有機物料對宅基地復墾土壤培肥效果評價①

劉子驍，鄧良基，周 偉，陳露丹，鄒光基

有機物料對宅基地復墾土壤培肥效果評價①

劉子驍，鄧良基*，周 偉，陳露丹，鄒光基

(四川農業大學資源學院，成都 611130)

以成都平原宅基地復墾土壤為研究對象，設空白對照(CK)、常規化肥(CF)、全量秸稈還田(T1)、高量秸稈還田(T2)、全量菌渣還田(T3)、高量菌渣還田(T4)、全量豬糞還田(T5)、高量豬糞還田(T6)共8個處理，研究復墾宅基地耕作層(0 ~ 20 cm)土壤容重、孔隙度、酸堿度、總有機碳、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀共10個指標的變化并開展綜合評價。秸稈、菌渣、豬糞3種農業廢棄物與化肥配施處理下宅基地復墾土壤的物理性狀得到改善，總有機碳、全磷、堿解氮、有效磷與速效鉀含量顯著提高(<0.05)?？傆袡C碳及全量養分變化結果表明，T6處理提升效果最優；速效養分變化結果以T4處理提升效果最佳；綜合肥力評價結果表明，T4處理提升效率最高，年均提升0.385級肥力。高量菌渣還田(T4)處理推薦為最優培肥方案：小麥季施菌渣8 507 kg/hm2、尿素307 kg/hm2、過磷酸鈣825 kg/hm2、氯化鉀38 kg/hm2，玉米季施菌渣9 411 kg/hm2、尿素324 kg/hm2、過磷酸鈣925 kg/hm2、氯化鉀172 kg/hm2。

復墾土地；農業廢棄物還田；綜合肥力評價

我國作為耕地資源約束型國家，長久以來面臨耕地面積不足和后備資源匱乏的嚴峻問題[1]。然而，近年來隨著城鎮化發展和新農村建設的推進，農村宅基地被廢棄閑置的現象日趨嚴重[2-3]，為耕地資源補充提供了一條現實的可行途徑[3]。但是，由于宅基地土壤結構破壞、養分狀況差，導致部分功能和特性喪失，生產能力較低，該類復墾地亟待通過培肥措施以便快速提升地力[4]。

據相關統計，我國年產秸稈7.2×108t[5]、菌渣1.1×108t[6]以及豬糞1.2×109t[7]。這些農業廢棄物能顯著改善土壤結構，增加作物產量[8-9]，是常規中低產土壤快速提升肥力的重要措施。然而，其利用率均較低[10-11]，特別在宅基地復墾上僅有少量利用報道，且鮮見系統的對比研究。因此，利用農業廢棄物對復墾宅基地進行培肥改良具有較大潛力。同時，現有研究多著重分析農業廢棄物對宅基地復墾土壤中單個或少量指標的影響[12-13]；而考慮土壤各項理化特征及養分含量，對其肥力進行綜合評價的研究鮮見報道。

成都平原是我國人口高度密集的地區，近年來由于區域經濟迅猛發展，大型社區和中心村建設明顯加快，部分被廢棄閑置的原農村宅基地已復墾成耕地[14]。然而，因缺乏復墾后的快速培肥技術及評價方法，其生產潛力尚待提升。崇州市位于成都平原西部，屬于我國重要商品糧產區，但其農村空心化率達到8.87%[15]，當地宅基地仍具備一定復墾潛力，且對復墾后提升地力需求較大。

本研究以崇州市中南部一處復墾宅基地作為研究對象，擬分析秸稈、菌渣、豬糞3種農業廢棄物與化肥的不同配施處理對宅基地土壤多項肥力指標的影響，對各處理下復墾土壤作綜合肥力評價，探究農業廢棄物配施化肥對土壤綜合肥力提升效果，進而推薦快速提升土地整體肥力的培肥方案，為成都平原宅基地復墾快速培肥提供理論和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區域概況

試驗地位于成都崇州市杞泉鎮四川農業大學現代農業研發基地(30°33′27′′N、103°38′34′′E)。試驗區屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫15.9 ℃，年均無霜期為285 d，年均日照時數1 161.5 h，年均降雨量1 012.4 mm。供試土壤類型為黃壤。試驗田為農村宅基地客土工程復墾，土層厚度大于40 cm。復墾兩年后測得其耕層(0 ~ 20 cm)土壤容重1.33 g/cm3，孔隙度0.50，pH 6.65，總有機碳14.21 g/kg，全氮0.75 g/kg，全磷0.47 g/kg，全鉀13.34 g/kg，堿解氮53.27 mg/kg，有效磷9.76 mg/kg，速效鉀75.12 mg/kg，質量中等偏下。

1.2 試驗材料

供試作物：小麥為內麥836，玉米為成單30。供試肥料：氮肥為尿素(N含量46.3%)，磷肥為過磷酸鈣(P2O5含量12.0%)，鉀肥為氯化鉀(K2O含量60.0%)。供試農業廢棄物：秸稈為試驗田收獲物，菌渣來自食用菌廠，豬糞來自養殖基地。還田前，秸稈作粉碎處理，菌渣、豬糞作腐熟處理。試驗中施用農業廢棄物養分含量見表1。

1.3 試驗方案

2014年10月—2017年10月以復墾宅基地為研究對象開展田間定位試驗，共設8個處理：CK：不施肥，CF：按推薦施肥量施加化肥(小麥季施N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2，玉米季施N 180 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2)，T1：全量秸稈還田，T2：1.5倍秸稈還田，T3：全量秸稈有機碳等量的菌渣還田，T4：1.5倍秸稈有機碳等量的菌渣還田，T5：全量秸稈有機碳等量豬糞還田，T6：1.5倍秸稈有機碳等量豬糞還田。

其中，小麥季施水稻秸稈，以5 203 kg/hm2為全量還田；玉米季施小麥秸稈，以3 890 kg/hm2為全量還田(均按當季秸稈產量施用)；菌渣、豬糞用量以秸稈還田總有機碳等量計算，T1 ~ T6處理氮磷鉀投入總量等同CF，農業廢棄物施入養分不足部分用化肥補足。小區面積30 m2，小區間設寬10 cm、深20 cm的土質護溝。隨機區組排列，每個處理3次重復。各處理物質施入量詳見表2。

表2 各處理下物質施入量(kg/hm2)

1.4 土壤樣品采集

2014年10月—2017年10月，連續3 a在小麥種植前、玉米收獲后(10月)進行樣品采集。按五點取樣法在各小區采集0 ~ 20 cm土層的混合土樣，并用PET無菌塑封袋封裝，風干后挑出根系、侵入體，磨細過篩備用。

1.5 土壤樣品測定

采用鮑士旦的《土壤農化分析》中所給常規方法[16]，測定土壤容重、孔隙度、酸堿度、總有機碳、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀共10項指標。

1.6 數據處理

應用Excel 2016對數據作初步整理、統計，使用SPSS 20.0進行單因素方差分析(ANOVA)和多重比較，對數據差異顯著性進行Duncan檢驗。

1.7 綜合評價方法

試驗采用IFI綜合評價模型對宅基地復墾土壤作綜合肥力評價[17-19]，基于各項肥力評價因子的權重與隸屬度計算土壤肥力綜合指標值(IFI)，以反映宅基地復墾土壤綜合肥力。模型公式如下：

式中：代表綜合評價因子總數，代表單項評價因子序號，為第項因子權重，為第項因子隸屬度。土壤肥力綜合指標值(IFI)計算所需的評價因子可參考相關研究[20-22]確定，選取容重、pH、總有機碳、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀7個指標。

單項評價因子的權重可結合已有土壤綜合肥力評價體系[21]確定，取值見表3。

表3 土壤肥力評價因子權重

單項評價因子的隸屬度可用隸屬度函數計算。參評肥力因子中總有機碳、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀在較大范圍內作物曲線呈S型，隸屬度采用S型函數計算；容重、pH在較大范圍內作物曲線呈拋物線型，隸屬度采用拋物線型函數計算[21]。計算公式如下：

S 型隸屬度函數：

拋物線型隸屬度函數：

式中：表示單項土壤肥力評價因子的測定值，1、2、3、4分別表示該項因子的最小值、最優下限值、最優上限值及最大值[22]。參考全國第二次土壤普查推薦的肥力分級標準，結合試驗地區實際情況確定1 ~4的數值，最終取值如表4。

土壤肥力綜合指標值(IFI)的值域是(0, 1)，區間內IFI值越大則土壤綜合肥力狀況越好。參考相關研究[20, 22]，可將IFI值反映的土壤肥力狀況劃成5個等級：良好(0.8≤IFI<1)、較好(0.6≤IFI<0.8)、中等(0.4≤IFI<0.6)、較差(0.2≤IFI<0.4)、很差(0

2 結果與分析

2.1 不同處理下宅基地復墾土壤指標變化特征

2.1.1 土壤物理性狀與酸堿度變化 如圖1所示，經3 a試驗，CK處理下宅基地復墾土壤容重呈上升趨勢，孔隙度呈下降趨勢；其他處理下土壤容重均呈現降低趨勢，孔隙度呈增高趨勢。3 a后CF及T1 ~ T6處理下土壤容重分別顯著低于CK處理0.06、0.13、0.15、0.14、0.17、0.13、0.16 g/cm3(<0.05)；孔隙度分別顯著高于CK處理0.023、0.049、0.057、0.052、0.063、0.050、0.062(<0.05)，其原因可能是秸稈、菌渣和豬糞等農業廢棄物較化肥存在更多纖維結構，具有疏通土壤毛管、增加孔隙數量的作用[23]；農業廢棄物礦化過程中，纖維腐解體可結合土壤團粒，改善土體結構，降低土壤容重[24]。

表4 隸屬度函數曲線中各轉折點取值

取樣時間

在酸堿度方面，經3 a試驗，CF處理下土壤pH呈下降趨勢，較試驗前下降0.02；T1 ~ T6處理下土壤pH呈上升趨勢，均顯著高于CF處理(<0.05)，分別較試驗前上升0.12、0.15、0.13、0.15、0.11、0.13。受淋溶作用影響，土壤酸化是伴隨土壤發生、發育的自然進程，而施入土壤的銨態氮肥(尿素)會通過硝化作用釋放H+，加速此進程[25]，因此CF、CK處理下土壤pH較試驗前下降，且CF低于CK。另有研究表明，農業廢棄物與化肥配施，可提高土壤有機質、腐殖質含量，改善腐殖質組分，使土壤對酸化的緩沖能力增強[26]，故T1 ~ T6處理下土壤pH呈逐年上升趨勢。

2.1.2 土壤總有機碳及全量養分變化 如表5所示，經3 a試驗，CK、CF、T1處理下復墾宅基地土壤有機碳含量呈下降趨勢，其余處理均呈上升趨勢。3 a試驗后，T2 ~ T6處理土壤總有機碳含量分別比試驗前提高6.60%、6.19%、13.75%、4.27%、11.04%，高量菌渣還田(T4)處理提升最大，與閆銳等[27]研究結論一致，菌渣還田下土壤總有機碳提升效果最好。CF、T1處理下土壤有機碳含量比試驗前分別降低1.00、0.50 g/kg，顯著低于T2 ~ T6處理(<0.05)，原因為施肥促進作物生長，促使有機質礦化分解釋放養分供作物吸收利用，故有機碳含量降低[28]；CF處理因化肥單施缺少外來碳源補充，土壤總有機碳含量降幅大于T1處理[29]。

經3 a試驗，CK處理下復墾宅基地土壤的全氮含量呈下降趨勢，其余處理呈上升趨勢。T1 ~ T6處理下土壤全氮含量分別較試驗前提高7.05%、8.49%、6.82%、7.89%、6.48%、7.21%，高量秸稈還田(T2)處理對土壤全氮提升最大，原因可能為秸稈C/N較大且在適宜范圍內，對土壤微生物的數量及活性提升有更強促進作用，能有效加快土壤養分循環釋放，利于氮素積累[30]；此外，秸稈還田后分解產物多被轉化為固態氮，對土壤氮礦化過程存在阻礙，也會導致土壤全氮增加[31]。

在全磷方面，CK處理下復墾宅基地土壤的全磷含量呈下降趨勢，其余處理上升。T1 ~ T6處理下土壤全磷含量分別較試驗前提高4.41%、6.97%、5.06%、8.06%、6.59%、12.44%，高量豬糞還田(T6)處理提升效果最佳，其土壤全磷含量顯著高于其余處理(< 0.05)，應是豬糞C/N、C/P小于秸稈與菌渣，微生物活性更低，有機部分磷素礦化釋放相對緩慢，有利于土壤磷素積累[32]，與顏曉等[33]研究結論基本一致。

表5 不同處理下土壤總有機碳及全量養分含量 (g/kg)

注：同列數據小寫字母不同表示同一指標不同處理間差異達<0.05顯著水平，下表同。

在全鉀方面，CK處理下宅基地復墾土的全鉀含量呈下降趨勢，其余處理呈上升趨勢。T1 ~ T6處理對土壤全鉀含量分別比試驗前提升了2.83%、4.42%、2.69%、3.95%、2.19%、3.36%，其中高量秸稈還田(T2)處理下提升最大，與全孝飛等[34]研究結論相似，秸稈還田處理更易促進土壤全鉀增長。

2.1.3 土壤速效養分變化 如表6所示，經3 a試驗，CK處理下復墾宅基地土壤的堿解氮含量呈下降趨勢，其余處理均呈上升趨勢。T1 ~ T6處理土壤堿解氮分別比試驗前增加30.03%、43.79%、36.67%、48.67%、23.35%、41.38%，高量菌渣還田(T4)處理下土壤堿解氮上升速率最快。T1 ~ T6處理下土壤堿解氮含量顯著高于CF處理(<0.05)，其原因可能是秸稈、菌渣、豬糞等農業廢棄物具有養分緩釋作用[35]，使土壤堿解氮易于積累；又有研究表明，農業廢棄物可通過增加土壤有機碳而刺激土壤微生物活性，促進生物分解作用，從而增加堿解氮含量[36]。

在有效磷方面，CK處理下復墾宅基地土壤的有效磷含量呈下降趨勢，其余處理均呈上升趨勢。各農業廢棄物處理下，土壤有效磷含量較試驗前分別增長13.05%、21.37%、20.41%、27.85%、18.80%、23.29%。高量菌渣還田(T4)處理提升效果最佳，其土壤有效磷含量顯著高于CF處理(<0.05)，可能是施入菌渣有利于耕層土壤有機碳積累，對土壤磷素活化作用較強，可提高土壤磷有效性[37]。

表6 不同處理下土壤速效養分含量(mg/kg)

在速效鉀方面，CK處理下復墾宅基地土壤速效鉀含量呈下降趨勢，其余處理呈上升趨勢。T1 ~ T6處理下土壤速效鉀分別比試驗前增長33.35%、44.65%、27.66%、40.93%、27.09%、37.23%，均顯著高于CF處理(<0.05)，其中高量秸稈還田(T2)處理提升最大，與已有研究結果類似[38]?？赡苁怯捎谵r業廢棄物中鉀素主要賦存形態活性較強，易促進土體內部養分物質循環；同時秸稈比其他農業廢棄物含鉀量較高，更有利于土壤速效鉀含量增加。

2.2 不同處理對宅基地復墾土壤總有機碳及全量養分與速效養分的相對提高效果

選取總有機碳與全量養分(全氮、全磷、全鉀)、速效養分(堿解氮、有效磷、速效鉀)2組指標，依照計算式(施肥處理標準化值=施肥處理測定值-對照處理測定值/所有處理下該測定值標準差)對上述指標作標準化處理，使不同量綱的指標之間具有可比性[39]。將標準化處理后的2組指標分別于組內累加，得出全量養分與速效養分相對變化值，分析CK處理以外的其他處理，對宅基地復墾土壤全量與速效養分的相對提高效果，并由此推薦適用于特定需求的土壤培肥方案。

如圖2所示，除CK處理之外，各施肥處理對宅基地復墾土壤全量養分的相對變化值從大到小依次為T6

圖2 各處理下總有機碳及全量養分與速效養分的相對變化

2.3 宅基地復墾土壤綜合肥力評價

參照IFI綜合評價模型，對試驗前及試驗后各處理下的土壤綜合肥力進行評價，結果見表7。試驗前土壤IFI值為0.396，經3 a試驗，CK處理下土壤IFI值降至0.347，綜合肥力水平較差，較試驗前年均降低0.083級；CF處理下土壤IFI值為0.431，綜合肥力水平中等，較試驗前年均提升0.059級；T1、T3、T5處理下土壤IFI值分別達到0.553、0.569、0.548，綜合肥力水平中等，年均提升等級分別為0.261級、0.288級、0.253級；T2、T4、T6處理下土壤IFI值分別升至0.612、0.627、0.606，綜合肥力水平均較好，每年分別較試驗前提升0.360級、0.385級、0.350級。因T4處理對土壤綜合肥力的提升幅度最大，T2處理次之，推薦高量菌渣還田(T4)為最優培肥方案，高量秸稈還田(T2)處理為備選。

表7 各處理下土壤肥力綜合評價結果

農業廢棄物通過增加土壤活性炭和活性氮組分，提高與養分轉化有關微生物及酶的活性，有助于土壤養分積累[42]。農業廢棄物的施用向土體帶入大量有機質，其分解可產生有機酸，故能通過酸溶作用促進礦物風化和養分釋放，并經由絡合作用增加礦質養分有效性[43]；有機質對速效養分的吸附，還能減少土壤養分流失，保障養分穩定供給[44]。較化肥單施，農業廢棄物配施化肥能大幅提升土壤有機碳及氮磷鉀養分含量，并顯著改善理化性質，此結論已由其他研究[39, 42-43]證實，本試驗中CF處理土壤綜合肥力低于T1 ~ T6處理的結果，亦可為之佐證。

3種農業廢棄物還田處理下，菌渣對復墾土壤綜合肥力提升最顯著，秸稈次之，豬糞效果最差。菌渣作為優質有機肥料，除供給外源營養物質，還能帶入大量以白腐類真菌為主的微生物群落，可促進土壤中不易分解的纖維類物質降解，進一步提高養分含量及有效性[45]。秸稈還田能為土壤微生物提供豐富的物質和能量來源，利于有機物腐解和土壤養分循環釋放[30]。而戴志剛等[46]研究表明，因微生物活動改變秸稈物理結構，秸稈腐解速率于1 ~ 2個月的快速腐解期后明顯降低，經過長時間土體內腐解僅減少50% 質量，仍有大量木質素、纖維素未被分解利用，秸稈提升肥力效果弱于菌渣。豬糞提升肥力效果最差，可能由于豬糞已作腐熟處理，還田后礦質化過程強于腐殖化過程，所含養分整體釋放較快并多數被作物吸收[47]。本研究中T1、T3、T5處理下肥力提升效果明顯弱于T2、T4、T6處理，應是全量與高量處理之間施入養分的總量差異所致。

因不同地區復墾土壤性質及產出農業廢棄物的營養含量存在不一致性，通過農業廢棄物配施化肥還田培肥土壤前，應根據當地秸稈、菌渣和豬糞的營養物質含量，參照實際情況與較長時期的田間試驗數據對培肥方案進行修正。由于本試驗僅對秸稈、菌渣、豬糞3種農業廢棄物配施處理下的宅基地復墾土壤進行研究，未涉及綠肥、沼渣、生物質炭等物料，研究具有一定局限性。在當前已有的研究中，針對復墾宅基地提出的培肥方案甚少，仍有待探究。

3 結論

1)與化肥單施處理相比，秸稈、菌渣、豬糞3種農業廢棄物與化肥配施處理下宅基地復墾土壤的物理性狀得到改善，總有機碳、全磷、堿解氮、有效磷與速效鉀含量顯著增加。

2)從提升復墾土壤全量養分的角度，推薦高量豬糞還田處理作為首選培肥方案；從提升復墾土壤速效養分的角度，推薦高量菌渣還田處理為首選培肥方案。

3)高量菌渣還田處理下土壤綜合肥力年均提升0.385級，提升效率最高，推薦為最優培肥方案：小麥季施菌渣8 507 kg/hm2、尿素307 kg/hm2、過磷酸鈣825 kg/hm2、氯化鉀38 kg/hm2，玉米季施菌渣9 411 kg/hm2、尿素324 kg/hm2、過磷酸鈣925 kg/hm2、氯化鉀172 kg/hm2。高量秸稈還田處理下土壤綜合肥力年均提升0.360級，提升效率次之，推薦為備選方案。

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Evaluation of Effects of Organic Materials on Soil Fertilization of Reclaimed Homestead

LIU Zixiao, DENG Liangji*, ZHOU Wei, CHEN Ludan, ZOU Guangji

(College of Resources, Sichuan Agriculture University, Chengdu 611130, China)

A field experiment was conducted to determine the optimum fertilization scheme for reclaimed homestead in Chengdu Plain. Eight treatments were set up which included blank control (CK, no material input), conventional fertilization (CF, N 150 kg/hm2and 180 kg/hm2, P2O575 kg/hm2and 100 kg/hm2, K2O 75 kg/hm2and 120 kg/hm2in wheat and maize seasons, respectively), conventional volume straw returning (T1), high volume straw returning (T2, 1.5×T1), conventional volume mushroom residue returning (T3), high volume mushroom residue returning (T4, 1.5×T3), conventional volume pig manure returning (T5), and high volume pig manure returning (T6, 1.5×T5). Topsoil samples (0-20 cm) were collected and 10 indexes were measured which included soil bulk density, porosity, pH, total organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, total potassium, alkali-hydrolyzed nitrogen, available phosphorus and available potassium, and then soil comprehensive fertility were evaluated. The results showed that the combined application of straw, mushroom residue and pig manure with chemical fertilizer improved the physical properties of the reclaimed soil and increased significantly the contents of total organic carbon, total phosphorus, alkali-hydrolyzed nitrogen, available phosphorus and available potassium (<0.05). T6 treatment had the best effects in promoting total organic carbon and total nutrients, while T4 treatment had the best effects in promoting available nutrients and soil comprehensive fertility with an average annual increase of 0.385 grade. Thus, it is recommended that high volume mushroom residue returning treatment (T4) as the optimum fertilization for reclaimed homestead in Chengdu Plain, i.e, applying 8 507 kg/hm2and 9 411 kg/hm2of mushroom residue, 307 kg/hm2and 324 kg/hm2of urea, 825 kg/hm2and 925 kg/hm2of calcium superphosphate, 38 kg/hm2and 172 kg/hm2of potassium chloride in wheat and maize seasons, respectively.

Reclaimed land; Returning agricultural waste to field; Comprehensive fertility evaluation

四川省科技計劃項目(2018NZZJ004，2019YFN0020，2016JY0166)資助。

(auh6@sicau.edu.cn)

劉子驍(1998—)，男，四川雅安人，本科，主要從事農業廢棄物還田研究。E-mail: 1317738401@qq.com

S154.1；X171.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.04.007