种植模式对不同土层土壤肥力的影响研究

邓朝艳，申超峰，郑维威，彭丁文,3，简路军，骆夏辉

（1.郴州市农业科学研究所，湖南郴州 423000；2.国家土壤质量郴州观测实验站，湖南郴州 423000；3.国家种质资源郴州观测实验站，湖南郴州 423000）

近年来，人类活动引起的土壤肥力退化问题受到广泛关注，土壤肥力高低是土地自然属性和外力综合作用的结果，在一定程度上反映了土壤类型的差别和土地利用方式的不同[1,2]。人为作用下的土地利用方式在一定程度上能改变土壤养分状况[1]。如黄国勤等[3]研究发现，稻田冬季轮作蚕豆能增加土壤养分，候广军等[4]研究中提到过度施用化肥是造成土壤酸化的主要原因，李进等[5]研究中提到增施有机肥、有机-无机肥料配施以及酸碱度的适当调节能提高耕地土壤肥力，这些学者大多研究了不同种植模式对土壤养分含量的影响，但是不同种植模式下不同土层深度的土壤养分分布鲜有报道[6]。本文通过研究不同种植模式对土壤肥力的影响，分析出不同土地利用方式下在不同土层深度土壤肥力的差异变化情况，对未来的农业生产中合理茬口和科学施肥提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于郴州市农科所基地，地处北纬24°53′～26°50′，东经112°13′～114°14′，属亚热带季风性气候，年均降水量约1500 mm，年均气温17.4 ℃，年日照时数约1 500 h，≥10 ℃有效积温约6 300 ℃，无霜期332 d。

粮田栽培作物为双季稻；果园栽培作物为桃树；设施农田（下面简称设施）取样前3 年栽培作物分别为草莓、百香果、西瓜。

1.2 采样方法

取样时间为2017 年10～11 月。粮田、果园、设施各3个剖面，每个剖面设0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm共5 个土层，总共有15 个样本，样本间不混样。

1.3 样品测定方法

有机质检测参照《NY/T 1377-2007 土壤pH 的测定》；pH 检测参照《NY/T 1377-2007 土壤pH 的测定》；速效氮检测参照《DB13/T 843-2007 土壤速效氮测定》；有效磷检测参照《NY/T 1121.7-2014 土壤有效磷的测定》；速效钾检测用火焰光度计法；容重检测用环刀法；电导率检测用电极法。

1.4 数据处理分析

试验处理采用Excel 2003 处理，显著性分析采用SPSS 17.0。

2 结果与分析

2.1 种植模式不同对土壤物理特性影响

表1 不同种植模式对土壤物理特性的影响Table 1 Effects of different planting patterns on soil physical properties

从表1 中看出，土壤有机质随着土层深度的增加而减少，不同种植模式的有机质在0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 土层中基本呈出现相似的趋势，有机质含量为设施＞果园＞粮田，在0～60 cm 土层中3 个种植模式的有机质含量有显著性差异，这和设施、果园在生产上常施用有机肥有关，加上设施种植的蔬菜多为浅根系，根系不如果树发达，因此肥料利用率低于果园。果园表层土壤枯枝落叶多，且易分解[7]。郴州双季稻除了冬天有种植绿肥还田的习惯外，在生产中一般不施有机肥，秸秆极少还田，所以粮田的有机质含量相对低。

pH 随着土层深度的增加而增加，其中从20～40 cm到0～20 cm 的土层中，设施pH 从6.07 下降到5.37，果园pH 下降了0.28，粮田pH 变化不明显，这说明土壤长期淹水能减缓土壤pH 的酸化，设施土壤具有高复种指数、施肥多（特别是氮肥）、无淋溶等特点，这说明氮肥过量能导致土壤酸化，而淋溶能缓解土壤酸化，这与侯鹏程等[8]研究中提到水稻土抵抗酸化能力较强的结轮较一致。

在0～60 cm 土层中，粮田容重显著高于果园和设施，这可能和粮田长期种植双季稻土壤长期淹水有关，设施管理的精细程度高于果园和粮田，果园除了施肥开沟，基本处于免耕状态，因此栽培管理、耕作方式、灌溉等影响土壤容重。郑孟菲等[9]研究中提到施用生物炭有机肥可显著降低容重、提高土壤孔隙度和pH。本试验中设施、果园的土壤有机质含量多于粮田，0～60 cm 土层设施、果园的容重显著低于粮田的检测结果，也说明增施有机肥能降低土壤容重。

在0～80 cm 土层中，电导率是随着土层深度的增加而减少的，而pH 则随着土层深度的增加而增加，与王瑞雪等研究中提到的pH 值和电导率呈负相关的结论较为一致[10]，加上设施的电导率显著高于果园和粮田，这说明增施有机肥、减少化肥施用量、水旱轮作、淋溶等农事措施均能提高土壤pH，降低土壤电导率。

2.2 种植模式不同对土壤养分的影响

2.2.1 种植模式不同对土壤速效氮、磷、钾含量的影响

表2 不同种植模式对土壤速效养分的影响Table 2 Effects of different planting patterns on soil quickimpact nutrients

从表2 中可以看出，速效氮随着土层深度的增加而减少，其中5 个土层的速效氮设施为＞果园＞粮田。有效磷随着土层深度的增加而减少，5 个土层的有效磷呈现相同的趋势，均为设施＞粮田＞果园，0～20 cm 土层3 个种植模式之间有显著性差异，20～40 cm 土层设施显著高于果园和粮田，果园和粮田无显著性差异，40～60、60～80、80～100 cm 土层这3 个种植模式之间并无显著性差异；速效钾3 个种植模式在各土层中都无显著性差异，0～40 cm 土层中的速效钾设施＞果园＞粮田，40～80 cm 土层中的速效钾为粮田＞设施＞果园，80～100 cm 的速效钾为粮田＞果园＞设施。0～40 cm 土层设施中速效氮、有效磷、有效钾都高于粮田、果园，这可能是因为在实际生产中设施的复种指数高、分批采收、速效肥投入量大，设施种植的几种蔬菜属于浅根系，对肥料的利用率低，导致土壤中养分积累多。其中有效磷不及时消耗，容易形成沉淀，导致土壤板结[11]。可见不同种植模式的施肥习惯能使土壤养分发生变化。

2.2.2 种植模式不同对土壤全量养分的影响

表3 种植模式对土壤全量养分的影响Table 3 Effects of planting patterns on total soil nutrients

从表3 可以看出，全氮在各土层中均为设施显著高于果园和粮田，果园的全氮稍高于粮田，但无显著性差异；0～20、60～100 cm 的土层中全磷含量粮田＞果园＞设施，20～60 cm 的全磷含量果园＞粮田＞设施；0～40 cm 的土层中全钾含量为粮田＞设施＞果园，40～60 cm 土层为设施＞粮田＞果园，60～80、80～100 cm 土层中3 个种植模式无显著性差异。可见全量的氮、磷、钾相对速效氮、磷、钾受土层厚度、不同种植模式影响较小，设施中的全氮显著高于果园和粮田，姚静等[12]研究中也提到全氮95%以上为有机氮，有机氮需要经过微生物矿化才能转化为可利用的氮，说明耕作措施、有机肥施用及pH 变化等对土壤全氮量有一定的影响。全磷含量高时并不意味着磷素供应充足，而全磷含量低于某一水平时，却可能意味着磷素供应不足。全钾中90%～98%在相当长时间内是无效的，因此全磷、全钾值不能用以指导施肥。

3 结论

本试验得出，种植模式对土壤有机质、pH、容重、电导率都有影响，张娟[6]、高金权等[7]研究也得出增施有机肥、秸秆还田、绿肥还田、减少化肥施入量、水旱轮作、合理灌溉等措施均能提高土壤pH、降低土壤容重、降低土壤电导率、增加有机质等，从而改善土壤质量、提升土壤肥力。

试验还发现，不同种植模式的施肥习惯能使得土壤速效氮、磷、钾发生变化。但全量的氮、磷、钾相对速效氮、磷、钾而言，受土层厚度及种植模式的影响较小。