綠肥化肥配施對土壤團聚體及其有機碳分布的影響

馮 穎，溫曉蘭，石溫慧，劉 瑩，劉小粉*

（1.北京市優質農產品產銷服務站，北京 100101；2.河北工程大學，河北邯鄲 056038）

土壤有機碳是評價土壤肥力的關鍵指標，在改善土壤結構和性質、調節土壤養分循環和大氣中溫室氣體濃度方面發揮著重要作用［1-2］。土壤團聚體是維持土壤質量的重要物質基礎，其組成和穩定性對土壤肥力和抗蝕性至關重要［3］。土壤有機碳是團聚體形成的重要膠結物質，有利于團聚體的形成和穩定［4］。紫云英是一種綠色的、養分豐富的有機肥源，能為后茬作物提供豐富的營養物質［3,5-6］，不僅能提高水稻產量，還能替代部分化肥、培肥土壤，改善水稻田生物化學等性質［7-8］，在豫南稻區種植廣泛。研究表明，有機肥化肥配施提高了大團聚體中有機碳含量［9-10］。宋佳等研究發現，冬種紫云英和秸稈還田不僅能提升土壤有機碳，更有利于有機碳分布于超大團聚體和大團聚體中，0～20 cm 土壤的團聚體以超大團聚體和大團聚體為主［3］。

目前，紫云英配施化肥對水稻產量、土壤有機碳影響的研究報道較多，減量化肥與不同量紫云英配施對土壤團聚體、有機碳和氮的研究較少。據此，本研究依托河南省信陽市農科院的長期定位試驗，探討長期化肥減施20%條件下，紫云英不同翻壓量對豫南地區水稻田土壤團聚體和有機碳的影響，為進一步明確其對土壤的培肥效果及合理施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

田間試驗于河南省信陽市農科院試驗園進行，供試土壤為水稻土，土壤質地為黏壤土，耕作制度為單季稻。試驗開始于2009 年，共設置5 個處理，分別為CK、100%CF、80%CF+M1、80%CF+M2、80%CF+M3，其中，CK為不施肥處理，100%CF為單施化肥處理，M1 為15 t/hm2紫云英翻壓量，M2 為22.5 t/hm2紫云英翻壓量，M3 為30 t/hm2紫云英翻壓量。每個處理設3 個重復，面積均為6.67 m2，小區間設田埂并用塑料膜隔開，留0.25 m 寬溝方便灌溉、排水等管理。施用化肥品種分別為碳酸氫銨、過磷酸鈣和氯化鉀，其中氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）施用量分別為225 kg/hm2、135 kg/hm2和135 kg/hm2。

1.2 樣品采集與測定

2014 年9 月水稻收獲后采集耕層（0～15 cm）土壤，各小區按“S”形隨機采5個點土壤樣品，混合均勻成為一個樣品。土壤全氮含量采用凱氏定氮法［11］測定，土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法［11］測定。

1.3 計算與統計分析

試驗數據用SPSS Statistics 17.0 進行統計分析，采用單因素方差分析（ANOVA）進行顯著性檢驗，采用鄧肯（Duncan）法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理土壤團聚體分布

由圖1可見，5種處理的土壤各粒級團聚體含量分布趨勢為“0.25～2.00 mm” ＞“ ＞2.00 mm” ＞“0.05～0.25 mm”＞“＜0.05 mm”，0.25～2.00 mm 粒級團聚體在土壤中含量最高，占42.7%～56.1%。＜0.05 mm 粒級下，80% 化肥配施22.5 t/hm2紫云英（80%CF+M2）的團聚體含量顯著高于單施化肥處理（P＜0.05），其余粒級團聚體處理間差異均不顯著。本研究表明，80%化肥配施15～30 t/hm2紫云英可以提升0.25～2.00 mm 團聚體含量，降低＞2.00 mm 團聚體含量。

圖1 不同施肥處理的土壤團聚體分布

2.2 不同處理對土壤及各粒級團聚體有機碳分布特征的影響

由表1可知，土壤總有機碳含量趨勢為“80%CF+M1”＞“80%CF+M2”＞“80%CF+M3”＞CK＞100%CF。與100%CF 和CK 相比，80%化肥配施15 t/hm2紫云英（80%CF+M1）的土壤總有機碳含量增加顯著（P＜0.05）。總有機碳含量隨紫云英施用量增加呈降低趨勢。

表1 不同施肥處理的土壤有機碳含量

由圖2、圖3 可見，＞2.00 mm 和0.05～0.25 mm團聚體有機碳含量在處理間存在顯著性差異，與CK相比，80%CF+M1 顯著提升了＞2.00 mm 和0.05～0.25 mm 粒級團聚體有機碳含量。各處理對土壤中各粒級團聚體有機碳分布也產生了重要影響，相同處理下＞2.00 mm 粒級團聚體有機碳含量最高，占14.3%～19.5%，0.25～2.00 mm 粒級團聚體有機碳含量次之，占13.8%～16.9%，0.05～0.25 mm 粒級團聚體有機碳含量較低，占12.5%～14.5%，＜0.05 mm 粒級團聚體有機碳含量最低，占10.9%～13.2%。通過各粒級團聚體有機碳對土壤有機碳的貢獻率分析發現，＞2.00 mm 和0.05～0.25 mm 團聚體對土壤有機碳的貢獻率最大，分別為28.5%～39.0% 和43.2%～56.0%，但是處理間差異不顯著；＜0.05 mm 團聚體對土壤有機碳的貢獻率在處理間存在顯著差異。

圖2 土壤各粒級團聚體對土壤總有機碳的貢獻率

圖3 不同施肥處理團聚體的有機碳分布

Yu 等研究表明，施用紫云英土壤有機碳提高了24.5%［12］；呂玉虎等發現，翻壓不同量紫云英配施減量化肥條件下，土壤有機質含量均顯著高于100%CF處理，而當紫云英翻壓量超過30 t/hm2時土壤有機質含量降低［13］。這與本研究結果類似，本研究中80%化肥配施不同量紫云英條件下，土壤總有機碳均高于100%CF。團聚體尺度，＞2.00 mm 團聚體有機碳含量均高于單施化肥處理，紫云英翻壓量達到30 t/hm2時，0.05～0.25 mm 團聚體有機碳含量低于100%CF，因此，大團聚體比小團聚體含有更多的有機碳［14］。減量化肥配施紫云英增加了土壤有機碳含量，提升了＞2.00 mm 和0.05～0.25 mm 團聚體土壤有機碳貢獻率，表明減量化肥配施紫云英增強了土壤團聚體對有機碳的物理保護，這與宋佳等［3］的研究結果相似。

3 結論

紫云英配施80%化肥條件下，耕層土壤團聚體以0.25～2.00 mm和＞2.00 mm為主，提升了0.25～2.00 mm團聚體含量，降低了＞2.00 mm 團聚體含量，土壤有機碳含量升高，有利于有機碳優先分布于＞2.00 mm和0.25～2.00 mm 團聚體中。試驗結果表明，紫云英配施80%化肥有利于土壤肥力的提升。