不同施肥模式对砒砂岩与沙复配土壤养分的影响研究

张再望

摘要    為了提高砒砂岩与沙复配土壤的质量，寻求最优施肥模式，本研究基于室内盆栽试验，分析了不施肥、单施有机肥、基于农户习惯的有机肥与无机肥配施和单施化肥4种施肥模式对复配土壤养分的影响。结果表明，基于农户习惯的有机肥与无机肥配施模式下土壤中的总碳和有机碳含量明显高于其他3种施肥模式;单施化肥模式下土壤中的硝态氮含量最高，基于农户习惯的有机肥与无机肥配施模式下土壤中铵态氮含量最高;基于农户习惯的有机肥与无机肥配施模式下土壤中的有效磷含量显著高于单施化肥、单施有机肥和不施肥3种模式;从环境保护和提高土壤质量的角度看，应优先选择有机肥与无机肥配合施肥模式。研究成果可以为砒砂岩与沙复配土壤质量提高提供参考。

关键词    砒砂岩;复配土壤;施肥模式;土壤养分

中图分类号    S158.5        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）19-0174-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Effects  of  Different  Fertilization  Modes  on  Nutrients  of  Feldspathic  Sandstone  and  Sand  Compound  Soil

ZHANG Zai-wang 1，2

（1 Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.Ltd.，Xi′an Shaanxi 710075; 2 Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering，the Ministry of Land and Resources of China）

Abstract    In order to improve the quality of mixed soil of feldspathic sandstone and sand and to find the optimal fertilization mode，the effects of four fertilization modes，namely，no fertilization，single organic fertilization，organic-inorganic fertilization and single chemical fertilization，on the nutrients of mixed soil were analyzed based on the indoor pot experiment. The results showed that the total carbon and organic carbon content in the soil was significantly higher than that in the other three fertilization modes based on the farmers′ customary organic-inorganic fertilization mode;the content of nitrate nitrogen in soil was the highest under chemical fertilization mode，and the content of ammonium nitrogen in soil was the highest based on the organic-inorganic fertilization mode of farmers;the effective phosphorus content in the soil was significantly higher than that of single chemical fertilization，single organic fertilization and no fertilization based on the organic-inorganic fertilization mode of farmers;the organic-inorganic fertilization mode should be preferred from the perspective of environmental protection and improvement of soil quality. The research results can provide references for the improving quality of the feldspathic sandstone and sand compound soil.

Key words    feldspathic sandstone;compound soil;fertilization mode;soil nutrient

毛乌素沙地是我国典型的生态脆弱区，占地面积广，光热资源丰富，具有巨大的耕地挖掘潜力，但是其沙化严重，再利用难度大。目前，许多学者因地制宜，充分利用当地广泛分布的砒砂岩来改良风沙土，砒砂岩是一种成岩程度低、易风化、颗粒间胶结程度低，无水坚硬如石、遇水松软如泥的岩石互层。结果发现，砒砂岩可以有效改善风沙土的孔隙结构、质地，提高风沙土保水、持水特性，改良后风沙土的水分利用效率等。经多年研究证实，砒砂岩与沙可以复配成土，其中尤其以1∶2砒砂岩与沙的复配土结构稳定，具有良好的透气透水性和保水保肥能力，能满足作物生长发育的需求，适于玉米、马铃薯等作物的种植。但砒砂岩与沙在成土初期，土壤养分含量偏低、肥力不足，需要经过一定周期的耕作进行改善，不利于复配土迅速实现其农业和生态价值。因此，探索不同施肥模式对复配土进行改良，成为复配土高效利用的研究重点。采用砒砂岩与风沙土2种材料进行土体有机重构，针对重构复配土养分含量低，快速、有效、可持续地提升砒砂岩与沙有机重构土壤肥力非常重要。近年来，以减少化肥增施粪肥，有机肥与无机肥配施为基础，研究其对土壤肥力提升，土壤活性有机碳含量、土壤有机碳含量与有机碳质量变化的影响已成为研究热点[1-2]。因此，通过短期培肥处理影响土壤肥力、有机碳与活性有机碳的含量来寻找一种合适的培肥方法具有重要意义。施入不同配比的有机肥、无机肥与土壤有机碳含量和碳质量密切相关[3-4]。早在1942年就有人提出有机肥与无机肥配施能够增加土壤有机碳含量[5];1944年Elson发现，相对于单施化肥，有机肥与无机肥混施更能增加土壤中有机碳的含量[6];Rochette等[7]认为，短期施加粪肥能显著提高土壤有机碳质量;而近年来人们还发现，配比施肥能增加土壤中水溶性有机碳、微生物量碳及活性有机碳的含量[8-9]，减少水体中硝态氮含量。沈  宏等[10]对中国几种典型土壤的长期不同施肥方式进行研究，结果表明，单施有机肥的土壤中有机碳和活性有机碳含量均高于有机肥与无机肥配施的土壤;而在相同情况下，徐明岗等[11]却得到了相反的结论。因此，有机肥能提高土壤有机碳含量虽然已得到国内外学者的认可，但还需要对其进行细化研究。而多数研究者注重的是长期施肥与土壤肥力及有机碳的互助关系，较少关注短期施肥尤其是当季施肥对土壤肥力及有机碳的影响。因此，本研究拟结合农区生产实际，分析作物单季不施肥、单施有机肥、有机肥与无机肥配施（基于农户习惯）和单施化肥等4种施肥方式下总碳、有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效磷等土壤养分的变化趋势，以期探索不同施肥模式对土壤养分、有机碳库的影响，并且为毛乌素沙漠砒砂岩与沙复配成土工程应用提供技术支持。

1    材料与方法

1.1    试验设计

采用盆栽试验，基质为砒砂岩与沙的复配土，比例为1∶2。试验采取完全随机区组设计，将砒砂岩与沙复配按照体积比1∶2混合，每盆装混合土样6 kg。盆栽种植作物为二月兰，分别设不施肥（CK）、单施有机肥（OM）、基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）和单施化肥（NPK）4个处理，具体施肥量见表1。5次重复，共计20盆。肥料与土样混合均匀后装入花盆，除尿素外其他肥料作为基肥在装土时一次性施入，尿素分2次施入，基施1/2，追肥施1/2。全生育期内盆栽放置于富平中试基地的日光温室内，控制生长温度，防止自然降水;根据植物生长情况和土壤含水量适时浇水，所有处理保证浇水量相同。无机肥为尿素、磷酸二铵、氯化钾，有机肥为腐熟牛粪。

1.2    测定方法

盆栽作物收获后采集盆栽土样，测试总碳、有机碳、硝态氮、铵态氮、总磷、有效磷等6项土壤养分指标。土壤样品中的总碳和有机碳含量通过TOC分析仪测定;总磷、速效磷、铵态氮和硝态氮的质量浓度通过全自动间断化学分析仪（Clever Chen 2000）测定，其中总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，铵态氮采用靛酚蓝比色法测定，硝态氮采用紫外分光光度法测定，总磷采用钼蓝比色法测定，有效磷采用钼锑抗比色法测定。

2    结果与分析

2.1    不同施肥模式对复配土壤中碳的影响

土壤中的碳含量是影响土壤养分的重要因素，且土壤中的碳是由活性、功能、周转速率不同的组分构成的复合体。图1对比了不同施肥模式下砒砂岩与沙复配土壤中总碳、有机碳含量。可以看出，4種施肥模式中基于农户习惯有机肥与无机肥配施（CF）土壤中的总碳明显高于其他3种施肥模式，单施有机肥（OM）土壤中的总碳含量次之，不施肥土壤中的总碳含量最小。对比有机碳含量可以得出，单施有机肥（OM）和基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）土壤中的有机碳不存在显著差异，但明显大于不施肥（CK）和单施化肥（NPK）这2种施肥模式。土壤有机碳作为土壤重要的组成部分，在大区域尺度上主要受气候、成土母质等影响，但小区域内气候、母质等基本一致，其主要受土地利用方式和施肥管理的影响。单施有机肥（OM）和基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）2种含有机肥的施肥模式有助于增加复配土壤中有机碳的含量。因此，要想快速增加砒砂岩与沙复配土壤中有机碳的含量，可以选择含有有机肥的施肥模式。

2.2    不同施肥模式对复配土壤中氮的影响

铵态氮和硝态氮是土壤无机氮的主要存在形式，可以直接被植物吸收利用，是植物矿质营养的主要来源，常作为衡量土壤供氮能力大小的指标。图2对比了不同施肥模式下，砒砂岩与沙复配土壤中铵态氮和硝态氮的含量。可以看出，单施化肥（NPK）模式下，土壤中的硝态氮显著高于不施肥（CK）、单施有机肥（OM）和基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）3种施肥模式，且单施有机肥（OM）和基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）2种施肥模式下土壤中硝态氮含量不存在显著差异，说明施加化肥可以快速提高土壤中硝态氮含量。对比复配土壤中铵态氮含量可以得出，基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）模式下土壤中的铵态氮含量显著高于其他3种施肥模式，单施化肥（NPK）和单施有机肥（OM）次之，未施肥的土壤中铵态氮含量最低。研究表明，无机氮肥的施入会增加土壤中硝态氮含量，土壤中硝态氮的含量越高，向深层淋洗的可能性也越大，会造成土壤及水资源污染[12-13]。单施化肥（NPK）和基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）2种施肥模式均会明显增加土壤中的硝态氮和铵态氮含量，单施化肥（NPK）土壤中硝态氮含量大于铵态氮，基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）施肥模式下，复配土壤中的铵态氮含量高于硝态氮。因此，从环境保护的角度考虑应该选择基于农户习惯的有机肥与无机肥配施模式。

2.3    不同施肥模式对复配土壤中磷的影响

磷是作物生长的必需营养元素，对植物生长发育和生命活动发挥着重要作用[14]。有效磷是土壤磷库中对作物最为有效的部分，可直接被作物吸收利用，表征土壤供磷能力[15]。图3为不同施肥模式下复配土壤中全磷、有效磷含量对比。可以看出，单施化肥（NPK）模式下土壤中全磷的含量显著高于其他3种施肥模式，其中基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）模式土壤中的全磷含量次之，不施肥（CK）土壤中的全磷含量最小。对比不同施肥模式复配土壤中有效磷含量可以看出，基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）模式施肥时土壤中的有效磷含量显著高于单施化肥（NPK）、单施有机肥（OM）和不施肥（CK）3种模式。由于作物对磷肥的当季利用率较低，只有15%～20%的磷素可以被植物利用，大多数磷素以难利用态积累在土壤中，因而施肥后的土壤中并不缺少磷素，而是缺少可以被植物利用的有效磷[16-17]。单施化肥（NPK）和基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）2种施肥模式均显著提高了土壤中全磷和有效磷含量，但后者土壤中有效磷含量增加更多。因此，基于农户习惯的有机肥与无机肥配施（CF）的施肥模式更有助于作物生长和土壤质量提高。

3    结论

（1）4种施肥模式中，基于农户习惯的有机肥与无机肥配施模式下土壤中的总碳明显高于其他3种施肥模式，单施有机肥土壤中的总碳含量次之，不施肥土壤中的总碳含量最低;单施有机肥和基于农户习惯的有机肥与无机肥配施土壤中的有机碳不存在显著差异，但明显大于不施肥和单施化肥这2种施肥模式。

（2）单施化肥模式下，土壤中的硝态氮显著高于不施肥、单施有机肥和基于农户习惯的有机肥与无机肥配施3种施肥模式，且单施有机肥和基于农户习惯的有机肥与无机肥配施2种模式下土壤硝态氮含量无显著差异;单施化肥和单施有机肥次之，未施肥的土壤中铵态氮含量最低。

（3）单施化肥模式下，土壤中全磷的含量显著高于其他3种施肥模式，其中基于农户习惯的有机肥与无机肥配施模式土壤中的全磷含量次之，不施肥土壤中的全磷含量最小;基于农户习惯的有机肥与无机肥配施土壤中有效磷含量显著高于单施化肥、单施有机肥和不施肥3种模式。

（4）基于农户习惯的有机肥与无机肥配施模式可以有效提高土壤中的有机碳、铵态氮和有效磷等利于植物吸收的养分形态，从环境保护和提高砒砂岩与沙复配土壤质量的角度应优先选择有机肥与无机肥配施模式。

4    参考文献

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