長(zhǎng)期施用機(jī)肥對(duì)鹽堿土肥力的影響

范益愷 于 菲 姜春慧 楊曉慧 歐陽(yáng)皓楠 孟慶峰

（黑龍江省東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

近年來(lái)，土壤鹽漬化問(wèn)題在全球化土地退化的防止與耕地質(zhì)量的保持中愈發(fā)嚴(yán)峻。我國(guó)鹽漬土面積巨大、種類(lèi)繁多，鹽漬化問(wèn)題突出，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成不同程度的影響。我國(guó)鹽堿土面積已有9.913萬(wàn)hm2，并且鹽漬化的面積還在繼續(xù)擴(kuò)大，程度還在繼續(xù)加重。其中，東北地區(qū)鹽漬土面積約3.84×106hm2，是我國(guó)土壤鹽漬化最嚴(yán)重的地區(qū)之一。隨著土地資源的不斷退化和枯竭，鹽堿土也成為了越來(lái)越重要的可利用資源。因此，保護(hù)利用鹽堿地迫在眉睫。我們應(yīng)該根據(jù)鹽堿土土壤特征采取針對(duì)性耕作措施，改善鹽堿土土壤性質(zhì)的同時(shí)提高糧食作物產(chǎn)量。這將對(duì)保護(hù)我國(guó)19.179億畝耕地面積有著重大戰(zhàn)略意義。

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)有機(jī)肥施用改良鹽堿土的效果進(jìn)行了研究，如李大偉的研究表明，有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配合施加對(duì)于旱地鹽漬化土壤的田間持水量和土壤容重等物理性狀以及速效養(yǎng)分、陽(yáng)離子交換量等化學(xué)性質(zhì)具有明顯的改善作用?？梢?jiàn)，利用有機(jī)肥改良鹽堿地的方式得到了研究人員們普遍的認(rèn)同。

1.材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

土壤采集于黑龍江省大慶市肇州縣永樂(lè)鎮(zhèn)東北農(nóng)業(yè)大學(xué)鹽堿土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)站，該地處于松嫩平原中部地帶，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，位于黑龍江省第一積溫帶，年均活動(dòng)積溫為2800℃，年降水量436mm，屬半干旱區(qū)，年平均蒸發(fā)量為1800mm，土壤類(lèi)型為草甸堿土，土壤質(zhì)地為粘土。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)研究區(qū)域的施用腐熟牛糞的年限，把試驗(yàn)區(qū)土壤分成四個(gè)處理，分別為施用有機(jī)肥15a（15A），使用有機(jī)肥9a（9A），使用有機(jī)肥8a（8A），不使用有機(jī)肥的處理作為對(duì)照組（CK），每個(gè)處理3次重復(fù)。供試作物為玉米，每年四月施用腐熟牛糞作為有機(jī)肥，不使用化肥。玉米拔節(jié)期期間施用375kghm-2尿素。玉米生育期內(nèi)不予灌溉。腐熟牛糞的性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)含量590.69g/kg，氮含量13.28g/kg，磷含量12.02g/kg，鉀含量15.35g/kg，pH值8.42，鈣含量9.77g/kg，鎂含量4.58g/kg。

1.3 樣品采集

2019年10 月中旬，玉米生育期結(jié)束后，依據(jù)研究區(qū)域的施肥年限設(shè)置的采樣區(qū)域，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)采樣點(diǎn)，各個(gè)采樣點(diǎn)均在樣方內(nèi)。采集土壤深度在0-20cm、20-40cm的土壤樣品。

1.4 樣品處理

土壤樣品帶回后，經(jīng)過(guò)晾曬、風(fēng)干后將樣品土壤磨碎經(jīng)過(guò)1mm篩，然后用四分法將過(guò)篩樣品取出一部分繼續(xù)研磨過(guò)0.25mm篩，過(guò)篩后的土壤用于土壤各項(xiàng)化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定。在采集土壤樣品的同時(shí)，永環(huán)刀法取一部分原狀土，用于測(cè)定土壤的物理性質(zhì)。

1.5 研究方法

土壤容重采用環(huán)刀法，取樣后105℃烘干至恒重。土壤密度采用密度瓶法。土壤孔隙度通過(guò)土壤容重和土壤密度計(jì)算：

式中：t?為土壤總孔隙度（%）；bρ為土壤容重（g/cm3）；dρ為土壤密度（g/cm3）

土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法。土壤全氮用濃硫酸消煮，凱氏定氮儀蒸餾法測(cè)定；土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法。土壤有效磷采用NaHCO3浸提，700nm鉬銻抗比色法；土壤速效鉀采用醋酸銨浸提—火焰光度法；用環(huán)刀采集原狀土，測(cè)定田間持水量和飽和持水量；土壤pH值和電導(dǎo)率（EC）經(jīng)過(guò)2.5：1水土比震蕩后，通過(guò)pH計(jì)測(cè)得和電導(dǎo)率儀測(cè)得。土壤交換性鈉離子采用1mol/L醋酸銨浸提，火焰光度法測(cè)定；土壤陽(yáng)離子交換量（CEC）采用乙酸鈉—火焰光度法測(cè)定。依照公式（2）計(jì)算土壤堿化度（ESP）

式中，ESP為土壤堿化度（%）；CEC為土壤陽(yáng)離子交換量（mol/kg）；交換性Na+是交換性鈉離子（cmol/kg）。

1.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)EXCEL處理后，通過(guò)spss 22.0版本軟件采用單因素方差顯著性檢驗(yàn)，有機(jī)質(zhì)與土壤各個(gè)理化性質(zhì)之間的關(guān)系采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，作圖同樣采用excel軟件。

2.結(jié)果與分析

2.1 使用有機(jī)肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

如圖一所示，使用有機(jī)肥后，與ck相比，土壤各個(gè)深度的有機(jī)質(zhì)含量都有顯著性提高。同時(shí)，每個(gè)處理中有機(jī)質(zhì)含量都隨著土壤深度的增加而增加。0-20cm土層中，14A土層的有機(jī)質(zhì)含量最大，相較于不施肥土地提升了6倍；20-40cm土層中，9A處理的土層有機(jī)質(zhì)含量最大，相較于不施肥土壤（ck）提升了4.7倍左右。根據(jù)方差分析表明：0-20cm土層，CK土和8A、9A、15A處理土均呈現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05），9A和15A處理差異不顯著（P＜0.05）。20-40cm土層中，各個(gè)處理之間均呈現(xiàn)不顯著差異（P＜0.05）。

圖1 不同處理之間的土壤有機(jī)質(zhì)含量

2.2 施用有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

通過(guò)分析表1可知，使用有機(jī)肥后土壤的堿解氮、速效磷、速效鉀均有了明顯提高。堿解氮方面，隨著施用有機(jī)肥年份的增加，土壤的堿解氮含量越來(lái)越少，按照施用年份的遞增呈遞減態(tài)勢(shì)。土壤速效磷隨著有機(jī)肥的施用有顯著提升，0-20cm深度下，9A處理的堿解氮提升最多，是ck對(duì)照土的15倍。20-40cm深度下，8A處理的堿解氮提升最多，是ck對(duì)照土的7.32倍；土壤速效鉀方面，提升同樣較多，0-20cm深度下，9A處理的堿解氮提升最多，是ck對(duì)照土的14倍。20-40cm深度下，8A處理的堿解氮提升最多，是ck對(duì)照土的6.2倍。

表1 不同處理土壤的主要養(yǎng)分指標(biāo)

2.3 施用有機(jī)肥對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

與CK處理相比，8A、9A、14A的處理容重、比重均降低，孔隙度均有所升高；統(tǒng)一處理不同土層。土壤容重、比重均隨著土層深度的增加而降低，土壤孔隙度隨著土壤深度的增加而升高。2019年實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，14A土壤容重為1.3061g/cm，較ck土壤下降了20.1%；土壤比重下降了10%，土壤孔隙度提升了26.1%。

隨著土壤使用有機(jī)肥年限的增加，土壤的田間持水量呈略微下降的趨勢(shì)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CK土壤處理。同時(shí)，在同一土層的處理中，隨著土壤深度的增加，土壤田間持水量不斷下降。0-20cm土層中，土壤田間持水量從ck土 的18.322%提 升 到37.537%-41.972%；20cm-40cm土層中，土壤田間持水量從ck土的21.159%提升到最高位28.227%。根據(jù)方差分析表明：20-40cm中，CK土層與8A、9A、15A處理均呈現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05），8A、9A、15A三個(gè)處理之間互相差異不顯著（P＜0.05）。20-40cm土層中，各個(gè)處理之間差異均不顯著（P＜0.05）。

圖2 不同處理之間的土壤田間持水量

2.4 土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示：土壤有機(jī)質(zhì)和田間持水量、飽和持水量、孔隙度呈極顯著相關(guān)（p＜0.01），土壤有機(jī)質(zhì)和pH、容重、比重呈極顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.01）。土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和土壤有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01）。

表2 ：土壤各個(gè)理化性質(zhì)之間的相關(guān)性

堿解氮 0．786★★ 1速效磷 0．627★★ 0．642★★ 1速效鉀 0．702★★ 0．706★★ 0．922★★ 1 pH -0．896★★-0．705★★-0．467★-0．586★★ 1田間持水量 0．703★★ 0．542★★ 0．629★★ 0．654★★ -0．601★★ 1飽和持水量 0．572★★ 0．500★ 0．619★★ 0．563★★ -0．40．914★★ 1容重 -0．695★★-0．584★★-0．681★★-0．667★★ 0．558★★ -0．953★★ -0．973★★ 1比重 -0．892★★-0．761★★-0．617★★-0．762★★ 0．906★★ -0．676★★ -0．491★ 0．633★★ 1孔隙度 0．575★★ 0．481★ 0．630★★ 0．578★★ -0．416★ 0．919★★ 0．986★★ -0．983★★ -0．479★ 1

2.5 土壤有機(jī)質(zhì)的影響因素

為了長(zhǎng)期探究鹽堿土有機(jī)質(zhì)含量和土壤理化性質(zhì)的聯(lián)系，通過(guò)多元線性回歸分析的方式建立有機(jī)質(zhì)和土壤理化性質(zhì)的模型。結(jié)果表明：土壤有機(jī)質(zhì)受土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、孔隙度、土壤密度和田間持水量的影響。

式 中：y為 有 機(jī) 質(zhì)（g/kg）；x1為 土 壤 比 重（g/cm2）；x2為土壤孔隙度（%）；x3為土壤田間持水量（%）；x4為土壤飽和持水量（%）；x5為土壤堿解氮（g/kg）；x6為土壤速效磷（g/kg）；x7為土壤速效鉀（g/kg）；x8為土壤pH。

3.討論

土壤的有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀含量提升最多，這與翁穎等的研究相一致。有機(jī)肥料能夠迅速調(diào)節(jié)土壤代謝，改善了土壤結(jié)構(gòu)，從而最終提高土壤肥力和有機(jī)質(zhì)，加速土壤中養(yǎng)分的釋放，對(duì)于作物生長(zhǎng)更有益處。有機(jī)肥含有豐富有機(jī)質(zhì)和一定的氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)成分，而且能夠調(diào)節(jié)土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤生態(tài)質(zhì)量。在不同土層中，研究區(qū)內(nèi)0～20 cm土壤的有機(jī)質(zhì)含量最高，養(yǎng)分含量高，這與盧楠等的研究相一致土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)關(guān)系對(duì)于分析土壤肥力有重要的意義，可作為土壤肥力觀測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)。土壤容重和孔隙度是比較常用的土壤物理指標(biāo)，前者與土壤的質(zhì)地、松密度及有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)，后者的大小決定了土壤的通氣性綜上所述，使用有機(jī)肥能夠有效改良鹽堿土的理化性質(zhì)、提高糧食作物產(chǎn)量。

通過(guò)多元線性回歸分析的方式建立有機(jī)質(zhì)和土壤理化性質(zhì)的模型可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量受比重和pH影響最大。

4.結(jié)論

長(zhǎng)期使用有機(jī)肥后，土壤各個(gè)土層的有機(jī)質(zhì)都開(kāi)始顯著上升，土壤養(yǎng)分不斷積累，土壤的堿解氮、速效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量也不短提高。土壤容重、比重下降、孔隙度提高，同時(shí)土壤的田間持水量和飽和持水量也有所增強(qiáng)。隨著有機(jī)肥的不斷施用，土壤的物質(zhì)積累日漸增多，各個(gè)土層之間，20-40cm土壤的養(yǎng)分含量少于0-20cm土壤養(yǎng)分含量。最后，通過(guò)多元線性回歸方程的分析，土壤比重和pH的大小對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)含量的多少影響最大。