秸稈深還田兩年對東北半干旱區(qū)土壤有機質(zhì)、p H值及微團聚體的影響

閆洪亮，王勝楠，鄒洪濤，馬迎波，虞 娜，張玉玲，黃 毅，張玉龍

（沈陽農(nóng)業(yè)大學 土地與環(huán)境學院，農(nóng)業(yè)部東北耕地保育重點實驗室／土肥資源高效利用國家工程實驗室，沈陽110866）

我國年產(chǎn)秸稈量約為7.6億t，并且呈增長趨勢，預計到2012年可達8.27億t［1－2］，但其大部分被就地焚燒，不僅造成了極大的資源浪費，而且給生態(tài)環(huán)境帶來大量的負面效應。大量研究表明，秸稈還田不但有助于提高雨水資源利用率和旱地蓄水保墑性能，提高土壤入滲能力，增加作物的產(chǎn)量，達到抗旱增產(chǎn)的目的，還可以改善土壤結(jié)構、提高土壤肥力和有機質(zhì)的積累［3－10］。微團聚體作為構成土壤結(jié)構的顆粒單位，與土壤理化性質(zhì)等存在著密切關系［11］，土壤團聚狀況和土壤有機質(zhì)含量可作為評價土壤肥力的綜合指標［12］。謝錦升等［13］的研究表明，有機物質(zhì)輸入的增加促進了團聚體的形成，從而改變了土壤團聚體有機碳含量和分配比例。Wright等［14］研究發(fā)現(xiàn)不同的耕作措施對土壤團聚體穩(wěn)定性有較大的影響。楊長明等［12］研究了土地利用方式對土壤水穩(wěn)性團聚體分布特征及其有機碳含量的影響。不同粒級的土壤微團聚體的組成密切影響著土壤的保水保肥性能，在土壤水分和養(yǎng)分保貯釋供及轉(zhuǎn)化等方面發(fā)揮著重要作用，影響著土壤肥力水平的高低和土壤結(jié)構的改善［15－22］。土壤團聚體及微團聚體受到不同的土地利用方式的影響［23－24］。目前，有關東北半干旱地區(qū)秸稈深還田對土壤中有機質(zhì)及團聚體影響的研究甚少。鑒于此，本研究以東北干旱區(qū)遼寧西部阜新國家旱作農(nóng)業(yè)示范區(qū)為研究對象，探討秸稈深還田2 a后對有機質(zhì)、p H值及微團聚體組成的影響，以期為該地區(qū)旱田土壤地力提升和土壤改良提供理論依據(jù)和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本概況

試驗于遼寧省阜新市阜蒙縣阜新鎮(zhèn)（北緯42°10′，東經(jīng)122°00′）進行，試驗地屬于北溫帶大陸性半干旱季風氣候，位于內(nèi)蒙古高原和東北遼河平原的中間過渡帶，屬低山丘陵區(qū)。試驗區(qū)四季分明、光照充足且晝夜溫差較大，但降水偏少，年降水量450～500 mm，全年蒸發(fā)量高達1 599.6 mm，蒸發(fā)量約為降雨量的3.5倍，多年平均氣溫為7.1～7.6℃，≥0℃積溫為3 764℃，無霜期154 d，年日照時數(shù)2 762.4 h［25］。

1.2 試驗材料

供試土壤：試驗區(qū)土壤為褐土，質(zhì)地為粉砂土。土壤容重1.45 g／c m3，p H 值7.7，有機質(zhì)23.3 g／kg，全氮1.18 g／kg，硝態(tài)氮7.37 mg／kg，銨態(tài)氮10.16 mg／kg。供試作物：玉米，品種為鄭單958。

1.3 試驗方案

于2009年10月玉米收獲后，采用翻轉(zhuǎn)犁開溝深度40 c m，將整秸稈分別按照6 000，12 000，18 000 kg／h m2和24 000 kg／h m2的用量埋入，秸稈層厚度為10～15 c m，同時設未施秸稈的深耕（DT，deep tillage）及未開溝處理作為對照（CK），共計6個處理，每個處理重復3次。每個試驗小區(qū)面積為60 m2，隨機排列。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 取樣方法 采樣時期為2011年10月收獲后，按S型5點取土法在0—15，15—25，25—35，35—50 c m 4個土層采集土樣，自然風干，過篩備用。

1.4.2 土壤理化性質(zhì)測定 p H 值用水浸提（1∶2.5）玻璃電極法測定；有機質(zhì)用元素分析儀（Elementar Vari，德國）測定［26］。

1.4.3 土壤機械組成和土壤微團聚的測定 均采用吸管法［27］。土壤微團聚體的計算公式如下［28］：

式中：As——土壤團聚狀況（aggregate state）（%）；n1——＞0.05 mm 微團聚體分析值；m1——＞0.05 mm機械組成分析值；Ad——土壤團聚度（aggregate degree）（%）；Dc——分 散 系 數(shù) （dispersion coefficient）（%）；n2——＜0.001 mm 微團聚體分析值；m2——＜0.001 mm機械組成分析值。

1.5 統(tǒng)計方法

采用SPSS 18.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用Excel 2010進行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 對不同土層深度土壤有機質(zhì)、p H值、物理性黏粒含量的影響

秸稈深還田2 a后對不同土層深度土壤有機質(zhì)、p H值、物理性黏粒含量的影響見表1。從表1中可以看出，不同的耕作處理一定程度上均能調(diào)節(jié)土壤肥力，各處理土壤物理性黏粒綜合含量多少依次為12 000 kg／h m2（22.3%）＞24 000 kg／h m2（19.9%）＞DT（19.6%）＞18 000 kg／h m2（18.3%）＞6 000 kg／h m2（18.2%）＞CK（18.0%）；不同耕作處理有機質(zhì)顯著高于 DT和CK，0—25 c m土層以12 000 kg／h m2處理有機質(zhì)含量最高，其次為6 000，18 000，24 000 kg／h m2；CK和DT處理有機質(zhì)含量顯著低于秸稈還田各組含量。25—50 c m土層呈現(xiàn)相似規(guī)律。這表明，由于秸稈深還田過程中的深耕作用，增加了土壤物理性黏粒的含量，物理性黏粒含量多的土壤含有大量細小的孔隙，而且往往被水占據(jù)，通氣不暢，好氧性微生物活動受到抑制，有機質(zhì)分解緩慢，因而秸稈深還田后埋入秸稈劑量較少的（6 000，12 000 kg／h m2）土壤有機質(zhì)容易積累，這與喬照華［29］關于物理性黏粒和有機質(zhì)關系的研究結(jié)果一致，而埋入秸稈劑量較大的（12 000，24 000 kg／h m2）由于秸稈自身分解較慢或孔隙較大，土壤有機質(zhì)分解較快使得有機質(zhì)含量較少。由表1可知，5種耕作處理和CK處理土壤均呈弱堿性，p H值一般在7.0～7.8之間，25—50 c m土層要明顯高于0—25 c m土層；6 000 kg／h m2處理最低，DT 和12 000，18 000，24 000 kg／h m2處理之間相差不明顯，CK處理p H值最高，可見秸稈深還田能在一定程度上降低土壤堿性。

表1 不同耕作處理的土壤基本理化性質(zhì)

2.2 不同秸稈深還田處理對旱地土壤分散系數(shù)的影響

土壤分散系數(shù)是用來表示土壤團聚體在水中被破壞的程度，是衡量土壤團聚體穩(wěn)定性的重要指標，土壤分散系數(shù)越大，則表明土壤的質(zhì)地越差［30］。圖1表明，不同的土壤耕作措施對土壤分散系數(shù)的影響很大。在無秸稈還田時，CK處理免耕了2 a的土壤分散系數(shù)顯著（P＜0.01）小于各個處理；在秸稈深還田的各個處理中，0—25 c m土層以6 000 kg／h m2處理下的土壤分散系數(shù)最小，顯著低于其他處理；總體呈現(xiàn)24 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞12 000 kg／h m2＞DT＞6 000 kg／h m2。25—35 c m 土層以12 000 kg／h m2處理下的土壤分散系最低，其次是6 000 kg／h m2，DT和18 000 kg／h m2處理沒有顯著差異，均高于12 000 kg／h m2和6 000 kg／h m2低于24 000 kg／h m2。35—50 c m土層各個處理間土壤分散系數(shù)沒有顯著性差異?？梢?，CK處理2 a后土壤分散系數(shù)顯著小于深還田處理，秸稈深還田條件下6 000 kg／h m2和12 000 kg／h m2的土壤分散系顯著低于DT。這說明，在秸稈深還田條件下，不同的土壤耕作措施對土壤分散系數(shù)的影響受到秸稈效應和深松效應的共同作用，由于深松作用破壞了水穩(wěn)性團聚體，使得土壤分散系數(shù)增大，但秸稈深還田后能夠增加土壤有機質(zhì)，有利于形成水穩(wěn)性團聚體，從而減少土壤團聚體被破壞的程度，降低土壤分散系數(shù)。秸稈還田劑量越小的土壤水穩(wěn)性團聚體形成越快，土壤分散系數(shù)也越小。隨著土層深度的加深，各處理之間的差異變小。

2.3 不同秸稈深還田處理對旱地土壤微團聚體組成的影響

土壤微團聚體是土壤自動調(diào)節(jié)能力的物質(zhì)基礎［30］。不同粒徑的團聚體的穩(wěn)定性不同，對土壤穩(wěn)定性的影響也不同，其性質(zhì)與數(shù)量密切關系著土壤的功能［31］。由表2可知，0—15 c m 土層各處理＞0.25 mm、0.05～0.001 mm微團聚體含量與CK處理相比的粒級含量分別平均增加了8.1%，1.1%～25.5%；0.25～0.05 mm和＜0.001 mm 平均降低了3.2%和22.9%。15—25 c m 土層6 000 kg／h m2處理下 ＞0.25 mm團聚體數(shù)量顯著大于CK處理37.8%（P＜0.01）；DT，12 000，18 000，24 000 kg／h m2處理均較CK處理減少了18.7%～78.2%；6 000，12 000，18 000 kg／h m2處理＜0.001 mm微團聚體數(shù)量均較CK 處理顯著 （P＜0.01）減少了 14.7%，27%，11.7%；DT和24 000 kg／h m2處理＜0.001 mm微團聚體數(shù)量均比CK處理顯著增加了20.7%和18.6%。25—50 c m土層大部分處理＞0.25 mm團聚體數(shù)量較CK 處 理 顯 著 （P＜0.01）減 少 了11.8%～60.45%；25—35 c m土層DT、24 000 kg／h m2處理＜0.001 mm微團聚體數(shù)量均比CK處理顯著增加了22.7%和3.5%；35—50 c m土層各處理＜0.001 mm微團聚體數(shù)量無顯著性差異。

圖1 不同耕作處理對0－50 c m土層土壤分散系數(shù)的影響

微團聚體的團聚狀況表示土壤機械成分團聚的程度，團聚度是指小的土壤顆粒中發(fā)生團聚作用，轉(zhuǎn)化為更大的團聚體的百分數(shù)，其值越大表示土壤穩(wěn)定性越強，團聚體越多，保水的能力也相應越強［32］。0—15 c m土層團聚狀況呈現(xiàn)為6 000 kg／h m2＞12 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞24 000 kg／h m2＞DT＞CK，團聚度呈 12 000 kg／h m2＞6 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞24 000 kg／h m2＞DT＞CK。6 000 kg／h m2和12 000 kg／h m2處理增加最為顯著，分別增加了55.6%和59.2%；15—25 c m土層團聚狀況和團聚度均呈現(xiàn)為：12 000 kg／h m2＞6 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞24 000 kg／h m2＞CK，顯著（P＜0.05）增加了4.1%～91.2%；25—35 c m 土層各處理團聚狀況和團聚度增加趨勢與15—25 c m土層大致相同，團聚狀況呈現(xiàn)為：6 000 kg／h m2（41.5%）＞12 000 kg／h m2（28.8%）＞18 000 kg／h m2（26.1%）＞24 000 kg／h m2（1.1%），團 聚 度 呈 現(xiàn) 為：12 000 kg／h m2（58.7%）＞6 000 kg／h m2（41.5%）＞18 000 kg／h m2（31.9%）＞24 000 kg／h m2（8.4%）；35—50 c m土層各處理團聚狀況差異不顯著，團聚度呈現(xiàn)為：6 000 kg／h m2（19.4%）＞12 000 kg／h m2（15.8%）＞24 000 kg／h m2（8.8%）＞18 000 kg／h m2（5.4%）。說明，秸稈深還田2 a后的土壤團聚狀況明顯改善，較大團聚體增多，團聚度增大，土壤的穩(wěn)定性增強。其增強效果隨秸稈埋入量的增加先增大后減小。

表2 不同耕作處理對0－50 c m土層微團聚體組成的影響

3 結(jié)論

（1）秸稈深還田2 a后，不同耕作處理有機質(zhì)含量隨土層深度增加而降低，隨秸稈深還田用量增加呈先增加后降低的趨勢，12 000 kg／h m2處理含量較高；能夠在一定程度上降低土壤堿性，但土壤依舊呈弱堿性，且隨土層深度增加而增加；土壤物理性黏粒受深耕作用影響顯著，綜合含量以12 000 kg／h m2處理下為最高，與秸稈深還田用量共同影響有機質(zhì)分布。

（2）秸稈深還田2 a后，顯著降低了土壤分散系數(shù)，其系數(shù)隨秸稈埋入量的增加先減小后增大；土壤團聚作用增強，土壤的穩(wěn)定性增加，團聚度增大。

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