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量分別降低了1.69%、3.39%、6.78%;土壤有機質含量分別增加2.14%、14.97%、19.25%;>0.25 mm機械穩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量，能有效提高土壤有機質、機械穩定性團聚體、水穩性團聚體的含量，改善土壤團聚體的團聚度和穩定性，對提升耕地質量有較好的作用。

關鍵詞：有機肥;土壤體積質量;土壤有機質;機械穩定性團聚體;水穩性團聚體

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、肥料與植物營養等方面的研究。E-mail：li_chx0309@ynau.edu.cn。

土壤團聚體是土壤結構的基本單元，同時也是土壤有機質保持的場所，是土壤肥力的物質基礎[1]，對協調土壤中的水肥氣熱、穩定土壤疏松熟化層均有著重要作用，決定著土壤的性質和肥力[2]。維持土壤功能需要具備良好的土壤結構，土壤結構是由無數土壤團聚體構成的，通常依據>0.25 mm土壤團聚體的數量、平均質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定性[3-4]。增加土壤有機質的含量，能顯著降低土壤體積質量，改善土壤通氣狀況，提高土壤團聚體穩定性[5-6]。施用有機肥對農業生產有很好的作用，可為農作物提供全面的營養元素，提高土壤有機質含量[7]，而土壤有機質能提供作物所需的養分，改善土壤肥力。

云南省是典型的山區省份，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田土壤板結，有機質含量降低，致使土壤結構破壞，生產力下降[10]，最終影響團聚體的形成、土壤結構的穩定性和土壤肥力。因此，水土流失、土壤結構不穩定、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的機械穩定性團聚體和水穩定性團聚體的含量，對改良土壤結構有良好的作用，良好的土壤結構穩定性還能防風蝕、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定，坡面土壤的粗化過程越不易形成[13]。姜燦爛等研究發現，對旱地紅壤配施有機無機肥可增加土壤有機質含量，有利于紅壤旱地土壤大團聚體的形成，改善土壤團聚體結構及其穩定性[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定性的影響，以期為快速提升紅壤坡地耕地質量，緩解水土流失，改善土壤結構提供理論依據。

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潭的丘陵緩坡地，25°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，土壤質地為沙壤土，地形為緩坡丘陵。0～20 cm 土壤理化性狀：有機質含量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。每個小區的面積為4 m×4 m=16 m2，在小區的四周設置保護行。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，將每個小區采集的土樣去除根系、雜草、土壤動物、石塊等雜質后自然剝離為1 cm3左右的小塊，混勻，置于室內通風處晾干待測定。采用環刀法測定土壤體積質量，采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質含量，采用干篩法[15]測定機械穩定性團聚體含量，采用濕篩法[15]測定土壤水穩性團聚體含量。

1.5 數據處理

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個篩子上土壤水穩性團聚體的干質量占總團聚體的比例，%;n為篩子的數量（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性顆粒的干質量，g;lnRi為相鄰兩級土壤水穩性團聚體平均直徑的自然對數（以e為底的自然對數，e=2.718 281 828），n為用于濕篩的篩子數量，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機械穩定性團聚體含量，%;WR0.25為水穩性團聚體含量，%。

采用Excel 2013、SPSS 17.0對試驗數據進行統計分析，采用單因子方差分析（one-way AVOVA）和最小顯著差數法（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 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤體積質量的影響

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

2.2 不同施肥處理對土壤有機質含量的影響

由圖2可知，連續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含量都有提高，其中，C、OS、COS的有機質含量分別提高了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的含量，而化肥的施用不利于有機質的積累。

2.3 不同施肥處理對土壤機械穩定性團聚體組成的影響

機械穩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構越穩定[16]。

由表1可知，連續2年不同施肥處理中，各處理 >0.25 mm 機械穩定性團聚體含量表現為COS>OS>C>CK;其中，C、OS、COS機械穩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，減少不穩定微團聚體含量，改善土壤團粒結構，提高土壤穩定性。

2.4 不同施肥處理對水穩定性團聚體組成的影響

水穩性團聚體是指能經受水的浸泡、沖洗而不易分散的、粒徑>0.25 mm的土壤團粒。土壤團聚體的水穩性以及水穩性團聚體的數量、質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2年不同施肥處理中，對于>0.25 mm的水穩性團聚體含量，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處理略微有優勢;對于0.5～1 mm的水穩性團聚體含量，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的水穩性團聚體的含量，對不同粒徑水穩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定性常用指標。MWD和GMD值越大表示團聚體的穩定性越高[19-20]。

由表3可知，連續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。總之，各處理與對照相比，能改善土壤團聚度、增強土壤穩定性，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 討論與結論

良好的土壤團聚體結構是土壤肥力的物質基礎，能夠保

證和協調土壤中的水肥氣熱，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定性的內在因素是形成土壤團聚體的有機膠結物質，土壤團聚體的主要膠結劑是有機質[23]。余坤等利用氨化秸稈還田處理能改善土壤結構，降低土壤體積質量，提高>0.25 mm土壤團聚體含量，改善土壤的物理性質[24];彭新華等對侵蝕裸地研究發現，植被恢復和高量施用有機肥可提高土壤有機質含量，并可明顯地促進土壤團聚體的形成及其穩定性的提高，其原理都是通過增加腐殖質含量提高有機質含量，改善團聚體數量和性質[25]。本試驗通過小區試驗得到的結論與之相似，即有機肥與化肥配施能有效降低土壤體積質量，顯著提高土壤有機質和粒徑>0.25 mm機械穩定性團聚體的含量;而粒徑<0.25mm的不穩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，增加有機質的含量，改善土壤結構。

粒徑>0.25 mm水穩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構的好壞。本試驗結果表明，各處理水穩性團聚體含量差異不顯著，這可能是由于團聚體發生團聚需要一個漫長的過程。在所有處理中，COS>0.25 mm水穩定性團粒含量最高，說明有機肥與化肥配施處理較好地促進水穩性團聚體的形成，提高土壤穩定性，有利于緩解坡耕地發生水土流失。

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，提高團聚體的穩定性，改善土壤抗蝕性。本試驗持續2年，各處理對土壤體積質量、水穩性團聚體、MWD、GMD、團聚體破壞率的影響還不明顯;試驗結果與趙紅等的結論[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。而土壤團聚體結構和穩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定性的影響，并優化配施方案。

單施有機肥和化肥處理對改善土壤體積質量和土壤有機質的含量有所作用，而有機肥與化肥配施可以降低紅壤土壤體積質量，顯著增加土壤有機質含量，改善土壤結構，提高土壤肥力，改善紅壤土壤質量。有機肥與化肥配施處理中 >0.25 mm 機械穩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量，顯著增加土壤有機質含量，提高>0.25 mm機械穩定性團聚體和水穩性團聚體的含量，提高了紅壤土壤肥力，改善土壤結構的穩定性，可以緩解坡耕地水土流失，土壤退化的現象。

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