土層置換及土壤培肥對石灰性黑鈣土土壤水溶性鹽離子的影響

李 響，辛 剛

(黑龍江八一農(nóng)墾大學，黑龍江 大慶 163319)

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗地點位于黑龍江八一農(nóng)墾大學教學科研基地，地處松嫩平原西部，屬中溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年均氣溫3.5 ℃，無霜期130 d，有效積溫2840 ℃。供試土壤為石灰性黑鈣土，供試玉米品種為鑫鈺2號。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置5個處理，以不進行土層置換為對照(CK)，土層置換(T1)、土層置換+秸稈(T2)、土層置換+500 kg/667m2烘干雞糞(T3)、土層置換+40 %理論磷肥施用量(T4)，不同處理具體施肥情況如表1所示。

土層置換的本質(zhì)即將(30±10)cm的耕底層土壤和20 cm以下的耕層土壤進行置換。主要操作流程是：收割農(nóng)作物后用機械滅茬耙平再進行土層置換。即采用小型挖土機將0～20和20～40 cm挖出分別堆放，然后先將0～20 cm的土壤填回，T2處理鋪上秸稈，再將20～40 cm的土層鋪于0～20 cm土層之上，鋪平后進行施肥處理，起壟整成待播狀態(tài)。

表1 不同處理下施肥情況

試驗采用完全隨機處理，單個小區(qū)面積為50 m2。試驗持續(xù)3年(2016-2018年)，2016年各處理小區(qū)確定后試驗排列不變。連續(xù)3年種植作物為玉米，采用根壟栽培，壟間距為65 cm，壟上單行種植，行長為10 m，種植密度為4000株/667m2，其他試驗過程中的田間管理方式同大田。在不同時間段內(nèi)，做基肥、拔節(jié)、穗肥施入的氮肥配比為40 %、30 %、30 %。氮肥的氮源為尿素(N，46 %)，施入量為 N 8 kg·667m-2；磷肥為過磷酸鈣 (P2O5，17 %)，施入量為 P2O54 kg·667m-2；鉀肥為硫酸鉀(K2O，50 %)，施入量為 K2O 6 kg·667m-2。磷肥做基肥一次施入，鉀肥 60 %做基肥施入、40 %做穗肥施入。

1.3 測定項目及方法

試驗于2016年10月11日、2017年10月9日和2018年10月10日連續(xù)3年測定土層置換后的0～20 cm(上層土壤)、20～40 cm(下層土壤)的pH值和陰陽離子含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與作圖、采用DPS7.05進行T檢驗方差。

2 結(jié)果與分析

2.1 土層置換對土壤陽離子的影響

土壤陽離子可以調(diào)節(jié)土壤次生鹽漬化和連作障礙，有利于保持土壤質(zhì)量。伴隨著施肥處理方式的不斷變化，K+、Ca2+、Na+、Mg2+的含量也存在較大的差異性。

如表2所示，0～20 cm土層，2016-2018年3年的各個處理中，水溶性鉀含量T1、T2、T3、T4與CK均產(chǎn)生顯著性差異。CK處理中，水溶性鉀含量2016-2018年由15.28 mg/kg降低為12.66 mg/kg，呈現(xiàn)一個顯著降低的趨勢；T1與T4呈現(xiàn)一個顯著增加的趨勢；而T2、T3、T4則是先降低后增加，就2018年來看，T1、T2、T3、T4顯著高于CK，T3水溶性鉀含量最高為16.96 mg/kg，與CK相比含量增加了33.97 %。由此可見，0～20 cm的CK土壤水溶性鉀離子含量呈現(xiàn)降低趨勢，而土層置換后土壤水溶性鉀離子含量呈現(xiàn)增加趨勢，T3的水溶性鉀離子含量最高，有利于植物進行鉀離子的吸收。

20～40 cm土層中，2016-2018年3年的各個處理中，水溶性鉀含量T1、T2、T3、T4與CK均產(chǎn)生顯著性差異。T2的變化較大，2016年為25.70、11.82、14.26 mg/kg，這可能與秸稈中的可溶性鉀離子釋放有關(guān)。CK、T1、T3、T4呈現(xiàn)增加的趨勢，2018年T2、T3、T4顯著高于CK，T3水溶性鉀含量最高為15.36 mg/kg，與CK相比含量增加了21.23 %。由此可見，20～40 cm的CK土壤水溶性鉀離子含量呈現(xiàn)顯著增加趨勢，而土層置換后除了T2處理，T1、T3、T4處理土壤水溶性鉀離子含量呈現(xiàn)增加趨勢，T3的水溶性鉀離子含量最高。

表2 不同處理對土壤水溶性鉀離子含量的影響

表3 不同處理對土壤水溶性鈉離子含量的影響

如表3所示，0～20 cm土層中，2016-2018年3年的各個處理中，水溶性鈉離子含量T1、T2、T3、T4與CK均產(chǎn)生顯著性差異。CK的鈉離子含量為31.27、26.31、54.49 mg/kg，T1為6.59、36.45、46.18 mg/kg，CK與T1相比，呈現(xiàn)一個相反的趨勢，說明土層置換后水溶性鈉離子具有表聚性。就其同一處理的年份差異而言，CK處理中，水溶性鈉離子含量2016-2018年由31.27 mg/kg降低為26.31 mg/kg再上升到54.49 mg/kg；T1處理中，水溶性鈉離子含量由6.59 mg/kg上升為46.18 mg/kg，呈現(xiàn)一個快速增加的趨勢；而T2、T3則是先降低后趨于穩(wěn)定，T4是先增高后降低。T3處理的穩(wěn)定性最好。

表4 不同處理對土壤水溶性鈣離子、鎂離子含量的影響

20～40 cm土層中，2016-2018年3年的各個處理中，水溶性鈉離子含量T1、T2、T3、T4與CK均產(chǎn)生顯著性差異。2016年T2的水溶性鈉離子含量最高為117.70 mg/kg，其波動性較大，與其他處理達到極顯著水平，CK的鈉離子含量為26.72、19.54、15.09 mg/kg，低于0～20 cm的CK處理，進一步說明鈉離子具有表聚性，T1、T2、T3、T4的土壤進行了土層置換，鈉離子含量與CK相比呈現(xiàn)增長趨勢，就各處理年份之間而言，T3鈉離子含量變化較為穩(wěn)定。

如表4所示，水溶性鈣和鎂對土壤團的成型具有十分重要的促進作用。在2016-2018年不管是0～20 cm還是20～40 cm土層，水溶性鈣的含量更高。

0～20 cm土層中，水溶性鈣離子與鎂離子表現(xiàn)出了較大的一致性，其鈣離子與鎂離子含量T1、T2、T3、T4與CK均產(chǎn)生顯著性差異。2016-2018年，鈣離子中CK與T1表現(xiàn)為先升后降，T2表現(xiàn)為先降后升，T3、T4表現(xiàn)出持續(xù)降低。2018年T3的水溶性鈣離子為172.27 mg/kg，顯著低于其他處理，與對照相比降低了23.13 %。鎂離子中CK、T1、T4表現(xiàn)為先升后降，T2表現(xiàn)為持續(xù)上升，T3表現(xiàn)出持續(xù)降低。2018年T3的水溶性鎂離子為10.11 mg/kg，顯著低于其他處理，與對照相比降低了41.93 %。

20～40 cm土層中，水溶性鈣離子與鎂離子表現(xiàn)規(guī)律不一致，其鈣離子與鎂離子含量T1、T2、T3、T4與CK均產(chǎn)生顯著性差異。2016-2018年，鈣離子中CK表現(xiàn)為持續(xù)下降，T1表現(xiàn)為持續(xù)上升，T2、T3、T4表現(xiàn)先降低后上升。2018年T3的水溶性鈣離子為164.74 mg/kg與CK188.13 mg/kg相比，下降幅度為14.20 %，顯著低于其他處理下降幅度。鎂離子中CK、T1、T2、T3、T4均表現(xiàn)為先升后降。2018年T3的水溶性鎂離子為9.88 mg/kg，顯著低于其他處理，與對照相比降低了9.51 %。

由此可見，土層置換后，施用基肥并加施有機肥的處理(T3)對于水溶性鈣鎂離子的平衡具有較好的效果。

2.2 土層置換對土壤陰離子的影響

如表5所示，碳酸氫根離子土層之間的差異較小。0～20 cm土層中碳酸氫根離子以2016年T2處理的含量最高為1.31 mg/kg，顯著高于CK處理。2018年則各個處理差異較小；總體而言，T3碳酸氫根離子3年的穩(wěn)定性差別不大。20～40 cm土層隨著時間的增加，各個處理中碳酸氫根離子變化較小，T3處理中2016-2018年3年變化不顯著。由此可知，土壤置換在一定程度上會增加碳酸氫根離子，但增施不同肥源會起到平衡土壤酸堿度的作用，T3處理效果最好。

如表6所示，0～20 cm土層中，氯離子含量T1、T2、T3、T4與CK均產(chǎn)生顯著性差異。2016-2018年，CK、T1、T4表現(xiàn)為劇烈上升后再迅速下降。T2表現(xiàn)為先降低后上升，T3表現(xiàn)為持續(xù)降低，2018年T3的氯離子為8.59 mg/kg，顯著低于其他處理。20～40 cm土層中，氯離子含量各處理表現(xiàn)為持續(xù)降低，2018年T3的氯離子為9.44 mg/kg，顯著低于對照。由此可見，T3對氯離子的持續(xù)抑制效果較為顯著。

表5 不同處理對土壤碳酸氫根離子含量的影響

表6 不同處理對土壤氯離子含量的影響

如表7所示，0～20 cm土層中，硫酸根離子含量T1、T2、T3、T4與CK均產(chǎn)生顯著性差異。2016-2018年，CK、T1、T2表現(xiàn)為持續(xù)上升趨勢。T3、T4則是先上升后降低，2018年T1的硫酸根離子為59.75 mg/kg，顯著高于對照及其他處理，T3的硫酸根離子為31.47 mg/kg，顯著低于其他處理。

20～40 cm土層中，硫酸根離子含量CK、T1表現(xiàn)為先升后降。T2、T3、T4則是先降后升，2018年T1的硫酸根離子為53.85 mg/kg，顯著高于對照及其他處理，2018年T3的硫酸根離子為24.70 mg/kg，顯著低于其他處理，且與2016年的23.14 mg/kg無顯著性差異，趨于穩(wěn)定。

由此可知，土層置換有利于硫酸根離子的積累，但增施不同肥源反而抑制了土壤陰離子的積累，試驗條件下，以T3處理最佳。

2.3 土層置換處理對土壤pH值的影響

土壤的酸堿度保持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)具有十分重要的意義。這是因為其能夠促使農(nóng)作物增產(chǎn)。由圖1可以看出，土壤置換加施基肥后，再加施秸稈、有機肥或化肥的處理對土壤酸堿度的影響較小。不管是0～20 cm還是20～40 cm土層中土壤pH值的整體變化不大，但只進行土層置換加施基肥(T1)處理呈先增加后降低趨勢，在2017年時0～20 cm土層中pH值達到最大值為8.76，20～40 cm土層中pH值為9.86，顯著高于對照處理，差異性顯著，并呈現(xiàn)弱堿性。由此可知，土壤置換在一定程度上會增加土壤pH值，但增施不同肥源會起到平衡土壤酸堿度的作用。

3 討 論

土壤陽離子是參與玉米的滲透作用和離子效應，可以調(diào)節(jié)土壤次生鹽漬化和連作障礙，有利于保持土壤質(zhì)量。朱寶國等[14]指出土層置換后表層土壤被翻入下層，下層土壤置換到表層養(yǎng)分含量低，必須依據(jù)土壤的含量成分來進行施肥才能滿足植物的成長需求。本文通過土層置換與培肥兩種措施來分析石灰性黑鈣土的土壤鹽基離子的影響，研究指出土壤水溶性鉀離子、鈉離子、鈣離子以及鎂離子的含量各層變化存在差異性。趙維俊等研究[15]認為土壤陽離子交換量隨土層深度增加，土壤鹽基離子交換性鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子含量隨土層深度變化規(guī)律各不相同，交換性鉀離子含量持續(xù)降低，其他3種的含量變化并不顯著，這與論文中對照部分的可溶性鉀離子隨土層降低相一致。馬宏秀等[16]關(guān)于鹽漬化土壤團聚體的研究結(jié)論中側(cè)面驗證了土壤鹽基離子交換規(guī)律，與本文結(jié)論存在部分差異在于本文在二者基礎(chǔ)上研究更加深入，考慮了土層置換對不同深度鹽基離子濃度的變化的影響，通過人為因素改變鹽基離子分布規(guī)律，同時利用培肥方法提高土壤養(yǎng)分。有研究表明，化肥與有機肥配合施用能夠有效增強土壤肥力，肥力提升要比單獨施用化肥效果強[17-21]。這與本文的研究結(jié)果一致，鹽基離子中的水溶性鉀離子不論是0～20 cm還是20～40 cm，土層置換后添加基肥與雞糞有機肥(T3)的處理水溶性鉀離子含量最高，相比CK增加了33.97 %與21.23 %。鈉離子CK與T1相比，呈現(xiàn)一個相反的趨勢，說明土層置換后水溶性鈉離子具有表聚性。這與黃尚書等[22]研究結(jié)果相一致，該學者通過對紅壤坡地土壤鈉離子研究發(fā)現(xiàn)，鈉離子存在表聚性。鈉鹽積累過多時，容易造成土壤鹽脅迫，錳、鎂等離子溶淋消失，最終對作物產(chǎn)生毒害作用。本文研究發(fā)現(xiàn)水溶性Ca2+要比Mg2+的含量高，這與溫軍等[23]研究結(jié)果相一致，T3處理中，與對照相比降低了各個層面的土壤Ca2+、Mg2+含量，說明有機肥與化肥配施對于石灰性黑鈣土起到了抑制性作用。

表7 不同處理對土壤硫酸根離子含量的影響

土壤陰離子可以調(diào)節(jié)土壤酸堿平衡，緩解土壤次生鹽漬化和連作障礙，有利于保持土壤質(zhì)量[24-25]，增施不同肥源會起到平衡土壤酸堿度的作用。植物對碳酸氫根離子的利用不僅能夠增加植株對土壤無機碳的利用，還能夠降低土壤的pH值，土壤氯離子的含量高低是檢驗土壤是否鹽堿化的一個重要標準，土壤氯離子超標會引起土壤酸化，造成土壤板結(jié)[26]。在本研究條件下，土層置換與有機肥培肥處理的碳酸氫根離子、氯離子和水溶性鉀離子與對照相比顯著降低，而測定的土壤pH值顯著降低，這與前人的研究結(jié)果一致[27-28]。同時本文在此基礎(chǔ)上，提出觀點，認為不管是0～20 cm還是20～40 cm土層中，土層置換會增加土壤堿性，難以通過土層置換來平衡土壤酸堿度，從而改善土壤環(huán)境；培肥技術(shù)能夠彌補這一缺點，增施不同肥源會起到平衡土壤酸堿度的作用，土層置換結(jié)合有機肥供給可以顯著改善土壤環(huán)境，并以增施500 kg/667m2烘干雞糞處理的效果最佳，增加土壤肥力，能夠為作物營造良好的土壤環(huán)境，適于推廣應用。

4 結(jié) 論

(1)處理方式的不同，K+、Ca2+、Na+、Mg2+的含量與規(guī)律存在較大的差異性。2016-2018年3年的各個處理中，水溶性K+、Ca2+、Na+、Mg2+的含量T1、T2、T3、T4與CK均產(chǎn)生顯著性差異。水溶性鉀離子不論是0～20 cm還是20～40 cm，T3的處理水溶性鉀離子含量最高，相比CK增加了33.97 %與21.23 %。

鈉離子T3的含量0～20 cm為28.68、33.10、28.61 mg/kg，20～40 cm為36.32、17.43、36.90 mg/kg，隨著年份的變化，T3處理鈉離子變化趨于穩(wěn)定。

在2016-2018年不管是0～20 cm還是20～40 cm土層，水溶性鈣的含量更高。0～20 cm土層中，2018年T3的水溶性鈣離子為172.27 mg/kg，顯著低于其他處理，與對照相比降低了23.13 %。水溶性鎂離子為10.11 mg/kg，顯著低于其他處理，與對照相比降低了41.93 %。20～40 cm土層中，2018年T3的水溶性鈣離子為164.74 mg/kg與CK 188.13 mg/kg相比，下降幅度為14.20 %，顯著低于其他處理下降幅度。水溶性鎂離子為9.88 mg/kg，顯著低于其他處理，與對照相比降低了9.51 %。置換土層后，T3處理對于水溶性鈣鎂離子的平衡具有較好的效果。

總體而言，土層置換+基肥并施加有機肥(T3)處理效果最好，能夠增加水溶性鉀離子含量，平衡鈉離子、碳酸氫根離子與pH酸堿性，降低鈣離子、鎂離子、硫酸根離子、氯離子含量。