長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)典型砂姜黑土脹縮特性的影響機(jī)制

王擎運(yùn)，陳 景，楊遠(yuǎn)照，柴如山，葉新新，郜紅建，馬東豪，張佳寶，周云鵬

長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)典型砂姜黑土脹縮特性的影響機(jī)制

王擎運(yùn)1,2，陳 景1，楊遠(yuǎn)照1，柴如山1，葉新新1，郜紅建1※，馬東豪2，張佳寶2，周云鵬1

（1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230036；2. 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008）

易于脹縮是砂姜黑土最典型的屬性障礙因子之一。該文依托長(zhǎng)期定位試驗(yàn)（2007―2017年）研究了秸稈還田對(duì)砂姜黑土收縮的影響機(jī)制。田間試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理：不施肥（CK）、常規(guī)氮磷鉀（F），及氮磷鉀配施下的玉米秸稈還田（MSF）、小麥秸稈還田（WSF）和小麥-玉米雙季秸稈還田(WMSF)。結(jié)果顯示土壤容重（soil bulk density，SBD）呈現(xiàn)WMSF

土壤；秸稈；還田；砂姜黑土；土壤收縮特性

0 引 言

濕脹、干縮是土壤最基本的屬性特征之一。土壤脹縮嚴(yán)重的農(nóng)田極易發(fā)生旱、澇災(zāi)害，造成養(yǎng)分大量流失，且對(duì)作物生理產(chǎn)生較為明顯的傷害，是限制區(qū)域農(nóng)田基礎(chǔ)地力提升的重要屬性障礙因子之一[1-6]。

土壤脹縮性能與黏土礦物類型、含量，陽(yáng)離子交換量（cation exchange capacity，CEC）等因素均有很大關(guān)系[1,3,7]。蒙脫石與伊利石、高嶺石等相比更易于造成土壤的脹縮[3]。在土壤黏土礦物種類相似的情況下，土壤脹縮性與黏粒含量和CEC呈正向相關(guān)[1-2,8]。土壤脹縮性同樣與有機(jī)質(zhì)有很大關(guān)系，但相互間的影響機(jī)制較為復(fù)雜。有研究認(rèn)為土壤收縮強(qiáng)度與有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)，但也有研究認(rèn)為在土壤有機(jī)質(zhì)含量較高的情況下土壤保水能力較強(qiáng)，土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易發(fā)生收縮行為[9-11]。

中國(guó)砂姜黑土面積約400萬(wàn)hm2，主要分布于安徽、河南、山東、湖北等地[6,12]。由于該類型土壤黏粒含量較高（>35%），且以2:1型的蒙脫石為主，具有典型濕脹、干縮特征，嚴(yán)重制約了農(nóng)田質(zhì)量提升與作物產(chǎn)量的穩(wěn)定，是該區(qū)域面積最大的中低產(chǎn)田土壤[1,4,6]。針對(duì)砂姜黑土屬性障礙因子的消減除需加強(qiáng)水分管理外，亦可通過(guò)田間施用粉煤灰、生物碳等改性材料，但這和以秸稈還田的方式增施有機(jī)肥相比經(jīng)濟(jì)成本較高，且難以大面積推廣[4,6]。有研究認(rèn)為長(zhǎng)期秸稈還田可有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提升土壤水養(yǎng)庫(kù)容，但對(duì)土壤脹縮屬性特征影響的研究卻相對(duì)較少，相關(guān)機(jī)制并不明確[13-15]。

基于以上認(rèn)識(shí)，本研究依托皖北典型砂姜黑土區(qū)長(zhǎng)期（2007―2017年）定位試驗(yàn)，研究不同秸稈還田模式下土壤收縮規(guī)律及其與水分特征變化、有機(jī)質(zhì)累積等之間的協(xié)同關(guān)系，用于探明長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)典型砂姜黑土易于脹縮的屬性障礙因子消減機(jī)理。研究結(jié)果可為該類型土壤改良和地力的提升提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)設(shè)置于農(nóng)業(yè)部華東地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站（116°56′ E，33°16′ N；安徽蒙城）。年平均氣溫15 ℃，年均降雨量850 mm，分布不均且主要集中于夏季。土壤類型為典型砂姜黑土。采用小麥、玉米一年兩熟，輪作制。

田間試驗(yàn)正式開始于2007年。初始土壤pH值為6.01，有機(jī)質(zhì)（SOM）為17.74 g/kg，全氮為0.69 g/kg，堿解氮及速效磷、鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為46.11、22.00、115.70 mg/kg。田間設(shè)置5種試驗(yàn)處理：不施肥（CK）、常規(guī)氮磷鉀（F）、小麥秸稈還田+常規(guī)氮磷鉀（WSF）、玉米秸稈還田+常規(guī)氮磷鉀（MSF）、小麥和玉米秸稈雙季還田+常規(guī)氮磷鉀(WMSF)。單個(gè)小區(qū)面積為5.4×8.5 m2，設(shè)置3個(gè)重復(fù)。作物收獲后，采用秸稈還田機(jī)直接粉碎還田。磷、鉀以基肥為主，播種前一次性施入。氮肥施用分基肥和追肥。小麥、玉米季基/追比分別為55%：45%和50%：50%。肥料施用量（表1）同于當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)水平。

注：CK為對(duì)照；F為常規(guī)氮磷鉀；MSF為玉米秸稈還田+常規(guī)氮磷鉀；WSF為小麥秸稈還田+常規(guī)氮磷鉀；WMSF為小麥和玉米秸稈還田+常規(guī)氮磷鉀，下同。

Note: CK is the control; F is the conventional NPK; MSF is the maize straw returning to field plus conventional NPK; WSF is the wheat straw returning to field plus conventional NPK; WMSF is the wheat and maize straw returning to field plus conventional NPK, the same as below.

2017年5月小麥?zhǔn)斋@前，分別采用常規(guī)法和環(huán)刀法采集耕層（0～20 cm）土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室備用。常規(guī)方法采集土壤樣品室溫風(fēng)干后，過(guò)2 mm篩，用于土壤基本理化性質(zhì)的測(cè)定（表2）。環(huán)刀法采集耕層土壤樣品主要用于土壤容重、田間持水量和土壤收縮特征測(cè)定。

1.2 測(cè)定方法

土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定[16]：pH值采用電位計(jì)法測(cè)定，水土比2.5:1；速效氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用碳酸氫鈉溶液浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用乙酸銨浸提，火焰光度法測(cè)定；全氮采用半微量凱氏法測(cè)定；全磷采用酸溶-鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀采用NaOH 熔融，火焰光度法測(cè)定；陽(yáng)離子交換量采用乙酸銨（1 mol/L）交換法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用丘林法測(cè)定。土壤容重及田間持水量采用環(huán)刀法（威爾克斯法）測(cè)定。

土體收縮特征測(cè)定[7,10,17]：環(huán)刀樣品置于沙盤中飽和吸水8 h，將突出環(huán)刀部分削平，確保環(huán)刀內(nèi)土壤體積一致。土體充分吸水飽和后置于105 ℃烘箱內(nèi)，間隔15～60 min取出置于干燥器內(nèi)冷卻后稱質(zhì)量，并采用精確至0.01 mm的數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)土體高度和直徑。上述測(cè)定數(shù)據(jù)用于線性伸展系數(shù)（coefficient of linear extensibility，COLE），土體收縮率計(jì)算，收縮特征曲線繪制和三直線方程的擬合。

土壤線性伸展系數(shù)計(jì)算公式為

式中COLE為線性伸展系數(shù)；0、105分別為土體飽和含水及烘干至恒質(zhì)量狀態(tài)下高度/直徑。

土壤收縮率計(jì)算公式為

行業(yè)管理是旅游市場(chǎng)保障體系的一項(xiàng)重要內(nèi)容。旅游局、旅游行業(yè)協(xié)會(huì)等管理部門應(yīng)建立健全目標(biāo)責(zé)任制，完善旅游行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)制，強(qiáng)化旅游綜合協(xié)調(diào)管理和服務(wù)，認(rèn)真履行行業(yè)指導(dǎo)、組織協(xié)調(diào)、市場(chǎng)監(jiān)管、政策服務(wù)等職責(zé)，強(qiáng)化對(duì)旅游行業(yè)的監(jiān)督，促進(jìn)旅游市場(chǎng)良性發(fā)展。

式中Shrinkage為土壤收縮率，%；0、105分別為土體飽和含水及烘干至恒質(zhì)量狀態(tài)下體積，cm3。

比容積差值計(jì)算公式為