黄河故道地区不同培肥方式对耕地质量的影响

王甫同，张亚楠，秦光蔚，洪立洲，邢锦城，刘 冲

（1. 江苏盐城湿地珍禽国家级自然保护区，江苏 盐城 224057；2. 江苏沿海地区农业科学研究所，江苏 盐城 224002；3. 盐城市新洋农业试验站，江苏 盐城 224049）

黄河故道是由于黄河向南侵入淮河而形成的一段主河道流经的区域。黄河故道区是江苏重要的中低产田分布区和粮食主产区[1-2]。该地区土壤系黄淮海平原江苏和山东的地带性土壤，分布面积约为2.5×106hm2，占江苏省总面积的40.7%。该类型土壤具有砂性重、腐殖质含量低、物理结构差的特点，且漏水漏肥严重，极大地限制了该区域农业生产的高质量发展。因此，提升耕地质量成为该地区农业长期可持续发展的重要方向[3]。

在我国传统农业技术里，增施有机肥、翻压绿肥是增加土壤有机质、培肥地力、提高耕地质量的有效手段。绿肥翻压或堆沤后施用到土壤中作肥料，可以有效改善土壤理化性状，增加土壤养分[4]。有机肥是我国农业生产的重要肥源，在提升耕地质量、提高农作物产量方面具有重要作用。有研究表明，施用有机肥可以提高土壤物理性质，促进土壤中团粒结构的形成[5]。

笔者在黄河故道土壤贫瘠地区开展增施有机肥以及种植绿肥并于下季翻压的田间试验，比较2 种培肥方式对耕地质量的影响，以期为提升黄河故道地区耕地质量提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验在江苏省盐城市滨海县界牌镇三坝村（东经119°37′，北纬33°43′）进行。试验前对该农田地块进行试验小区划分并挖边界沟渠。试验所用商品有机肥为江苏绿方园生物科技有限公司生产的“严博士”有机肥，含水率为35.0%，养分含量分别为N 1.87%、P2O53.16%、K2O 2.79%，有机质含量为45.0%；供试绿肥品种为黑麦草；供试玉米品种为蠡玉31。

1.2 试验设计

试验种植模式为旱旱轮作。培肥方式1（P1）：于2018 年11 月20 日种植绿肥，并于2019 年5 月20日将绿肥翻压，随后种植玉米。培肥方式2（P2）：于2019 年5 月22 日小区种植玉米，种植玉米之前增施有机肥，共设计3 个梯度，4.50 t/hm2（P2-1）、7.50 t/hm2（P2-2）、10.50 t/hm2（P2-3）。小区面积5.0 m×8.0 m（40 m2）

1.3 测定项目及方法

分别于2019 年5 月18 日（培肥前）、9 月20 日（培肥120 d）采集各小区0～20 cm 土样，测定总孔隙度，土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量，土壤微生物量氮和土壤微生物多样性。

土壤孔隙度采用环刀法测定，有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定，全氮、全磷、全钾含量采用鲍士旦[6]的方法测定；土壤微生物量氮采用王毅等[7]的方法测定；土壤微生物群落功能分析采用Biolog 微孔平板法[8]进行。

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS 13.0 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同培肥方式对土壤总孔隙度的影响

由图1 所示，2 种培肥方式均可提高土壤总孔隙度，翻压黑麦草（P1）后的土壤总孔隙度提高15.5%，增施有机肥后土壤总孔隙度的提高幅度随着有机肥量的增加呈现先高后低的趋势，P2-1、P2-2、P2-3 培肥方式下土壤总孔隙度的提高幅度分别是9.1%、10.4%、7.7%。可见，P1 培肥方式对于提高土壤总孔隙度的效果要优于P2 培肥方式。这主要是由于绿肥翻压后，大量植物组织的输入，增加了土壤总孔隙度，植物残体经腐烂分解后改善了土壤耕层的物理结构[9]。

图1 不同培肥方式处理土壤总孔隙度的变化

2.2 不同培肥方式对土壤有机质的影响

土壤有机质含量是土壤肥力的物质基础，有机质的胶体特性能吸附土壤中阳离子，使其具有保肥力和缓冲性，有利于改善土壤的理化性状[10]。从图2 可以看出，P1 培肥方式后的土壤有机质提高9.5%，增施有机肥后P2-1、P2-2、P2-3 培肥方式下土壤有机质分别提高10.0%、11.9%、9.3%。可见，对于提高土壤有机质含量的效果来说，P2 培肥方式要优于P1 培肥方式，且P2-2 培肥方式效果最好。

图2 不同培肥方式处理土壤有机质含量的变化

2.3 不同培肥方式对土壤全氮、全磷、全钾的影响

氮、磷、钾是植株需求最多的三大营养元素。土壤中氮磷钾元素可为植株的生长发育提供必要的养分基础，因此，氮磷钾成为土壤养分的直接指标[11-12]。从图3 可以看出，P1 培肥方式后土壤氮磷钾养分含量均有所提高，其提高幅度由高到低排列依次为全氮＞全磷＞全钾。P2培肥方式后土壤养分含量亦有所提高，且以P2-2 培肥方式效果较好。

图3 不同培肥方式处理土壤全氮、全磷、全钾含量的变化

2.4 不同培肥方式对土壤微生物量氮的影响

土壤微生物量是土壤许多基础反应的生物催化剂，其作用相当于土壤氮、磷元素的快速周转库[13]。而土壤微生物量氮的特性被认为是土壤氮素内循环的本质性内容[14]。从图4 可以看出，P1 培肥方式后土壤微生物氮含量显著提高，增长幅度达到39.5%，P2培肥方式后土壤微生物氮含量亦呈显著提高的趋势，P2-1、P2-2、P2-3 增长幅度依次为24.8%、28.9%、23.2%。

图4 不同培肥方式处理土壤微生物量氮的变化

2.5 不同培肥方式下土壤Biolog 试验-微生物群落功能分析

Shannon 丰富度指数表示在颜色变化率一致的情况下，生态系统的功能多样性，即土壤微生物群落利用碳源类型的多少。生态系统物种丰富度指数值越大，表明该系统的土壤微生物群落功能多样性越高[15]。由图5 所示，2 种培肥方式下土壤微生物群落物种丰富度指数均呈现显著上升的趋势；P1 培肥方式后，物种丰富度指数提高24.8%；P2-1、P2-2、P2-3 培肥方式下物种丰富度指数提高幅度依次为18.7%、21.2%、21.3%。

图5 不同培肥方式下土壤Biolog 试验-微生物群落功能分析

3 结论与讨论

试验结果表明，培肥方式P2（增施有机肥）更利于快速提高江苏黄河故道地区土壤有机质含量，且以P2-2 培肥方式效果较好；培肥方式P1（种植翻压绿肥）更利于提高土壤微生物量氮及土壤微生物群落物种丰富度。

江苏省古黄河故道区分布于徐州市、宿迁市、淮安市、盐城市等地，是江苏省粮食主产区，但这一地区的土壤具有砂性强、钙质多的特点，土壤结构和保水保肥能力差，土壤有机质及各种养分含量较低，使其成为江苏省中低产田主要集中分布区和耕地质量提升难点区[16-17]。

大量研究表明，对砂质土壤而言，改良其土质最直接有效的方式是提高土壤有机质含量[18]。增施有机肥是改良土壤的重要措施，施入有机肥后土壤微生物量碳的周转速率显著提高，从而土壤的保肥和供肥性能提高，加速了土壤中营养元素的释放[18]。而绿肥是一种经济、环保的优质肥源[19]。种植绿肥可协调土壤养分平衡、消除土壤障碍因子[20]。种植绿肥并翻压后产生的腐熟物质不仅起到改良土壤的作用，而且有利于促进土壤微生物的繁殖, 提高微生物的生物量[21]。在该研究中，增施有机肥以及种植绿肥并翻压这2 种培肥方式均能提高黄河故道土壤贫瘠地区土壤养分含量，但效果略有不同。对于提高土壤有机质而言，增施有机肥效果要优于种植翻压绿肥。而对于提高土壤微生物氮含量而言，种植翻压绿肥效果要优于增施有机肥。这是因为绿肥腐解过程需要大量微生物的参与，同时绿肥也为微生物的生长提供了碳源和氮源[21]。

Biolog 分析是反映土壤微生物群落结构特征的有效手段，其主成分分析显示了微生物群落对碳源利用的响应[22]。而土壤微生物群落与土壤肥力之间有着密切关系，土壤的养分含量在很大程度上制约着土壤的微生物量及其生理功能多样性。该研究中，种植翻压绿肥培肥方式下土壤微生物群落物种丰富度指数显著提高，明显优于增施有机肥培肥方式。主要是因为绿肥翻压腐解增加了土壤中有机养分的分解消耗和无机养分的转化，提高了土壤微生物活性，丰富了土壤微生物群落，从而提高土壤养分，进而满足作物对养分的需求。这与高明霞等[23]的研究结果较为一致。

我国中低产田改造一直遵循“分类指导，连片治理”的原则。例如：针对丘陵地区提出了“蓄、引、提、调和节水灌溉相结合，增肥改土”的治理策略[24]。而针对于江苏省黄河故道地区有机质与全氮含量普遍较低这一地域特性，前期应采取培肥方式P2-2（增施有机肥7.50 t/hm2）进行快速改土培肥，施用有机肥后土壤各项肥力指标和作物产量在短期内都会有所提升。从保障我国粮食作物稳产、增产方面的长期效果来看，应结合培肥方式1（种植翻压绿肥）和培肥方式P2-2（增施有机肥7.50 t/hm2），在提升江苏黄河故道地区耕地质量的同时实现较高经济产量，取得较好经济效益。