不同還田材料對空心村整治后土壤肥力的影響

張 露, 魏 靜

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)， 陜西 西安 710075； 2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院，陜西 西安 710075； 3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710075)

中國作為一個農(nóng)業(yè)大國，加之難利用地和未利用地較多，耕作方式粗放，所以耕地局勢日益緊張。農(nóng)村廢棄宅基地復(fù)墾為農(nóng)用地是增加耕地?cái)?shù)量的方式之一。將廢棄宅基地復(fù)墾為新增耕地，對其肥力有一定的要求。土壤肥力是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)資源，培肥是維持和提高農(nóng)業(yè)土壤肥力水平最主要的措施之一。土壤熟化就是在人為主導(dǎo)作用下，土壤肥力的不斷提高[1]。熟化土壤的方式有很多[2-4]，目前，在礦區(qū)復(fù)墾培肥上的研究較多[5]，有學(xué)者指出，采取化肥加有機(jī)肥加菌肥的方式對采煤塌陷區(qū)進(jìn)行復(fù)墾培肥，其效果最佳[6]。但對空心村復(fù)墾為農(nóng)用地后耕地質(zhì)量的研究甚少，在空心村的研究方面主要集中在政策和經(jīng)濟(jì)上[7-11]。廢棄宅基地整治后的土壤由于結(jié)構(gòu)不良、養(yǎng)分物質(zhì)含量較低等因素，導(dǎo)致土壤肥力不高、農(nóng)作物產(chǎn)量相對偏低。為進(jìn)一步確定合理的土壤快速熟化措施，以全面改善空心村整治后的生產(chǎn)條件，促進(jìn)土地資源的合理利用和社會的可持續(xù)發(fā)展，本文擬通過添加還田材料來探索提高復(fù)墾地肥力的有效措施，并評估材料還田后土壤的肥力特征，以期為空心村的高效整治提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)小區(qū)建設(shè)

試驗(yàn)小區(qū)設(shè)置以空心村土地整治工程為背景，模擬空心村廢棄宅基地整治還田狀況，將地表30 cm的土層剝離后，回填30 cm厚的土場土壤，且還田材料主要施用和混合于0—30 cm土層。試驗(yàn)小區(qū)設(shè)在陜西省富平縣國土資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室富平中試驗(yàn)基地，建設(shè)時首先將表層30 cm土壤剝離，小區(qū)周圍砌墻，高度為40 cm，其中10 cm露出地表，小區(qū)呈南北走向，建有兩排實(shí)驗(yàn)田，兩排之間為2個重復(fù)，中間間隔0.8 m的水泥路面，每排有7個處理，具體處理方式見表1。每個處理為邊長2 m的正方形田塊。隨后將生土回填，回填之前將地面刮毛，回填厚度為30 cm，容重控制在1.1～1.3 g/cm3，培肥材料均勻施用在回填土中，需人工混合均勻。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

表1 空心村整治還田試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 作物種植管理

于2015年6月15日播種夏玉米，2015年10月5日收獲；于2015年10月12日播種冬小麥，2016年6月2日收獲；2016年6月5日播種夏玉米，2016年10月6日收獲。共開展了三季農(nóng)作物的種植。經(jīng)歷3季作物的種植后(夏玉米—冬小麥—夏玉米)，在土壤剖面0—105 cm每15 cm分層采樣測定其養(yǎng)分含量。玉米品種為先玉335，播種量為60 000株/hm2，穴播，所有處理在播種前均配施復(fù)合肥10 kg/hm2；小麥品種為長武134，播種量為225 kg/hm2，播種前施復(fù)合肥10 kg/hm2。覆土后作物種植前試驗(yàn)小區(qū)土壤0—105 cm剖面上每土層的基本物理性質(zhì)如表2所示。

表2 研究區(qū)試驗(yàn)小區(qū)剖面土壤基本物理性質(zhì)

1.4 指標(biāo)測定方法

有效磷：0.5 mol/L NaHCO3浸提比色法測定；速效鉀：采用NH4Ac浸提火焰光度法測定；全氮：2 mol/L的KCI溶液浸提(水土比為5∶1)，用凱氏定氮儀測定；有機(jī)質(zhì)：重鉻酸鉀外加熱方法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 還田后土壤有效磷的變化趨勢

從表3可以看出，在覆土后未進(jìn)行作物種植時，其生土的有效磷含量極低，均不超過4 mg/kg，但經(jīng)玉米—小麥—玉米三季作物種植過后，在不同處理、不同土壤剖面上有效磷含量發(fā)生了較大變化，土壤剖面0—105 cm平均有效磷含量在各處理下均比作物種植前有所升高，各處理下有效磷含量增加順序?yàn)?TSF>TF>TS>TFC>TC>TSC>T0，且土壤剖面有效磷含量在土層0—60 cm處作物種植前與種植后存在顯著性差異(p=0.05)，而差異性在60—105 cm土層處則不顯著(p=0.05)。覆土的30 cm土層在TSF處理下相對無培肥措施(T0)有效磷含量增加254.49%，在0—105 cm土壤剖面上相對增加146.37%。

表3 研究區(qū)不同還田材料對剖面土壤有效磷的影響

2.2 還田后土壤速效鉀的變化趨勢

從表4可以看出，在覆土后還沒進(jìn)行作物種植時，其生土的速效鉀含量較低，均不超過80 mg/kg，但經(jīng)玉米—小麥—玉米三季作物種植過后，在不同處理、不同土壤剖面上有效磷含量，特別是覆土的0—30 cm土層處發(fā)生了較大變化，土壤剖面0—105 cm平均速效鉀含量在各處理下均比作物種植前有所升高，各處理下速效鉀含量增加順序?yàn)?TSF>TS>TSC>TC>TF>TFC>T0，且土壤剖面速效鉀含量在土層0—15 cm和土層30—45 cm處作物種植前與種植后存在顯著性差異(p=0.05)，而在其他土層處差異性不顯著(p=0.05)。覆土的30 cm土層在TSF處理下相對無培肥措施(T0)速效鉀含量增加19.13%，在0—105 cm土壤剖面上相對增加14.01%。

2.3 還田后土壤全氮的變化趨勢

從表5可以看出，在覆土后還沒進(jìn)行作物種植時，其生土的全氮含量較低，均不超過0.2 g/kg，但經(jīng)玉米—小麥—玉米三季作物種植過后，在不同處理、不同土壤剖面上有效磷含量，在75 cm以上土層均發(fā)了顯著性變化。土壤剖面0—105 cm平均全氮含量在各處理下均比作物種植前有所升高，各處理下全氮含量增加多少的順序?yàn)門SC>TSF>TFC>TC>TS >TF>T0。覆土的30 cm土層在TSC處理下相對無培肥措施(T0)全氮含量增加29.63%，在0—105 cm土壤剖面上相對增加27.06%。

表4 研究區(qū)不同還田材料對剖面土壤速效鉀的影響

表5 研究區(qū)不同還田材料對剖面土壤全氮的影響

2.4 還田后土壤有機(jī)質(zhì)的變化趨勢

從表6可知，覆土后還沒進(jìn)行作物種植時，生土有機(jī)質(zhì)含量最大值6.2 g/kg，最小值4.1 g/kg，經(jīng)玉米—小麥—玉米三季作物種植過后，在不同處理、不同土壤剖面上有機(jī)質(zhì)含量發(fā)生了一定的變化，只有土層15—30 cm種植前的有機(jī)質(zhì)含量與不同作物處理種植后的存在顯著性差異(p=0.05)，土壤剖面0—105 cm平均有機(jī)質(zhì)含量在各處理下均比作物種植前有所升高，各處理下有機(jī)質(zhì)含量增加順序?yàn)?TF>TFC>TSF>TSC>TS>T0>TC。覆土的30 cm土層在TF處理下相對無培肥措施(T0)有機(jī)質(zhì)含量增加247.47%，在0—105 cm土壤剖面上相對增加42.63%。

表6 研究區(qū)不同還田材料對剖面土壤有機(jī)質(zhì)的影響

3 討 論

從土壤剖面上來看，隨著深度的增加還田材料對土壤養(yǎng)分的影響逐漸降低，且土壤深度越深，則同一層各處理間的差異性越小，這和高亞軍等[12]的研究結(jié)果相似。現(xiàn)在大多數(shù)對還田材料的研究主要集中在秸稈上，其他還田材料的研究較少。有關(guān)于秸稈還田的研究指出，秸稈用于還田對于土壤微生物具有一定影響，能明顯提高其生物量碳和活性，但這種作用主要對土壤表層0—10 cm起作用[13]，秸稈還田也能提高小麥的穗數(shù)，從而使小麥增產(chǎn)[14]。同時，李碩等[15]指出，秸稈還田可顯著提高土壤的總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳和總有機(jī)碳儲量，雙季還田后的總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳和總有機(jī)碳儲量顯著高于單季還田和雙季不還田的對應(yīng)量，且這種作用主要發(fā)生在耕層0—20 cm，這和本研究的結(jié)果相似，本研究是在玉米—小麥—玉米三季作物連續(xù)種植后測定的土壤養(yǎng)分含量，說明幾季輪作的耕種方式對土壤養(yǎng)分的改善有一定的促進(jìn)作用。

秸稈還田也存在一些弊端，如玉米的秸稈在還田后，其腐解過程需要吸收土壤中原有的水分和氮、磷營養(yǎng)元素，與作物競爭水肥，影響作物的出苗率，不利于壯苗和作物的生長發(fā)育，嚴(yán)重的甚至減產(chǎn)[16-17]。在秸稈還田時前處理不當(dāng)，如還田塊太大或有絲狀纖維產(chǎn)生，則會造成秸稈不容易腐爛，影響種子播撒，甚至出現(xiàn)水分損失等問題[18]。再就是秸稈還田后一些病原菌重新回到土壤中，加重了作物幼苗期的病蟲害危機(jī)[19]。本研究采用選取一定的還田材料(改良劑FeSO4，有機(jī)肥雞糞，粉煤灰)用于空心村整治復(fù)墾耕地的還田處理，從而篩選出最佳還田材料，通過研究可以證實(shí)這些還田材料的添加確實(shí)對空心村整治后土壤養(yǎng)分環(huán)境的改善有一定的作用，但活性有機(jī)碳，微生物群落等情況與施肥種類、量的多少直接相關(guān)。有研究指出，土壤活性有機(jī)碳與土壤全氮之間呈極顯著相關(guān)[20-21]，微生物的群落多樣性在很大程度上反映了土壤有機(jī)碳庫的轉(zhuǎn)化情況[22-23]。對這些異變指標(biāo)的監(jiān)測及還田材料是如何影響這些指標(biāo)的變化還需進(jìn)一步開展相關(guān)試驗(yàn)研究。

蔡健等[24]通過采用秸桿覆蓋和玉米間作大豆耕種兩種方式對農(nóng)村廢棄宅基地復(fù)墾的研究指出，在這2種還田方式下不僅可以提高地溫，保水蓄肥，而且還能增加土壤腐殖質(zhì)的含量，改善土壤理化性質(zhì)，對土壤培肥效果良好。許廣波等[25]通過機(jī)械手段，如精耕細(xì)作、合理灌溉也能促進(jìn)土壤的熟化。所以，探索作物新的栽培種植模式，對農(nóng)村廢棄宅基地的復(fù)墾和合理利用土地資源，促進(jìn)社會主義新農(nóng)村建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié) 論

空心村整治還田中最優(yōu)的土壤養(yǎng)分提升方案為處理TSF，即空心村整治為農(nóng)用地后，經(jīng)生土覆土，添加改良劑(FeSO4)和有機(jī)肥(雞糞)，土壤剖面養(yǎng)分在玉米—小麥—玉米三季作物種植過后增加迅速，對空心村整治后生土熟化促進(jìn)效果明顯。