不同改良材料作用下宅基地復墾土壤硝態(tài)氮運移研究

胡雅　張衛(wèi)華　馬增輝

摘要：針對宅基地新復墾土壤耕作層養(yǎng)分含量低、保水保肥性能差的問題，在氮磷鉀肥料平衡施用的前提上，通過田間定位試驗，研究冬小麥生長季添加粉煤灰（TC）、有機肥（TF）、熟化劑（TS）、熟化劑+粉煤灰（TSC）、粉煤灰+有機肥（TFC）、熟化劑+有機肥（TSF）對復墾土壤硝態(tài)氮運移、累積情況與作物產量的影響。結果表明：添加熟化劑+有機肥和熟化劑+粉煤灰的處理能夠促進表層撒施氮肥轉化為硝態(tài)氮，添加有機肥易導致硝態(tài)氮向土壤深層運移，而添加粉煤灰則會減弱這一過程。熟化劑+有機肥處理在小麥生長初期耕作層能夠儲備較多的硝態(tài)氮，為后期小麥生長提供氮素。隨著時間的推移，添加單一改良材料土壤較添加復合改良材料土壤硝態(tài)氮累積效應更為明顯。添加有機肥和熟化劑在復墾生土熟化過程中對小麥增產有重要作用，有機肥能有效減少小麥空稈率，提高成穗數(shù)，粉煤灰在土壤熟化過程中對小麥增產作用不大，添加熟化劑+有機肥是處理宅基地復墾土壤熟化較為優(yōu)良的改良方法。

關鍵詞：復墾土壤；有機肥；粉煤灰；熟化劑；硝態(tài)氮

中圖分類號： S153.6 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）19-0302-04

收稿日期：2017-03-15

基金項目：陜西省重點科技創(chuàng)新團隊計劃項目（編號：2016KCT-23）。

作者簡介：胡 雅（1990—），女，陜西商洛人，碩士，助理工程師，主要從事土地工程、土壤水肥調控、土地信息化研究。E-mail：Huya0403@163.com。 宅基地復墾是指依據(jù)土地利用總體規(guī)劃、土地整理復墾開發(fā)規(guī)劃，對依法取得的利用效益不高或廢棄的宅基地復墾為耕地的行為[1]。工程復墾過程中采用的工程治理措施主要是挖塌填實或剝離表土，新復墾土地中耕作層土壤大多是未經過生物作用和腐殖化過程的自然土[2]，其生土裸露、土壤貧瘠、養(yǎng)分含量低、保水保肥性能差，這種情況加劇了人地、人糧矛盾，制約經濟發(fā)展。因此，對廢棄宅基地進行復墾熟化已經迫在眉睫。

土壤熟化劑是含有作物所需的各種微量元素，無毒、無污染，對生土、瘠薄、板結土壤有較強的熟化、改良作用的無機膠體，它的主要有效成分是硫酸亞鐵。施用土壤熟化劑可通過直接和間接效應，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，疏松土壤，提高土壤養(yǎng)分，改善土壤結構和土壤水分環(huán)境。柳燕蘭等研究表明，施用土壤熟化劑可改善土壤理化性狀，提高作物產量[3]。

粉煤灰含有多種植物所需的營養(yǎng)成分，如鎂、鉀、硼等，其顆粒大小不等、形狀不一，內有蜂窩狀結構[4]。粉煤灰施入土壤，可以明顯改善土壤結構，且能降低容重，增加孔隙度，提高地溫，縮小膨脹率，增強微生物活性，為土壤養(yǎng)分轉化、保濕保墑、水肥氣熱協(xié)調創(chuàng)造良好生態(tài)環(huán)境[5-6]。粉煤灰的物理性質與沙壤土相似，因此根據(jù)質地改良原則，施用適量的粉煤灰對黏土、沙土等均可起到改良作用，以改良黏土的效果為好。

施用有機肥能夠為農作物提供比較全面的養(yǎng)分，保持土壤中微量元素平衡，促進微生物繁殖，降低重金屬污染風險，維持和提高地力進而增加產量。有研究表明，有機肥氮代替50%化肥氮可促進作物氮吸收及氮轉移，有機肥+無機肥+菌肥可顯著提高土壤硝態(tài)氮含量[7-8]。

單一添加改良材料改善土壤質量的方法歷史比較悠久，并取得不少成果，但可能帶來理化生性質不平衡的問題，不同改良材料造成不同程度的負面影響，因此，采用改良材料配合施用正成為研究熱點。國內關于有機肥、粉煤灰、熟化劑對不同地區(qū)、不同類型土壤氮素硝化作用影響的研究較多[9-10]，但是針對宅基地復墾土壤，不同改良材料單施與配合施用的情況下，硝態(tài)氮變化情況的研究較為少見。本試驗以宅基地復墾1年的重建土壤為供試對象，通過田間試驗研究不同改良材料對土壤硝態(tài)氮的影響機制，結合作物產量分析復墾土壤的肥力提升技術，以期為宅基地復墾土壤熟化方法及農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗設置于陜西省渭南市富平縣杜村鎮(zhèn)褚源村。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤氣候，年平均降水量472.97 mm，7—9月降水量占全年降水量49%，年蒸發(fā)量為1 000～1 300 mm，無霜期225 d，年平均氣溫13.40 ℃，夏季最高氣溫41. 80 ℃，冬季最低氣溫-22 ℃，年光能輻射總量518.6 ～535.0 kJ/cm2。

1.2 試驗設計

試驗于2015年6月開始，為模擬項目實施區(qū)廢棄宅基地整治還田的土地狀況，試驗小區(qū)規(guī)格為2 m×2 m，在原位試驗土壤向下挖掘30 cm的基礎上，回填厚度為30 cm的生土，容重控制在1.5～1.6 g/cm3，試驗所用生土是來自澄城縣浴子河村廢棄宅基地拆舊土。

將改良材料均勻施在地表，人工混合均勻。陜西山地丘陵地區(qū)空心村多為堿性土壤（pH值一般在8.4～8.7之間），選擇施用主要成分為硫酸亞鐵的熟化劑，當?shù)赜休^多工廠，粉煤灰來源較為方便。試驗改良材料選用有機肥、熟化劑和粉煤灰，采用單一和兩兩交叉混合的方式，設計出7組試驗，且每組試驗重復3次，試驗設計見表1。

試驗小區(qū)于2015年10月20日種植冬小麥，品種為小偃22，播種量105 kg/hm2，根據(jù)播前土壤養(yǎng)分含量，播種時施磷酸二銨750 kg/hm2、尿素600 kg/hm2。

1.3 樣品采集與處理

于2015年11月13日、2015年12月22日和2016年3月11日在各試驗小區(qū)進行樣品采集，0～105 cm土層分層取土，每隔15 cm采集1個土樣，采用3點混合的方法， 將混合

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel對數(shù)據(jù)、圖表進行處理，采用SPSS（PASW Statistics 18）統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，LSD法進行多重比較。endprint

2 結果與討論

2.1 不同改良材料硝態(tài)氮垂直剖面分布

以第一季冬小麥生長季硝態(tài)氮分布為例，分析不同改良材料下硝態(tài)氮垂直剖面分布。由圖1可以看出，土壤垂直方向30 cm深度處為各處理硝態(tài)氮含量變化轉折點。

2015年11月13日，施肥過后24 d，各處理硝態(tài)氮沿深度方向呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，在30 cm處產生峰值，且上層差異最大，隨著土壤深度的增加其差異逐漸降低。0～15 cm 土層，硝態(tài)氮含量TSF>TSC>TS>T0>TFC>TF>TC；15～30 cm土層，硝態(tài)氮含量TSF>TSC> T0>TFC，TSF硝態(tài)氮含量46.32 mg/kg，TS、TF、TC與T0硝態(tài)氮含量差異不大。說明在小麥生育早期添加熟化劑+有機肥和熟化劑+粉煤灰較單施改良材料能夠促進表層撒施氮肥轉化為硝態(tài)氮，這是因為熟化劑和有機肥相互配合使土壤結構疏松，加速微生物新陳代謝活動，有利于硝態(tài)氮快速轉化[5，8]，有機肥能活化土壤中潛在養(yǎng)分，能極大地提高土壤生物多樣性和土壤生物學活性[11]，氮素固持在微生物體內免遭流失。30～105 cm 土層各處理間硝態(tài)氮含量除TSF處理硝態(tài)氮含量較高外，其他處理均較低，且各處理間差異不大。

2015年12月22日，施肥過后63 d，0～15 cm土層各處理間硝態(tài)氮含量無顯著差異，與苗期測定結果相比，15～30 cm 土層，TSF、TSC與T0硝態(tài)氮含量無顯著增加，TC、TS、TF硝態(tài)氮含量有明顯提升，這可能是由于12月初降雨將表層硝態(tài)氮向下沖洗，復合改良材料較單一改良材料土壤保水效果好，硝態(tài)氮運移量較小。土壤垂直剖面上TF與TSF硝態(tài)氮含量分布總體表現(xiàn)出4個分區(qū)（即硝態(tài)氮增大區(qū)、硝態(tài)氮減小區(qū)、硝態(tài)氮二次增大區(qū)、硝態(tài)氮二次減小區(qū)），呈現(xiàn)出“S”形分布曲線，土壤剖面上層硝態(tài)氮集中分布區(qū)減小，在土壤剖面深層出現(xiàn)一個相對較小的硝態(tài)氮二次集中分布區(qū)[12-13]。TF累積峰分別出現(xiàn)在30 cm土層和75 cm土層，且TF較TSF“S”曲線靠右， 說明單施有機肥較施用熟化劑 +有

機肥易導致硝態(tài)氮向土壤深層運移。由于粉煤灰顆粒級配與土壤存在顯著差異，即表層土與充填基質的孔隙差別大，而顆粒本身具有強吸附能力[14]，保水能力強，故TC處理30 cm以下土層沿深度方向硝態(tài)氮含量逐漸減少。

2016年3月11日，施肥過后143 d，小麥處于拔節(jié)期，對土壤水分和氮素的需求量巨大。0～15 cm土層硝態(tài)氮含量與越冬前土壤硝態(tài)氮含量差異不大，而15～30 cm土層硝態(tài)氮含量大幅度降低，平均含量由40.42 mg/kg降低至 10.56 mg/kg，這是因為小麥分蘗后根系集中分布在30 cm及以上土層，受土壤蒸發(fā)和作物吸收的影響，部分硝態(tài)氮在毛細管力作用下隨水分向表層遷移，部分硝態(tài)氮滿足作物對氮素的需求。T0、TS、TSC在45 cm土層處產生累積峰，TC、TFC在60 cm土層處產生累積峰，TF、TSF硝態(tài)氮累積峰降低至90～105 cm，峰值位置下移，說明添加熟化劑較添加粉煤灰較添加有機肥易導致硝態(tài)氮向深層運移，減少土壤對作物后期的氮供應能力。這種現(xiàn)象在不發(fā)生大型降雨與大量灌水條件下，累積至土壤深層的硝態(tài)氮可以作為下一季作物氮素利用的后備資源，如果發(fā)生較大降雨灌溉，這些硝態(tài)氮向更深層次遷移，淋失至根系以外成為作物不可利用氮，也成為土壤氮素污染源[15]。

2.2 不同改良材料0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量

硝態(tài)氮累積總量表征土壤可被作物利用的氮素數(shù)量[16]。土壤0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量反映了土壤耕作層對作物的供氮能力，以2015年冬小麥生長季0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量為例，分析不同改良材料下土壤硝態(tài)氮累積與變化情況，結果見圖2。

苗期，0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量TSF處理最高，累積量為138.61 mg/kg。單施改良材料TC、TF、TS處理與T0無顯著差異，復合改良材料TSF >TSC> TFC，且TFC、TSC與T0存在顯著差異，TSF和TSC分別較T0高出59.3 mg/kg和19.05 mg/kg。說明熟化劑+有機肥處理在小麥生長初期耕作層能夠儲備較多的硝態(tài)氮，為后期小麥生長提供氮素。

越冬期0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量單施改良材料TF、TS、TC較T0分別提高了36%、29%、21%，復合改良材料TSF、TSC、TFC較T0分別提高38%、18%、10%，TSF累積量最高，為118.78 mg/kg。說明隨著時間的推移施用單一改良材料土壤較施用復合改良材料土壤硝態(tài)氮累積效應提升更快。

拔節(jié)期0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量較越冬期急劇減少，與越冬期硝態(tài)氮累積量相比，單施改良材料處理平均減少73.04 mg/kg，施用復合改良材料處理平均減少 63.29 mg/kg。TF、TSF處理與T0存在顯著性差異，其他處理無顯著性差異。說明改良材料中有機肥對0～30 cm土層硝態(tài)氮累積沒有顯著效果。

2.3 不同改良材料對冬小麥產量的影響

改良材料中含有豐富的植物必需或有益的礦質營養(yǎng)，不僅改變土壤理化性質，還為作物提供生長所需的營養(yǎng)元素，能夠刺激或促進作物生長，其改良結果最終體現(xiàn)在作物產量上。本研究施用不同配方的土壤改良材料不同程度上提高了作物產量。不同改良材料對冬小麥產量及其構成因素的影響見表2。

無改良措施的對照小麥產量最低，僅4 269 kg/hm2。施用有機肥+熟化劑能夠顯著提升小麥產量，TSF較T0增產 1 413 kg/hm2，較其他改良材料處理產量提高了14%～28%。單施改良材料時，產量TF>TS>TC，施用復合改良材料時，產量TSF>TFC>TSC，可見有機肥和熟化劑在生土熟化過程中對小麥增產有重要作用。此外，單施粉煤灰與施用熟化劑+粉煤灰處理小麥產量差異較小，說明粉煤灰在土壤熟化過程中對小麥增產作用不大。endprint

2.4 硝態(tài)氮累積量與小麥產量的關系

在其他條件相對一致情況下，硝態(tài)氮累積量可以表征土壤的供氮水平，硝態(tài)氮累積量高者，冬小麥產量必高，硝態(tài)氮累積量與產量存在顯著的正相關關系。為驗證此結論，確定不同土層深度硝態(tài)氮對冬小麥產量的貢獻，計算了0～30 cm、0～75 cm、0～105 cm土層的硝態(tài)氮累積量，擬合了冬小麥收獲后不同土層深度硝態(tài)氮累積量與產量的關系，結果見表3。

表3 不同土層深度硝態(tài)氮累積量與產量及其組成的相關系數(shù)

產量及組成生育期0～30 cm0～75 cm0～105 cm穗數(shù)苗期0.2810.4280.444越冬期0.7430.7270.812* 拔節(jié)期0.5340.6920.864* 穗粒數(shù)苗期0.680.4830.472 越冬期0.262-0.262-0.060 拔節(jié)期0.229-0.505-0.097 千粒質量苗期-0.293-0.201-0.221 越冬期-0.052-0.147-0.018 拔節(jié)期-0.24-0.552-0.410 產量苗期0.6870.6610.672 越冬期0.6980.3640.577 拔節(jié)期0.6040.4210.734

各層次硝態(tài)氮累積量與冬小麥穗數(shù)有一定的正相關關系，在小麥生長后期0～105 cm土層呈現(xiàn)顯著正相關，隨著生育期的進展，相關系數(shù)先增大后減小。淺層硝態(tài)氮累積量與穗粒數(shù)呈正相關，深層硝態(tài)氮累積量與穗粒數(shù)在生長后期呈負相關，0～105 cm土層在越冬期和拔節(jié)期無線性相關關系。各層次硝態(tài)氮累積量與千粒質量呈負相關，相關性較弱，隨著生育期的進展，相關系數(shù)先減小后增大。各層次硝態(tài)氮累積量與產量呈正相關，隨著深度的增加，相關系數(shù)先減小后增大。這表明硝態(tài)氮累積量大的土層能提供更豐富的氮素，對小麥產量貢獻大，但并不是整個生育期都能夠利用全部的氮素，相對而言，苗期0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量對產量及其組成影響最大。

3 結論

施用熟化劑+有機肥和熟化劑+粉煤灰較單施改良材料能夠促進表層撒施氮肥轉化為硝態(tài)氮。施有機肥易導致硝態(tài)氮向土壤深層運移，而施粉煤灰則會減弱這一過程。

施用熟化劑+有機肥在小麥生長初期耕作層能夠儲備較多的硝態(tài)氮，為后期小麥生長提供氮素。隨著時間的推移，施用單一改良材料土壤較施用復合改良材料土壤硝態(tài)氮累積效應更為明顯。

施用有機肥和熟化劑在復墾生土熟化過程中對小麥增產有重要作用，有機肥能有效減少小麥空稈率，提高成穗數(shù)，粉煤灰在土壤熟化過程中對小麥增產作用不大，施用熟化劑+有機肥是宅基地復墾土壤熟化較為優(yōu)良的改良方法。

硝態(tài)氮累積量與冬小麥穗數(shù)有一定的正相關關系；與千粒質量呈負相關，相關性較弱；與產量呈正相關，隨著深度的增加，在0～75 cm、0～105 cm土層相關系數(shù)先減小后增大。

參考文獻：

[1]黃耀華，王 侃，蘇婷婷，等. 重慶農村土墻型復墾宅基地土壤肥力特征及改造利用研究[J]. 西南大學學報（自然科學版），2015，37（1）：33-39.

[2]常 勃，李建華，盧朝東，等. 微生物復墾技術在礦區(qū)生態(tài)重建中的應用[J]. 山西農業(yè)科學，2012，40（10）：1071-1074.

[3]柳燕蘭，郭賢仕，姜小風，等. 不同配方土壤熟化調理劑對新修梯田土壤改良效果的影響[J]. 干旱地區(qū)農業(yè)研究，2016，34（4）：139-145.

[4]汪海珍，徐建民，謝正苗，等. 粉煤灰對土壤和作物生長的影響[J]. 土壤與環(huán)境，1999，8（4）：305-308.

[5]趙 亮，唐澤軍，劉 芳. 粉煤灰改良沙質土壤水分物理性質的室內試驗[J]. 環(huán)境科學學報，2009，29（9）：1951-1957.

[6]趙挺潔，白耀東. 粉煤灰在改良土壤中的應用研究[J]. 環(huán)境與發(fā)展，2011（11）：139-140.

[7]謝 軍，趙亞南，陳軒敬，等. 有機肥氮替代化肥氮提高玉米產量和氮素吸收利用效率[J]. 中國農業(yè)科學，2016，49（20）：3934-3943.

[8]梁利寶，閆 峰，許劍敏. 不同培肥處理對采煤塌陷區(qū)復墾土壤氮素形態(tài)的影響[J]. 水土保持學報，2016，30（1）：262-266.

[9]閆俊杰，喬 木，田長彥，等. 不同培肥方式對伊犁新墾區(qū)淡灰鈣土的熟化效果[J]. 干旱區(qū)研究，2013，30（1）：29-34.

[10]高亞軍，李 云，李生秀，等. 旱地小麥不同栽培條件對土壤硝態(tài)氮殘留的影響[J]. 生態(tài)學報，2005，25（11）：2901-2910.

[11]鄒原東，范繼紅. 有機肥施用對土壤肥力影響的研究進展[J]. 中國農學通報，2013，29（3）：12-16.

[12]王春陽，周建斌，鄭險峰，等. 不同栽培模式對小麥—玉米輪作體系土壤硝態(tài)氮殘留的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2007，13（6）：991-997.

[13]費良軍，韓雪冬，賈麗華，等. 膜孔灌對玉米不同生育期農田土壤硝態(tài)氮運移的影響[J]. 沈陽農業(yè)大學學報，2008，39（5）：598-602.

[14]段喜明，吳普特，王春紅，等. 人工降雨條件下施加粉煤灰對耕作土壤結構和水土流失的影響研究[J]. 農業(yè)工程學報，2006，22（8）：50-53.

[15]俄勝哲，黃 濤，王亞男，等. 渭河上游地區(qū)溫室菜地土壤肥力演變特征研究[J]. 干旱地區(qū)農業(yè)研究，2016，34（5）：205-209.

[16]苗艷芳，李生秀，扶艷艷，等. 旱地土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮累積特征及其與小麥產量的關系[J]. 應用生態(tài)學報，2014，25（4）：1013-1021. 蔡海生，陳拾嬌，金 偉，等. 農村土地流轉管理服務體系發(fā)展現(xiàn)狀與對策——基于江西省7縣農村調研分析[J]. 江蘇農業(yè)科學，2017，45（19）：306-311.endprint