不同有機物料添加對砒砂巖與沙復配土碳氮含量的影響

摘? 要：砒砂巖與風沙土作為毛烏素沙地兩種利用率低且危害嚴重的兩種自然資源，在實現國家“耕地占補平衡”戰略和區域經濟增長方面具有巨大的潛在價值。因此，本研究依托砒砂巖與沙復配土長期施肥定位試驗，選擇單施化肥（CK）、施用秸稈（C1）、施用微生物菌劑（C2）、施用有機肥（C3）和施用油渣（C4）共5個處理進行碳氮含量的垂直分布特征研究。結果表明，CK和C3處理在土層深度為40cm時有機碳含量最低，C4處理在土層深度為50cm時有機碳含量最低，均表現為先減小后增加的變化趨勢。C1和C2處理的有機碳含量則隨著土層的加深呈先增加后減小再增加的線性遞增趨勢。0-20cm和20-60cm分別以C3和C1處理的有機碳含量較高。不同處理的全氮含量則隨著土層的增加變化各異，但整體呈現為線性遞減的變化趨勢，0-20cm以C3處理的全氮含量最高，20-60cm施有機物料處理的全氮含量均低于CK處理。綜上，施用有機肥可促進0-20cm表層土壤有機碳和全氮的積累。

關鍵詞：砒砂巖;風沙土;有機物料;有機碳;全氮

中圖分類號：S153.6? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）29-0020-03

Abstract： Both soft rock and aeolian sandy soils， as two kinds of natural resources with low utilization rate and serious harm， are of great potential value in realizing the national "cultivated land occupation and balance" strategy and regional economic growth. Therefore， based on the long-term fertilization location test of soft rock and sand mixed soil， the vertical distribution characteristics of carbon and nitrogen content were studied using five treatments： single application of chemical fertilizer （CK）， straw （C1）， microbial agent （C2）， organic fertilizer （C3） and oil residue （C4）. The results showed that the CK and C3 treatments had the lowest organic carbon content when the soil depth was 40 cm， and the C4 treatment had the lowest organic carbon content when the soil depth was 50 cm， which showed a trend of decreasing first and then increasing. The organic carbon content of C1 and C2 treatment increased first， then decreased and then increased linearly with the deepening of the soil layer. The organic carbon content of 0-20 cm and 20-60 cm treated with C3 and C1 was higher， respectively. The total nitrogen content of different treatments varied with the increase of soil layer， but showed a linear decreasing trend. The total nitrogen content of 0-20 cm treated with C3 was the highest， while that of 20-60 cm treated with organic materials was lower than that of CK. In summary， the application of organic fertilizer can promote the accumulation of organic carbon and total nitrogen in the surface soil of 0-20 cm.

Keywords： soft rock; aeolian sandy soil; organic materials; organic carbon; total nitrogen

在我國陜晉蒙等干旱半干旱地區，砒砂巖風化物（砒砂巖）與風沙土（沙）作為該地重要的兩種土壤資源，水土流失嚴重且質地松散，養分含量低且結構性差，中外專家稱之為“地球環境癌癥”，可見砒砂巖與沙所處區域的地理危害決定了該區域生態恢復的緊迫性和艱難度[1-3]。有研究報道，該地未利用土地占全省未利用土地總面積的50%左右，其中沙荒地面積占該區域未利用土地總面積的90%左右，可見沙荒地分布面積廣，具有較大的開發潛力，但是其肥力低下，提高這部分土地的養分含量對該地生態環境的改善和可持續發展具有重要意義[4，5]。該地黃土資源缺乏，利用客土法對沙荒地進行改良需耗費大量的人力物力，且經濟效益較差無法大面積推廣。對于砒砂巖，其粘粒和細粉粒含量較高，成分主要為穩定的二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵，它們的質量分數超過了89%，除此之外還含有不穩定的氧化鈉、氧化鉀和氧化鈣等成分，其理化性質決定了它具有結構強度低，易風化，顆粒間膠結程度低，滲透性能差等特點[6-8]。而沙土的顆粒組成質地均一，結構疏松，水分在土層空間內的分布較為均勻，一旦水分補給減少，蒸散增加，就會出現整體性缺水[9，10]。鑒于此，韓霽昌等人[2，9]根據砒砂巖和沙等兩種材料的性質，就地取材，將兩者按照一定比例進行混合，結果發現配比介于1：5-1：1（砒砂巖：沙）之間可促進作物的良好生長，其中1：2適合玉米生長，此技術可大面積推廣，可實現砒砂巖的資源化利用。

目前砒砂巖與沙復配土仍處于培肥固碳階段，有研究認為有機碳作為土壤中微生物、土壤礦物質和土壤酶的有機載體，有機碳含量的高低與土壤空間結構、通透性和孔隙度密切相關，增加有機碳含量可顯著增強土壤的持水能力和緩沖作用[11]，因此提高土壤中的有機碳含量是沙荒地改良與修復過程中重要的環節。因此，本文進一步研究不同有機物料添加對砒砂巖與沙復配土碳氮含量的影響，以期為我國的沙漠化土壤生物防治技術提供科學依據，為新型土體有機重構技術提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

砒砂巖與沙復配土長期施肥定位試驗位于陜西富平中試基地（108°57′-109°26′E，34°42′-35°06′N），該地處于鄂爾多斯地臺南邊緣與渭河地塹北邊緣的斜坡地帶，地質構造以祁連、呂梁、賀蘭山字型前弧東翼南段的成份為主，北西向斷裂次之。西北高而東南低，中部起伏不平，受石川河、趙氏河、順陽河、溫泉河的切割形成原間洼地和川原相間地形。海拔處于376-439m，暖溫帶大陸性氣候，年均日照時數約2389.6h，年平均降水量為527.2mm，年平均氣溫為13.1℃。

1.2 試驗設計

小區試驗為模擬毛烏素沙地砒砂巖與沙混合層的土地狀況，試驗小區在0-30cm鋪設砒砂巖與沙的混合物質，30-70cm填充風沙土。砒砂巖和沙均取自榆林榆陽區小紀汗鄉大紀汗村。選取2009年整治的復配比為1：2（砒砂巖：沙）的5個試驗處理（CK，單施化肥;C1，添加秸稈;C2，添加微生物菌劑;C3，添加有機肥;C4，添加油渣）。每個處理重復3次，共15個小區。小區面積為2m×2m=4m2，根據小區立地條件，考慮光照、微地形等因素的均一性，試驗小區采取自南向北“一”字型布設。試驗田為玉米（金誠508）-小麥（小偃22）一年兩熟輪作，全部采用人工播種。試驗田的供試化肥類型為尿素、磷酸二銨、硫酸鉀，施肥量為每年施化肥N255kg·hm-2、P2O5180kg·hm-2、K2O90kg·hm-2。秸稈使用量為90kg·hm-2，微生物菌劑施用量為2.5kg·hm-2，有機肥（豬糞）施用量為100kg·hm-2，油渣（菜籽油渣）施用量為15kg·hm-2。

1.3 土壤樣品采集

小麥于每年5月底6月初收貨，小麥收貨后每個試驗小區間隔10cm采集0-60cm土層的土壤樣品，每個小區采用五點法進行采樣。五點組成一個混合樣，然后在實驗室過2mm篩，去除土壤中的動、植物殘體，之后經自然風干研磨過0.25mm篩，用于土壤有機碳和全氮的測定。

1.4 測定方法

土壤有機碳采用TOC分析儀進行測定（MultiN/C3100，德國耶拿），全氮采用元素分析儀（EA3000，意大利歐維特）進行測定。

1.5 數據處理與分析

所有數據采用EXCEL2019進行分類整理并繪制圖表，采用SPSS19.0進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 復配土有機碳含量

CK處理、C3處理和C4處理的有機碳含量隨著土層的加深表現出一致的變化規律（圖1）。0-40cm土層土壤有機碳含量逐漸降低，而40-60cm土層有機碳含量又逐漸增大。C1處理和C2處理的有機碳含量則隨著土層的加深出現先增加后降低再增加的變化趨勢，其中C1處理在40-50cm土層開始降低，繼而增加，而C2處理則是在30-50cm土層間均出現下降，之后又開始增加。在0-10cm土層與CK處理的有機碳含量相比，C3處理顯著增加了43.39%，其他處理則有所降低，表現為C3>CK>C4>C1>C2的變化趨勢。在10-20cm土層依然以C3處理的有機碳含量最大，C2最小，具體表現為C3>C4>C1>CK>C2的變化趨勢，其中C1、C3和C4處理的有機碳含量較CK處理分別增加了1.52%、31.00%和4.86%，說明施用有機肥可以促進表層（0-20cm）土壤有機碳的積累。在20-30cm土層，有機碳含量表現為C1>C2>C3>CK>C4的變化趨勢，其中C1、C2和C3處理的有機碳含量較CK處理分別增加了60.00%、32.67%和6.00%。在30-40cm土層，有機碳含量表現為C1>CK>C2>C4>C3的變化趨勢，其中C1處理的有機碳含量較CK處理增加了86.41%。在40-50cm土層，有機碳含量表現為C1>CK>C2>C3>C4的變化趨勢，其中C1處理的有機碳含量較CK處理增加了3.54%。在50-60cm土層，有機碳含量表現為CK>C1>C2>C4>C3的變化趨勢，其中C1、C2、C3和C4處理的有機碳含量較CK處理分別降低了3.18%、37.20%、54.21%和53.27%。綜上說明，隨著土層的加深，在20-50cm土層以C1處理（施用秸稈）的效果最好。有機物料的添加可能改善了土壤理化性質，使土壤空隙變得均勻，通氣透水性增強[12]，因此50cm以下隨著灌溉和水分運移等原因，土壤有機碳含量均低于CK處理。

2.2 復配土全氮含量

CK和C2處理的全氮含量隨著土層的加深在10-20 cm時表現出增加的趨勢，之后又逐漸遞減;C1和C3處理的全氮含量隨著土層的加深在0-50cm時表現為遞減的變化趨勢，而在50-60cm土層開始增加;C4處理的全氮含量在0-60cm土層呈逐漸降低的變化趨勢（圖2）。在0-10cm土層，CK處理的全氮含量最低，C1、C2、C3和C4處理的全氮含量較CK處理分別增加了66.67%、3.50%、107.81%和94.27%，表現為C3>C4>C1>C2>CK的變化趨勢。在10-20cm土層依然以C3處理的全氮含量最大，具體表現為C3>C1>CK>C2>C4的變化趨勢，其中C1和C3的全氮含量較CK處理分別增加了1.34%和16.78%。在20-30cm土層，全氮含量表現為CK>C3>C2>C1>C4的變化趨勢，其中C1、C2、C3和C4處理的全氮含量較CK處理分別降低了38.61%、29.79%、27.24%和67.57%。在30-40cm土層，全氮含量表現為CK>C1>C3>C2>C4的變化趨勢，其中C1、C2、C3和C4處理的全氮含量較CK處理分別降低了50.96%、56.76%、55.21%和59.85%。在40-50cm土層，全氮含量表現為CK>C2>C4>C3>C1的變化趨勢，其中C1、C2、C3和C4處理的全氮含量較CK處理分別降低了38.79%、15.52%、34.05%和21.98%。在50-60cm土層，全氮含量表現為CK>C1>C3>C2>C4的變化趨勢，其中C1、C2、C3和C4處理的全氮含量較CK處理分別降低了2.92%、8.78%、5.85%和17.56%。綜上說明，隨著土層的加深，C4處理（施用油渣）的效果較差，施用有機肥可以促進表層（0-20cm）土壤全氮的積累。

3 結論

CK、C3和C4處理的有機碳含量隨著土層的加深表現出先減少后增加的變化趨勢，而CK處理的全氮含量與有機碳變化趨勢相反，C3處理的全氮與有機碳變化趨勢一致，C4處理的全氮呈現逐漸遞減的趨勢。C1和C2處理的有機碳表現為先增加后降低再增加的動態趨勢。C1處理的全氮表現為先降低后增加的趨勢，與C2處理的全氮變化規律相反。施用有機肥可以促進表層（0-20cm）土壤有機碳和全氮的積累，20-50cm土層以施用秸稈對有機碳的效果最好。

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