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    不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤理化性質(zhì)和油菜產(chǎn)量的影響

    2019-08-17 06:48:40馮鵬艷梁利寶許劍敏
    山西農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年8期
    關(guān)鍵詞:全鉀全氮速效

    馮鵬艷,梁利寶,許劍敏

    (山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,山西太谷030801)

    采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤養(yǎng)分含量低下,極大地限制了作物的生長,改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤養(yǎng)分含量尤為重要。施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中補充養(yǎng)分的重要措施之一[1-2],包括化肥和有機(jī)肥。有關(guān)施肥對作物產(chǎn)量和土壤碳氮的影響,國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量研究,結(jié)果表明,施用有機(jī)肥和平衡施用化肥都能顯著提高作物產(chǎn)量、土壤有機(jī)碳含量、全氮等養(yǎng)分含量,有利于養(yǎng)分庫的恢復(fù)重建和土壤肥力質(zhì)量的提升?;蕦ν寥烙袡C(jī)質(zhì)含量的影響,主要通過根茬還田和根系分泌物來實現(xiàn)[3-6];也有研究表明,長期施用化肥,土壤有機(jī)碳含量明顯下降[7-9]。施肥對華北地區(qū)采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量影響的研究較多,關(guān)于比較幾種不同畜禽有機(jī)肥、無機(jī)肥對復(fù)墾土壤肥力影響和作物對養(yǎng)分的吸收效果的研究較為少見。

    本試驗針對采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤,研究施用無機(jī)肥和有機(jī)肥對復(fù)墾土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的影響,旨在為采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤肥力提升、作物增產(chǎn)等提供理論依據(jù)和技術(shù)支持,找到有效的復(fù)墾模式。

    1 材料和方法

    1.1 試驗材料

    表1 供試土壤理化性質(zhì)

    供試土壤采自山西省長治市采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤,其理化性質(zhì)列于表1。供試油菜品種為上海青。供試無機(jī)肥選用過磷酸鈣(P2O516%)、KH2PO4(P2O522%)、K2HPO4(P2O513%),有機(jī)肥選用腐熟雞糞(N 1.61%、P2O51.31%、K2O 1.37%)、腐熟兔糞(N 0.85%、P2O50.8%、K2O 0.6%)和腐熟牛糞(N 1.46%、P2O50.34%、K2O 1.10%)。

    1.2 試驗設(shè)計

    本研究采用室內(nèi)油菜盆栽試驗,在山西省長治市采煤塌陷區(qū)采集復(fù)墾土壤,風(fēng)干、過篩,備用,裝盆(15 cm×18 cm),每盆裝土2.5 kg。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,3 種不同有機(jī)肥為:腐熟雞糞(CM)、腐熟兔糞(RM)、腐熟牛糞(BM);3 種不同無機(jī)肥為:KH2PO4、K2HPO4、過磷酸鈣(SSP),均按照等磷量(100 mg/kg)原則施入,施肥量分別為:18.25,31.25,73.53,1.14,1.92,1.56 g/盆,另設(shè)1 個對照處理(不施肥),每個處理重復(fù)5 次,各種肥料均在播種前一次性施入。油菜在2018 年7 月15 日播種,8 月30 日成熟收獲,在油菜收獲期采集植物樣品和土壤樣品進(jìn)行分析。

    1.3 測定指標(biāo)及方法

    土壤pH 值采用pH 計測定;土壤有機(jī)質(zhì)采用外加熱K2Cr2O7容量法測定[10];土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定[10];土壤速效鉀采用NH4OAC 浸提、火焰光度法測定[10];植物全氮和土壤全氮采用凱氏定氮法測定[10];土壤全磷和速效磷采用鉬銻抗比色法測定[10];土壤全鉀采用NaOH 熔融、火焰光度法測定[10];植物全磷采用H2SO4-H2O2消煮、釩鉬黃比色法測定[10];植物全鉀采用火焰光度計法測定[10]。

    1.4 數(shù)據(jù)處理

    數(shù)據(jù)處理用Excel 2010 和SPSS 22.0 軟件進(jìn)行。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 不同施肥處理對復(fù)墾土壤理化性質(zhì)的影響

    2.1.1 不同施肥處理對復(fù)墾土壤堿解氮的影響從表2 可以看出,施用不同有機(jī)肥和無機(jī)肥后,復(fù)墾土壤中的堿解氮含量都有明顯提高。與CK 相比,CM、RM、BM、KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的復(fù)墾土壤堿解氮含量分別提高了75.71%,110%,164.3%,50%,40%,30%,均達(dá)到了顯著水平。各有機(jī)肥處理之間有顯著差異,表現(xiàn)為BM>RM>CM;有機(jī)肥比無機(jī)肥各處理的土壤堿解氮提高了35.16%~153.8%,且差異顯著;無機(jī)肥各處理之間無顯著差異。綜合表明,施用有機(jī)肥更能顯著增加復(fù)墾土壤堿解氮的含量,BM處理效果最顯著。

    表2 施肥處理對復(fù)墾土壤速效養(yǎng)分含量影響 mg/kg

    2.1.2 不同施肥處理對復(fù)墾土壤速效磷的影響由表2 可知,施用不同的有機(jī)肥和無機(jī)肥都可以顯著增加土壤的速效磷含量,與CK 相比,有機(jī)肥增幅為132.7%~257.4%,其中,CM 處理與CK 間未達(dá)顯著水平;無機(jī)肥增幅為113.1%~141.1%,差異顯著。有機(jī)肥中,RM處理的復(fù)墾土壤速效磷含量分別是CM 和BM 處理的1.54 倍和1.1 倍;無機(jī)肥各處理之間差異不顯著。有機(jī)肥與無機(jī)肥處理相比,有機(jī)肥中RM 和BM 處理的速效磷含量比無機(jī)肥處理增加了52.97%~67.68%,達(dá)到了顯著水平。所以,有機(jī)肥對于提高復(fù)墾土壤速效磷含量效果更顯著,其中,RM處理效果最明顯,其次是BM處理,無機(jī)肥中KH2PO4處理效果好于SSP 處理。綜合表明,有機(jī)肥效果更佳。

    2.1.3 不同施肥處理對復(fù)墾土壤速效鉀的影響從表2 可以看出,施用不同有機(jī)肥和無機(jī)肥都提高了復(fù)墾土壤中速效鉀的含量。與CK 相比,SSP 處理的復(fù)墾土壤速效鉀含量沒有顯著差異,其他施肥處理的復(fù)墾土壤速效鉀含量都達(dá)到了顯著水平,表現(xiàn)為CM 處理提高了17.59%,RM 處理提高了38.79%,BM 處理提高了35.18%,K2HPO4處理提高了18.15%,K2HPO4處理提高了28.26%。有機(jī)肥中,BM和RM處理的復(fù)墾土壤速效鉀含量間無明顯差異,但均明顯高于CM處理;無機(jī)肥中,各處理之間存在顯著差異,表現(xiàn)為K2HPO4>KH2PO4>SSP。無機(jī)肥和有機(jī)肥相比,有機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤速效鉀含量均高于無機(jī)肥處理,其中,RM 和BM 處理與K2HPO4處理的土壤速效鉀含量差異不顯著,但均顯著高于KH2PO4和SSP 處理,CM 處理的土壤速效鉀含量顯著高于SSP 處理,與KH2PO4處理相比無顯著差異,這說明施用有機(jī)肥對提高復(fù)墾土壤速效鉀含量效果更好,其中,RM處理表現(xiàn)最明顯。

    2.1.4 不同施肥處理對復(fù)墾土壤全氮、全磷、全鉀的影響 從表3 可以看出,不同施肥處理與對照相比都提高了復(fù)墾土壤的全氮含量。與CK 相比,無機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全氮含量無顯著變化,各無機(jī)肥處理之間也無顯著差異。有機(jī)肥CM、BM和RM處理的復(fù)墾土壤全氮含量顯著高于CK 25.64%~92.31%;各有機(jī)肥處理之間存在顯著差異,其中,BM比CM和RM處理的復(fù)墾土壤全氮含量分別高53.06%和44.23%,RM處理的復(fù)墾土壤全氮含量比CM處理高6.12%。無機(jī)肥和有機(jī)肥相比,有機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全氮含量均顯著高于無機(jī)肥,增幅為22.5%~87.5%,所以,提高土壤全氮含量,有機(jī)肥效果最好。

    從表3 可以看出,施用有機(jī)肥和無機(jī)肥對復(fù)墾土壤全磷含量都有顯著影響,主要表現(xiàn)為:BM>RM>KH2PO4>K2HPO4>CM>SSP>CK。有機(jī)肥中RM 和BM 處理的復(fù)墾土壤全磷含量效果顯著,較CK 分別提高了23.21%和25.00%,較CM處理分別提高了8.96%和11.11%;CM 處理的土壤全磷含量比CK 增加了12.07%。無機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全磷含量較CK 提高了8.62%~15.52%,KH2PO4與K2HPO4處理相比無顯著差異,但二者均顯著高于SSP 處理。由此可見,有機(jī)肥對提高復(fù)墾土壤全磷含量效果高于無機(jī)肥。

    從表3 還可以看出,施用不同有機(jī)肥和無機(jī)肥復(fù)墾土壤全鉀含量都明顯高于CK。有機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全鉀含量比CK 提高了14.03%~17.92%,BM處理增幅最大,各有機(jī)肥處理之間差異不顯著,有機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全鉀含量均高于各無機(jī)肥處理;無機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全鉀含量比對照提高了10.83%~13.33%,各無機(jī)肥處理之間無顯著差異。表明了有機(jī)肥對提高復(fù)墾土壤全鉀含量效果最佳,BM處理效果最顯著。

    表3 不同施肥處理對復(fù)墾土壤全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)和pH 的影響

    2.1.5 不同施肥處理對復(fù)墾土壤有機(jī)質(zhì)和pH 的影響 施用有機(jī)肥可以提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量。從表3 可以看出,與CK 相比,CM、RM和BM處理的復(fù)墾土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加了38.39%,54.48%和76.60%;而無機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤的有機(jī)質(zhì)含量都低于對照,尤其SSP 處理顯著低于對照29.8%,說明施用有機(jī)肥比無機(jī)肥土壤中有機(jī)質(zhì)積累的更多,土壤肥效更好。

    從表3 可以看出,CM、RM 和BM 處理的復(fù)墾土壤pH 值與CK 相比,無明顯差異,有機(jī)肥各處理之間無顯著差異;而KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的復(fù)墾土壤pH 值比對照降低了0.9%~1.29%,各無機(jī)肥處理差異不顯著??梢钥闯?,有機(jī)肥處理pH 值明顯高于無機(jī)肥處理。

    2.2 不同施肥處理對油菜生長和產(chǎn)量的影響

    2.2.1 不同施肥處理對油菜株高和產(chǎn)量的影響株高是衡量植株發(fā)育的重要指標(biāo)。從表4 可以看出,施用不同的肥料可以不同程度地提高油菜的株高。與對照相比,有機(jī)肥中BM處理的油菜株高增幅最大,達(dá)到了36.84%,差異顯著;CM和RM 處理的油菜株高分別提高了7.87%和5.23%,與對照相比差異不顯著。無機(jī)肥KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的油菜株高顯著高于CK 處理37.29%,22.45%和14.13%,均達(dá)顯著水平。有機(jī)肥和無機(jī)肥處理相比,KH2PO4處理的油菜株高與BM處理無顯著差異,但是顯著高于CM和RM處理;K2HPO4和SSP 處理的油菜株高略高于CM和RM處理,但差異不顯著,說明無機(jī)肥比有機(jī)肥更能有效促進(jìn)油菜的發(fā)育,其中,KH2PO4處理效果最好。

    植物干鮮質(zhì)量能很好地反映油菜產(chǎn)量的高低。從表4 可以看出,無機(jī)肥和有機(jī)肥處理都能提高油菜產(chǎn)量,油菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量變化均表現(xiàn)為KH2PO4>K2HPO4>RM>BM>SSP>CM>CK。其中,RM、BM、KH2PO4和K2HPO4處理的油菜鮮質(zhì)量較CK 分別增長了188.26%,137.82%,296.70%和208.63%,油菜干質(zhì)量分別增長了142.34%,134.31%,219.7%和189.05%,均達(dá)到了顯著水平;CM 和SSP處理的油菜鮮干質(zhì)量與CK 相比未達(dá)到顯著水平。有機(jī)肥和無機(jī)肥相比,無機(jī)肥各處理油菜干質(zhì)量均高于有機(jī)肥處理;KH2PO4處理的油菜鮮質(zhì)量與RM處理相比差異不顯著,但顯著高于CM 和BM 處理132.65%和66.79%。綜合表明,無機(jī)肥對油菜產(chǎn)量的增長作用較顯著。

    表4 不同施肥處理對油菜生長和產(chǎn)量的影響

    2.2.2 不同施肥處理對油菜全氮、全磷、全鉀含量的影響 從表4 可以看出,施用不同的有機(jī)肥和無機(jī)肥都能不同程度的增加油菜全氮含量。CM、BM、RM、KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的油菜全氮含量與CK 相比均達(dá)到了顯著水平,分別提高了34.98%,96.86%,27.35%,65.92%%,107.62%和43.95%。有機(jī)肥和無機(jī)肥處理相比,無機(jī)肥處理的油菜全氮含量均高于有機(jī)肥處理,說明施用無機(jī)肥對植株全氮含量提高好于有機(jī)肥。

    施用無機(jī)肥比有機(jī)肥提高植物株高、產(chǎn)量和增加植株全氮含量效果好,但是從表4 可以看出,施用不同肥料后,無機(jī)肥中SSP 處理的油菜全磷含量顯著高于CK 32.39%,KH2PO4和K2HPO4處理與CK 相比,油菜的全磷含量無顯著差異;有機(jī)肥中CM、RM和BM處理的油菜全磷含量都明顯高于對照,分別提高了28.17%,52.11%和35.21%,均達(dá)到了顯著水平。有機(jī)肥和無機(jī)肥相比,CM處理油菜全磷含量高于SSP,但差異不顯著;RM 和BM 處理的油菜全磷含量都顯著高于無機(jī)肥各處理。由此可見,有機(jī)肥對提高油菜全磷含量有顯著效果,RM處理效果最好。

    由表4 可知,CM 和BM 處理的油菜全鉀含量顯著高于對照,分別提高了25.53%和34.52%;RM、KH2PO4和K2HPO4以及SSP 處理對油菜的全鉀含量均無顯著影響。有機(jī)肥與無機(jī)肥相比,BM處理的油菜全鉀含量顯著高于無機(jī)肥各處理,增幅分別為19.29%,30.21%,24.78%,其他有機(jī)肥與無機(jī)肥相比則無顯著差異,相比較而言,有機(jī)肥的效果高于無機(jī)肥。

    3 討論

    作物生長和產(chǎn)量受各種因素影響,平衡施化肥、有機(jī)肥,有利于協(xié)調(diào)土壤內(nèi)部養(yǎng)分,提供較高的土壤肥力,使作物增產(chǎn)。本試驗結(jié)果表明,定量平衡施入不同的肥料,促進(jìn)了植物生長,增加了油菜的產(chǎn)量,施用無機(jī)肥料對提高作物產(chǎn)量效果最好??缀昝舻萚4]研究表明,長期施用化肥可以提高作物產(chǎn)量,但是氮肥和鉀肥效果不顯著,磷肥效果最好。本試驗研究表明,施用無機(jī)肥比有機(jī)肥更能促進(jìn)作物生長,提高作物產(chǎn)量,其中,KH2PO4增產(chǎn)效果最明顯。一般有機(jī)肥的當(dāng)季增產(chǎn)效果可能不及等量養(yǎng)分含量的化肥,但是從長遠(yuǎn)來看,有機(jī)肥的增產(chǎn)效果不低于甚至超過化肥。英國洛桑試驗站BROADBALK 小麥肥料試驗表明,試驗后期施用有機(jī)肥的小麥產(chǎn)量超過了施用化肥的產(chǎn)量[11]。宇萬太等[12]研究也表明,有機(jī)肥有增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的效果,這與本試驗結(jié)果不一致,原因是本試驗是在短期內(nèi)進(jìn)行的,長期施用試驗更能表現(xiàn)效果。

    土壤有機(jī)質(zhì)是研究土壤肥力和評價土壤質(zhì)量的重要指標(biāo),在培育肥力、調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)、提供作物養(yǎng)分、改善土壤結(jié)構(gòu)及減少環(huán)境負(fù)面影響等方面具有重要作用[13-15]。關(guān)于施用無機(jī)肥對土壤有機(jī)質(zhì)的影響,前人有不同的觀點。有研究表明,長期施用化肥可以導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量降低,也有研究認(rèn)為,單施化學(xué)肥料可以增加回歸土壤中的生物量,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[16]。本試驗結(jié)果表明,施用不同的無機(jī)肥,降低了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量,而施用不同的有機(jī)肥則增加了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量,牛糞處理最顯著,比對照提高了76.6%。這與孫福來等[17]的研究結(jié)果相似。孫薇等[18]研究發(fā)現(xiàn),生物有機(jī)肥可改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu),提高微生物碳源利用率、物種多樣性和豐富度,施入生物有機(jī)肥相比常規(guī)施肥可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)和全氮、全磷、全鉀含量,使土壤理化性質(zhì)得到改善。

    本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),施用不同無機(jī)肥提高了采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤的速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀含量,而施用有機(jī)肥比無機(jī)肥對土壤養(yǎng)分含量的影響更顯著,這與孫薇等[18-19]和楊旸等[20-21]的研究結(jié)果一致,無機(jī)肥一方面被植物吸收,另一方面未被吸收的化學(xué)元素在澆水灌溉作用下直接淋失到土壤下層,在耕層難以留存[22],所以,施用無機(jī)肥更容易損失。

    汪吉東等[23]研究表明,長期連續(xù)的化肥投入也會導(dǎo)致土壤pH 值和土壤酸緩沖能力下降,而在施用化肥的基礎(chǔ)上配合施用有機(jī)肥,土壤pH 值會高于單施化肥處理。高洪軍等[24]長期施肥試驗表明,單施化肥可明顯導(dǎo)致土壤酸化,有機(jī)無機(jī)配施可防止土壤酸化。本試驗結(jié)果表明,施用無機(jī)肥降低了土壤pH 值,施用有機(jī)肥則無明顯變化,可見,有機(jī)肥對土壤保持pH 穩(wěn)定有重要的作用。

    有機(jī)肥的長期施用,可增加有機(jī)質(zhì)的積累和土壤養(yǎng)分的積累,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展有重要意義,對我國華北地區(qū)采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤的土壤質(zhì)量的恢復(fù)也有重要意義,當(dāng)然這些都是建立在合理施肥的基礎(chǔ)上,對于施肥量的范圍,還要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

    4 結(jié)論

    本研究結(jié)果表明,施用有機(jī)肥復(fù)墾土壤的堿解氮、速效磷、速效鉀和全氮、全磷、全鉀的含量高于無機(jī)肥處理。有機(jī)肥BM處理的土壤堿解氮和全氮含量比CK 分別提高了164.3%和89.74%,RM 處理的土壤速效磷、速效鉀含量分別比CK 提高了259.52%和38.79%;而無機(jī)肥KH2PO4處理的土壤堿解氮、速效磷含量較CK 分別提高了50%和141.1%,K2HPO4處理的土壤速效鉀、全鉀含量比CK 分別增加了28.26%和13.33%??梢缘贸?,施用有機(jī)肥是提高復(fù)墾土壤養(yǎng)分含量較好的施肥方法,牛糞和兔糞效果較好。

    施用有機(jī)肥復(fù)墾土壤的有機(jī)質(zhì)含量比CK 增加了38.39%~76.6%,BM 處理增幅最大,而施用無機(jī)肥復(fù)墾土壤的有機(jī)質(zhì)含量相比CK 降低了6.03%~29.8%,pH 值比CK 降低了0.9%~1.29%??梢缘贸觯袡C(jī)肥能提高土壤肥力,牛糞效果較好。

    施用有機(jī)肥和無機(jī)肥都促進(jìn)了油菜的生長和提高了油菜的產(chǎn)量。無機(jī)肥處理的油菜鮮、干質(zhì)量高于有機(jī)肥;但是無機(jī)肥對油菜吸收養(yǎng)分效果略低于有機(jī)肥。無機(jī)肥處理油菜株高比CK 提高了14.13%~37.29%,施用有機(jī)肥油菜株高比CK 提高了5.23%~36.84%。說明無機(jī)肥對作物生長有明顯的效果。

    綜合比較,牛糞和兔糞對改善復(fù)墾土壤理化性質(zhì)效果最好。

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