐碱障碍^[13]。

虽然目前国内外关于生物质炭、腐植酸和石膏对盐渍土改良及对磷素有效性影响的报道较多^[14-16], 但是现有研究多侧重于对土壤理化性质的改善、作物产量以及土壤速效养分的测定。关于不同改良剂对于盐碱障碍的消减和磷素有效性提升的内在作用机制研究尚不充分。本研究以苏北滨海轻度、中度盐渍土为研究对象, 采用田间微区试验的方法, 研究不同改良调控措施对盐渍农田盐碱障碍的消减以及作物磷素吸收利用的促进作用, 对于提高苏北滨海盐渍农田磷素利用效率、加速盐碱障碍消减及地力提升具有重要意义。

试验区位于江苏省东台市弶港镇条子泥垦区（32°43′N，120°50′E），属于典型滨海新围垦滩涂土壤（围垦时间2016年）。该地区气候温暖，降雨充沛，四季分明。年均气温15.0℃，年均无霜期213 d，年均降水量1 059 mm，年均蒸发量为1 417 mm，年均日照率50.4%，年均相对湿度为81%。降水量随季节的波动较大，雨季特征明显。该地区的土壤类型为冲积盐土类，潮盐土亚类。根据国际制土壤粒级划分标准，土壤中砂粒（2~0.02 mm）、粉粒（0.02~0.002 mm）和黏粒（＜0.002 mm＝的含量分别为34.8 g·kg^–1、75.76 g·kg^–1、20.76 g·kg^–1。根据国际制土壤质地分级标准，该三粒级含量比例下的土壤为粉黏壤^[17-18]。由于长期受海水浸渍的影响，研究区土壤肥力低、土壤盐渍化问题严重、地下水矿化度高，这些均制约了滨海盐渍化农田的养分高效利用。本试验的研究对象为苏北滨海轻度、中度盐渍农田土壤。轻度盐渍土的土壤盐分离子组成为：${\rm{CO}}_3^{2 - }$ 0.04 cmol·kg^–1，${\rm{HCO}}_3^ - $ 0.66 cmol·kg^–1，Cl^– 2.36 cmol·kg^–1，${\rm{SO}}_4^{2 - }$ 2.23 cmol·kg^–1，Ca²⁺ 0.54 cmol·kg^–1，Mg²⁺ 0.42 cmol·kg^–1，K⁺ 0.58 cmol·kg^–1，Na⁺ 3.84 cmol·kg^–1；中度盐渍土的土壤盐分离子组成为：${\rm{CO}}_3^{2 - }$ 0.09 cmol·kg^–1，${\rm{HCO}}_3^ - $ 0.45 cmol·kg^–1，Cl^– 3.73 cmol·kg^–1，${\rm{SO}}_4^{2 - }$ 2.42 cmol·kg^–1，Ca²⁺ 0.39 cmol·kg^–1，Mg²⁺ 0.41 cmol·kg^–1，K⁺ 0.63 cmol·kg^–1，Na⁺ 5.99 cmol·kg^–1。其他基本土壤性质见表 1。

表 1 Table 1

表 1 不同程度盐碱障碍土壤基本性质 Table 1 Basic properties of the soil relative to sanlinization degree 土壤类型 Soil type 含盐量 Salt content/ (g·kg-1) pH 有机质 Organic/(g·kg-1) 全磷 Total P/(g·kg-1) 有效磷Available P/(mg·kg-1) 碱解氮 AlkalineN/(mg·kg-1) 速效钾 Available K/(mg·kg-1) 轻度盐渍土① 1.57 8.94 16.3 0.72 25.43 33.12 139.2 中度盐渍土② 2.63 9.17 8.8 0.64 15.63 21.55 112.5 ①Light saline soil, ②Moderate saline soil

表 1 不同程度盐碱障碍土壤基本性质 Table 1 Basic properties of the soil relative to sanlinization degree

本试验中大麦的品种为扬啤5号, 玉米的品种为蠡玉16号, 均由上海黄海种业有限公司提供。生物质炭由江苏华丰农业生物工程有限公司提供(原材料为秸秆稻壳, 炭化温度600℃, 炭化时间20 S); 腐植酸由大连九成物产有限公司提供; 石膏由上海宏畅新型建材有限公司提供。

田间微区试验开始于2017年11月, 为大麦-玉米轮作两季试验。试验以滨海轻度盐渍土(D)和中度盐渍土(Z)为研究对象, 设对照处理(CK, 仅施氮肥), 并在此基础上设施用磷肥的常规施肥(P)、常规施肥+生物质炭(PC)、常规施肥+腐植酸(PH)、常规施肥+石膏(PG)处理。每个处理重复3次, 共计30个微区。试验处理按照完全随机的方式排列, 微区面积为2.8 m×2.8 m=7.84 m², 微区周围设有0.2 m宽的排水沟。

表 2 Table 2

表 2 微区试验设计 Table 2 Designing of the micro-plot field experiment 土壤类型 代码 试验处理 Soil type Code Treatment 轻度盐渍土 Light saline soil CK 对照(仅施氮肥) CK(Only N) P 常规施肥(氮肥+磷肥)Conventional fertilizer(N+P) PC 常规施肥+生物质炭Conventional fertilizer+biochar PH 常规施肥+腐植酸Conventional fertilizer+humic acid PG 常规施肥+石膏Conventional fertilizer+ gypsum 中度盐渍土 Moderate saline soil CK 对照仅施氮肥CK Only N P 常规施肥(氮肥+磷肥)Conventional fertilizer(N+P) PC 常规施肥+生物质炭Conventional fertilizer+biochar PH 常规施肥+腐植酸Conventional fertilizer+humic acid PG 常规施肥+石膏Conventional fertilizer+ gypsum

表 2 微区试验设计 Table 2 Designing of the micro-plot field experiment

大麦季的生育期为2017年11月18日-2018年6月8日, 玉米的生育期为2018年6月26日-2018年10月13日。氮肥为尿素(N:46.4%), 施用量为485 kg·hm^-2, 每季均施。其中大麦季的基追比为6:2:2, 玉米季的基追比为4:3:3, 在大麦的返青期和抽穗期、玉米的拔节期和抽雄期分别追施尿素。磷肥为过磷酸钙(P₂O₅：14%), 施用量为1 071 kg·hm^-2, 在大麦季作基肥一次性施入, 玉米季不再施用。考虑到供试土壤速效钾含量较高, 因此试验田不再施用钾肥。生物质炭的施用量为27 t·hm^-2, 腐植酸的施用量为600 kg·hm^-2, 石膏的施用量为3 t·hm^-2, 在播种前将各改良剂施入0~20 cm土壤并混匀。播种密度为大麦187.5 kg·hm^-2, 玉米15 kg·hm^-2。其他管理措施与当地的常规管理模式相同。

在大麦和玉米不同生育期, 每个微区内随机选取三个点, 用土钻分别采集0~20 cm、20~40 cm土壤样品并混匀, 自然风干后磨碎过筛, 用于进一步分析测定。大麦和玉米成熟期, 收获微区内所有植株晒干测干重, 计为产量。同时保留籽粒和秸秆, 105℃杀青30 min, 70℃下烘干至恒重, 秸秆和籽粒粉碎过0.5 mm筛, 分别测定全磷含量。

土壤电导率与pH测定采用1:5土水比电导法和电极法; 土壤离子组成测定：Ca²⁺、Mg²⁺采用EDTA络合滴定法, Na⁺采用火焰光度法; 秸秆、籽粒全磷含量采用H₂SO₄-H₂O₂消煮, 钼锑抗比色法测定。

土壤全盐量(TS)/(g·kg^-1)=2.47×EC_1:5+0.26, EC_1:5为土水比1:5时的土壤电导率(dS·m^-1); 土壤脱盐率/%=(播种前土壤盐分含量-收获后土壤盐分含量)/施磷量播种前土壤盐分含量×100%;作物吸磷量/(kg·hm^-2)=籽粒产量(kg·hm^-2)×籽粒中全磷质量分数(%)+秸秆产量(kg·hm^-2)×秸秆中全磷质量分数(%); 磷肥利用率/%=(施磷区地上部吸磷量-不施磷区地上部吸磷量)/施磷量×100%;钠吸附比(SAR)SAR=$\frac{{[{\rm{N}}{{\rm{a}}^ + }]}}{{\sqrt {\frac{{[{\rm{C}}{{\rm{a}}^{2 + }}] + [{\rm{M}}{{\rm{g}}^{2 + }}]}}{2}} }}$

式中, [Na⁺]、[Ca²⁺]、[Mg²⁺]为土壤Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺含量, cmol·kg^-1。

本研究的数据处理及统计分析均采用Microsoft Excel 2010软件和IBM SPSS Statistics20.0软件进行, 不同处理间的差异显著性水平运用邓肯(Duncan)法进行多重比较。采用Origin2016软件进行作图。

由图 1可知, 作物生长期内土壤盐分表现为春季(3-5月)土壤盐分强烈表聚, 夏季(6-8月)土壤快速淋洗脱盐, 秋季(9-11月)土壤缓慢积盐, 冬季(12-次年2月)土壤盐分稳定, 呈春积盐-夏淋盐-秋返盐-冬稳盐的季节性变化模式, 其中0~20 cm土壤含盐量的变化较20~40 cm土壤剧烈。这种土壤盐分季节性变化是由土壤水盐关系决定。基于这种土壤盐分季节性变化, 生物质炭(C)、腐植酸(H)和石膏(G)等改良措施对0~40 cm土壤盐分含量具有一定的调控作用。作物收获后, 轻度盐渍土对照处理(DCK)和单施磷肥(DP)处理0~20 cm土壤均呈积盐状态, 积盐率分别为16.26%、9.85%。而施用生物质炭(DPC)、腐植酸(DPH)和石膏(DPG)处理下0~20 cm土壤呈脱盐状态, 脱盐率分别为17.93%、15.30%、31.06%, 20~40 cm土壤呈积盐状态。中度盐渍土上对照处理(ZCK)和单施磷肥(ZP)处理在作物收获后0~20 cm、20~40 cm土壤均呈积盐状态。与对照相比, ZPC和ZPH处理0~20 cm、20~40 cm土壤均呈脱盐状态, ZPC处理的脱盐率分别为33.33%、24.33%, ZPH处理的脱盐率分别为40.60%、20.77%。ZPG处理下0~20 cm土壤呈脱盐状态, 20~40 cm土壤呈弱积盐状态。这说明与对照相比, 不同改良措施能有效降低土壤盐分, 且在中度盐渍土上的效果优于轻度盐渍土。

图 1 轻度盐渍土(a), b))和中度盐渍土(c), d))各处理土壤含盐量动态变化 Fig. 1 Dynamics of soil salt content in the soils light(a), b))and moderate(c), d))in salinity relative to treatment

轻度、中度盐渍土不同改良措施下播种前和收获后0~40 cm土壤pH的变化情况如表 3所示。轻度盐渍土上, 不同改良措施能显著降低0~20 cm土壤pH, 其中, DPG处理降低表层土壤pH的效果最好, 较播种前降低了0.67个单位, DPC和DPH处理较播种前分别降低0.22、0.31个单位。各改良措施对20~40 cm土壤pH的影响较小, 仅有DPG处理能显著降低20~40 cm土壤pH, 较播种前降低0.25个单位。DCK和DP处理下20~40 cm土壤pH较播种前呈上升趋势。中度盐渍土上, 除腐植酸处理外, 其余各处理均能不同程度降低0~20 cm土壤pH。其中ZPG处理能显著降低0~20 cm、20~40 cm土壤pH, 较播种前分别降低0.51、0.35个单位。其余各处理下20~40 cm土壤pH则呈上升趋势。

表 3 Table 3

表 3 轻度和中度盐渍土不同改良措施下0~40 cm土壤pH变化 Table 3 Variation of soil pH in the 0~40 cm soil layer relative to soil salinization degree and treatment 土壤类型 Soil type 处理 Treatment 0~20 cm 20~40 cm 播种前 Before sowing 收获后 After harvest 播种前 Before sowing 收获后 After harvest 轻度盐渍土 Light saline soil CK 9.12±0.15a 9.00±0.06ab 9.14±0.18ab 9.18±0.04ab P 9.06±0.12a 8.98±0.04b 9.11±0.26ab 9.30±0.05a PC 9.24±0.12a 9.02±0.05b 9.14±0.11ab 9.12±0.11ab PH 9.28±0.07a 8.97±0.05b 9.15±0.24ab 9.12±0.09ab PG 9.25±0.17a 8.58±0.04c 9.16±0.35ab 8.90±0.15b 中度盐渍土 Moderate saline soil CK 9.08±0.31a 8.98±0.13a 9.09±0.28ab 9.13±0.07ab P 9.10±0.09a 8.99±0.03a 9.04±0.15ab 9.15±0.20ab PC 9.15±0.17a 8.99±0.09a 9.19±0.25ab 9.30±0.04a PH 8.91±0.27a 9.07±0.10a 8.97±0.17ab 9.20±0.13ab PG 9.04±0.27a 8.53±0.06b 9.22±0.19ab 8.87±0.10b 注：不同字母表示同种土壤不同处理间在0.05水平差异显著。下同。Note：Different letters indicate significant difference between treatments at 0.05 level. The same below.

表 3 轻度和中度盐渍土不同改良措施下0~40 cm土壤pH变化 Table 3 Variation of soil pH in the 0~40 cm soil layer relative to soil salinization degree and treatment

由于各改良剂主要施入土壤表层, 因此主要研究改良措施对0~20 cm土壤盐分离子含量的影响。土壤钠吸附比(Sodium absorption ration, SAR)是盐渍土改良与利用过程中反映土壤盐碱程度的重要指标。土壤的SAR越大, 表明土壤盐分阳离子组成中Na⁺所占的比例越大, Ca²⁺和Mg²⁺所占比例越小, 对作物的危害也越大^[19]。不同改良措施下轻度、中度盐渍土表层土壤SAR值的变化如表 4所示。由表可知, 轻度盐渍土上, 作物收获后不同改良措施下土壤SAR较本底值均降低, 降幅为2.17%~67.65%, 其中DCK处理土壤SAR基本不变。三种改良调控措施中, DPG处理能显著降低土壤SAR, 降幅为67.65%。DPH处理和DPC处理次之。中度盐渍土上, 作物收获后ZCK处理土壤SAR较本底值有所升高。施磷肥处理能有效降低土壤SAR, 降幅为15.81%。在施磷肥的基础上, 三种改良调控措施均能显著降低0~20 cm土壤SAR值, 效果顺序依次为ZPG > ZPC > ZPH。

表 4 Table 4

表 4 不同改良措施下土壤钠吸附比变化 Table 4 Changes in soil SAR relative to treatment 土壤类型 Soil type 处理 Treatment 本底值 Before sowing 收获后 After harvest 降幅 Reduce range/% 轻度盐渍土 Light saline soil CK 5.07±0.71a 4.96±0.77a -2.17a P 3.54±0.65a 2.81±1.19b -20.62ab PC 4.54±1.21a 2.77±1.69b -38.99bc PH 4.23±0.88a 2.58±0.71b -39.01bc PG 4.05±0.60a 1.32±0.56b -67.65c 中度盐渍土Moderatesaline soil CK 7.42±0.95a 8.57±0.99a 15.50a P 6.64±0.42a 5.59±0.33b -15.81b PC 7.63±0.52a 4.19±0.71c -45.09c PH 6.58±0.61a 3.98±0.85cd -39.51c PG 6.66±0.22a 2.83±0.13d -57.51c

表 4 不同改良措施下土壤钠吸附比变化 Table 4 Changes in soil SAR relative to treatment

改良措施对作物产量的调控作用见表 5, 轻度盐渍土上, 生物质炭、腐植酸、石膏等与磷肥配施处理均能显著提高大麦季和玉米季作物产量; 在大麦季, 生物质炭(DPC)、腐植酸(DPH)和石膏(DPG)处理下大麦的产量较单施磷肥(DP)分别提高13.14%、20.26%、12.56%;在玉米季, 各处理下玉米的产量较DP分别提高23.43%、21.11%、21.19%。中度盐渍土上, 生物质炭、石膏与磷肥配施(ZPC、ZPG)处理均能提高作物产量, 其中, ZPC处理下大麦季产量显著提高, 较ZP提高了24.16%;玉米季, ZPC和ZPG处理均显著提高了玉米产量, 较ZP提高了44.37%、31.57%。而腐植酸与磷肥配施(ZPH)处理下作物产量略低于对照处理, 说明添加腐植酸处理对作物的增产效果在轻度盐渍土上更好。

表 5 Table 5

表 5 不同改良措施对作物产量、磷素吸收利用的作用 Table 5 Effect of different measures on yield and P uptake of crop 土壤类型 Soil type 处理 Treatment 大麦季Barley growing season 玉米季Maize growing season 累积磷肥利用率 Cumulative Phosphate utilization rate/% 产量 Yield/(kg·hm-2) 地上部吸磷量 Phosphateuptake by shoot/(kg·hm-2) 磷肥利用率 Phosphate utilization rate/% 产量 Yield/(kg·hm-2) 地上部吸磷量 Phosphate uptake by shoot/(kg·hm-2) 磷肥利用率 Phosphate utilization rate/% 轻度盐渍土 Light saline soil CK 12 989b 19.43b - 18 181b 39.37e - - P 13 611b 20.78b 0.90b 18 534b 48.27de 5.93c 6.83c PC 15 310a 31.95a 8.35a 22 877a 77.51a 25.43a 33.77a PH 16 369a 31.58a 8.10a 22 447a 62.89b 15.68b 23.78b PG 15 321a 22.90b 2.31b 22 461a 54.16bc 9.86c 12.17c 中度盐渍土 Moderate saline soil CK 9 899b 13.12c - 12 081d 33.12b - - P 11 044b 14.67bc 1.03b 14 446cd 40.93b 5.22b 6.26c PC 13 713a 20.80a 5.12a 20 855a 66.33a 22.14a 27.27a PH 10 723b 16.27bc 2.10b 16 320bc 36.91b 2.53b 4.63d PG 11 094b 17.94ab 3.21ab 19 006ab 54.91a 14.52a 17.74b

表 5 不同改良措施对作物产量、磷素吸收利用的作用 Table 5 Effect of different measures on yield and P uptake of crop

由表 5可知, 在轻度盐渍土上, 大麦季DPC、DPH处理能显著促进大麦地上部吸磷, 而DPG处理的效果不显著; 玉米季, DPC、DPH和DPG处理均能显著促进玉米地上部吸磷, 较DP处理分别提高60.58%、30.29%、12.20%。在中度盐渍土上, ZPC、ZPG处理能显著促进大麦季和玉米季作物地上部吸磷; 在大麦季, ZPC、ZPG处理下大麦地上部吸磷量较ZP分别提高了41.79%、22.29%;在玉米季, ZPC、ZPG处理下玉米地上部吸磷量较ZP分别提高了62.06%、34.16%, 而ZPH处理对作物吸磷的促进作用不显著。经过两季轮作后, 生物质炭处理能显著提高轻度和中度盐渍土磷肥的累积利用率, 分别为DP处理、ZP处理的4.9倍、4.4倍。石膏处理次之, 其累积磷肥利用率分别为DP处理、ZP处理的1.8倍、2.8倍。腐植酸处理在轻度盐渍土上的累积磷肥利用率为DP处理的3.5倍, 对磷素吸收利用的提升作用优于中度盐渍土。

本研究中, 添加石膏处理能显著降低表层土壤含盐量, 降低土壤pH和SAR(图 1, 表 3和表 4)。这是由于石膏中大量Ca²⁺代换土壤胶体上的交换性Na⁺, 提高土壤颗粒的凝聚性, 促进表层土壤盐分的淋洗^[20]。张辉等^[21]借助土柱淋洗试验研究了脱硫石膏对滨海盐渍土的脱盐效果, 结果表明：添加石膏能改善土壤孔隙度, 提高土壤平均导水系数, 促进土壤快速脱盐。而本试验在田间自然淋洗条件下, 石膏处理对于0~20 cm土壤的降盐效果更好。石膏本身含有大量盐分离子, 在改良土壤理化性质的同时也增加了土壤的盐分压力, 在缺乏土壤淋洗的情况下对20~40 cm土壤的脱盐和抑盐效果有限^[22]。盐渍土脱盐的过程易发生土壤碱化现象, 因此盐渍土的改良调控过程中对土壤pH的调控尤为重要^[23]。添加石膏处理能显著降低土壤pH, 这主要是因为土壤胶体上的交换性Na⁺被Ca²⁺置换下来后, 与土壤中的SO₄^2-形成Na₂SO₄中性盐, 使土壤pH大大降低^[24]。

生物质炭材料本身呈碱性, 在红壤等酸性土壤的改良调控方面有较多应用^[25]。本试验中, 滨海不同盐碱障碍土壤上添加生物质炭对土壤盐分和pH亦有良好的调控效果(图 1和表 3)。生物质炭消减盐碱障碍的原因有多方面。一方面, 生物质炭自身的结构能增加土壤孔隙度, 降低土壤容重, 改善土壤物理性状, 促进盐分淋洗^[26]。岳燕等^[27]通过土柱模拟试验的研究表明, 添加生物质炭处理能显著降低0~20 cm土层电导率, 缩短盐分淋洗时间, 提高洗盐效率。另一方面, 生物质炭中大量的Ca²⁺和Mg²⁺置换土壤胶体上的Na⁺, 促进土壤团粒结构的形成^[28]。周文志等^[29]在河北省滨海盐碱土上的研究表明, 适量添加生物质炭能显著降低土壤SAR, 这也与本试验的研究结果一致。而本试验中生物质炭对中度盐渍土0~20 cm土壤pH的调控作用低于轻度盐渍土, 这可能由于在中度盐碱障碍条件下, 生物质炭材料本身较高的pH带来的影响超过了其通过调控土壤性质而对土壤pH的降低作用。

腐植酸具有较强的离子交换、吸附能力, 在改善土壤结构、加快表层土壤盐分的淋溶方面有良好的效果^[30]。顾鑫等^[31]的研究表明, 随着腐植酸添加量的增加, 盐碱土的电导率整体呈降低趋势, 能促进土壤脱盐, 这与本研究结果(图 1)一致。腐植酸呈有机弱酸性, 能有效调节土壤pH。Tahir等^[32]的研究表明, 腐植酸能有效缓冲土壤pH的变化, 降低石灰性土壤pH。本试验中, 腐植酸在轻度盐渍土上的降碱效果优于中度盐渍土。王福友等^[33]在黄河三角洲滨海盐渍土上的研究表明, 腐植酸处理能显著降低土壤pH。但其供试土壤的pH在7.89~7.96之间。而苏北滨海中度盐碱土pH均为9以上, 可能是由于土壤pH过高, 腐植酸对中度盐渍土的降碱效果有限。

本试验的各改良措施均有促进作物的增产和磷素吸收利用的作用, 其中生物质炭的效果最好(表 5)。Haefele等^[34]对比了不同肥力基础的土壤上施加生物质炭对作物产量的影响, 发现在较肥沃的土壤上生物质炭对水稻的增产效果不明显, 甚至产量略有降低, 而在土壤肥力较差的土壤上生物质炭对水稻的增产效果能达到16%~35%。本试验中, 苏北滨海盐渍农田地力水平较低, 在轻度和中度盐渍条件下生物质炭对作物均有显著的增产效果(表 5)。生物质炭的这种增产作用是由于生物质炭本身良好的结构和性质, 不仅能明显改善盐渍土壤性质, 为作物生长提供良好的土壤环境^[35], 还能直接为作物提供有效磷等矿质养分, 提高土壤磷素有效性, 促进作物的生长^[36]。斯林林^[37]研究了生物质炭配施化肥对稻田养分利用的影响, 结果表明连续两年生物质炭与磷肥配施显著提高了土壤有效磷, 促进了水稻对磷素的吸收和水稻内部磷利用率, 这也与本研究的结果一致。根际是作物吸磷的主要区域, 改良措施可通过活化根际土壤生化环境, 提高土壤多种酶活性, 调节土壤磷素的转化过程, 从而促进作物对磷的吸收利用^[38]。生物质炭处理下作物良好增产效果可能是通过影响土壤酶活性, 提升土壤磷库对作物磷的供给能力, 促进作物地上部吸磷^[39]。

本试验中, 腐植酸处理能显著促进轻度盐渍土上作物对磷素的吸收, 而在中度盐渍土上的效果有限(表 5), 这也与作者前期的盆栽试验结果一致。腐植酸处理下作物增产和磷利用率增加可能有两方面的原因, 一方面是腐植酸对土壤磷素的活化作用, 提高了盐渍土中磷素的有效性; 另一方面腐植酸作为一种营养激发性物质, 施入土壤中可提升土壤磷酸酶、过氧化氢酶等酶活性, 刺激作物根系的生长及对磷素的吸收, 促进作物增产^[40]。Alvarez等^[41]研究表明, 在pH7.5的条件下腐植酸可有效减缓有效磷向难溶性磷的转化。本试验中可能由于土壤中度盐碱障碍影响了腐植酸对土壤磷素的转化, 从而限制了作物对磷素的吸收利用。此外, 本试验中轻度、中度盐渍土上腐植酸采用了相同的施用量。腐植酸施用量不足也可能是限制了其在中度盐渍土上促磷和增产效果的一方面因素。综合两季产量数据可以看出, 玉米季各改良措施对作物的增产效果较大麦季明显(表 5), 说明随着轮作时间的增长, 各改良剂对盐渍土的调控效果逐渐显现。本文关于改良措施对苏北盐碱障碍和磷素吸收利用调控机制的讨论以大麦-玉米两季轮作试验结果为基础。由于试验周期较短, 改良措施对作物磷素吸收、增产稳产的效果有待更长试验周期的探究。

苏北滨海土壤含盐量表现为春积盐-夏淋盐-秋返盐-冬稳盐的季节性变化规律。生物质炭、腐植酸、石膏等改良措施能有效促进盐渍土降盐脱碱, 改善土壤结构。其中, 石膏处理显著降低0~20 cm土壤盐分和pH, 显著降低土壤钠吸附比。轻度盐渍土上, 各改良措施均能显著促进作物地上部吸磷, 提高大麦季和玉米季的作物产量。中度盐渍土上, 生物质炭和石膏处理的增产效果显著。经过两季轮作后, 轻度盐渍土上生物质炭、腐植酸、石膏处理均能提高累积磷肥利用率, 分别为对照的4.9倍、3.5倍和1.8倍, 中度盐渍土上生物质炭和石膏处理下累积磷肥利用率为对照的4.4倍、2.8倍。腐植酸在轻度盐渍土上的调控效果优于中度盐渍土。