砒砂岩与沙复配土壤理化性状及作物产量研究

胡 雅

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075；3.国土资源部退化及未利用土地整治重点实验室，陕西 西安 710075；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075）

毛乌素沙地是我国四大沙地之一，其境内分布有大面积砒砂岩，是毛乌素沙地一种重要的伴生岩[1]。砒砂岩无水坚硬如石，遇水则松软如泥，十分容易风化，侵蚀严重[2]，风沙土具有较好的透水性，但保水持水性差，这两者被称为当地的“两害”。目前有学者利用植物治理、工程治理、综合治理等手段对砒砂岩区进行了综合改造与尝试，在试图采用客土法改良土壤的过程中发现周边黄土资源稀少，远程运输成本高[3]，而风沙土在毛乌素沙地中遍地存在，利用风沙土与砒砂岩物理构成的互补性，将其复配形成新的土壤，即文中所述“复配土”。复配土成为毛乌素沙地土地整理的新模式，对减轻该地区水土流失和沙漠化问题具有重要意义[1]。

复配土能够有效增加耕地面积，从2009年至今已有多名学者对其进行的不同方向的研究，但对不同配比下复配土壤的物理、化学性状及作物产量没有进行系统的对比分析，因此，本文基于前人的研究成果，对近年来砒砂岩与沙复配土壤种植小区中复配土的物理、化学性状及作物产量进行整理分析，以期寻求适合作物生长的最优复配比，为进一步研究砒砂岩与沙复配成土技术提供参考，促进该项技术的推广与沙区农业的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

1.2 试验设计

试验共设3种处理，即砒砂岩与沙混合体积比例分别为1:1、1:2、1:5，每个处理3个重复，共9个试验小区，单个试验小区而积为2m×2m = 4m，试验小区采取自南向北“一”字型布设。每个小区距地表30 cm以上为砒砂岩与沙混合物，30～70cm土层完全用沙充填，试验用沙和砒砂岩均采集于榆林榆阳区小纪汗乡大纪汗村。供试玉米品种为“户单4号”，小麦品种为“小堰22”，大豆品种为“秦豆n号”，马铃薯品种为“夏波蒂”。灌溉及施肥方式按当地习惯进行管理。

1.3 样品测定

土壤质地采用吸管法[4]；环刀法测定容重及饱和导水率；Elliott湿筛法水稳性团聚体含量；田间持水量、萎蔫系数、有效持水量及毛管孔隙度通过水分特征曲线获得；玻璃电极法测定pH值；重量法测定全盐量；全氮自动间断化学分析仪测定全氮含量；铂锑抗比色法测定有效磷含量；火焰光度法测定速效钾含量；重铬酸钾容量法测定有机质含量；产量测定在作物收获时称重测其实际产量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010及Origin对数据、图表进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同配比物理性质分析

表1为复配土质地及容重，由表可以看出随着砒砂岩含量的减少，3种复配土的质地由砂壤土变化为壤砂土。砂粒含量随掺沙量的增加而增加，分别为68.46%、76.69%、82.4%，粉粒含量和黏粒含量随掺沙量的增加而减少。1:1复配比例下粉粒含量高达24.02%，粉粒较多时土壤蒸散作用大，对土壤蓄水、导水与保水功能有减弱作用，不利于作物生长。1:1复配土容重较1:2和1:5复配土大，且差异显著，1:2和1:5复配土容重差异不大。土壤容重小说明土壤疏松，孔隙多，容重大说明土壤紧实，结构性差，孔隙少[5]。1:1复配土容重较大，即可能对土壤多孔性影响较大，作物根系生长和生物量累积与1:2和1:5复配土易受到限制。

表1 复配土质地及容重

表2为复配土水分参数，由表可以看出，不同配比的砒砂岩与沙复配土壤持水和保水能力有较大差异，随着砒砂岩占比的减少，复配土壤持水能力减弱，田间持水量、萎蔫系数及有效持水量均减小。1:5和1:2复配土较1:1复配土田间持水量分别降低35%和15%，萎蔫系数分别降低50%和22%，有效持水量分别降低16%和6%，有效持水量变化幅度最小。说明向风沙土中添加一定量的砒砂岩能够增加复配土持水能力，达到天旱地不旱的效果，进而为作物正常生长提供必要的水分支持[6]。

表2 复配土水分参数

土壤团聚体影响土壤孔隙性、持水性、通透性及抗蚀性，能够反映土壤质量演变历程，通过湿筛法得到的水稳性团聚体数量和分布能较好反映土壤的这些性质。图1为不同比例复配土水稳性团聚体分布状况，由图可以看出复配土砒砂岩与沙的比例对土壤水稳性团聚体的含量有明显影响。土壤团粒结构体是＞0.25mm粒级的团聚体，其数量与土壤肥力状况呈正相关，1:1、1:2和1:5复配土中＞0.25mm粒级的团聚体分别占20.5%、33.3%、32.1%，1:2复配土中＞0.25mm粒级的团聚体最多，0.25～0.5mm团聚体质量分数占＞0.25mm粒级的团聚体质量分数的42.9%～62.9%，说明＞0.25mm的团聚体主要集中在0.25～0.5mm粒级。复配土中大粒级团聚体质量分数越大，土层结构稳定性越强，1:2复配土水稳性团聚体质量分数分布状况较其它2个处理优异。

2.2 不同配比土壤化学性状

砒砂岩与风沙土本身养分含量很低，对种植一年后的复配土壤养分进行测定，结果如表3所示，由表可以看出，不同比例复配土pH平均值8.36，各处理间无显著性差异。1:5复配土较1:1和1:2复配土全盐含量高0.15g/kg，1:1和1:2复配土之间无显著差异。复配土壤中随着砒砂岩含量的减少全氮含量呈增加趋势，受砒砂岩与风沙土自身养全氮含量低的影响，即使种植过程施用氮肥，但作物吸收利用后残留在土壤中的氮素是很少的，所以3种比例复配土全氮含量在土壤养分分级标准中均很低。有效磷含量由高到低依次为1:5、1:1、1:2复配土，复配土有效磷含量在土壤养分分级标准中为2级，磷含量高的原因可能是复配土壤固磷因子较少，而磷肥又易吸收固定，磷素除了被作物吸收利用外其余部分残留在土壤中成为有效磷[3]。复配土中速效钾含量1:1最高，1:2最低，3种比例复配土速效钾含量在土壤养分分级标准中均很低，这可能是由于复配土所用土壤非黄土母质，土壤本身钾含量少，且大量钾元素被作物吸收利用。1:2复配土中土壤有机质含量在3种复配土中最高，1:5复配土次之，1:1复配土有机质含量最低，说明1:2复配土作物生长后的植物残体和根系分泌物较多，这对土壤养分的存储有正面作用。综合土壤养分含量来看，1:2复配土中养分含量较高且均衡，1:5复配土次之，1:1复配土养分含量较差。

图1 不同比例复配土水稳性团聚体分布状况

表3 复配土养分含量

2.3 不同配比土壤作物产量

总体上，复配土比例为1:2和1:5时作物产量较高，1:1时产量较低。不同作物对土壤的适应性不同，因此不能根据某一种作物产量的高低来评定哪一种复配土壤比例最优。不同作物在不同复配土比例下作物产量如图2所示。种植玉米时，1:2复配土产量最高，为8750kg/hm2，1:1复配土产量最低，为7500kg/hm2，说明玉米品种更适宜种植在1:2复配土上。种植小麦时，1:2复配土产量最高，为6690kg/hm2，1:1复配土产量最低，为5760kg/hm2，说明小麦品种更适宜种植在1:2复配土上。种植大豆时，1:2复配土产量最高，为4600kg/hm2，1:1复配土产量最低，为2880kg/hm2，说明大豆品种更适宜种植在1:2复配土上。种植马铃薯时，1:5复配土产量最高，为35240kg/hm2，1:1复配土产量最低，为25110kg/hm2，说明马铃薯更适宜种植在1:5复配土上。由此也可以说明作物产量受作物种类影响明显，受复配土壤混合比例影响不明显。

3 结论

随着砒砂岩含量的减少，质地由砂壤土变化为壤砂土，且1:2复配土容重小，土壤疏松，孔隙多；随着砒砂岩占比的减少，复配土壤持水能力减弱，在风沙土中添加一定量的砒砂岩能够增加复配土持水能力；1:2复配土水稳性团聚体中大粒级团聚体质量分数大，其土层结构稳定性强。

不同比例复配土pH平均值8.36，种植1a后复配土中有效磷含量高，全氮、速效钾和有机质含量低。1:2复配土中养分含量较高且均衡，1:5复配土次之，1:1复配土养分含量较差。

作物产量受作物种类影响明显，受复配土壤混合比例影响不明显。1:2复配土适合种植玉米、小麦、大豆这3个品种，1:5复配土更适宜种植马铃薯；复配土比例为1:2和1:5时作物产量较高，1:1时产量较低。

图2 不同配比复配土种植后作物产量