黃河故道地區(qū)不同培肥方式對耕地質量的影響

王甫同，張亞楠，秦光蔚，洪立洲，邢錦城，劉 沖

（1. 江蘇鹽城濕地珍禽國家級自然保護區(qū)，江蘇 鹽城 224057；2. 江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所，江蘇 鹽城 224002；3. 鹽城市新洋農(nóng)業(yè)試驗站，江蘇 鹽城 224049）

黃河故道是由于黃河向南侵入淮河而形成的一段主河道流經(jīng)的區(qū)域。黃河故道區(qū)是江蘇重要的中低產(chǎn)田分布區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)[1-2]。該地區(qū)土壤系黃淮海平原江蘇和山東的地帶性土壤，分布面積約為2.5×106hm2，占江蘇省總面積的40.7%。該類型土壤具有砂性重、腐殖質含量低、物理結構差的特點，且漏水漏肥嚴重，極大地限制了該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高質量發(fā)展。因此，提升耕地質量成為該地區(qū)農(nóng)業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展的重要方向[3]。

在我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術里，增施有機肥、翻壓綠肥是增加土壤有機質、培肥地力、提高耕地質量的有效手段。綠肥翻壓或堆漚后施用到土壤中作肥料，可以有效改善土壤理化性狀，增加土壤養(yǎng)分[4]。有機肥是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要肥源，在提升耕地質量、提高農(nóng)作物產(chǎn)量方面具有重要作用。有研究表明，施用有機肥可以提高土壤物理性質，促進土壤中團粒結構的形成[5]。

筆者在黃河故道土壤貧瘠地區(qū)開展增施有機肥以及種植綠肥并于下季翻壓的田間試驗，比較2 種培肥方式對耕地質量的影響，以期為提升黃河故道地區(qū)耕地質量提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗在江蘇省鹽城市濱海縣界牌鎮(zhèn)三壩村（東經(jīng)119°37′，北緯33°43′）進行。試驗前對該農(nóng)田地塊進行試驗小區(qū)劃分并挖邊界溝渠。試驗所用商品有機肥為江蘇綠方園生物科技有限公司生產(chǎn)的“嚴博士”有機肥，含水率為35.0%，養(yǎng)分含量分別為N 1.87%、P2O53.16%、K2O 2.79%，有機質含量為45.0%；供試綠肥品種為黑麥草；供試玉米品種為蠡玉31。

1.2 試驗設計

試驗種植模式為旱旱輪作。培肥方式1（P1）：于2018 年11 月20 日種植綠肥，并于2019 年5 月20日將綠肥翻壓，隨后種植玉米。培肥方式2（P2）：于2019 年5 月22 日小區(qū)種植玉米，種植玉米之前增施有機肥，共設計3 個梯度，4.50 t/hm2（P2-1）、7.50 t/hm2（P2-2）、10.50 t/hm2（P2-3）。小區(qū)面積5.0 m×8.0 m（40 m2）

1.3 測定項目及方法

分別于2019 年5 月18 日（培肥前）、9 月20 日（培肥120 d）采集各小區(qū)0～20 cm 土樣，測定總孔隙度，土壤有機質、全氮、全磷和全鉀含量，土壤微生物量氮和土壤微生物多樣性。

土壤孔隙度采用環(huán)刀法測定，有機質采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，全氮、全磷、全鉀含量采用鮑士旦[6]的方法測定；土壤微生物量氮采用王毅等[7]的方法測定；土壤微生物群落功能分析采用Biolog 微孔平板法[8]進行。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0 軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同培肥方式對土壤總孔隙度的影響

由圖1 所示，2 種培肥方式均可提高土壤總孔隙度，翻壓黑麥草（P1）后的土壤總孔隙度提高15.5%，增施有機肥后土壤總孔隙度的提高幅度隨著有機肥量的增加呈現(xiàn)先高后低的趨勢，P2-1、P2-2、P2-3 培肥方式下土壤總孔隙度的提高幅度分別是9.1%、10.4%、7.7%。可見，P1 培肥方式對于提高土壤總孔隙度的效果要優(yōu)于P2 培肥方式。這主要是由于綠肥翻壓后，大量植物組織的輸入，增加了土壤總孔隙度，植物殘體經(jīng)腐爛分解后改善了土壤耕層的物理結構[9]。

圖1 不同培肥方式處理土壤總孔隙度的變化

2.2 不同培肥方式對土壤有機質的影響

土壤有機質含量是土壤肥力的物質基礎，有機質的膠體特性能吸附土壤中陽離子，使其具有保肥力和緩沖性，有利于改善土壤的理化性狀[10]。從圖2 可以看出，P1 培肥方式后的土壤有機質提高9.5%，增施有機肥后P2-1、P2-2、P2-3 培肥方式下土壤有機質分別提高10.0%、11.9%、9.3%?？梢姡瑢τ谔岣咄寥烙袡C質含量的效果來說，P2 培肥方式要優(yōu)于P1 培肥方式，且P2-2 培肥方式效果最好。

圖2 不同培肥方式處理土壤有機質含量的變化

2.3 不同培肥方式對土壤全氮、全磷、全鉀的影響

氮、磷、鉀是植株需求最多的三大營養(yǎng)元素。土壤中氮磷鉀元素可為植株的生長發(fā)育提供必要的養(yǎng)分基礎，因此，氮磷鉀成為土壤養(yǎng)分的直接指標[11-12]。從圖3 可以看出，P1 培肥方式后土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量均有所提高，其提高幅度由高到低排列依次為全氮＞全磷＞全鉀。P2培肥方式后土壤養(yǎng)分含量亦有所提高，且以P2-2 培肥方式效果較好。

圖3 不同培肥方式處理土壤全氮、全磷、全鉀含量的變化

2.4 不同培肥方式對土壤微生物量氮的影響

土壤微生物量是土壤許多基礎反應的生物催化劑，其作用相當于土壤氮、磷元素的快速周轉庫[13]。而土壤微生物量氮的特性被認為是土壤氮素內(nèi)循環(huán)的本質性內(nèi)容[14]。從圖4 可以看出，P1 培肥方式后土壤微生物氮含量顯著提高，增長幅度達到39.5%，P2培肥方式后土壤微生物氮含量亦呈顯著提高的趨勢，P2-1、P2-2、P2-3 增長幅度依次為24.8%、28.9%、23.2%。

圖4 不同培肥方式處理土壤微生物量氮的變化

2.5 不同培肥方式下土壤Biolog 試驗-微生物群落功能分析

Shannon 豐富度指數(shù)表示在顏色變化率一致的情況下，生態(tài)系統(tǒng)的功能多樣性，即土壤微生物群落利用碳源類型的多少。生態(tài)系統(tǒng)物種豐富度指數(shù)值越大，表明該系統(tǒng)的土壤微生物群落功能多樣性越高[15]。由圖5 所示，2 種培肥方式下土壤微生物群落物種豐富度指數(shù)均呈現(xiàn)顯著上升的趨勢；P1 培肥方式后，物種豐富度指數(shù)提高24.8%；P2-1、P2-2、P2-3 培肥方式下物種豐富度指數(shù)提高幅度依次為18.7%、21.2%、21.3%。

圖5 不同培肥方式下土壤Biolog 試驗-微生物群落功能分析

3 結論與討論

試驗結果表明，培肥方式P2（增施有機肥）更利于快速提高江蘇黃河故道地區(qū)土壤有機質含量，且以P2-2 培肥方式效果較好；培肥方式P1（種植翻壓綠肥）更利于提高土壤微生物量氮及土壤微生物群落物種豐富度。

江蘇省古黃河故道區(qū)分布于徐州市、宿遷市、淮安市、鹽城市等地，是江蘇省糧食主產(chǎn)區(qū)，但這一地區(qū)的土壤具有砂性強、鈣質多的特點，土壤結構和保水保肥能力差，土壤有機質及各種養(yǎng)分含量較低，使其成為江蘇省中低產(chǎn)田主要集中分布區(qū)和耕地質量提升難點區(qū)[16-17]。

大量研究表明，對砂質土壤而言，改良其土質最直接有效的方式是提高土壤有機質含量[18]。增施有機肥是改良土壤的重要措施，施入有機肥后土壤微生物量碳的周轉速率顯著提高，從而土壤的保肥和供肥性能提高，加速了土壤中營養(yǎng)元素的釋放[18]。而綠肥是一種經(jīng)濟、環(huán)保的優(yōu)質肥源[19]。種植綠肥可協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分平衡、消除土壤障礙因子[20]。種植綠肥并翻壓后產(chǎn)生的腐熟物質不僅起到改良土壤的作用，而且有利于促進土壤微生物的繁殖, 提高微生物的生物量[21]。在該研究中，增施有機肥以及種植綠肥并翻壓這2 種培肥方式均能提高黃河故道土壤貧瘠地區(qū)土壤養(yǎng)分含量，但效果略有不同。對于提高土壤有機質而言，增施有機肥效果要優(yōu)于種植翻壓綠肥。而對于提高土壤微生物氮含量而言，種植翻壓綠肥效果要優(yōu)于增施有機肥。這是因為綠肥腐解過程需要大量微生物的參與，同時綠肥也為微生物的生長提供了碳源和氮源[21]。

Biolog 分析是反映土壤微生物群落結構特征的有效手段，其主成分分析顯示了微生物群落對碳源利用的響應[22]。而土壤微生物群落與土壤肥力之間有著密切關系，土壤的養(yǎng)分含量在很大程度上制約著土壤的微生物量及其生理功能多樣性。該研究中，種植翻壓綠肥培肥方式下土壤微生物群落物種豐富度指數(shù)顯著提高，明顯優(yōu)于增施有機肥培肥方式。主要是因為綠肥翻壓腐解增加了土壤中有機養(yǎng)分的分解消耗和無機養(yǎng)分的轉化，提高了土壤微生物活性，豐富了土壤微生物群落，從而提高土壤養(yǎng)分，進而滿足作物對養(yǎng)分的需求。這與高明霞等[23]的研究結果較為一致。

我國中低產(chǎn)田改造一直遵循“分類指導，連片治理”的原則。例如：針對丘陵地區(qū)提出了“蓄、引、提、調(diào)和節(jié)水灌溉相結合，增肥改土”的治理策略[24]。而針對于江蘇省黃河故道地區(qū)有機質與全氮含量普遍較低這一地域特性，前期應采取培肥方式P2-2（增施有機肥7.50 t/hm2）進行快速改土培肥，施用有機肥后土壤各項肥力指標和作物產(chǎn)量在短期內(nèi)都會有所提升。從保障我國糧食作物穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)方面的長期效果來看，應結合培肥方式1（種植翻壓綠肥）和培肥方式P2-2（增施有機肥7.50 t/hm2），在提升江蘇黃河故道地區(qū)耕地質量的同時實現(xiàn)較高經(jīng)濟產(chǎn)量，取得較好經(jīng)濟效益。