有機種植對土壤養(yǎng)分含量及物理特性的影響

摘 要：通過4年定位試驗，對比研究了有機種植（OF）和常規(guī)種植（CF）對土壤養(yǎng)分含量及物理特性的影響。結果表明，與CF相比，OF顯著提高了土壤有機碳、全氮和有效磷含量，顯著降低了土壤全鉀、速效鉀含量;OF處理容重顯著降低4.7%，土壤總孔度、有效孔度和有效水含量則分別增加5%、27%和32.8%;有效含水量與土壤有機碳、全氮、總孔隙度、有效孔隙呈顯著相關，而有效孔隙與土壤有機碳、全氮、總孔隙度呈顯著正相關?？傊?，以綠肥為主要肥源的有機種植模式，顯著改善了土壤物理特性，有利于土壤磷素活化，但需要及時補施鉀素。

關鍵詞：水分特征曲線;土壤孔隙度;容重;養(yǎng)分

中圖分類號 S152.4文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）12-0087-03

近些年來，化肥施用量的增加提升了土壤有效養(yǎng)分，提高了作物產(chǎn)量，對于保障國家糧食生產(chǎn)起到了重要作用。但長期施用化肥也可能會導致土壤酸化板結、土壤富鹽堿化、地下水污染、地表水富營養(yǎng)化、土壤微生物多樣性減少等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境方面的問題，最終使作物減產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品品質降低[1-3]。傳統(tǒng)的農(nóng)家肥雖然能改善土壤結構和提升土壤功能，但也存在土壤、環(huán)境污染及勞動力短缺的問題。隨著人們生活水平的提高，對綠色、無公害甚至有機農(nóng)產(chǎn)品的需求逐年上升[4]，客觀上要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中減施甚至不施化肥、同時尋找合適的替代肥源以提升農(nóng)產(chǎn)品品質。

目前，隨著有機農(nóng)業(yè)在我國的迅猛發(fā)展，學者們在有機種植對生態(tài)環(huán)境的影響方面做了大量的研究。例如，汪潤池等[5]研究發(fā)現(xiàn)，多年有機種植能顯著降低土壤容重，增加土壤有機碳含量，提高土壤微生物活性。邱曉蕾等[6]研究認為，與常規(guī)種植相比，有機種植可增強有機碳穩(wěn)定性、促進土壤固碳。王磊等[7]通過建立多指標評價體系，發(fā)現(xiàn)有機種植模式明顯比常規(guī)種植土壤質量得到提高。但以上研究均以商品有機肥作為唯一或主要肥源，在實際生產(chǎn)中肥料成本投入較高，而以綠肥為主要肥源的相關研究較少。曹春霞等[8]研究發(fā)現(xiàn)，有機稻田埂比常規(guī)田埂更能為步甲、蚯蚓等土壤動物提供良好的棲息地，其對土壤特性的影響尚未見報道。

豫南是我國單季稻產(chǎn)區(qū)，大量的冬閑田可種植紫云英、苕子等綠肥作物培肥，進而大力發(fā)展有機稻產(chǎn)業(yè)。目前，關于綠肥配合化肥施用對化肥用量、土壤養(yǎng)分含量、碳氮固持、水稻產(chǎn)量的影響已有了大量的研究[9-11]，而綠肥為主要肥源的有機種植模式對土壤養(yǎng)分、物理特性及碳氮分布的影響還尚未見報道。為此，該研究通過有機種植和周邊常規(guī)種植稻田土壤進行對比，探明有機種植對土壤養(yǎng)分含量及物理特性的影響，以期為有機稻田合理培肥及有機農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及試驗設計 該定位試驗位于信陽市潢川縣川香家庭農(nóng)場有機稻種植基地，種植制度為單季稻。該試驗共設置常規(guī)種植模式（CF）和有機種植模式（OF）2個處理。常規(guī)種植為當?shù)亓晳T種植模式，2種模式施肥、植保及作物信息如表1所示。

1.2 樣品采集與測定 試驗開展第4年后（2010—2013年）采集土壤樣品。即2013年水稻收獲后，采集0～15cm耕層原狀混合土樣，用飯盒帶回實驗室。先用手輕輕掰開直至全部通過過8mm篩，自然風干后采用濕篩法[12]分離團聚體。土壤全量氮磷鉀及有效態(tài)氮磷鉀依據(jù)《土壤肥料學》[13]測定。同時，用100cm3環(huán)刀采集原狀土，用高速離心機法[14]測定土壤水分特征曲線，曲線測定完成后，用烘干法測得土壤容重。土壤水分特征曲線擬合為冪函數(shù)如下：

式中：q為質量含水量，%;S為土壤水吸力，MPa;a、b為方程擬合參數(shù)。依據(jù)方程計算出水吸力為0.03和1.5MPa時含水量，即為田間持水量和萎蔫含水量，有效水含量即為兩者之差。根據(jù)土壤容重和土粒密度（取2.65g×cm-3）計算出土壤總孔隙度，再根據(jù)總孔隙度和有效水含量計算出有效孔度。

1.3 統(tǒng)計分析 用SPSS 19中T-test進行處理間顯著性差異分析（p=0.05），用Pearson法對各參數(shù)進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式對土壤養(yǎng)分含量的影響 由表2可知，與常規(guī)種植模式（CF）相比，有機種植模式（OF）的有機碳和全氮含量分別提高68%、75%，全鉀含量顯著降低29%，全磷含量無顯著變化。2個處理有效氮含量無顯著差異，有機種植速效鉀和有效磷含量分別比常規(guī)種植減少43%、增加1.2倍。說明有機種植能顯著增加土壤碳氮固持、快速消耗土壤自身鉀素、活化土壤磷素。

2.2 不同種植模式對土壤持水特性和孔隙狀況的影響 由圖1可知，與CF相比，OF處理水分特征曲線明顯偏低，即當0<水吸力≤15MPa時，同一吸力下OF處理的含水量低于CF。因此，萎蔫系數(shù)和田間持水量均表現(xiàn)為CF>OF（表3），但有效水含量OF比CF顯著提高32.8%。由表3可知，OF處理的土壤有效孔度和總孔度比CF分別增加26.9%、5.0%，即OF處理中有效孔隙增速是總孔隙增速的5.4倍，說明有機種植能有效提高土壤有效孔隙數(shù)量。與CF相比，OF處理容重顯著降低4.7%。

2.3 土壤各理化性質相關分析 由表4可知，土壤總孔隙度與有效孔度呈顯著正相關，與全鉀含量呈顯著負相關;有效含水量與土壤有機碳、全氮、孔隙度呈顯著正相關，與有效孔隙呈極顯著正相關，與全鉀、速效鉀呈顯著負相關;有效孔隙與土壤有機碳、全氮、總孔隙度呈顯著正相關，與全鉀、速效鉀呈顯著負相關。

3 結論與討論

紫云英、苕子等豆科綠肥作為有機種植的主要肥源，翻壓還田后可顯著提高土壤和團聚體內(nèi)全氮、有機碳含量，但需要及時補充土壤鉀素，這與前人的研究結果一致[11]。與常規(guī)種植（CF）比，有機種植（OF）土壤全磷含量不變，有效磷顯著提高。前人研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥相比，紫云英化肥配施或單施紫云英均顯著地降低了有效磷含量[11]。這種差異的產(chǎn)生，除了受試驗田環(huán)境和土壤本身性質影響外，還應與紫云英配施肥料來源不同、相互作用機制不同有關。因此，以紫云英等豆科綠肥作為培肥來源時，應重點考慮如何合理配施磷、鉀肥。水分特征曲線是土壤主要的物理特性之一，它是土壤含水量隨水吸力變化的曲線，在同一吸力下，曲線越高，表明土壤持水能力越強，反之土壤持水能力越弱[15]。研究表明，土壤持水能力的大小與土壤質地、孔隙分布，有機質含量等理化性質密切相關[16]。

由本次試驗可知，與CF相比，OF處理土壤容重降低，總孔隙度增加5.0%，其中有效孔隙增加26.9%，有效水含量顯著提高。相關分析表明，有效含水量與有效孔隙度呈極顯著正相關（r=0.871），與總孔隙呈顯著相關（r=0.996），與土壤和0.25～2mm團聚體有機碳含量呈正相關，而土壤有效孔隙含量與有機碳呈顯著正相關。說明該研究土壤持水能力大小主要取決于有效孔隙多少，同時受土壤有機碳含量影響，這與前人研究結果一致[11，16]。

綜上，與常規(guī)種植相比，有機種植土壤能顯著提高碳氮含量，應按照有機標準補施鉀肥;另外，有機種植能明顯改善土壤容重、有效孔隙、有效含水量等物理特性。因此，有機種植模式有利于改善土壤質量，實現(xiàn)土壤資源可持續(xù)利用。

參考文獻

[1]黃國勤，王興祥，錢海燕，等.施用化肥對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的負面影響及對策[J].生態(tài)環(huán)境，2004（4）：656-660.

[2]劉宏斌，李志宏，張維理，等.露地栽培條件下大白菜氮肥利用率與硝態(tài)氮淋溶損失研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2004（3）：286-291.

[3]曹志洪.施肥與水體環(huán)境質量——論施肥對環(huán)境的影響（2）[J].土壤，2003（5）：353-363.

[4]馬卓.中國有機農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、問題和對策[J].中國農(nóng)學通報，2006，22（11）：338-342.

[5]汪潤池.有機、常規(guī)種植方式下土壤有機碳和微生物特性研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2011.

[6]邱曉蕾，宗良綱，劉一凡，等.不同種植模式對土壤團聚體及有機碳組分的影響[J].環(huán)境科學，2015（3）：1045-1052.

[7]王磊，楊靜，席運官，等.有機耕作方式對我國南方典型土壤質量影響的評價[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2017（6）：564-570.

[8]曹春霞，朱升海，顏越，等.有機管理對不同土地利用方式下土壤質量的影響[J/OL].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2021.Doi：10.13930/j.cnki.cjea.200932

[9]劉春增，劉小粉，李本銀，等.綠肥還田對水稻產(chǎn)量、土壤團聚性及其有機碳和全氮分布的影響[J].華北農(nóng)學報，2012（6）：224-228.

[10]郭曉彥，宋曉華，劉春增，等.紫云英翻壓量和化肥用量對水稻生長、產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響[J].山地農(nóng)業(yè)生物學報，2014（5）：7-12.

[11]劉小粉，劉春增，潘茲亮，等.施用綠肥條件下減施化肥對土壤養(yǎng)分及持水供水能力的影響[J].中國土壤與肥料，2017（3）：75-79.

[12]KEMPER W D，ROSENAU R C. Aggregate stability and size distribution. In：Methods of soil analysis. Part 1. 2nd ed. Agron. Monogr. No. 9 ASA [M].Wisconsin：Madison，1986：425-442.

[13]盧樹昌.土壤肥料學[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010.

[14]史竹葉，趙世偉.黃土高原土壤持水曲線的計算方法[J].西北農(nóng)業(yè)學報，1999（6）：44-47.

[15]雷志棟，楊詩秀，謝森傳.土壤水動力學[M].北京：清華大學出版社，1988.

[16]LIU X F，YANG G L，XIAO X P，et al. Water retention curves of soil aggregates as affected by long-term fertilizer management [J].Soil Sci.，2011，176：537-542.

（責編：張宏民）