不同施肥處理對紅壤坡耕地土壤團聚體的影響

楊蒼玲 李成學 楊鴻 付星基 趙燚柯 余建新

摘要：通過2年小區(qū)試驗，研究了不施肥、單施化肥、單施有機肥、有機肥與化肥配施4種施肥處理對土壤團聚體的影響。結(jié)果表明，與對照相比，單施化肥、單施有機肥和有機肥與化肥配施土壤體積質(zhì)量分別降低了1.69%、3.39%、6.78%;土壤有機質(zhì)含量分別增加2.14%、14.97%、19.25%;>0.25 mm機械穩(wěn)定性團聚體的含量分別顯著提高了10%、11.17%、17.86%（P<0.05）。不同施肥處理>0.25 mm水穩(wěn)定性團聚體的含量無顯著差異;而有機肥與化肥配施處理含量最高;有機肥與化肥配施處理的土壤團聚體平均重量直徑（MWD）、土壤團聚體幾何平均直徑（GMD）的值最大;單施化肥團聚體破壞率最高，有機肥與化肥配施處理團聚體破壞率最低。說明有機肥與化肥配施可以降低土壤體積質(zhì)量，能有效提高土壤有機質(zhì)、機械穩(wěn)定性團聚體、水穩(wěn)性團聚體的含量，改善土壤團聚體的團聚度和穩(wěn)定性，對提升耕地質(zhì)量有較好的作用。

關鍵詞：有機肥;土壤體積質(zhì)量;土壤有機質(zhì);機械穩(wěn)定性團聚體;水穩(wěn)性團聚體

中圖分類號： S156.6? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）05-0256-04

收稿日期：2018-07-16

基金項目：國土資源部公益性行業(yè)科研專項（編號：201511003-3）。

作者簡介：楊蒼玲（1993—），女，云南大理人，碩士研究生，主要從事土地資源利用與環(huán)境保護的研究。E-mail：1043373784@qq.com。

通信作者：李成學，碩士，講師，主要從事土地資源管理、肥料與植物營養(yǎng)等方面的研究。E-mail：li_chx0309@ynau.edu.cn。

土壤團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，同時也是土壤有機質(zhì)保持的場所，是土壤肥力的物質(zhì)基礎[1]，對協(xié)調(diào)土壤中的水肥氣熱、穩(wěn)定土壤疏松熟化層均有著重要作用，決定著土壤的性質(zhì)和肥力[2]。維持土壤功能需要具備良好的土壤結(jié)構(gòu)，土壤結(jié)構(gòu)是由無數(shù)土壤團聚體構(gòu)成的，通常依據(jù)>0.25 mm土壤團聚體的數(shù)量、平均質(zhì)量直徑和幾何平均直徑等指標，來判斷土壤團聚體的大小和穩(wěn)定性[3-4]。增加土壤有機質(zhì)的含量，能顯著降低土壤體積質(zhì)量，改善土壤通氣狀況，提高土壤團聚體穩(wěn)定性[5-6]。施用有機肥對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很好的作用，可為農(nóng)作物提供全面的營養(yǎng)元素，提高土壤有機質(zhì)含量[7]，而土壤有機質(zhì)能提供作物所需的養(yǎng)分，改善土壤肥力。

云南省是典型的山區(qū)省份，全省94%的土地是山地和高原[8]，總面積642.13萬hm2。坡度為6°～25°的耕地稱為坡耕地，云南省的坡耕地有412.93萬hm2，其中坡度25°以上的陡坡耕地就有75.53萬hm2[9]。紅壤是云南省主要的土壤類型，其面積有183.89萬hm2，占全省耕地面積的30.28%，由于紅壤中黏粒、氧化鐵、鋁含量均較高，而有機質(zhì)含量較低，故其不利于土壤的團聚作用。而長期大量施用化肥造成了農(nóng)田土壤板結(jié)，有機質(zhì)含量降低，致使土壤結(jié)構(gòu)破壞，生產(chǎn)力下降[10]，最終影響團聚體的形成、土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和土壤肥力。因此，水土流失、土壤結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、土壤肥力衰退是云南紅壤坡耕地最為嚴重的特性，紅壤坡耕地改良治理對云南山地資源的可持續(xù)利用十分重要。崔榮美等研究表明，施用有機肥能提高粒徑>0.25 mm的機械穩(wěn)定性團聚體和水穩(wěn)定性團聚體的含量，對改良土壤結(jié)構(gòu)有良好的作用，良好的土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性還能防風蝕、水蝕，利于水土保持[11-12]。錢婧等的研究表明，紅壤坡面大團聚體越穩(wěn)定，坡面土壤的粗化過程越不易形成[13]。姜燦爛等研究發(fā)現(xiàn)，對旱地紅壤配施有機無機肥可增加土壤有機質(zhì)含量，有利于紅壤旱地土壤大團聚體的形成，改善土壤團聚體結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性[14]。但關于不同施肥對紅壤坡耕地土壤團聚體組成和穩(wěn)定性影響的研究鮮少。因此，本試驗分析化肥、有機肥不同施肥方式對土壤團聚體組成及穩(wěn)定性的影響，以期為快速提升紅壤坡地耕地質(zhì)量，緩解水土流失，改善土壤結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗設在云南省曲靖市馬龍縣舊縣街道花龍?zhí)兜那鹆昃徠碌兀?5°21′N，103°22′E，海拔1 885 m，屬于低緯度高原季風氣候，具有冬無嚴寒、夏無酷暑、干冷同期、雨熱同季的特點。年平均氣溫13.6 ℃，多年平均降水量1 001.8 mm，年均日照2 158 h，年均相對濕度75%，年均無霜期247 d。土壤類型為厚層山巖紅壤，土壤質(zhì)地為沙壤土，地形為緩坡丘陵。0～20 cm 土壤理化性狀：有機質(zhì)含量1.77%，全氮含量 0.47 g/kg，全磷含量0.38 g/kg，速效鉀含量65.45 mg/kg，pH值為5.1。

1.2 試驗材料

供試作物：玉米，品種為雙玉88。

供試肥料：尿素（含46.4% N）、普鈣（含14% P2O5）、硫酸鉀（含25% K2O）、羊糞。

1.3 試驗設計

于2016年4月開始試驗，設4個處理：不施肥（CK），單施化肥（氮、磷、鉀肥）（C），施羊糞（OS），化肥（氮、磷、鉀 肥）+ 羊糞（COS）。采用完全隨機設計，每個處理設3次重復，共計12個小區(qū)。每個小區(qū)的面積為4 m×4 m=16 m2，在小區(qū)的四周設置保護行。所有肥料均作底肥一次性施入，各處理肥料用量見表1。

1.4 測定項目與方法

采用五點法取樣，土壤采樣深度為0～20 cm，將每個小區(qū)采集的土樣去除根系、雜草、土壤動物、石塊等雜質(zhì)后自然剝離為1 cm3左右的小塊，混勻，置于室內(nèi)通風處晾干待測定。采用環(huán)刀法測定土壤體積質(zhì)量，采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)含量，采用干篩法[15]測定機械穩(wěn)定性團聚體含量，采用濕篩法[15]測定土壤水穩(wěn)性團聚體含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

土壤團聚體平均重量直徑（MWD）計算方法如下：

式中：ri為第i個篩子的孔徑，mm，r0=ri，rn=rr+1;Wi為第i個篩子上土壤水穩(wěn)性團聚體的干質(zhì)量占總團聚體的比例，%;n為篩子的數(shù)量（n=5）。

土壤團聚體幾何平均直徑（GMD）計算方法如下：

式中：Wi為第i個篩子上各粒級土壤水穩(wěn)性顆粒的干質(zhì)量，g;lnRi為相鄰兩級土壤水穩(wěn)性團聚體平均直徑的自然對數(shù)（以e為底的自然對數(shù)，e=2.718 281 828），n為用于濕篩的篩子數(shù)量，n=5。

土壤團聚體破壞率（PAD0.25）計算方法如下：

式中：PAD0.25為團聚體的破壞率，%;DR0.25為粒徑>0.25 mm機械穩(wěn)定性團聚體含量，%;WR0.25為水穩(wěn)性團聚體含量，%。

采用Excel 2013、SPSS 17.0對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用單因子方差分析（one-way AVOVA）和最小顯著差數(shù)法（LSD）對不同處理間土壤團聚體含量進行差異顯著性檢驗（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤體積質(zhì)量的影響

土壤體積質(zhì)量是反映土壤質(zhì)量的重要指標。由圖1可知，C、OS、COS的土壤體積質(zhì)量比CK分別降低了1.69%、3.39%、6.78%;OS較C降低1.72%;COS較OS土壤體積質(zhì)量降低了3.51%。說明施用有機肥能夠降低土壤體積質(zhì)量，增加土壤孔隙，改善土壤結(jié)構(gòu)，合理配施對土壤體積質(zhì)量影響較大。

2.2 不同施肥處理對土壤有機質(zhì)含量的影響

由圖2可知，連續(xù)2年不同施肥處理中，與CK對照相

比，不同施肥處理的有機質(zhì)含量都有提高，其中，C、OS、COS的有機質(zhì)含量分別提高了2.14%、14.97%、19.25%，其中COS處理與CK和C差異顯著。說明有機肥能顯著提高土壤有機質(zhì)的含量，而化肥的施用不利于有機質(zhì)的積累。

2.3 不同施肥處理對土壤機械穩(wěn)定性團聚體組成的影響

機械穩(wěn)定性團聚體是能夠抵抗外力破壞的團聚體，常用干篩后團聚體的組成量來反映。一般將粒徑>0.25 mm的團聚體稱為大團聚體，大團聚體含量越高說明土壤團聚體結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[16]。

由表1可知，連續(xù)2年不同施肥處理中，各處理 >0.25 mm 機械穩(wěn)定性團聚體含量表現(xiàn)為COS>OS>C>CK;其中，C、OS、COS機械穩(wěn)定性團聚體的含量比CK分別顯著提高了10.00%、11.17%、17.86%（P<0.05）;各處理的機械團聚體含量主要分布在粒徑為2～10 mm。對于粒徑為 0.5～1 mm的機械團聚體含量，處理COS比CK顯著提高了43.06%;對于<0.25 mm微團聚體含量，COS處理與其他處理均差異顯著。由此可見，有機肥更有利于促進大團聚體的形成，減少不穩(wěn)定微團聚體含量，改善土壤團粒結(jié)構(gòu)，提高土壤穩(wěn)定性。

2.4 不同施肥處理對水穩(wěn)定性團聚體組成的影響

水穩(wěn)性團聚體是指能經(jīng)受水的浸泡、沖洗而不易分散的、粒徑>0.25 mm的土壤團粒。土壤團聚體的水穩(wěn)性以及水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量、質(zhì)量決定了土壤的抗侵蝕能力和土壤肥力[17-18]。

由表2可知，連續(xù)2年不同施肥處理中，對于>0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體含量，C、OS、COS處理比CK分別提高了 0.38%、3.29%、5.36%，可能由于團聚體的形成需要積累各處理差異不顯著，COS處理略微有優(yōu)勢;對于0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量，C、OS、COS處理比CK分別提高了 12.06%、40.49%、47.38%;對于0.25～0.5 mm水穩(wěn)性團聚體含量，COS比OS顯著提高了24.00%。綜上所述，有機肥與化肥配施能提高粒徑>0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體的含量，對不同粒徑水穩(wěn)性團聚體均有較好團聚作用。

2.5 不同施肥處理對團聚體分布及穩(wěn)定性的影響

土壤團聚體平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）是反映土壤團聚體穩(wěn)定性常用指標。MWD和GMD值越大表示團聚體的穩(wěn)定性越高[19-20]。

由表3可知，連續(xù)2年不同施肥處理中，0～20 cm土層不同處理干篩的MWD、GMD值均高于濕篩。干篩時，COS處理的MWD值較CK顯著提高了14.47%;各處理GMD值均無顯著差異，COS處理GMD值最高。濕篩時，各處理的MWD值均無顯著差異，COS處理較CK增幅最大，提高了 29.29%;COS處理GMD值比CK顯著提高了300.00%。無論干篩還是濕篩，C和OS處理的MWD、GMD值均很接近?？傊?，各處理與對照相比，能改善土壤團聚度、增強土壤穩(wěn)定性，其中有機肥與化肥配施效果較好。

2.6 不同施肥處理對團聚體破壞率的影響

團聚體破壞率（PAD0.25）表示經(jīng)過干濕篩后，粒徑 >0.25 mm 的土壤團聚體的比率，其值越小表明土壤團聚體破壞率越小[21]。由圖3可以看出，CK、C、OS、COS處理團聚體破壞率差異不顯著，C處理PAD0.25比CK提高了15.34%，COS處理PAD0.25比CK降低了1.56%，而OS處理PAD0.25較CK差異不大。由此可以得出，單施化肥使土壤團聚體的水穩(wěn)定變差，從而破壞團聚體的聚集，有機肥與化肥配施會降低對團聚體的破壞程度，有利于團聚體的聚集。

3 討論與結(jié)論

良好的土壤團聚體結(jié)構(gòu)是土壤肥力的物質(zhì)基礎，能夠保

證和協(xié)調(diào)土壤中的水肥氣熱，粒徑>0.25 mm土壤團聚體含量是土壤肥沃的標志之一[22]。而影響土壤團聚體含量和穩(wěn)定性的內(nèi)在因素是形成土壤團聚體的有機膠結(jié)物質(zhì)，土壤團聚體的主要膠結(jié)劑是有機質(zhì)[23]。余坤等利用氨化秸稈還田處理能改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤體積質(zhì)量，提高>0.25 mm土壤團聚體含量，改善土壤的物理性質(zhì)[24];彭新華等對侵蝕裸地研究發(fā)現(xiàn)，植被恢復和高量施用有機肥可提高土壤有機質(zhì)含量，并可明顯地促進土壤團聚體的形成及其穩(wěn)定性的提高，其原理都是通過增加腐殖質(zhì)含量提高有機質(zhì)含量，改善團聚體數(shù)量和性質(zhì)[25]。本試驗通過小區(qū)試驗得到的結(jié)論與之相似，即有機肥與化肥配施能有效降低土壤體積質(zhì)量，顯著提高土壤有機質(zhì)和粒徑>0.25 mm機械穩(wěn)定性團聚體的含量;而粒徑<0.25mm的不穩(wěn)定性團聚體與對照相比顯著減少。由此可推斷，有機肥與化肥合理配施有利于大團聚體的形成，增加有機質(zhì)的含量，改善土壤結(jié)構(gòu)。

粒徑>0.25 mm水穩(wěn)定性團粒含量的高低能夠反映土壤抵抗水蝕的能力和土壤結(jié)構(gòu)的好壞。本試驗結(jié)果表明，各處理水穩(wěn)性團聚體含量差異不顯著，這可能是由于團聚體發(fā)生團聚需要一個漫長的過程。在所有處理中，COS>0.25 mm水穩(wěn)定性團粒含量最高，說明有機肥與化肥配施處理較好地促進水穩(wěn)性團聚體的形成，提高土壤穩(wěn)定性，有利于緩解坡耕地發(fā)生水土流失。

平均重量直徑（MWD）是各級團聚體的綜合指標，其值隨著大粒級團聚體含量的增加而增大，其值越大，說明團聚體穩(wěn)定性越好。幾何平均直徑（GMD）是對團聚體在主要粒級分布的描述，其值越大，團聚體含量在大粒級上的分布越多，孔隙度則越好[26]。本試驗結(jié)果表明，所有處理中，無論干篩還是濕篩，有機肥與化肥配施的處理（COS）的MWD、GMD的值均最大，說明有機肥與化肥配施有利于降低團聚體破壞率，提高團聚體的穩(wěn)定性，改善土壤抗蝕性。本試驗持續(xù)2年，各處理對土壤體積質(zhì)量、水穩(wěn)性團聚體、MWD、GMD、團聚體破壞率的影響還不明顯;試驗結(jié)果與趙紅等的結(jié)論[16]不一致，這可能是由有機肥、土壤類型等其他因素不同造成的。而土壤團聚體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的改善需要長期試驗，后期有待研究不同土層厚度的團聚體對坡耕地土壤穩(wěn)定性的影響，并優(yōu)化配施方案。

單施有機肥和化肥處理對改善土壤體積質(zhì)量和土壤有機質(zhì)的含量有所作用，而有機肥與化肥配施可以降低紅壤土壤體積質(zhì)量，顯著增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，改善紅壤土壤質(zhì)量。有機肥與化肥配施處理中 >0.25 mm 機械穩(wěn)定性團聚體的含量分別比對照、單施化肥處理高17.86%、7.15%，且差異顯著;其<0.25 mm微團聚體含量顯著低于其他施肥方式的處理。不同施肥處理中 >0.25 mm 水穩(wěn)定性團聚體的含量無顯著差異，其中有機肥與化肥配施處理含量最高。干篩情況下，有機肥與化肥配施處理MWD、GMD值最大;濕篩情況下，不同施肥處理MWD值無顯著差異，有機肥與化肥配施處理GMD的值比對照顯著提高了300%。單施化肥處理的PAD0.25較對照提高了 15.34%，有機肥與化肥配施處理PAD0.25較對照降低了 1.56%。

綜上所述，有機肥與化肥配施可以降低土壤體積質(zhì)量，顯著增加土壤有機質(zhì)含量，提高>0.25 mm機械穩(wěn)定性團聚體和水穩(wěn)性團聚體的含量，提高了紅壤土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以緩解坡耕地水土流失，土壤退化的現(xiàn)象。

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