有機無機肥配施對科爾沁沙地襯膜稻田沙土理化特性的影響

宋桂云，王 云，范 富，張慶國，侯迷紅，孫德智，薩如拉

(內蒙古民族大學農學院， 內蒙古 通遼 028042)

科爾沁沙地地處北方典型的農牧交錯區，是典型的生態脆弱帶，對全球變化的影響很大[1-2]。隨著人類活動強度的增加和范圍的擴大，造成北方地區農牧交錯帶逐漸北移，大面積土地利用方式的改變和地表植被覆蓋的減少，使得以風沙活動為主導外營力的沙漠化過程得以發展[3-4]。近幾年，處于科爾沁沙地腹地的通遼市不斷探索沙地開發的新技術、新模式，把沙地襯膜水稻開發種植作為沙區少數民族地區保護生態環境，增加糧食產量，提高農牧民收入的重要舉措[5-6]。沙地襯膜種稻不僅從根本上解決了沙害和漏水漏肥的弊端，同時又是自然資源開發利用的新途徑，達到促進低濕沙地集約性農業生產發展的目的，對于促進我國沙地治理具有重要意義[7]。大面積的沙地開墾為農田后，對沙地土壤理化性質將有重要的影響[8-9]，在科爾沁沙地荒漠化治理與改善土壤質地方面，以往的研究多從林地和草地植被恢復角度展開[10-12]，而防止沙地襯膜稻田土壤沙化方面的研究鮮見報道。通過有機無機肥配施和采用免耕/保護性耕作，可以減少農田土壤 CO2凈排放量，起到穩定、增加土壤有機質的作用。有機無機肥配施下農田表土有機碳含量每年增加0.05～0.29 g·kg-1[13-15]。因此，如何在開墾和農業生產的同時，防止科爾沁沙地荒漠化擴大，成為當前亟待解決的問題。本文通過有機無機肥配施對科爾沁沙地土壤理化性質影響的研究，為科爾沁沙地的治理、土壤地力恢復，制定和防治沙漠化政策提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

土壤樣品采自內蒙古通遼市科爾沁左翼后旗海斯改蘇木和努爾谷臺鎮。科爾沁左翼后旗地處東經121°30′～123°42′，北緯42°40′～43°42′，位于科爾沁沙地腹地，是科爾沁沙地襯膜水稻的主要栽培地之一，有“沙稻之鄉”的美稱。該旗有流動和半流動沙丘64.13萬hm2，境內有大小河流11條，地處中溫帶亞濕潤邊緣地區，屬溫帶大陸性季風氣候。四季明顯，春季多風干燥，夏季炎熱多雨，秋季涼爽短促，冬季寒冷漫長。年平均氣溫5.8℃，≥10℃的年積溫為2 900℃～3 400℃，無霜期為130～150 d，年平均降水量為451.1 mm。

1.2 試驗設計及方法

1.2.1 土樣采集 試驗土樣于2014年收獲后，取未開墾沙地(襯膜前沙土)和有機無機肥配1年、5年、10年襯膜稻田沙土，5點梅花式取耕層土壤(0～20 cm)樣品1 kg左右帶回實驗室，保鮮或風干處理后，分別測定沙土機械組成、全氮、全磷、全鉀、銨態氮、硝態氮、有機質、速效磷、速效鉀和CEC等的含量。

1.2.2 試驗設計 試驗處理設：未開墾沙地(襯膜前沙土)為對照(CK)，襯膜1年(A1)、5年(A2)、10年(A3)稻田沙土，其中A1、A2和A3采用有機無機肥配施，施肥量及施肥方式為：氮肥折合成純氮為250 kg·hm-2，施氮模式“穩前、攻中、優后”(基肥∶蘗肥∶穗肥∶保花促粒肥=2.5∶3.5∶2∶2)；磷肥折合成P2O5為100 kg·hm-2，鉀肥折合成K2O為105 kg·hm-2，磷肥和鉀肥做基肥和拔節肥兩次施入，各占50%，有機肥施用量為15 000 kg·hm-2，有機肥為當地農民普遍用的糞肥(配料：羊糞+土雜物，其中N含量為0.48%，P2O5含量為0.51%，K2O含量為0.43%)，有機肥做基肥一次性施入，具體設計見表1。

表1 試驗設計方案

1.3 測定項目和分析方法

按常規方法分別測定土壤理化指標：容重的測定采用環刀一質量法；機械組成采用簡易比重計法；全氮采用半微量開氏法；全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；全鉀采用NaOH熔融-火焰光度法；銨態氮采用KCl浸提-蒸餾法；硝態氮采用酚二磺酸比色法；有機質采用重鉻酸鉀一外加熱法；速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提一鉬銻抗比色法；pH采用電位法(水∶土=5∶1)；速效鉀采用1 mol·L-1中性NH4OAc浸提一火焰光度法；CEC采用乙酸鈉一火焰光度法[16]。

1.4 數據分析

試驗所得數據用Excel 2003軟件和DPS 2003軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 有機無機肥配施對科爾沁沙地襯膜稻田沙土物理性質的影響

土壤容重和孔隙度是土壤的重要物理性質，影響到土壤孔隙大小的分配和土壤水、肥、氣、熱的協調[17]。由表2可知，隨著有機無機肥配施的時間延長，沙土容重下降，與CK相比，A1、A2和A3土壤容重分別下降了0.63%、3.17%和3.80%，CK和A1與A2和A3之間差異達到了極顯著水平(P<0.01)。土壤孔隙度的變化與容重相反，襯膜10年的稻田沙土孔隙度最大，達到46.64%，未開墾沙地土壤孔隙度最小，為43.23%。與CK相比，A1、A2和A3沙土孔隙度分別增加了2.15%、4.83%和7.89%。說明隨著有機無機肥配施時間延長，沙土容重減小，孔隙度增大，增強了土壤微生物的活動，有利于沙土中養分和有機物的轉化，為作物生長創造適宜的環境。另外，有機無機肥配施對沙土pH影響不大，襯膜10年沙的pH為8.39，比CK低0.05，各處理間差異未達到顯著水平(P>0.05)。

表2 有機無機肥配施對科爾沁沙地襯膜稻田沙土容重、孔隙度和pH的影響

注：“A，B，C，D”和“a，b，c，d”代表1%和5%水平的顯著差異，下同。

Note: “A, B, C, D” and “a, b, c, d” respectively show significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, the same as the following.

2.2 有機無機肥配施對科爾沁沙地襯膜稻田沙土機械組成的影響

根據國際制土壤質地分類標準，對科爾沁沙地襯膜稻田沙土各粒級土粒含量進行了分析(表3)，結果表明，CK、A1、A2及A3處理主要由粒徑為2～0.02 mm沙粒組成，0.02～0.002 mm的粉粒和<0.002 mm的粘粒含量相對較低。和CK相比，A1、A2和A3處理沙粒(2～0.02 mm)含量分別下降了1.33%、4.53%和7.72%，各處理間差異達顯著水平(P<0.05)；粉粒(0.02～0.002 mm)的含量分別上升了4.44%、11.32%和21.53%；粘粒的含量分別增加了0.28、1.08和1.76倍，粉粒和粘粒含量各處理間差異均達到極顯著水平(P<0.01)。隨著粉粒和粘粒的增多，沙土養分含量增加，沙土保水、保肥性提高，土壤抗侵蝕能力增強[14]，表明沙地襯膜種稻對于防風固沙起到一定作用。沙地增施有機肥，可以使沙土細化，在一定程度上可以改變沙土過“散”的特性。

2.3 有機無機肥配施對科爾沁沙地襯膜稻田沙土全量養分的影響

土壤全氮、全磷、全鉀是土壤肥力的一項重要指標，含量高低對土壤供肥力的影響較大。從表4可以看出，隨著有機無機肥配施的時間延長，襯膜稻田沙土中全氮、全磷、全鉀含量提高，且A3、A2與A1或CK之間差異達到極顯著水平(P<0.01)，CK和A1之間差異不顯著。有機無機肥配施10年后，沙土中全氮、全磷、全鉀由原來的0.48、0.50 g·kg-1和7.31 g·kg-1(CK處理)增加到0.89、0.56 g·kg-1和9.35 g·kg-1(A3處理)，即和CK相比，沙土中全氮、全磷和全鉀的含量分別增加了85.42%、12.00%和27.91%。表明隨著有機無機肥配施的時間延長，襯膜稻田沙土中全量養分含量增加，沙土的供肥能力增強。

表3 有機無機肥配施對科爾沁沙地襯膜稻田沙土機械組成的影響

2.4 有機無機肥配施對科爾沁沙地襯膜稻田沙土化學性質的影響

襯膜稻田沙土有機質A1、A2和A3含量比CK分別高0.12，2.23，4.06 g·kg-1，各處理之間達極顯著差異(P<0.01)(表5)。銨態氮A1、A2和A3含量分別比CK高0.74，1.86 mg·kg-1和3.21 mg·kg-1，各處理之間差異達到顯著水平(P<0.05)。由于施入稻田化肥中氮素養分以尿素和銨態氮為主，但是襯膜稻田大部分處于干濕交替的狀態，銨態氮硝化后轉化為硝態氮，所以襯膜稻田沙土中含有部分硝態氮。A1、A2和A3硝態氮含量分別比CK高0.25，5.11 mg·kg-1和9.21 mg·kg-1，各處理之間差異均達顯著水平(P<0.05)。沙地襯膜稻田沙土速效磷含量很低，各處理均低于5 mg·kg-1，屬于嚴重缺磷。隨著有機無機肥配施的時間延長，襯膜稻田沙土中速效磷含量增加，A1、A2和A3速效磷的含量分別比CK增加了7.19%，16.34%和71.90%，各處理差異達到極顯著水平(P<0.01)。沙地襯膜稻田A1、A2和A3處理速效鉀的含量比CK處理分別增加了2.49，8.28 mg·kg-1和16.30 mg·kg-1，各處理間差異達顯著水平(P<0.05)(表5)。土壤陽離子交換量是土壤供肥和保肥力的一項重要指標，其含量高低基本代表土壤可以吸收養分的數量。沙土陽離子交換量低，保水保肥性差。從表5中可以看出，隨著有機無機肥配施的時間延長，沙土陽離子交換量增加，A1、A2、A3處理CEC含量分別比CK高0.22、4.39和6.31 cmol(+)·kg-1，A3、A2與A1或CK處理間差異達到極顯著水平(P<0.01)，CK和A1之間差異不顯著。隨著沙土陽離子交換量的增加，沙土保肥性能增強，從而減輕沙土漏水、漏肥的特性。

表4 有機無機肥配施對科爾沁沙地襯膜稻田沙土全氮、全磷和全鉀的影響

表5 有機無機肥配施對科爾沁沙地襯膜稻田沙土化學特性的影響

3 討 論

沙土類特點是沙粒含量多，粉粒和粘粒含量少，機械組成粗，所以沙土大孔隙多小孔隙少，總孔隙度小；養分和有機質含量低，膠結物質貧乏，養分吸收性弱，保水保肥能力差，通透性強，易漏水、漏肥。科爾沁沙地襯膜稻田通常為免耕，行間插秧，所以作物殘茬分解、農家肥大量施入等導致沙土有機質含量增加。有機質的粘結力和粘著力都比沙土強，而比粘粒弱，施用有機肥可以克服沙土過沙的缺點；有機質還可以改善土壤結構狀況，使土壤松緊度、孔隙狀況、吸收性能都得到改善，從而提高土壤肥力[17-18]。另外，當地農牧民施用的農家肥通常為羊糞及墊圈物積制而成，而墊圈物為黏土或草木灰，所以當農家肥連年大量施入后，導致沙土中粉粒和粘粒的含量逐年增多。所以，沙地襯膜水稻的種植，在以施用無機肥為主的前提下，應該注重有機肥的施用，這樣既能保證水稻高產，又提高土壤肥力，逐步將沙土改良成更好的土壤。研究中發現，地膜有一定的壽命，隨著種植水稻時間延長，稻田保水能力明顯下降，襯膜當年稻田積水現象明顯，而三年后的稻田則幾乎無水可積。從長遠考慮，種植沙地襯膜水稻，是改良土壤、發展旱作水澆地的重要途徑之一[19-20]。

關于襯膜種稻對沙土理化性狀的影響報道很少。吳祥云等[21]指出，固林沙地開墾為農田后，在一定程度和范圍內會導致土壤養分含量特別是速效養分氮含量顯著降低，土壤顆粒的粗化(沙化)，且這種趨勢隨著開墾年限的增加而加重。趙哈林等[22]指出，通過合理的施肥和灌溉可以使科爾沁沙地農田中速效養分和有機質含量增加，增加土壤通透性，改善沙土性狀。劉仁濤等[23]進一步指出，科爾沁沙地對水澆農田實行保護性耕作和精細管理，有利于沙地土壤環境的改善和生態系統恢復。本研究發現，科爾沁沙土最初有機質含量為3.93 g·kg-1，CEC為3.14 cmol(+)·kg-1，沙土容重為1.58 g·cm-3，孔隙度為43.23%，采用有機無機肥配施10年后，有機質和CEC含量分別比CK增加了1.03倍和2.01倍，同時沙土容重降低3.80%，孔隙度增加7.89%，沙粒含量降低了7.72%，粉粒和粘粒的含量分別增加了21.53%和1.76倍。所以采用有機無機肥配施，提高了科爾沁沙地襯膜稻田沙土保水和保肥能力，有利于提高土壤質量，減輕沙地退化，為今后沙地旱作奠定堅實基礎，與趙哈林等的研究結果一致。總之，沙地襯膜水稻采用有機無機肥配施的方式有利于科爾沁沙地的改良和農業的可持續發展。

4 結 論

本研究發現，隨著有機無機肥配施的時間延長，沙土容重下降，孔隙度上升，粉粒和粘粒的含量增多，沙土物理性狀改善；同時沙土有機質和CEC含量增加，沙土保水、保肥及緩沖能力提高，土壤肥力增強。沙土表層氮、磷和鉀養分含量提高。同時粘粒礦物含量增多。總之，沙地襯膜水稻的開發和種植是適合于科爾沁沙地農業可持續發展的有效耕作措施，有利于沙漠化治理和沙地生態系統的改善。

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