不同施肥處理對西藏青稞產(chǎn)量和土壤結(jié)構(gòu)的影響

王國強(qiáng)，薛書浩，彭 婧，孫煥明，謝東鋒

(西藏職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，西藏 拉薩 850030)

不同施肥處理對西藏青稞產(chǎn)量和土壤結(jié)構(gòu)的影響

王國強(qiáng)，薛書浩，彭 婧，孫煥明，謝東鋒

(西藏職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，西藏 拉薩 850030)

【目的】為探求提高青稞產(chǎn)量并有效改良土壤結(jié)構(gòu)的施肥措施，研究了西藏自治區(qū)拉薩市不同施肥處理對青稞產(chǎn)量與土壤結(jié)構(gòu)的影響?！痉椒ā吭囼?yàn)設(shè)置5個(gè)處理：不施肥(Control)、單施羊糞(M)、羊糞和氮磷肥配合施用(M+NP)、單施氮肥(N)、氮肥和磷肥配合施用(NP)，采用田間試驗(yàn)和室內(nèi)分析方法測定青稞產(chǎn)量和影響土壤結(jié)構(gòu)的因素?！窘Y(jié)果】與不施肥對照相比，氮肥、磷肥配施(NP)與施用有機(jī)肥(M和M+NP)均能顯著提高青稞產(chǎn)量；化肥與有機(jī)肥配施能夠改善土壤容重、緊實(shí)度和土壤結(jié)構(gòu)，化肥與有機(jī)肥配施土壤容重下降幅度最大為12.13 %；土壤緊實(shí)度隨青稞生育期的推進(jìn)呈下降趨勢，收獲前后羊糞+氮肥+磷肥(M+NP)配施土壤緊實(shí)度下降幅度最大為31.26 %；化肥與有機(jī)肥配施提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，促進(jìn)了土壤大團(tuán)聚體(>2 mm)的形成，降低了土壤微團(tuán)聚體(<0.25 mm)在土壤中的比重，但施用化肥沒有顯著影響；施用有機(jī)肥能顯著提高土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑和幾何平均直徑，而僅施化肥無顯著影響?！窘Y(jié)論】施用有機(jī)肥可以提高西藏青稞產(chǎn)量和土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤容重、緊實(shí)度和土壤結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)西藏自治區(qū)糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

施肥；產(chǎn)量；土壤結(jié)構(gòu)；土壤團(tuán)聚體

【研究意義】青稞是西藏自治區(qū)的最主要糧食作物，年播種面積約占糧食總播種面積的60 %左右，其產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的55 %左右，對保障西藏自治區(qū)糧食安全和農(nóng)民增收具有重要意義[1]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】施肥是影響作物產(chǎn)量、土壤肥力及其可持續(xù)利用的農(nóng)業(yè)措施之一，合理施肥不僅能降低施肥成本、提高土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力，還能減少施肥污染和改善土壤結(jié)構(gòu)[2]。但是，盲目過量施肥不僅不會使作物增產(chǎn)，還會導(dǎo)致農(nóng)田土壤污染和土壤結(jié)構(gòu)不良，造成水體的污染和富營養(yǎng)化，甚至污染地下水和空氣。長期施用化肥使西藏農(nóng)區(qū)土壤不斷退化、質(zhì)量下降，成為影響青稞增產(chǎn)的最主要因素?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】施用有機(jī)肥不僅能夠提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力和作物產(chǎn)量，還可以改善土壤結(jié)構(gòu)和抗侵蝕能力，從而提高土壤農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)性[3]，這為解決西藏地區(qū)長期施用化肥導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降和青稞產(chǎn)量難以提高提供了有效途徑，而目前有關(guān)不同施肥處理對西藏青稞產(chǎn)量、土壤結(jié)構(gòu)和土壤團(tuán)聚體特征的影響研究很少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究圍繞不同施肥處理對青稞產(chǎn)量以及土壤結(jié)構(gòu)的影響開展一些嘗試性研究，以期為西藏農(nóng)用土壤的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于西藏自治區(qū)拉薩市西藏職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)農(nóng)場內(nèi)(29°36′ N，91°06′ E)，地處青藏高原南部、雅魯藏布江支流拉薩河下流谷地北岸的沖積平原上；屬于高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候，年均氣溫在8 ℃，年降水量200～510 mm，降水多集中在6-9月，無霜期100～120 d；年蒸發(fā)量2190 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過降水量。土壤母質(zhì)主要是沖積、洪積母質(zhì), 受氧化還原作用形成草甸土壤, 草甸土壤受耕作活動影響, 熟化成為耕作性潮土，偏堿性，土壤質(zhì)地為沙壤土。種植制度為青稞-冬閑，種植青稞品種為藏青320，播種量為195 kg·hm-2。

試驗(yàn)開始時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量為19.79 g·kg-1，全氮含量為0.78 g·kg-1，全磷含量為0.65 g·kg-1，全鉀含量為86.82 g·kg-1，堿解氮含量為13.65 mg·kg-1，速效磷含量為24.76 mg·kg-1，速效鉀含量為122.42 mg·kg-1，施用的有機(jī)肥是由拉薩市郊區(qū)農(nóng)戶提供的羊糞肥，其有機(jī)質(zhì)含量為254.67 g·kg-1，氮含量為7.24 g·kg-1，磷含量為4.83 g·kg-1，鉀含量為4.29 g·kg-1。本研究設(shè)5個(gè)處理：①對照(Control)，無任何肥料施用；②單施羊糞(M)；③羊糞、氮肥和磷肥配合施用(M+NP)；④單施氮肥(N);⑤氮肥和磷肥配合施用(NP)。肥料的施用量為：羊糞1.50×104kg·hm-2，N 90 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣。每個(gè)小區(qū)面積22.5 m2，重復(fù)3次。青稞3月中旬播種，8月下旬收獲。青稞成熟后，整個(gè)小區(qū)收獲，測定各處理的籽粒產(chǎn)量。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣品的采集及處理 2013年9月青稞收獲后采集試驗(yàn)地各試驗(yàn)小區(qū)0～20 cm的土壤樣品。每個(gè)小區(qū)選取多個(gè)代表性樣點(diǎn)，然后均勻混合使成為一個(gè)混合樣(一定要保持土壤原狀)，用采樣盒收集，避免破壞土壤結(jié)構(gòu)。原狀土樣采回后，將大的土塊按其結(jié)構(gòu)輕輕剝開，成直徑10 mm左右的團(tuán)塊，挑去石塊、石礫和動植物殘?bào)w如根、莖、葉、蟲體等，放在紙上風(fēng)干(不宜太干)。然后取50 g風(fēng)干土，按照Six et al[4]的濕篩法將土壤依次過2000、500和250 μm篩，從而獲得>2 mm、2～0.5 mm、0.5～0.25 mm、<0.25 mm四級土壤團(tuán)聚體。2013年3月21日、5月6日、6月21日、8月6日、9月21日采用TJSD-750土壤緊實(shí)度儀分別測定每個(gè)小區(qū)的土壤緊實(shí)度。青稞收獲后利用環(huán)刀法測定土壤容重；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定。

1.2.2 計(jì)算方法及數(shù)據(jù)處理 土壤團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)的計(jì)算公式分別為：

式中，Wi為土壤團(tuán)聚體平均直徑，Xi為土壤團(tuán)聚體的重量百分?jǐn)?shù)。

采用Microsoft Excel軟件制作圖表，SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對青稞產(chǎn)量的影響

從表1可見，無論是施用化肥(N和NP)還是施用有機(jī)肥(M和M+NP)均顯著提高了青稞的產(chǎn)量。M+NP處理青稞的產(chǎn)量為5648 kg·hm-2，M、N、NP、對照處理產(chǎn)量分別相當(dāng)于M+NP處理的77.83 %、63.95 %、76.00 %和42.83 %。NP和M處理之間青稞產(chǎn)量無顯著差異。與N肥單施相比，化肥NP配施顯著提高了青稞的產(chǎn)量。M+NP處理的青稞每穗粒數(shù)和千粒重明顯高于其它處理，差異最大的指標(biāo)是每穗粒數(shù)，M+NP處理的青稞每穗粒數(shù)達(dá)45.1粒，而M、N、NP、Control處理分別只有35.9、30.1、35.3和30.5粒；M+NP處理青稞的千粒重為37.2 g，M、N、NP、Control處理分別為36.3、35.7、36.1和23.6 g。由此可見，化肥和有機(jī)肥配施(M+NP)可有效地提高青稞每穗粒數(shù)，從而達(dá)到增加青稞產(chǎn)量的效果。

表1 不同施肥處理對青稞產(chǎn)量的影響

2.2 不同施肥處理對土壤容重和有機(jī)質(zhì)含量的影響

土壤容重的大小反映了土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性能以及保水能力的高低，是衡量土壤質(zhì)量的重要物理性狀之一，對作物生長發(fā)育產(chǎn)生不同的影響。它主要受田間土壤管理措施、作物根系生長、土壤質(zhì)地等方面的影響。從圖1可見，與對照相比，施用有機(jī)肥顯著降低了耕層土壤的容重，處理M和M+NP分別比對照低10.37 %和7.41 %。但M和M+NP處理之間無顯著差異。施用化肥對土壤容重?zé)o顯著影響。施肥處理為羊糞+氮肥+磷肥(M+NP)和單施羊糞(M)時(shí)，土壤容重均接近1.25 g·cm-3，達(dá)到青稞生長適宜土壤容重要求，但單施化肥與不施肥時(shí)，土壤容重均較大，對青稞等生長產(chǎn)生不利影響。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各種營養(yǎng)元素的重要來源。它具有膠體特性，能吸附較多的陽離子，使土壤具有保肥性和緩沖性；它還能使土壤疏松和形成結(jié)構(gòu)，從而可改善土壤的物理性狀。從圖1可見，與對照相比，單施羊糞(M)、羊糞、氮肥和磷肥配合施用(M+NP)、單施氮肥(N)、氮肥和磷肥配合施用(NP)土壤有機(jī)質(zhì)含量增加了30.24 %、46.75 %、8.42 %和8.37 %。施用化肥對土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著影響，而施用有機(jī)肥顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，而且有機(jī)無機(jī)肥配施處理土壤有機(jī)質(zhì)的含量顯著高于有機(jī)肥單施處理。

圖1 不同施肥處理對土壤容重和有機(jī)質(zhì)含量的影響Fig.1 Effect of different fertilization treatments on the bulk density and soil organic matter content

2.3 不同施肥處理對土壤緊實(shí)度的影響

土壤緊實(shí)度又稱土壤硬度、土壤堅(jiān)實(shí)度或土壤穿透阻力，是衡量土壤抵抗外力的實(shí)壓和破碎的能力。土壤緊實(shí)度與土壤質(zhì)地、土壤容重、土壤結(jié)構(gòu)、土壤含水量和土壤有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)[5]。土壤緊實(shí)度是評價(jià)土壤耕作條件、衡量土壤耕作質(zhì)量和土壤中三相物質(zhì)的存在狀態(tài)和容積比例的重要指標(biāo)。土壤緊實(shí)度影響土壤的水、肥、氣、熱、土壤微生物的數(shù)量與活性、土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化作物根系的穿插和生長及植物對養(yǎng)分的吸收。增加土壤有機(jī)質(zhì)含量有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致土壤緊實(shí)度降低，從而增加土壤中氧氣的供應(yīng)，促進(jìn)作物根系生長。

從圖2可以看出，在不同施肥處理不同時(shí)期，0～10、10～20、20～40 cm 3個(gè)土層的土壤緊實(shí)度對照處理最大，羊糞、氮肥和磷肥配合施用(M+NP)處理最小。土壤緊實(shí)度隨著土壤土層深度的增加而逐漸增。有機(jī)肥與化肥配施能夠降低土壤緊實(shí)度，為青稞的生長提供有利的土壤環(huán)境，有利于青稞產(chǎn)量的增加。不同施肥處理下的土壤緊實(shí)度隨著青稞生育期的推進(jìn)均呈下降的趨勢。在6月以前土壤緊實(shí)度下降速度比較平緩，從7月開始下降速度較大。因?yàn)榍囡軌蛴行p少外界因素(如降水)造成的土壤變緊，同時(shí)它的根系較為發(fā)達(dá)，能夠疏松土壤，有效降低土壤緊實(shí)度。

2.4 不同施肥處理對土壤團(tuán)聚體分布的影響

濕篩法獲得>0.25 mm水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體含量反映了消散和機(jī)械崩解機(jī)制下穩(wěn)定的土壤團(tuán)聚體數(shù)量[6]。從圖3可以看出，>0.25 mm水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體占土壤總重量的36.50 %～54.73 %；<0.25 mm水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體占土壤總重量的45.27 %～63.50 %；>2 mm土壤大團(tuán)聚體所占比例最小，僅為6.89 %～13.42 %。與對照相比，施用有機(jī)肥顯著提高了>2 mm土壤大團(tuán)聚體的比例，相應(yīng)降低了<0.25 mm的土壤微團(tuán)聚體的比例，而對2～0.5和0.5～0.25 mm粒徑的土壤團(tuán)聚體含量無顯著影響。施用化肥對不同粒徑土壤團(tuán)聚體的含量均無顯著影響。

圖2 不同施肥處理對土壤緊實(shí)度的影響Fig.2 Effect of different fertilization treatments on the soil hardness

圖3 不同施肥處理對土壤團(tuán)聚體分布的影響Fig.3 Effect of different fertilization treatments on the distribution of soil aggregates

2.5 不同施肥處理對土壤團(tuán)聚體分形特征的影響

從圖4可以看出，與對照相比，施用有機(jī)肥顯著提高了土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑(MWD)。單施羊糞(M)和羊糞、氮肥和磷肥配合施用(M+NP)處理之間差異不顯著。施用化肥對土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑影響不顯著響。與MWD相同，施用有機(jī)肥顯著提高了土壤團(tuán)聚體的幾何平均直徑(GMD)，但M和M+NP處理之間差異不顯著。施用化肥對土壤團(tuán)聚體的幾何平均直徑無顯著影響。

3 討 論

研究表明，施用有機(jī)肥可以提高西藏青稞產(chǎn)量和土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤容重和土壤緊實(shí)度，提高了土壤大團(tuán)聚體在土壤中的比例，增加了土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)，改善了土壤結(jié)構(gòu)。何永濤[7]等研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥可有效地提高青稞每穗粒數(shù)，使青稞產(chǎn)量增加。施用有機(jī)肥可以降低土壤容重和土壤緊實(shí)度，為作物的生長提供有利的土壤環(huán)境，提高氮的有效性，促進(jìn)作物根系生長，從而提高了作物的產(chǎn)量[8]。施用有機(jī)肥能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，而施用化肥無影響。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤團(tuán)聚體形成的重要膠結(jié)物質(zhì)。施用有機(jī)肥能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)和土壤的膠結(jié)物質(zhì)含量，加大了土壤的團(tuán)聚化作用，促進(jìn)了土壤微團(tuán)聚體與膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)，從而更有利于土壤中大團(tuán)聚體的形成[9-11]。Six J等[4]研究發(fā)現(xiàn)，新鮮有機(jī)物的輸入導(dǎo)致土壤顆粒和有機(jī)物質(zhì)相互綁定形成大團(tuán)聚體，有機(jī)質(zhì)首先被包裹于大團(tuán)聚體之中，經(jīng)過進(jìn)一步分解之后與土壤顆粒共同形成新的土壤微團(tuán)聚體。

圖4 不同施肥處理對土壤團(tuán)聚體平均重量直徑和幾何平均直徑的影響Fig.4 Effect of different fertilization treatments on the mean weight diameter and (MWD) geometric mean diameter (GMD) of soil aggregates

施用有機(jī)肥增加了土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)，而施用化肥對土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑(MWD) 和幾何平均直徑(GMD)均無顯著影響。土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑(MWD) 和幾何平均直徑(GMD)是反映土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)粒徑幾何形狀的參數(shù)，土壤團(tuán)聚體的MWD 和GMD值越高，表明土壤越具有良好的結(jié)構(gòu)[12]。黃欠如等[13]研究發(fā)現(xiàn)，土壤團(tuán)聚體的MWD和GMD在施用有機(jī)肥條件下可明顯得以改善，且均與水稻年產(chǎn)量存在顯著的線性關(guān)系，認(rèn)為土壤團(tuán)聚體的MWD和GMD可較為客觀地反映土壤的肥力狀態(tài)。

4 結(jié) 論

施用有機(jī)肥可以提高西藏青稞產(chǎn)量和土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤容重和土壤緊實(shí)度，提高土壤大團(tuán)聚體在土壤中的比例，增加土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑( MWD)和幾何平均直徑(GMD)，改善土壤結(jié)構(gòu)和抗侵蝕能力，從而有效地保持農(nóng)田土壤肥力, 使有限土壤資源得到可持續(xù)利用，增強(qiáng)西藏自治區(qū)糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

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EffectsofDifferentFertilizationTreatmentsonYieldofTibetanHighlandBarleyandSoilStructure

WANG Guo-qiang，XUE Shu-hao，PENG Jing，SUN Huan-ming，XIE Dong-feng

(Tibet Vocational Technical College，Tibet Lhasa 850030，China)

【Objective】In order to seek the appropriate fertilization techniques，which could increase the yield of Tibetan barley highland barley and effectively improve soil structure，field experiment and experimental analysis were carried out to study the effects of the different fertilization treatments on yield of highland barley and soil structure in Lhasa city，the Tibet autonomous region, China. 【Method】The experiment included five treatments with three replicates: sheep manure treatment(M)，sheep manure and nitrogen，phosphate fertilizer treatment(M+NP)，the single N fertilization treatment(N)，Combined application of nitrogen and phosphorus fertilizer treatment(NP)，and no input of fertilizers as control treatment(Control)．The yield of highland barley and the factors affecting soil structure were analyzed using field experiment and experimental analysis methods．【Result】Compared with the unfertilized control，inorganic NP fertilization and manure amendment (M and M+NPK) significantly increased the yield of highland barley．The application of fertilizer and manure could improve soil bulk density，soil compaction and soil structure．Soil bulk density of the application of fertilizer and manure was the biggest drop of 12.13 %．Soil compaction was downward trend with growth period of crops，soil compaction was the biggest drop of 31.26 % under the organic manure + nitrogen + phosphorus fertilizer treatments．The application of fertilizer and manure increased the content of soil organic matter and promoted the formation of soil macro aggregates (>2 mm) with a corresponding decline in the proportion of micro aggregates (<0.25 mm)，while no significant effects were found in the inorganic fertilization treatments．The values of mean weight diameter and geometric mean diameter were significantly higher in the manure-applied treatments compared with the control，but not in the inorganic fertilization treatments．【Conclusion】The application of manure can increase the yield of highland barley and improve the content of soil organic matter，soil bulk density，soil compaction and soil structure，thereby enhancing the stability and sustainability of crop production in the Tibet autonomous region．

Fertilization；Yield；Soil structure；Soil aggregates

1001-4829(2017)5-1127-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.5.025

2016-04-10

西藏自治區(qū)自然科學(xué)基金(ZJ2015067)；西藏職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級重點(diǎn)課題(2012L07)

王國強(qiáng)(1979-)，男，博士，河南南陽人，副教授，從事土壤生態(tài)與肥料方面的研究，E-mail：wgq430@163.com。

S147.2

A

(責(zé)任編輯 李 潔)