不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)復墾土壤理化性質和油菜產(chǎn)量的影響

馮鵬艷，梁利寶，許劍敏

（山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，山西太谷030801）

采煤塌陷區(qū)復墾土壤養(yǎng)分含量低下，極大地限制了作物的生長，改善土壤理化性質、提高土壤養(yǎng)分含量尤為重要。施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中補充養(yǎng)分的重要措施之一[1-2]，包括化肥和有機肥。有關施肥對作物產(chǎn)量和土壤碳氮的影響，國內(nèi)外學者已經(jīng)做了大量研究，結果表明，施用有機肥和平衡施用化肥都能顯著提高作物產(chǎn)量、土壤有機碳含量、全氮等養(yǎng)分含量，有利于養(yǎng)分庫的恢復重建和土壤肥力質量的提升。化肥對土壤有機質含量的影響，主要通過根茬還田和根系分泌物來實現(xiàn)[3-6]；也有研究表明，長期施用化肥，土壤有機碳含量明顯下降[7-9]。施肥對華北地區(qū)采煤塌陷區(qū)復墾土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量影響的研究較多，關于比較幾種不同畜禽有機肥、無機肥對復墾土壤肥力影響和作物對養(yǎng)分的吸收效果的研究較為少見。

本試驗針對采煤塌陷區(qū)復墾土壤，研究施用無機肥和有機肥對復墾土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的影響，旨在為采煤塌陷區(qū)復墾土壤肥力提升、作物增產(chǎn)等提供理論依據(jù)和技術支持，找到有效的復墾模式。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

表1 供試土壤理化性質

供試土壤采自山西省長治市采煤塌陷區(qū)復墾土壤，其理化性質列于表1。供試油菜品種為上海青。供試無機肥選用過磷酸鈣（P2O516%）、KH2PO4（P2O522%）、K2HPO4（P2O513%），有機肥選用腐熟雞糞（N 1.61%、P2O51.31%、K2O 1.37%）、腐熟兔糞（N 0.85%、P2O50.8%、K2O 0.6%）和腐熟牛糞（N 1.46%、P2O50.34%、K2O 1.10%）。

1.2 試驗設計

本研究采用室內(nèi)油菜盆栽試驗，在山西省長治市采煤塌陷區(qū)采集復墾土壤，風干、過篩，備用，裝盆（15 cm×18 cm），每盆裝土2.5 kg。試驗采用隨機區(qū)組設計，3 種不同有機肥為：腐熟雞糞（CM）、腐熟兔糞（RM）、腐熟牛糞（BM）；3 種不同無機肥為：KH2PO4、K2HPO4、過磷酸鈣（SSP），均按照等磷量（100 mg/kg）原則施入，施肥量分別為：18.25，31.25，73.53，1.14，1.92，1.56 g/盆，另設1 個對照處理（不施肥），每個處理重復5 次，各種肥料均在播種前一次性施入。油菜在2018 年7 月15 日播種，8 月30 日成熟收獲，在油菜收獲期采集植物樣品和土壤樣品進行分析。

1.3 測定指標及方法

土壤pH 值采用pH 計測定；土壤有機質采用外加熱K2Cr2O7容量法測定[10]；土壤堿解氮采用堿解擴散法測定[10]；土壤速效鉀采用NH4OAC 浸提、火焰光度法測定[10]；植物全氮和土壤全氮采用凱氏定氮法測定[10]；土壤全磷和速效磷采用鉬銻抗比色法測定[10]；土壤全鉀采用NaOH 熔融、火焰光度法測定[10]；植物全磷采用H2SO4-H2O2消煮、釩鉬黃比色法測定[10]；植物全鉀采用火焰光度計法測定[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理用Excel 2010 和SPSS 22.0 軟件進行。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對復墾土壤理化性質的影響

2.1.1 不同施肥處理對復墾土壤堿解氮的影響從表2 可以看出，施用不同有機肥和無機肥后，復墾土壤中的堿解氮含量都有明顯提高。與CK 相比，CM、RM、BM、KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的復墾土壤堿解氮含量分別提高了75.71%，110%，164.3%，50%，40%，30%，均達到了顯著水平。各有機肥處理之間有顯著差異，表現(xiàn)為BM＞RM＞CM；有機肥比無機肥各處理的土壤堿解氮提高了35.16%～153.8%，且差異顯著；無機肥各處理之間無顯著差異。綜合表明，施用有機肥更能顯著增加復墾土壤堿解氮的含量，BM處理效果最顯著。

表2 施肥處理對復墾土壤速效養(yǎng)分含量影響 mg/kg

2.1.2 不同施肥處理對復墾土壤速效磷的影響由表2 可知，施用不同的有機肥和無機肥都可以顯著增加土壤的速效磷含量，與CK 相比，有機肥增幅為132.7%～257.4%，其中，CM 處理與CK 間未達顯著水平；無機肥增幅為113.1%～141.1%，差異顯著。有機肥中，RM處理的復墾土壤速效磷含量分別是CM 和BM 處理的1.54 倍和1.1 倍；無機肥各處理之間差異不顯著。有機肥與無機肥處理相比，有機肥中RM 和BM 處理的速效磷含量比無機肥處理增加了52.97%～67.68%，達到了顯著水平。所以，有機肥對于提高復墾土壤速效磷含量效果更顯著，其中，RM處理效果最明顯，其次是BM處理，無機肥中KH2PO4處理效果好于SSP 處理。綜合表明，有機肥效果更佳。

2.1.3 不同施肥處理對復墾土壤速效鉀的影響從表2 可以看出，施用不同有機肥和無機肥都提高了復墾土壤中速效鉀的含量。與CK 相比，SSP 處理的復墾土壤速效鉀含量沒有顯著差異，其他施肥處理的復墾土壤速效鉀含量都達到了顯著水平，表現(xiàn)為CM 處理提高了17.59%，RM 處理提高了38.79%，BM 處理提高了35.18%，K2HPO4處理提高了18.15%，K2HPO4處理提高了28.26%。有機肥中，BM和RM處理的復墾土壤速效鉀含量間無明顯差異，但均明顯高于CM處理；無機肥中，各處理之間存在顯著差異，表現(xiàn)為K2HPO4＞KH2PO4＞SSP。無機肥和有機肥相比，有機肥處理的復墾土壤速效鉀含量均高于無機肥處理，其中，RM 和BM 處理與K2HPO4處理的土壤速效鉀含量差異不顯著，但均顯著高于KH2PO4和SSP 處理，CM 處理的土壤速效鉀含量顯著高于SSP 處理，與KH2PO4處理相比無顯著差異，這說明施用有機肥對提高復墾土壤速效鉀含量效果更好，其中，RM處理表現(xiàn)最明顯。

2.1.4 不同施肥處理對復墾土壤全氮、全磷、全鉀的影響 從表3 可以看出，不同施肥處理與對照相比都提高了復墾土壤的全氮含量。與CK 相比，無機肥處理的復墾土壤全氮含量無顯著變化，各無機肥處理之間也無顯著差異。有機肥CM、BM和RM處理的復墾土壤全氮含量顯著高于CK 25.64%～92.31%；各有機肥處理之間存在顯著差異，其中，BM比CM和RM處理的復墾土壤全氮含量分別高53.06%和44.23%，RM處理的復墾土壤全氮含量比CM處理高6.12%。無機肥和有機肥相比，有機肥處理的復墾土壤全氮含量均顯著高于無機肥，增幅為22.5%～87.5%，所以，提高土壤全氮含量，有機肥效果最好。

從表3 可以看出，施用有機肥和無機肥對復墾土壤全磷含量都有顯著影響，主要表現(xiàn)為：BM＞RM＞KH2PO4＞K2HPO4＞CM＞SSP＞CK。有機肥中RM 和BM 處理的復墾土壤全磷含量效果顯著，較CK 分別提高了23.21%和25.00%，較CM處理分別提高了8.96%和11.11%；CM 處理的土壤全磷含量比CK 增加了12.07%。無機肥處理的復墾土壤全磷含量較CK 提高了8.62%～15.52%，KH2PO4與K2HPO4處理相比無顯著差異，但二者均顯著高于SSP 處理。由此可見，有機肥對提高復墾土壤全磷含量效果高于無機肥。

從表3 還可以看出，施用不同有機肥和無機肥復墾土壤全鉀含量都明顯高于CK。有機肥處理的復墾土壤全鉀含量比CK 提高了14.03%～17.92%，BM處理增幅最大，各有機肥處理之間差異不顯著，有機肥處理的復墾土壤全鉀含量均高于各無機肥處理；無機肥處理的復墾土壤全鉀含量比對照提高了10.83%～13.33%，各無機肥處理之間無顯著差異。表明了有機肥對提高復墾土壤全鉀含量效果最佳，BM處理效果最顯著。

表3 不同施肥處理對復墾土壤全氮、全磷、全鉀、有機質和pH 的影響

2.1.5 不同施肥處理對復墾土壤有機質和pH 的影響 施用有機肥可以提高土壤的有機質含量。從表3 可以看出，與CK 相比，CM、RM和BM處理的復墾土壤有機質含量顯著增加了38.39%，54.48%和76.60%；而無機肥處理的復墾土壤的有機質含量都低于對照，尤其SSP 處理顯著低于對照29.8%，說明施用有機肥比無機肥土壤中有機質積累的更多，土壤肥效更好。

從表3 可以看出，CM、RM 和BM 處理的復墾土壤pH 值與CK 相比，無明顯差異，有機肥各處理之間無顯著差異；而KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的復墾土壤pH 值比對照降低了0.9%～1.29%，各無機肥處理差異不顯著。可以看出，有機肥處理pH 值明顯高于無機肥處理。

2.2 不同施肥處理對油菜生長和產(chǎn)量的影響

2.2.1 不同施肥處理對油菜株高和產(chǎn)量的影響株高是衡量植株發(fā)育的重要指標。從表4 可以看出，施用不同的肥料可以不同程度地提高油菜的株高。與對照相比，有機肥中BM處理的油菜株高增幅最大，達到了36.84%，差異顯著；CM和RM 處理的油菜株高分別提高了7.87%和5.23%，與對照相比差異不顯著。無機肥KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的油菜株高顯著高于CK 處理37.29%，22.45%和14.13%，均達顯著水平。有機肥和無機肥處理相比，KH2PO4處理的油菜株高與BM處理無顯著差異，但是顯著高于CM和RM處理；K2HPO4和SSP 處理的油菜株高略高于CM和RM處理，但差異不顯著，說明無機肥比有機肥更能有效促進油菜的發(fā)育，其中，KH2PO4處理效果最好。

植物干鮮質量能很好地反映油菜產(chǎn)量的高低。從表4 可以看出，無機肥和有機肥處理都能提高油菜產(chǎn)量，油菜鮮質量和干質量變化均表現(xiàn)為KH2PO4＞K2HPO4＞RM＞BM＞SSP＞CM＞CK。其中，RM、BM、KH2PO4和K2HPO4處理的油菜鮮質量較CK 分別增長了188.26%，137.82%，296.70%和208.63%，油菜干質量分別增長了142.34%，134.31%，219.7%和189.05%，均達到了顯著水平；CM 和SSP處理的油菜鮮干質量與CK 相比未達到顯著水平。有機肥和無機肥相比，無機肥各處理油菜干質量均高于有機肥處理；KH2PO4處理的油菜鮮質量與RM處理相比差異不顯著，但顯著高于CM 和BM 處理132.65%和66.79%。綜合表明，無機肥對油菜產(chǎn)量的增長作用較顯著。

表4 不同施肥處理對油菜生長和產(chǎn)量的影響

2.2.2 不同施肥處理對油菜全氮、全磷、全鉀含量的影響 從表4 可以看出，施用不同的有機肥和無機肥都能不同程度的增加油菜全氮含量。CM、BM、RM、KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的油菜全氮含量與CK 相比均達到了顯著水平，分別提高了34.98%，96.86%，27.35%，65.92%%，107.62%和43.95%。有機肥和無機肥處理相比，無機肥處理的油菜全氮含量均高于有機肥處理，說明施用無機肥對植株全氮含量提高好于有機肥。

施用無機肥比有機肥提高植物株高、產(chǎn)量和增加植株全氮含量效果好，但是從表4 可以看出，施用不同肥料后，無機肥中SSP 處理的油菜全磷含量顯著高于CK 32.39%，KH2PO4和K2HPO4處理與CK 相比，油菜的全磷含量無顯著差異；有機肥中CM、RM和BM處理的油菜全磷含量都明顯高于對照，分別提高了28.17%，52.11%和35.21%，均達到了顯著水平。有機肥和無機肥相比，CM處理油菜全磷含量高于SSP，但差異不顯著；RM 和BM 處理的油菜全磷含量都顯著高于無機肥各處理。由此可見，有機肥對提高油菜全磷含量有顯著效果，RM處理效果最好。

由表4 可知，CM 和BM 處理的油菜全鉀含量顯著高于對照，分別提高了25.53%和34.52%；RM、KH2PO4和K2HPO4以及SSP 處理對油菜的全鉀含量均無顯著影響。有機肥與無機肥相比，BM處理的油菜全鉀含量顯著高于無機肥各處理，增幅分別為19.29%，30.21%，24.78%，其他有機肥與無機肥相比則無顯著差異，相比較而言，有機肥的效果高于無機肥。

3 討論

作物生長和產(chǎn)量受各種因素影響，平衡施化肥、有機肥，有利于協(xié)調土壤內(nèi)部養(yǎng)分，提供較高的土壤肥力，使作物增產(chǎn)。本試驗結果表明，定量平衡施入不同的肥料，促進了植物生長，增加了油菜的產(chǎn)量，施用無機肥料對提高作物產(chǎn)量效果最好。孔宏敏等[4]研究表明，長期施用化肥可以提高作物產(chǎn)量，但是氮肥和鉀肥效果不顯著，磷肥效果最好。本試驗研究表明，施用無機肥比有機肥更能促進作物生長，提高作物產(chǎn)量，其中，KH2PO4增產(chǎn)效果最明顯。一般有機肥的當季增產(chǎn)效果可能不及等量養(yǎng)分含量的化肥，但是從長遠來看,有機肥的增產(chǎn)效果不低于甚至超過化肥。英國洛桑試驗站BROADBALK 小麥肥料試驗表明，試驗后期施用有機肥的小麥產(chǎn)量超過了施用化肥的產(chǎn)量[11]。宇萬太等[12]研究也表明，有機肥有增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的效果，這與本試驗結果不一致，原因是本試驗是在短期內(nèi)進行的，長期施用試驗更能表現(xiàn)效果。

土壤有機質是研究土壤肥力和評價土壤質量的重要指標,在培育肥力、調節(jié)土壤理化性質、提供作物養(yǎng)分、改善土壤結構及減少環(huán)境負面影響等方面具有重要作用[13-15]。關于施用無機肥對土壤有機質的影響，前人有不同的觀點。有研究表明，長期施用化肥可以導致土壤有機質含量降低，也有研究認為，單施化學肥料可以增加回歸土壤中的生物量，提高土壤有機質含量[16]。本試驗結果表明，施用不同的無機肥，降低了土壤中的有機質含量，而施用不同的有機肥則增加了土壤中的有機質含量，牛糞處理最顯著，比對照提高了76.6%。這與孫福來等[17]的研究結果相似。孫薇等[18]研究發(fā)現(xiàn)，生物有機肥可改變土壤微生物群落結構，提高微生物碳源利用率、物種多樣性和豐富度，施入生物有機肥相比常規(guī)施肥可顯著提高土壤有機質和全氮、全磷、全鉀含量，使土壤理化性質得到改善。

本研究結果發(fā)現(xiàn)，施用不同無機肥提高了采煤塌陷區(qū)復墾土壤的速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀含量，而施用有機肥比無機肥對土壤養(yǎng)分含量的影響更顯著，這與孫薇等[18-19]和楊旸等[20-21]的研究結果一致，無機肥一方面被植物吸收，另一方面未被吸收的化學元素在澆水灌溉作用下直接淋失到土壤下層，在耕層難以留存[22]，所以，施用無機肥更容易損失。

汪吉東等[23]研究表明，長期連續(xù)的化肥投入也會導致土壤pH 值和土壤酸緩沖能力下降，而在施用化肥的基礎上配合施用有機肥，土壤pH 值會高于單施化肥處理。高洪軍等[24]長期施肥試驗表明，單施化肥可明顯導致土壤酸化，有機無機配施可防止土壤酸化。本試驗結果表明，施用無機肥降低了土壤pH 值，施用有機肥則無明顯變化，可見,有機肥對土壤保持pH 穩(wěn)定有重要的作用。

有機肥的長期施用，可增加有機質的積累和土壤養(yǎng)分的積累，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展有重要意義，對我國華北地區(qū)采煤塌陷區(qū)復墾土壤的土壤質量的恢復也有重要意義，當然這些都是建立在合理施肥的基礎上，對于施肥量的范圍，還要進行進一步的研究。

4 結論

本研究結果表明，施用有機肥復墾土壤的堿解氮、速效磷、速效鉀和全氮、全磷、全鉀的含量高于無機肥處理。有機肥BM處理的土壤堿解氮和全氮含量比CK 分別提高了164.3%和89.74%，RM 處理的土壤速效磷、速效鉀含量分別比CK 提高了259.52%和38.79%；而無機肥KH2PO4處理的土壤堿解氮、速效磷含量較CK 分別提高了50%和141.1%，K2HPO4處理的土壤速效鉀、全鉀含量比CK 分別增加了28.26%和13.33%。可以得出，施用有機肥是提高復墾土壤養(yǎng)分含量較好的施肥方法，牛糞和兔糞效果較好。

施用有機肥復墾土壤的有機質含量比CK 增加了38.39%～76.6%，BM 處理增幅最大，而施用無機肥復墾土壤的有機質含量相比CK 降低了6.03%～29.8%，pH 值比CK 降低了0.9%～1.29%。可以得出，有機肥能提高土壤肥力，牛糞效果較好。

施用有機肥和無機肥都促進了油菜的生長和提高了油菜的產(chǎn)量。無機肥處理的油菜鮮、干質量高于有機肥；但是無機肥對油菜吸收養(yǎng)分效果略低于有機肥。無機肥處理油菜株高比CK 提高了14.13%～37.29%，施用有機肥油菜株高比CK 提高了5.23%～36.84%。說明無機肥對作物生長有明顯的效果。

綜合比較，牛糞和兔糞對改善復墾土壤理化性質效果最好。