采煤塌陷區(qū)耕地土壤培肥與改良措施*

郭友紅

(中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012)

煤炭資源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)耕地的負(fù)面影響逐漸受到重視。從開(kāi)始的對(duì)耕地破壞的表觀特征描述發(fā)展到了對(duì)土地生產(chǎn)力、農(nóng)作物產(chǎn)量、土壤侵蝕以及景觀、生態(tài)等方面的研究[1]。大量資料表明[2-4]，煤炭開(kāi)采沉陷導(dǎo)致土地資源損毀、耕地土壤肥力降低，主要表現(xiàn)在：煤炭開(kāi)采沉陷導(dǎo)致地表下沉、地裂縫、臺(tái)階、地面附加坡度加大，土壤退化；農(nóng)田原有的灌溉排水系統(tǒng)遭到破壞、水工建筑設(shè)施失去原有功能；高潛水位地區(qū)常常出現(xiàn)采煤沉陷積水區(qū)和季節(jié)性積水區(qū)，原有農(nóng)田土壤被侵蝕、地貌被改變，不能耕種，或發(fā)生土壤鹽堿化；農(nóng)田防護(hù)系統(tǒng)被破壞，防護(hù)能力降低，易發(fā)生水土流失；露天開(kāi)采擾動(dòng)土壤、尾礦壓占土地，破壞了原有的土壤剖面。因此采煤沉陷區(qū)土地復(fù)墾逐漸受到重視。

目前，我國(guó)采煤沉陷區(qū)土地復(fù)墾研究主要集中在土地?fù)p毀特征、沉陷區(qū)土壤變異特點(diǎn)、矸石山復(fù)墾方法、不同工程復(fù)墾方式的土壤特性、復(fù)墾土壤改良、礦區(qū)生態(tài)重建技術(shù)等方面[5-7]。一些資料對(duì)東部煤礦區(qū)土壤剖面構(gòu)建技術(shù)、疏排法復(fù)墾技術(shù)、預(yù)復(fù)墾技術(shù)等進(jìn)行了研究[8]，部分文獻(xiàn)研究了采煤沉陷區(qū)復(fù)墾土地安全性評(píng)價(jià)[9]，污染土壤修復(fù)方法[10]、采煤沉陷區(qū)重金屬修復(fù)技術(shù)[11]、及微生物復(fù)墾作用[12]等。與其不同，文章主要研究施用綠肥及常見(jiàn)農(nóng)田作物施用不同化肥、有機(jī)肥配比對(duì)重構(gòu)土壤的改良效果，以其為采煤塌陷區(qū)提供一種有效可行的土壤培肥與改良措施。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

(1)供試土壤：為重新構(gòu)建采煤塌陷區(qū)表土，用未腐熟的底土與腐熟的表土以1∶1的比例混合而成，試驗(yàn)用重構(gòu)土壤本底值見(jiàn)表1。

表1 重構(gòu)土壤表土本底值

(2)供試植物：玉米，大豆，紫花苜蓿(Medicago sativa L.)。

(3)供試肥料：復(fù)合肥(16-16-16)，尿素，雞糞肥。

1.2 試驗(yàn)方法

采用田間試驗(yàn)方法，通過(guò)采用種植綠肥、豆科作物、有機(jī)無(wú)機(jī)配合施用、無(wú)機(jī)肥施用等方法對(duì)重構(gòu)土壤進(jìn)行改良。根據(jù)一年種植后的土壤指標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)復(fù)墾土壤培肥效果進(jìn)行評(píng)估，從而確定快速培肥土壤的措施。

(1)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)置4個(gè)施肥處理：

處理1：在試驗(yàn)區(qū)種植玉米和大豆，在其生長(zhǎng)的整個(gè)生育期內(nèi)只施用化肥(復(fù)合肥和尿素)，正常管理；

處理2：在試驗(yàn)區(qū)種植玉米和大豆，在其生長(zhǎng)的整個(gè)生育期內(nèi)，有機(jī)肥和化肥配合施用，有機(jī)肥與化肥比例為3∶7，正常管理；

處理3：在試驗(yàn)區(qū)種植玉米和大豆，在其生長(zhǎng)的整個(gè)生育期內(nèi)，有機(jī)肥和化肥配合施用，有機(jī)肥與化肥比例為6︰4，正常管理；

處理4：在試驗(yàn)區(qū)種植綠肥作物紫花苜蓿，正常管理。

其中，處理1、處理2、處理3的玉米施肥量為N 369 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2；大豆N，P2O5和K2O的用量均為24 kg/hm2。

(2)樣品的采集與分析測(cè)定方法

一年后，分別采集各試驗(yàn)田表層0～20 cm、20～40 cm土壤樣品。測(cè)定項(xiàng)目為土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、有效鉀、土壤pH。

土壤各指標(biāo)的測(cè)定按照中國(guó)土壤學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)化學(xué)委員會(huì)編制的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法》進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米種植區(qū)土壤改良效果分析

在玉米試驗(yàn)區(qū)，共設(shè)置了三個(gè)施肥處理進(jìn)行土壤改良，處理4為綠肥改良措施。耕作一年后，四個(gè)處理的重構(gòu)土壤各指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表2。

早在江小白之前，紅星二鍋頭、牛欄山二鍋頭等也推出過(guò)小瓶包裝的小酒，然而在市場(chǎng)上的表現(xiàn)卻不溫不火，難以推動(dòng)小酒的成長(zhǎng)。究其原因是僅僅進(jìn)行包裝的體量變更，不對(duì)消費(fèi)群體做出實(shí)質(zhì)性區(qū)隔，無(wú)法有效推動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)。

表2 玉米種植區(qū)不同改良方法對(duì)土壤特性的影響

從表2可看出，在施肥處理系列中，從處理1到處理4，表層0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加，各處理的表層土壤速效養(yǎng)份含量也具有相似的變化趨勢(shì)，表明施用有機(jī)肥對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)和改善土壤肥力有顯著效果。從表中還可以看出，綠肥種植小區(qū)(處理4)施肥量較少，磷的養(yǎng)份含量水平相對(duì)較低，但由于綠肥豆科作物和豐富的根系生物量對(duì)土壤的熟化改良，所以歸還土壤有機(jī)質(zhì)和固氮作用還是比較明顯，土壤有機(jī)質(zhì)與速效氮含量與其他處理相比，均表現(xiàn)出較高值，分別為16.67 g/kg、107.26 mg/kg，比改良效果較差的處理1中相應(yīng)指標(biāo)含量分別高67 %、22 %。

不同土壤層間比較，各項(xiàng)土壤特性都表現(xiàn)出表層(0～20 cm)高于下層(20～40 cm)，而且有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀差異顯著；氮素雖然趨勢(shì)與其他指標(biāo)相似，但差異不顯著，這主要與重構(gòu)土壤耕作年限較短(僅為一年)、土壤層次分異程度較弱有關(guān)。

與重構(gòu)土壤本底值(見(jiàn)表1)相比，各處理土壤肥力均有所提高，說(shuō)明各處理均有一定的培肥改良作用?？紤]綠肥處理小區(qū)施肥量少導(dǎo)致的部分養(yǎng)分元素含量低的不利因素，綜合比較四個(gè)處理可以看出，單純施用化肥的土壤改良效果最差，有機(jī)肥與化肥配合施用次之，且有機(jī)肥比重越高效果越好(有機(jī)肥與化肥的最佳經(jīng)濟(jì)合理配比有待于進(jìn)一步的研究)，種植綠肥土壤改良效果最好，但經(jīng)濟(jì)效益較差。

2.2 大豆種植區(qū)土壤改良效果分析

與玉米種植區(qū)相同，在大豆種植區(qū)也設(shè)置了三個(gè)施肥處理進(jìn)行土壤改良，與處理4綠肥改良措施進(jìn)行對(duì)比。耕作一年后，四個(gè)處理重構(gòu)土壤各指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 大豆種植區(qū)不同改良方法對(duì)土壤特性的影響

大豆種植區(qū)中，不同處理對(duì)復(fù)墾土壤特性影響的總體趨勢(shì)與玉米種植區(qū)基本一致(表3)，除了氮素養(yǎng)分以外，有機(jī)質(zhì)與其它養(yǎng)分元素在表層土壤中含量也基本表現(xiàn)出隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加的趨勢(shì)，氮素養(yǎng)分在各處理間沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。不同土壤層間，各項(xiàng)土壤特性也都表現(xiàn)出表層(0～20 cm)高于下層(20～40 cm)，除了氮素外，土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀差異顯著，與大豆種植區(qū)相同。

兩種作物種植區(qū)土壤特性之所以出現(xiàn)這種大同小異的現(xiàn)象，主要與作物本身特性有關(guān)，大豆為豆科植物，本身具有生物固氮性狀，因此，表層土壤速效氮含量不僅受有機(jī)質(zhì)含量影響，也與大豆的生物固氮能力密切相關(guān)。

2.3 不同施肥方法對(duì)土壤培肥與改良效果分析

由表2和表3可以看出，不論是玉米種植區(qū)還是大豆種植區(qū)，在施肥處理系列中，從處理1到處理4，表層土壤有機(jī)質(zhì)含量、及土壤速效養(yǎng)份含量都隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加。體現(xiàn)了施用有機(jī)肥對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)和改善土壤肥力的作用。

對(duì)比表2、表3還可以看出，大豆對(duì)土壤的改良效果要好于玉米，單純施用化肥的大豆種植區(qū)(見(jiàn)表3中處理1)土壤有機(jī)質(zhì)含量比單純施用化肥的玉米種植區(qū)(見(jiàn)表2中處理1)高26.9 %，由于兩種作物種植區(qū)施肥量不同，其它養(yǎng)分指標(biāo)大小在此就不做進(jìn)一步比較研究。同理，從表3中也可以看出，種植綠肥對(duì)土壤的改良效果要好于大豆，處理4(綠肥)中表層土壤有機(jī)質(zhì)含量(16.67 g/kg)比處理1(化肥)中有機(jī)質(zhì)含量(12.66 g/kg)高31.7 %。

綜合以上分析可以看出，不同的處理方法對(duì)復(fù)墾土壤的培肥效果不同，雖然本次試驗(yàn)由于培肥時(shí)間的限制(僅1年)，各處理間培肥效果差異顯著性還有待于進(jìn)一步研究，但總體上可以看出不同的培肥措施對(duì)復(fù)墾土壤的改良效果表現(xiàn)出：?jiǎn)问┗?有機(jī)肥+化肥<種植綠肥，不同作物對(duì)土壤的改良效果表現(xiàn)出玉米<大豆<綠肥的趨勢(shì)。

3 結(jié) 論

在自然條件下，土壤肥力的形成是個(gè)緩慢的過(guò)程，雖然可以通過(guò)人為方式加速土壤的肥力形成過(guò)程，但土壤肥力的形成過(guò)程不可能一蹴而就，在復(fù)墾土壤改良實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)遵循土壤肥力的自然發(fā)展規(guī)律，充分考慮復(fù)墾土壤自身?xiàng)l件，結(jié)合實(shí)際需要，有針對(duì)性地采取土壤培肥措施，這樣既培肥了土壤，維持了耕地生產(chǎn)力，又產(chǎn)生了一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

從文章試驗(yàn)的土壤培肥研究來(lái)看，有很多種措施可以加速土壤培肥過(guò)程，選擇什么樣的土壤培肥措施和方法，需要因地制宜、綜合考慮。在實(shí)際的土壤培肥改良措施選擇中，還要根據(jù)復(fù)墾土地土壤肥力基礎(chǔ)，來(lái)確定、選擇較優(yōu)的土壤培肥措施。如下建議僅供參考：

(1)對(duì)于因缺少腐熟的耕作層土壤而導(dǎo)致肥力低下的復(fù)墾土地，可優(yōu)先選擇以種植豆科綠肥進(jìn)行土壤培肥為主，待土壤具有一定的肥力基礎(chǔ)后再進(jìn)行正常的農(nóng)業(yè)種植。

(2)由于單純種植綠肥沒(méi)有直接的農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出，在選擇綠肥時(shí)，可以考慮充分利用豆科綠肥的高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，間接獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益；

(3)雖然化肥能以最直接的方式為土壤提供農(nóng)作物必須的營(yíng)養(yǎng)元素，但是在改良土壤方面，還應(yīng)進(jìn)行有機(jī)肥與化肥組合施用，才能更好地維持土壤肥力水平。

(4)對(duì)于耕作層保護(hù)較好的復(fù)墾土壤，肥力基礎(chǔ)相對(duì)較好，但由于工程復(fù)墾過(guò)程擾動(dòng)的影響，直接進(jìn)行一般的作物種植可能效果較差，可以先進(jìn)行豆科作物(如大豆、花生等)種植，待土壤理化性狀改善后再進(jìn)行正常的農(nóng)業(yè)種植。