不同施肥处理对红壤坡耕地土壤团聚体的影响

杨苍玲 李成学 杨鸿 付星基 赵燚柯 余建新

摘要：通过2年小区试验，研究了不施肥、单施化肥、单施有机肥、有机肥与化肥配施4种施肥处理对土壤团聚体的影响。结果表明，与对照相比，单施化肥、单施有机肥和有机肥与化肥配施土壤体积质量分别降低了1.69%、3.39%、6.78%;土壤有机质含量分别增加2.14%、14.97%、19.25%;>0.25 mm机械稳定性团聚体的含量分别显著提高了10%、11.17%、17.86%（P<0.05）。不同施肥处理>0.25 mm水稳定性团聚体的含量无显著差异;而有机肥与化肥配施处理含量最高;有机肥与化肥配施处理的土壤团聚体平均重量直径（MWD）、土壤团聚体几何平均直径（GMD）的值最大;单施化肥团聚体破坏率最高，有机肥与化肥配施处理团聚体破坏率最低。说明有机肥与化肥配施可以降低土壤体积质量，能有效提高土壤有机质、机械稳定性团聚体、水稳性团聚体的含量，改善土壤团聚体的团聚度和稳定性，对提升耕地质量有较好的作用。

关键词：有机肥;土壤体积质量;土壤有机质;机械稳定性团聚体;水稳性团聚体

中图分类号： S156.6  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）05-0256-04

收稿日期：2018-07-16

基金项目：国土资源部公益性行业科研专项（编号：201511003-3）。

作者简介：杨苍玲（1993—），女，云南大理人，硕士研究生，主要从事土地资源利用与环境保护的研究。E-mail：1043373784@qq.com。

通信作者：李成學，硕士，讲师，主要从事土地资源管理、肥料与植物营养等方面的研究。E-mail：li_chx0309@ynau.edu.cn。

土壤团聚体是土壤结构的基本单元，同时也是土壤有机质保持的场所，是土壤肥力的物质基础[1]，对协调土壤中的水肥气热、稳定土壤疏松熟化层均有着重要作用，决定着土壤的性质和肥力[2]。维持土壤功能需要具备良好的土壤结构，土壤结构是由无数土壤团聚体构成的，通常依据>0.25 mm土壤团聚体的数量、平均质量直径和几何平均直径等指标，来判断土壤团聚体的大小和稳定性[3-4]。增加土壤有机质的含量，能显著降低土壤体积质量，改善土壤通气状况，提高土壤团聚体稳定性[5-6]。施用有机肥对农业生产有很好的作用，可为农作物提供全面的营养元素，提高土壤有机质含量[7]，而土壤有机质能提供作物所需的养分，改善土壤肥力。

云南省是典型的山区省份，全省94%的土地是山地和高原[8]，总面积642.13万hm2。坡度为6°～25°的耕地称为坡耕地，云南省的坡耕地有412.93万hm2，其中坡度25°以上的陡坡耕地就有75.53万hm2[9]。红壤是云南省主要的土壤类型，其面积有183.89万hm2，占全省耕地面积的30.28%，由于红壤中黏粒、氧化铁、铝含量均较高，而有机质含量较低，故其不利于土壤的团聚作用。而长期大量施用化肥造成了农田土壤板结，有机质含量降低，致使土壤结构破坏，生产力下降[10]，最终影响团聚体的形成、土壤结构的稳定性和土壤肥力。因此，水土流失、土壤结构不稳定、土壤肥力衰退是云南红壤坡耕地最为严重的特性，红壤坡耕地改良治理对云南山地资源的可持续利用十分重要。崔荣美等研究表明，施用有机肥能提高粒径>0.25 mm的机械稳定性团聚体和水稳定性团聚体的含量，对改良土壤结构有良好的作用，良好的土壤结构稳定性还能防风蚀、水蚀，利于水土保持[11-12]。钱婧等的研究表明，红壤坡面大团聚体越稳定，坡面土壤的粗化过程越不易形成[13]。姜灿烂等研究发现，对旱地红壤配施有机无机肥可增加土壤有机质含量，有利于红壤旱地土壤大团聚体的形成，改善土壤团聚体结构及其稳定性[14]。但关于不同施肥对红壤坡耕地土壤团聚体组成和稳定性影响的研究鲜少。因此，本试验分析化肥、有机肥不同施肥方式对土壤团聚体组成及稳定性的影响，以期为快速提升红壤坡地耕地质量，缓解水土流失，改善土壤结构提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验设在云南省曲靖市马龙县旧县街道花龙潭的丘陵缓坡地，25°21′N，103°22′E，海拔1 885 m，属于低纬度高原季风气候，具有冬无严寒、夏无酷暑、干冷同期、雨热同季的特点。年平均气温13.6 ℃，多年平均降水量1 001.8 mm，年均日照2 158 h，年均相对湿度75%，年均无霜期247 d。土壤类型为厚层山岩红壤，土壤质地为沙壤土，地形为缓坡丘陵。0～20 cm 土壤理化性状：有机质含量1.77%，全氮含量 0.47 g/kg，全磷含量0.38 g/kg，速效钾含量65.45 mg/kg，pH值为5.1。

1.2 试验材料

供试作物：玉米，品种为双玉88。

供试肥料：尿素（含46.4% N）、普钙（含14% P2O5）、硫酸钾（含25% K2O）、羊粪。

1.3 试验设计

于2016年4月开始试验，设4个处理：不施肥（CK），单施化肥（氮、磷、钾肥）（C），施羊粪（OS），化肥（氮、磷、钾 肥）+ 羊粪（COS）。采用完全随机设计，每个处理设3次重复，共计12个小区。每个小区的面积为4 m×4 m=16 m2，在小区的四周设置保护行。所有肥料均作底肥一次性施入，各处理肥料用量见表1。

1.4 测定项目与方法

采用五点法取样，土壤采样深度为0～20 cm，将每个小区采集的土样去除根系、杂草、土壤动物、石块等杂质后自然剥离为1 cm3左右的小块，混匀，置于室内通风处晾干待测定。采用环刀法测定土壤体积质量，采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量，采用干筛法[15]测定机械稳定性团聚体含量，采用湿筛法[15]测定土壤水稳性团聚体含量。

1.5 数据处理

土壤团聚体平均重量直径（MWD）计算方法如下：

式中：ri为第i个筛子的孔径，mm，r0=ri，rn=rr+1;Wi为第i个筛子上土壤水稳性团聚体的干质量占总团聚体的比例，%;n为筛子的数量（n=5）。

土壤团聚体几何平均直径（GMD）计算方法如下：

式中：Wi为第i个筛子上各粒级土壤水稳性颗粒的干质量，g;lnRi为相邻两级土壤水稳性团聚体平均直径的自然对数（以e为底的自然对数，e=2.718 281 828），n为用于湿筛的筛子数量，n=5。

土壤团聚体破坏率（PAD0.25）计算方法如下：

式中：PAD0.25为团聚体的破坏率，%;DR0.25为粒径>0.25 mm机械稳定性团聚体含量，%;WR0.25为水稳性团聚体含量，%。

采用Excel 2013、SPSS 17.0对试验数据进行统计分析，采用单因子方差分析（one-way AVOVA）和最小显著差数法（LSD）对不同处理间土壤团聚体含量进行差异显著性检验（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤体积质量的影响

土壤体积质量是反映土壤质量的重要指标。由图1可知，C、OS、COS的土壤体积质量比CK分别降低了1.69%、3.39%、6.78%;OS较C降低1.72%;COS较OS土壤体积质量降低了3.51%。说明施用有机肥能够降低土壤体积质量，增加土壤孔隙，改善土壤结构，合理配施对土壤体积质量影响较大。

2.2 不同施肥处理对土壤有机质含量的影响

由图2可知，连续2年不同施肥处理中，與CK对照相

比，不同施肥处理的有机质含量都有提高，其中，C、OS、COS的有机质含量分别提高了2.14%、14.97%、19.25%，其中COS处理与CK和C差异显著。说明有机肥能显著提高土壤有机质的含量，而化肥的施用不利于有机质的积累。

2.3 不同施肥处理对土壤机械稳定性团聚体组成的影响

机械稳定性团聚体是能够抵抗外力破坏的团聚体，常用干筛后团聚体的组成量来反映。一般将粒径>0.25 mm的团聚体称为大团聚体，大团聚体含量越高说明土壤团聚体结构越稳定[16]。

由表1可知，连续2年不同施肥处理中，各处理 >0.25 mm 机械稳定性团聚体含量表现为COS>OS>C>CK;其中，C、OS、COS机械稳定性团聚体的含量比CK分别显著提高了10.00%、11.17%、17.86%（P<0.05）;各处理的机械团聚体含量主要分布在粒径为2～10 mm。对于粒径为 0.5～1 mm的机械团聚体含量，处理COS比CK显著提高了43.06%;对于<0.25 mm微团聚体含量，COS处理与其他处理均差异显著。由此可见，有机肥更有利于促进大团聚体的形成，减少不稳定微团聚体含量，改善土壤团粒结构，提高土壤稳定性。

2.4 不同施肥处理对水稳定性团聚体组成的影响

水稳性团聚体是指能经受水的浸泡、冲洗而不易分散的、粒径>0.25 mm的土壤团粒。土壤团聚体的水稳性以及水稳性团聚体的数量、质量决定了土壤的抗侵蚀能力和土壤肥力[17-18]。

由表2可知，连续2年不同施肥处理中，对于>0.25 mm的水稳性团聚体含量，C、OS、COS处理比CK分别提高了 0.38%、3.29%、5.36%，可能由于团聚体的形成需要积累各处理差异不显著，COS处理略微有优势;对于0.5～1 mm的水稳性团聚体含量，C、OS、COS处理比CK分别提高了 12.06%、40.49%、47.38%;对于0.25～0.5 mm水稳性团聚体含量，COS比OS显著提高了24.00%。综上所述，有机肥与化肥配施能提高粒径>0.25 mm的水稳性团聚体的含量，对不同粒径水稳性团聚体均有较好团聚作用。

2.5 不同施肥处理对团聚体分布及稳定性的影响

土壤团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）是反映土壤团聚体稳定性常用指标。MWD和GMD值越大表示团聚体的稳定性越高[19-20]。

由表3可知，连续2年不同施肥处理中，0～20 cm土层不同处理干筛的MWD、GMD值均高于湿筛。干筛时，COS处理的MWD值较CK显著提高了14.47%;各处理GMD值均无显著差异，COS处理GMD值最高。湿筛时，各处理的MWD值均无显著差异，COS处理较CK增幅最大，提高了 29.29%;COS处理GMD值比CK显著提高了300.00%。无论干筛还是湿筛，C和OS处理的MWD、GMD值均很接近。总之，各处理与对照相比，能改善土壤团聚度、增强土壤稳定性，其中有机肥与化肥配施效果较好。

2.6 不同施肥处理对团聚体破坏率的影响

团聚体破坏率（PAD0.25）表示经过干湿筛后，粒径 >0.25 mm 的土壤团聚体的比率，其值越小表明土壤团聚体破坏率越小[21]。由图3可以看出，CK、C、OS、COS处理团聚体破坏率差异不显著，C处理PAD0.25比CK提高了15.34%，COS处理PAD0.25比CK降低了1.56%，而OS处理PAD0.25较CK差异不大。由此可以得出，单施化肥使土壤团聚体的水稳定变差，从而破坏团聚体的聚集，有机肥与化肥配施会降低对团聚体的破坏程度，有利于团聚体的聚集。

3 讨论与结论

良好的土壤团聚体结构是土壤肥力的物质基础，能够保

证和协调土壤中的水肥气热，粒径>0.25 mm土壤团聚体含量是土壤肥沃的标志之一[22]。而影响土壤团聚体含量和稳定性的内在因素是形成土壤团聚体的有机胶结物质，土壤团聚体的主要胶结剂是有机质[23]。余坤等利用氨化秸秆还田处理能改善土壤结构，降低土壤体积质量，提高>0.25 mm土壤团聚体含量，改善土壤的物理性质[24];彭新华等对侵蚀裸地研究发现，植被恢复和高量施用有机肥可提高土壤有机质含量，并可明显地促进土壤团聚体的形成及其稳定性的提高，其原理都是通过增加腐殖质含量提高有机质含量，改善团聚体数量和性质[25]。本试验通过小区试验得到的结论与之相似，即有机肥与化肥配施能有效降低土壤体积质量，显著提高土壤有机质和粒径>0.25 mm机械稳定性团聚体的含量;而粒径<0.25mm的不稳定性团聚体与对照相比显著减少。由此可推断，有机肥与化肥合理配施有利于大团聚体的形成，增加有机质的含量，改善土壤结构。

粒径>0.25 mm水稳定性团粒含量的高低能够反映土壤抵抗水蚀的能力和土壤结构的好坏。本试验结果表明，各处理水稳性团聚体含量差异不显著，这可能是由于团聚体发生团聚需要一个漫长的过程。在所有处理中，COS>0.25 mm水稳定性团粒含量最高，说明有机肥与化肥配施处理较好地促进水稳性团聚体的形成，提高土壤稳定性，有利于缓解坡耕地发生水土流失。

平均重量直径（MWD）是各级团聚体的综合指标，其值随着大粒级团聚体含量的增加而增大，其值越大，说明团聚体稳定性越好。几何平均直径（GMD）是对团聚体在主要粒級分布的描述，其值越大，团聚体含量在大粒级上的分布越多，孔隙度则越好[26]。本试验结果表明，所有处理中，无论干筛还是湿筛，有机肥与化肥配施的处理（COS）的MWD、GMD的值均最大，说明有机肥与化肥配施有利于降低团聚体破坏率，提高团聚体的稳定性，改善土壤抗蚀性。本试验持续2年，各处理对土壤体积质量、水稳性团聚体、MWD、GMD、团聚体破坏率的影响还不明显;试验结果与赵红等的结论[16]不一致，这可能是由有机肥、土壤类型等其他因素不同造成的。而土壤团聚体结构和稳定性的改善需要长期试验，后期有待研究不同土层厚度的团聚体对坡耕地土壤稳定性的影响，并优化配施方案。

单施有机肥和化肥处理对改善土壤体积质量和土壤有机质的含量有所作用，而有机肥与化肥配施可以降低红壤土壤体积质量，显著增加土壤有机质含量，改善土壤结构，提高土壤肥力，改善红壤土壤质量。有机肥与化肥配施处理中 >0.25 mm 机械稳定性团聚体的含量分别比对照、单施化肥处理高17.86%、7.15%，且差异显著;其<0.25 mm微团聚体含量显著低于其他施肥方式的处理。不同施肥处理中 >0.25 mm 水稳定性团聚体的含量无显著差异，其中有机肥与化肥配施处理含量最高。干筛情况下，有机肥与化肥配施处理MWD、GMD值最大;湿筛情况下，不同施肥处理MWD值无显著差异，有机肥与化肥配施处理GMD的值比对照显著提高了300%。单施化肥处理的PAD0.25较对照提高了 15.34%，有机肥与化肥配施处理PAD0.25较对照降低了 1.56%。

综上所述，有机肥与化肥配施可以降低土壤体积质量，显著增加土壤有机质含量，提高>0.25 mm机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的含量，提高了红壤土壤肥力，改善土壤结构的稳定性，可以缓解坡耕地水土流失，土壤退化的现象。

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