長期定位施肥對旱作土壤團聚體及養分的影響

王曉軍 孫玉琴 王勇

摘要：為準確掌握寧南山區旱作土壤團聚體和養分含量的變化趨勢，為當地旱作農田生產施肥管理提供理論依據。通過5年長期定位施肥試驗，選擇谷子連作施肥的5個處理，分析對比不同施肥處理下土壤養分含量、有機質含量、水穩性團聚體與施肥量的關系。結果表明，0～20 cm土層中，施肥處理土壤有機質含量明顯高于不施肥處理。>3 mm水穩性團聚體含量隨著施肥水平的提高總體呈緩慢升高的趨勢;不同生育期土壤中堿解氮含量呈現出“S”形曲線變化，不同生育期土壤中速效磷含量變化呈現出雙峰值（“M”形）曲線。同一處理不同生育期土壤中速效鉀含量變化差異顯著（P<0.05），隨著生育期的變化，速效鉀含量呈現出“降低—升高—降低—升高”的趨勢。經過5年長期試驗，各年份土壤團聚體含量、土壤有機質含量隨著施肥水平的增加而有所升高，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量均在不同生育期出現先升高后降低的趨勢，表明長期施肥對于維持土壤肥力、調節土壤團聚體各級比例具有重要意義。

關鍵詞：定位施肥;團聚體;養分;有機質;旱作

中圖分類號：S158 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）17-0276-05

寧夏南部山區屬于旱作農業雨養區域，水資源短缺、土壤貧瘠是制約當地農業生產的主要因素[1-2]。隨著經濟發展，農田肥料投入量與產出率一直處于博弈的狀態，肥料利用效率低、土壤中肥料殘留問題、農業的點源污染與面源污染日益突出[3-5]。所以，對旱作土壤養分狀況進行長期定位監測，分析當地土壤養分含量變化趨勢，研究當地施肥-產量-土壤肥力關系，對于指導科學施肥、實現化學肥料零投入具有重要意義[6]。

目前，基于長期定位施肥試驗，研究寧夏南部山區土壤養分變化的報道有很多，高端等研究了施肥措施對土壤酶活性的影響，明確了微生物在土壤肥力調節中的作用[7]。湯建東等通過研究輪作改制對土壤肥力的影響，表明這樣有利于促進土壤養分平衡、解決地力矛盾和季節矛盾，實現高產、穩產、低成本[8]。徐娜等的研究表明，黃土高原地區應適當減少肥料用量，降低投入成本，才能獲得更高的經濟效益[9]。也有研究表明，團聚體作為一種調節器，影響土壤的孔隙性、持水性、通透性和抗蝕性[10]，施肥可對改變土壤有機質、團聚體的數量和大小分布有重要影響[11]。

盡管關于這些問題的研究比較多，但多數試驗沒有嚴格的控制標準，隨機性比較大，容易受到外界環境的影響，其研究結果在一定程度上不能很好地反映農田養分含量、土壤粒徑含量的實際變化，對于大面積農田推廣適用有一定的限制性。本研究以當地農田為長期定位監測點，通過控制性肥料試驗，其施肥、輪作、栽培、灌水等農田管理措施都實行嚴格控制標準，增加了人為因素，加大了試驗研究的可比性和研究精度[12-13]。2011—2015年期間，對土壤、肥料、輪作、灌溉等栽培措施對谷子生長發育和產量的影響進行研究，分析對比不同處理下土壤養分含量、有機質含量、水穩性團聚體含量與施肥的關系，為當地旱作農田生產中施肥管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

長期定位試驗于2011年開始，在寧夏農林科學院固原分院頭營科研基地（106°44′E、36°44'N）進行。海拔1 550 m，年降水量200～350 mm，冬春干旱，降水一般集中在7—9月，四季多風，年蒸發量1 650 mm，≥10 ℃積溫2 800～3 500 ℃，年無霜期150～200 d，試驗地平坦，土壤類型為湘黃土，前茬作物收獲后施入底肥，秋耕、耙耱。試驗前基礎土壤 pH值8-63，速效磷含量38.50 mg/kg、速效鉀含量168.00 mg/kg、有機質含量7.38 g/kg、全氮含量0.61 g/kg、堿解氮含量 66.00 mg/kg、全磷含量0.79 g/kg、全鉀含量14.60 g/kg。

1.2 試驗材料

參試材料為：尿素（N 46.4%）、重過磷酸鈣（P2O5 43%）、硫酸鉀（K2O 45%）。供試品種為隴谷11號。于當年4月10日播種，9月23日收獲。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 在長期定位試驗的基礎上，選擇每年谷子連作施肥的5個處理（表1），2次重復，小區面積為30 m2（長5 m、寬6 m）。每個處理磷肥、鉀肥作基肥一次施入，氮肥70%基施，30%追施，肥料于播前撒施后，翻入土中，定期進行除草和松土，田間管理同常規大田。

1.3.2 土壤樣品采集 在收獲后，按處理多點原則采集0～20 cm原狀土樣及土鉆混合樣，自然風干后，分別過1.00、0.25 mm 篩，供測定養分含量分析用。

1.3.3 測定方法 堿解氮含量采用堿解擴散法測定;速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定;有機質含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定[14]。土壤團聚體含量采用干篩法進行測定。

1.4 數據處理與分析

試驗數據采用Excel 2007和DPS 2.0軟件處理分析，并用Duncans新復極差法（α=0.05）進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤有機質含量的影響

由表2可知，0～20 cm土層中，各處理土壤有機質含量隨著年份的逐漸延長呈現出逐漸增加的趨勢。同一年份中，各處理間差異顯著，隨著年份的逐漸延長，各施肥處理有機質含量顯著高于不施肥處理。2011—2015年，處理5比處理1分別高出23.03%、24.57%、23.96%、26.72%、25.08%。2011年，處理5與處理1相比差異顯著;2012年，處理5與處理2、處理1差異顯著;2013年，處理5與處理3、處理2和處理1顯著性;2014年，處理5與處理4、處理2、處理1差異顯著;2015年，處理5與處理2、處理1差異顯著。同一處理不同年份中，在不施肥處理（處理1）下，2012年比2011年高出0.08%，2013年比2012年高出0.82%，2014年比2013年高出0.32%，2015年比2014年1.38%;在施肥處理下，2012年比2011年高出 0.41%，2013年比2012年高出0.51%，2014年比2013年高出1.48%，2015年比2014年0.18%，說明隨著不同作物之間的輪作、不同施肥用量、施肥時間的無限延長土壤有機質含量在逐年增加，通過研究發現，處理3在整個年份變化中比較穩定，但是由于本試驗時間跨度較短，各處理間土壤有機質含量差異性還不能完全表現出來。

2.2 不同施肥處理對水穩性團聚體粒徑分布的影響

從表3可知，0～20 cm土層，>3 mm水穩性團聚體含量隨著施肥水平的提高總體呈緩慢升高的趨勢。2011—2015年，施肥處理>3 mm水穩性團聚體含量比不施肥處理分別提高113.89%、229.55%、70.83%、-9.62%、22.92%;施肥處理 2～3 mm 水穩性團聚體含量比不施肥處理分別提高 35.42%、157.00%、88.54%、16.41%、29.76%;1～2 mm水穩性團聚體含量隨著施肥水平的增加變化緩慢，施肥處理比不施肥處理分別提高 32.00%、141.67%、18.75%、-11.54%、-3.46%;施肥處理0.25～1 mm水穩性團聚體含量比不施肥處理分別提高10.92%、-13.07%、-15.20%、-5.95%、20-52%;

2.3 不同施肥處理對土壤中堿解氮含量的影響

由圖1可知，同一處理在不同生育時期土壤中堿解氮含量差異顯著，測試結果顯示，旱作土壤不同施肥處理隨著生育期的推移土壤中堿解氮的含量呈現出“S”形曲線變化。整體看來，施肥處理堿解氮含量明顯高于不施肥處理，所有處理在苗期土壤堿解氮含量最高，隨著生育進程的推進，在抽穗期最小，分別為21、25、27、30、32 mg/kg，主要是由于抽穗期進行了灌水， 加速了養分的供給及作物對養分的吸收轉化，苗期、拔節期、抽穗期之間差異顯著。

2.4 不同施肥處理對土壤中速效磷含量的影響

圖2表明，同一處理不同生育期土壤中速效磷含量變化達顯著水平，并且呈現出雙峰值（“M”形）曲線。測試結果表明，整個生育期，土壤中速效磷含量施肥處理均大于不施肥處理，在苗期由于土壤殘存的磷素較多，所有速效磷含量均比較高，到了拔節期后，由于追肥的結果，導致土壤中速效磷迅速富集，最大值是施入磷肥75 kg/hm2即P2O5含量為 51.5 mg/kg，其余依次是施入磷肥37.5 kg/hm2即P2O5含量為49.2 mg/kg，施入磷肥112.5 kg/hm2即P2O5含量為 42.3 mg/kg，施入磷肥225 kg/hm2即P2O5含量為 39.8 mg/kg，施入磷肥0 kg/hm2即P2O5含量為38.6 mg/kg，最大值與最小值之間相差33.42%，且生育期之間差異顯著（P<0.05），說明殘留在土壤中的磷素變少是由于作物到了后期仍需要磷肥，會使土壤中剩余磷素得到有效利用，這在合理的栽培管理措施下能夠有效防止土壤磷素過多以至作物呼吸作用過強，導致作物消耗大量的蛋白和能量促使谷子成熟期提前，重者會導致作物減產。

2.5 不同施肥處理對土壤速效鉀含量的影響

圖3表明，同一處理不同生育期土壤中速效鉀含量變化差異顯著（P<0.05）。隨著生育期進程的不斷推進，各處理速效鉀含量呈現出“降低—升高—降低—升高”的趨勢。各處理在拔節期都處于降低的趨勢，其中降幅最大的是處理1、處理2和處理4，降幅分別達23.5%、24.3%、22.9%，且生育期間差異顯著（P<0.05）;拔節期、抽穗期、灌漿期較拔節期處理1、處理2、處理3都有所增加，增加幅度分別為12.4%、11.6%、12.2%，在灌漿期-成熟期，各處理都有所增加，增加幅度分別為8.9%、21.1%、18.3%、11.4%、13.3%，各生育期之間差異顯著（P<0.05）。在成熟期，土壤中速效鉀含量迅速提升，主要是為了促進作物產量及籽粒千粒質量，另外也與當地土壤富含鉀元素有關，這一原因還有待研究。

3 結論與討論

經過5年的長期定位試驗發現，施肥能夠顯著改變耕作層（0～20 cm）土壤的水穩性團聚體粒徑大小、有機質含量和養分含量，這與大多數研究結果[15]一致。也有研究證明，施用化肥可以提高苗期土壤中堿解氮含量[16]，這與本研究的結果基本相一致，但是在抽穗期，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量均有所下降，主要由于在這個時期進行了灌溉，造成土壤水溶性氮向下淋溶[17-19]，形成土層“上肥下瘦、上干下濕”[20]。也有研究表明，施化肥對提高土壤速效磷、速效鉀水平非常重要[21]，但是過量的施肥會降低土壤的吸收能力，特別是當地居民常有重施氮肥、輕施磷鉀肥的習慣，對于降低耗能、提升產量、增加經濟效益方面非常不利，甚至還會造成肥料資源的浪費，也可能帶來環境風險，應適當控制當地農民肥料的施用。

土壤有機質含量與團聚體關系密切，對土壤團聚體含量及其粒徑分布有重要影響[22]，其含量的提高有利于土壤結構的形成及土壤結構穩定性的增強[23]。經過5年的長期試驗發現，連續施肥后土壤有機質含量、>3 mm水穩性團聚體含量隨著年限的延長而呈現出逐漸增加的趨勢，各處理在同一年差異顯著，隨著年限的延長，各施肥處理明顯高于不施肥處理。不同粒徑團聚體對土壤養分含量的保持和供應、孔隙度組成具有不同的作用[24-25]，各級水穩性團聚體含量能更好地反映出土壤團聚體的質量。Liu認為，連年施用有機肥可增加土壤有機質含量，改善土壤結構[26]。另外，由于有機質是土壤良好的有機膠結劑，能膠結較小的團聚體并促進大團聚體的形成，從而達到改善土壤結構的目的[27-28]。這也在一定程度上表明，長期施用肥料對于維持和提高土壤肥力具有重要意義[29-30]，反之如果長期不施肥必然會導致土壤肥力降低。

通過以上研究表明，在施氮肥125 kg/hm2、磷肥 75 kg/hm2、鉀肥60 kg/hm2，對于提高土壤有機質、速效養分含量及增加土壤水穩性團聚體粒徑含量具有重要作用。針對當地土壤背景值，建議在以后的施肥過程當中控制好氮肥和磷肥，少施鉀肥，增施有機肥。

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