长期施肥对栗褐土腐殖质组分的影响

张亮,王改兰,段建南,黄学芳

(1.湖南农业大学资源环境学院,湖南 长沙 410128;2.山西省农业科学院 旱地农业研究中心,山西 太原 030031)

长期施肥对栗褐土腐殖质组分的影响

张亮1,王改兰1,段建南1,黄学芳2

(1.湖南农业大学资源环境学院,湖南 长沙 410128;2.山西省农业科学院 旱地农业研究中心,山西 太原 030031)

栗褐土肥力低,质地轻,保水保肥性能差,研究长期施用不同肥料对其腐殖质含量与质量的影响,对提高土壤肥力具有重要作用。试验对山西省河曲砖窑沟流域试验区进行了长期定位施肥研究。结果表明,栗褐土经过20年的不同施肥处理,与不施肥相比,耕层腐殖质均有显著积累,其效果以高量有机肥＞低量有机肥＞单施化肥,单施有机肥与有机肥和氮肥及有机肥和氮磷肥配合施用差异不显著;不同肥料对腐殖质中胡敏酸、富里酸和胡敏素三种组分含量的影响也表现出与腐殖质相似的规律,但对不同组分的影响程度不同。单施化肥比较有利于富里酸的积累,HA/FA比值有降低趋势,不利于提高腐殖质品质;而有机肥对增加胡敏酸含量更具有优势,HA/FA比值明显高于对照,对提高腐殖质品质效果显著。

长期施肥;腐殖质组分;栗褐土

土壤腐殖质是非常复杂的天然复合物,具有良好的生理活性和吸收、结合、交换等功能,并对土壤物理、化学及生物学性质均有重要影响,它的积累在很大程度上影响着土壤肥力,是保障农作物丰收和农产品优良品质不可缺少的要素[1]。长期施肥不仅影响腐殖质的含量与组成,还可影响腐殖质的理化性质[2,3]。目前关于长期施肥对腐殖质各种影响的研究多集中在不同土类,然而针对栗褐土的研究尚未见报道。栗褐土是黄土丘陵区典型地带性土壤,有机质含量低,保水保肥性能差[4],如何探索不同施肥途径来提高其腐殖质含量与质量,对当地农业生产发展具有重要作用。为此,本研究以砖窑沟流域试验区20年的长期定位试验为依据,探讨黄土丘陵区栗褐土在不同施肥条件下土壤腐殖质组分的变化,为当地合理施肥,提高土壤有机质含量与质量,促进农业可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤概况

试验于1988年在山西省河曲县砖窑沟流域的沙坪村窑家嘴梁顶平进行,供试土壤土种为轻壤黄土质淡栗褐土,土类为黄土正常新成土[5],1988年播种前测得的试验地0～40 cm土壤基本理化性状见表1。

表1 供试土壤的基本性质Table 1 Basic properties of the test soil

1.2 试验设计

试验设8个处理:①对照 (CK);②单施氮肥 (N);③氮磷肥配施 (NP);④单施低量有机肥 (M1);⑤低量有机肥与氮肥配施 (M1N);⑥低量有机肥与氮磷肥配施 (M1NP);⑦高量有机肥与氮肥配施 (M2N);⑧高量有机肥与氮磷肥配施 (M2NP)。各处理施肥量见表2。试验设3次重复,随机区组排列,小区面积24 m,每年试验小区的处理不变。氮肥用含N 46%的尿素,磷肥用含P2O514%的过磷酸钙,有机肥施用当地圈肥。种植作物为糜子 (Panicum miliaceumL.)和马铃薯 (Solanum tuberosumL.),两种作物进行换茬轮作种植。耕作管理措施与大田相同。

表2 各处理的施肥量/kg◦hm-2Table 2 Application rates of the treatments

1.3 土壤样品的采集与测定

于2007年和2008年作物播种前采集 (0～20 cm)耕层土壤,土样经风干后过60目筛子,测定殖质含量、胡敏酸含量、富里酸含量和胡敏素含量。土壤腐殖质测定用外加热重铬酸钾容量法,土壤腐殖质组分测定以氢氧化钠-焦磷酸钠混合液(pH=3)浸提-重铬酸钾容量法[6]。

2 结果与分析

2.1 长期施用不同肥料对土壤腐殖质积累的影响

经过20年的不同施肥处理,栗褐土耕层土壤腐殖质含量产生了极显著差异,结果见图1。

图1 2007和2008年土壤腐殖质含量Fig.1 Humus contents in topsoil in 2007/2008(图中大写字母代表0.01水平上的差异)

由图1可以看出,以施用高量有机肥的2个处理 (M2N、M2NP)为高,其土壤腐殖质含量极显著高于其它处理,2007年分别较对照增加了161.8%和 168.9%,2008年增加了172.1%和168.3%;施用低量有机肥的 3个处理 (M1、M1N、M1NP),其土壤腐殖质含量极显著高于单施化肥的处理,而极显著低于施高量有机肥的处理,2007年分别较对照增加了102.5%、96.3%和112.0%,2008年增加了 107.4%、97.4%和114.5%;单施化肥的2个处理 (N、NP),其土壤腐殖质含量极显著高于对照处理,而极显著低于施用有机肥的处理,2007年分别较对照增加了27.7%和29.8%,2008年增加了29.0%和32.7%。化肥不会直接增加土壤腐殖质含量,但是化肥的施用对种植作物的产量增加有显著效果[7],增大了植物根叶残体还田入土的生物量,进而有利于腐殖质积累。施用有机肥除了增产增加生物量外,更是直接向耕层输入有机质,所以施有机肥的各处理土壤腐殖质含量增加效果更明显。上述结果表明,无论是长期单施有机肥或者是有机肥与无机肥配合施用,都有利于栗褐土耕层土壤腐殖质的积累,而且其效果随有机肥施用量的增加而增加,长期单施氮肥或氮肥与磷肥配合施用对栗褐土耕层土壤腐殖质的积累也有一定促进作用。腐殖质是土壤肥力的核心物质,对于肥力低,质地轻,保水保肥性能差的栗褐土来说,提高腐殖质含量十分重要。农业生产中应积极开辟有机肥资源,坚持有机肥与化肥配合施用。在有机肥源不足的情况下,合理施用化肥对培肥地力也有积极作用。

2.2 长期施用不同肥料对土壤腐殖质组分的影响

土壤学中依据腐殖质的颜色和酸、碱溶解性把腐殖质分为富里酸、胡敏酸和胡敏素3个组分。腐殖质中最关键的部分是胡敏酸,胡敏酸分子边缘有大量的功能团,如羧基、酚羟基和醇羟基等,这些功能团可与土壤中的金属离子、粘土矿物、水合氧化物发生相互作用,可以增加土壤吸收性能和保持养分、水分的能力,并能促进土壤结构体的形成。富里酸官能团中酚羟基和甲氧基的数目比较多,对土壤肥力也有一定作用。胡敏素与粘粒矿物结合得十分紧密,活性很低。试验对土壤腐殖质组分的测定结果见表3。

表3 2007和2008年土壤腐殖质组分Table 3 Contents of the humus component in topsoil in 2007 and 2008

由表3可以看出,栗褐土耕层土壤腐殖质组分以胡敏素为主,其次是富里酸,再次是胡敏酸,三者的含量分别占腐殖质总量的74.3%～78.0%、12.4%～16.7%和5.8%～11.7%,这与风沙土、棕壤、红壤、水稻土的腐殖质组分相似[8～10]。

经过20年的不同施肥处理,栗褐土腐殖质的三个组分处理间均表现出显著差异。从胡敏酸组分看,8个处理的胡敏酸含量可明显区分为两组:对照 (CK)与单施化肥的2个处理 (N、NP),土壤胡敏酸的含量较低,其中,以单施化肥的2个处理高于对照,但只有NP处理在2008年达到了显著水平,N处理不显著;施有机肥和配施化肥的 5个处理(M1、M1N 、M1NP、M2N 、M2NP),土壤胡敏酸的含量均极显著高于对照和单施化肥的处理,2007年依次较对照增加了221.3%、219.0%、238.0%、302.7%和283.3%,2008年增加了271.2%、259.9%、267.3%、379.8%和306.8%,其中以施高量有机肥的两个处理(M2N、M2NP)提高的幅度较大。

不同处理对富里酸和胡敏素的影响与腐殖质的积累相似,各处理富里酸和胡敏素含量的总趋势是高量有机肥的2个处理＞低量有机肥3个处理＞单施化肥 2个处理＞对照,与对照相比,2007年各施肥处理的富里酸含量增加幅度为32.7%～182.9%,2008年的增加幅度为31.5%～160.4%,胡敏素2007年增加幅度为27.0%～158.6%,2008年的增加幅度为28.3%～166.4%。

从三种组分占腐殖质总量的比例来看,单施化肥的2个处理,胡敏酸和胡敏素所占的比例与对照相近,富里酸所占的比例略高于对照,单施有机肥,和配施化肥5个处理则是胡敏酸所占的比例明显高于对照,富里酸所占的比例低于对照,胡敏素所占的比例与对照相比有降低的趋势,高量有机肥与低量有机肥处理之间无明显差异。

以上结果表明,长期单施化肥对富里酸的积累比较有利,而长期施用有机肥或有机肥与化肥配合施用更有利于土壤胡敏酸的积累。显然,有机肥更有利于改善土壤理化性质。

2.3 长期施用不同肥料对土壤腐殖质HA/FA比值的影响

腐殖质中胡敏酸与富里酸的比例是衡量腐殖质品质的一个重要指标,胡敏酸比例越高,腐殖质的活性越强,品质越好[2]。不同处理试验结果见4。

表4 不同处理的土壤腐殖质HA/FA比值Table 4 Influences of the long-term fertilization on HA/FA of humus in soil

由表4可见,与对照相比,单施化肥栗褐土耕层中HA/FA比值有降低的趋势,以单施氮肥的处理较为明显,但未达显著水平。有机肥的5个处理(M1、M1N、M1NP、M2N、M2NP),其HA/FA比值均显著高于对照,增高幅度在51.22%～129.27%之间,其中 M1、M1N、M1NP、M2N处理间无显著差异,而M2NP处理却显著低于其它4个处理,M2NP处理效果较低的原因还有待于进一步研究。上述结果表明,长期单施化肥不利于改善栗褐土耕层腐殖质品质,而长期单独施用有机肥提高栗褐土腐殖质品质的效果十分明显,低量有机肥配施氮肥及氮肥和磷肥对其效果无明显影响,高量有机肥配施氮肥对其效果也无明显影响。

3 结论与讨论

(1)栗褐土长期施用有机肥和化肥及有机肥与化肥配合施用,耕层腐殖质普遍都有积累,其中有机肥的效果更明显。连续施肥20年后,M2N和M2NP处理较对照处理土壤腐殖质含量提高了 172.08%和 168.28%,M1、M1N、M1NP处理提高了107.44%、97.40%和114.51%,N、NP处理提高了28.95%和32.73%。

(2)栗褐土耕层土壤腐殖质以胡敏素含量为主 (占75%左右),其次是富里酸,再次是胡敏酸。长期施用不同肥料对耕层土壤腐殖质的3个组分都有显著影响,对富里酸和胡敏素含量的影响与腐殖质的积累相似,与对照相比,各施肥处理均呈增加趋势,其效果以高量有机肥处理(M2N、M2NP)＞低量有机肥处理 (M1、M1N、M1NP)＞单施化肥处理 (N、NP)。而对胡敏酸的影响则不完全相同,单施化肥的两个处理对胡敏酸含量无显著影响,施用有机肥对提高胡敏酸含量有显著作用。

(3)与对照相比,长期单施化肥,栗褐土耕层HA/FA比值有降低趋势,不利于维持和改善土壤腐殖质品质,而有机肥或有机肥与化肥配施均可提高栗褐土耕层HA/FA比值,有利于提高土壤腐殖质品质。

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Influences of Long-term Fertilization on Humus Compositions in Cinnamon Soil

ZHANG Liang,WANG Gai-lan,DUAN Jian-nan,et al.
(College of Resources and Environment,Hunan Agricultural University,Changsha Hunan 410128,China)

The long-term fertilization experiment was conducted on Zhuanyaogou basin in Hequ county,northwest Shanxi province.The results showed that humus in topsoil of cinnamon soil had a significant accumulation after 20 years different fertilizer application treatments,compared with no fertilizer application treatment(CK).The effects of treatments on humus accumulation were the treatments of organic fertilizer application in high level(M2N,M2NP)＞that in low level(M1,M1N,M1NP)＞the treatment of only chemical fertilizer application(N,NP).The influence of application treatments on contents of humic acid(HA),fulvic acid(FA),and humin in humus was similar to the humus accumulation.But the influence degree was different among the components.The treatments of chemical fertilizer application only were suitable for the accumulation of fulvic acid,and the value of HA/FA has a trend of reduction,witch was not suitable for improving humus quality.The treatments of organic fertilizer application were better for the content accumulation of humic acid.In these treatments,the value of HA/FA wais higher than those in CK,no fertilizer application,and the effect on the quality improvement of humus is remarkable.

Long-term fertilization;Humus composition;Cinnamon soil

S153.622

A

1671-8151(2010)01-0005-04

2009-09-27

2009-10-29

张亮(1984-),男(汉),山西大同人,硕士研究生,主要从事土壤肥力与植物营养方面的研究。

王改兰,教授,硕士生导师。Tel:0731- 84618094;E-mail:gailanwang@hotmail.com

国家自然科学基金项目 (49971040)资助,湖南农业大学人才引进基金项目资助

(编辑:杨忠义)