再生農業中水化學能對砒砂巖養分的激活效應

孟婷婷 程杰

摘要 ? ?本文從常見的環境因素水分出發，研究了在不同干濕環境下砒砂巖中N、P、K營養元素釋放及激活的機理。結果表明，水分在活化土壤元素時有著積極的作用，長期干燥和干濕交替條件下，全氮、有效磷和速效鉀含量在培養的210 d中元素吸收與釋放并存，但整體呈增加趨勢;在長期水淹條件下，全氮和速效鉀含量在培養的210 d中整體呈增加趨勢，但有效磷含量下降。本文研究結果可為水在再生農業中的應用研究提供參考。

關鍵詞 ? ?水分;砒砂巖;再生農業;全氮;有效磷;速效鉀;養分激活

中圖分類號 ? ?S153 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）15-0184-01 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

再生農業是指利用自然界自我治療和修復的能力來重建土壤健康、增加植物抗性，使農業自然資源不斷再生利用。目前，再生農業措施主要有覆蓋作物、多種作物輪作、輪牧、免耕或使用堆肥、糞肥、天然肥料和改良劑（不用有機方法中禁止的合成物質）等。這種生產形式具有高度的內在經濟和生物穩定性，對農場或耕地以外的環境影響最小。

土體養分元素的激活已成為土地工程領域的研究熱點，其在提高養分利用率、減少環境污染和勞動力投入等方面較普通肥料具有明顯的優勢[1-2]。因此，如何利用自然界已存在的介質對土體養分元素進行激活，從而達到再生農業的目的，是亟待解決的問題。本文從常見的環境因素水分出發，研究在不同干濕環境下砒砂巖中N、P、K營養元素釋放及激活的機理。為了不使用農藥和其他農用化學品，力圖在最少依賴不可更新資源的轉化過程中，為日益增長的人口提供食物。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?試驗設計

供試土壤選擇砒砂巖，風干過2 mm篩，將10次樣品獨立裝瓶，每個燒杯裝樣品200 g。試驗設置長期干燥、長期水淹和干濕交替等3個處理，每個處理設3個重復。長期干燥處理條件下，所有土樣在烘箱內進行培養，溫度設置為40 ℃;長期水淹處理條件下，所有土樣在實驗室常溫下培養，水面維持高于土樣2 cm，將燒杯蒙上保鮮膜，減少蒸發，保持土樣處于飽和厭氧環境，每天記錄溫度;干濕交替處理條件下，所有土樣水淹與干燥培養時間各為總培養時間的1/2，干燥培養在烘箱內進行，水淹在實驗室內進行。

1.2 ? ?指標測定

前6次每隔15 d取樣1次，后4次每隔30 d取樣1次。取回來的土樣分別過1 mm篩和0.149 mm篩，過1 mm篩的土用來測定土壤有效磷和速效鉀含量，過0.149 mm篩的土樣用來測土壤全氮含量。測定方法依據鮑士旦[3]主編的第三版《土壤農化分析》土壤有效磷的測定方法，為0.5 mol/L NaHCO3浸提比色法;土壤速效鉀的測定方法為NH4Ac浸提火焰光度法;土壤全氮測定方法為半微量凱氏法。

1.3 ? ?數據處理

數據處理與繪圖均采用Excel 2020。

2 ? ?結果與分析

2.1 ? ?全氮含量變化

由圖1可知，砒砂巖在長期干燥處理下全氮含量在前45 d呈增加趨勢，而在45～75 d呈降低趨勢，75～150 d呈先增加后減少趨勢。最低值出現在第15天，為0.16 g/kg;最高值出現在第120天，為0.21 g/kg，較第15天增加了23.8%。長期干燥對土壤氮素礦化有著重要影響[4-5]，本研究中砒砂巖含量隨著干燥時間的增加而升高，其原因可能是長期干燥增加了氨態氮、硝態氮及游離氨基酸的含量，從而使土壤中全氮含量增加。長期淹水下，在15～75 d時，全氮由0.17 g/kg增加至0.21 g/kg，出現了釋放;但是在75～180 d，由0.21 g/kg降低至0.18 g/kg，在第210天又開始增加。由此可知，水淹下全氮呈現出階段性的增加與降低。淹水會導致土壤氮素損失增強，主要是因為氮素的反硝化脫氮損失[6]。干濕交替下，全氮含量在前45 d出現降低，45～90 d升高，90～150 d降低，150～210 d升高。最低點出現在第45、120、150天，為0.17 g/kg;最高值出現在第210天，為0.21 g/kg。

2.2 ? ?有效磷含量變化

由圖2可知，砒砂巖在長期干燥下，有效磷含量在培養初期第15天時含量最低，為5.7 mg/kg;第120天時，達到最大值為7.4 mg/kg，增加29.8%，在此期間有磷的釋放;而后有效磷含量開始降低，第210天為6.9 mg/kg。長期干燥下有效磷吸收與釋放并存，但總體表現為增加趨勢。砒砂巖在長期水淹下，有效磷呈現降低的趨勢，培養初期第15天時為8.2 mg/kg;培養末期第210天時為5.4 mg/kg，降低了34.1%。砒砂巖在干濕交替下，有效磷含量最低值出現在培養的第60天為6.5 mg/kg;最高值出現在培養的第90天，為8.3 mg/kg;干濕交替期間既有磷的吸收也有磷的釋放。干濕交替下，土壤中的磷素會被釋放出來，其化學形態變得活潑[7]，從而使土壤中有效磷的含量增加。

2.3 ? ?速效鉀含量變化

由圖3可知，砒砂巖在長期干燥下，速效鉀含量呈增加的趨勢，在培養初期第15天為112 mg/kg，培養末期第210天時為151 mg/kg，增加了34.8%。砒砂巖在長期水淹下，速效鉀含量總體呈增加的趨勢，最低值出現在培養初期第15天，為109 mg/kg;最大值出現在培養點的第60天，為131 mg/kg，增加了20.2%;但在培養末期第210天為125 mg/kg，與培養初期第15天相比，增加了14.7%。砒砂巖在干濕交替下，速效鉀含量呈現出先增加后減少的趨勢，在培養初期第15天為126 mg/kg;但是在培養的第45天，為143 mg/kg，增加了13.5%;而后開始減少。可能是由于鉀被還原，亞鐵、亞錳相對較多，置換出土壤吸附的鉀離子，造成鉀離子活化[8]，從而導致土壤速效鉀含量增高。李夢尋等[9]以北京褐土為研究對象，發現恒濕時土壤速效鉀含量較高，其隨著干濕交替頻率的增加也可能會有所增加。

3 ? ?結論

本研究發現，水分對活化土壤元素有著積極的作用。砒砂巖在長期干燥和干濕交替條件下，全氮、有效磷和速效鉀含量在培養的210 d中元素吸收與釋放并存，但整體呈增加趨勢;在長期水淹條件下，全氮和速效鉀含量在培養的210 d整體呈增加趨勢，但有效磷含量下降。

4 ? ?參考文獻

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[2] 張雪雯，莫熠，張博雅，等.干濕交替及凋落物對若爾蓋泥炭土可溶性有機碳的影響[J].濕地科學，2014，12（2）：134-140.

[3] 鮑士旦.土壤農化分析[M].3版.北京：中國農業出版社，2000.

[4] BORKEN W，MATZNER E.Reappraisal of drying and wetting effects on C and N mineralization and fluxes in soils [J].Global Change Biol，2010，15（4）：808-824.

[5] CREGGER MA，MCDOWELL NG，PANGLE RE，et al.Impact of precipi-tation change on nitrogen cycling in a semi-arid ecosystem[J].Funct Ecol，2015，28（6）：1534-1544.

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[7] 王桂風，劉凌，田娟.淹水過程不同土層磷的釋放研究[J].環境科學與技術，2008，31（12）：21-23.

[8] 李澤遠，葛瀅，葛旦之.水稻鉀肥施用技術的探討Ⅱ.淹水稻田土壤鉀動力學性質及其對水稻鉀素吸收的影響[J].湖南農業科學，1999（1）：42-43.

[9] 李夢尋，王冬梅，任遠，等.不同干濕交替頻率對土壤速效養分、水溶性有機碳的影響[J].生態學報，2018，38（5）：1542-1549.