黃河故道地區不同培肥方式對耕地質量的影響

王甫同，張亞楠，秦光蔚，洪立洲，邢錦城，劉 沖

（1. 江蘇鹽城濕地珍禽國家級自然保護區，江蘇 鹽城 224057；2. 江蘇沿海地區農業科學研究所，江蘇 鹽城 224002；3. 鹽城市新洋農業試驗站，江蘇 鹽城 224049）

黃河故道是由于黃河向南侵入淮河而形成的一段主河道流經的區域。黃河故道區是江蘇重要的中低產田分布區和糧食主產區[1-2]。該地區土壤系黃淮海平原江蘇和山東的地帶性土壤，分布面積約為2.5×106hm2，占江蘇省總面積的40.7%。該類型土壤具有砂性重、腐殖質含量低、物理結構差的特點，且漏水漏肥嚴重，極大地限制了該區域農業生產的高質量發展。因此，提升耕地質量成為該地區農業長期可持續發展的重要方向[3]。

在我國傳統農業技術里，增施有機肥、翻壓綠肥是增加土壤有機質、培肥地力、提高耕地質量的有效手段。綠肥翻壓或堆漚后施用到土壤中作肥料，可以有效改善土壤理化性狀，增加土壤養分[4]。有機肥是我國農業生產的重要肥源，在提升耕地質量、提高農作物產量方面具有重要作用。有研究表明，施用有機肥可以提高土壤物理性質，促進土壤中團粒結構的形成[5]。

筆者在黃河故道土壤貧瘠地區開展增施有機肥以及種植綠肥并于下季翻壓的田間試驗，比較2 種培肥方式對耕地質量的影響，以期為提升黃河故道地區耕地質量提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗在江蘇省鹽城市濱海縣界牌鎮三壩村（東經119°37′，北緯33°43′）進行。試驗前對該農田地塊進行試驗小區劃分并挖邊界溝渠。試驗所用商品有機肥為江蘇綠方園生物科技有限公司生產的“嚴博士”有機肥，含水率為35.0%，養分含量分別為N 1.87%、P2O53.16%、K2O 2.79%，有機質含量為45.0%；供試綠肥品種為黑麥草；供試玉米品種為蠡玉31。

1.2 試驗設計

試驗種植模式為旱旱輪作。培肥方式1（P1）：于2018 年11 月20 日種植綠肥，并于2019 年5 月20日將綠肥翻壓，隨后種植玉米。培肥方式2（P2）：于2019 年5 月22 日小區種植玉米，種植玉米之前增施有機肥，共設計3 個梯度，4.50 t/hm2（P2-1）、7.50 t/hm2（P2-2）、10.50 t/hm2（P2-3）。小區面積5.0 m×8.0 m（40 m2）

1.3 測定項目及方法

分別于2019 年5 月18 日（培肥前）、9 月20 日（培肥120 d）采集各小區0～20 cm 土樣，測定總孔隙度，土壤有機質、全氮、全磷和全鉀含量，土壤微生物量氮和土壤微生物多樣性。

土壤孔隙度采用環刀法測定，有機質采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，全氮、全磷、全鉀含量采用鮑士旦[6]的方法測定；土壤微生物量氮采用王毅等[7]的方法測定；土壤微生物群落功能分析采用Biolog 微孔平板法[8]進行。

1.4 數據分析

試驗數據采用SPSS 13.0 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同培肥方式對土壤總孔隙度的影響

由圖1 所示，2 種培肥方式均可提高土壤總孔隙度，翻壓黑麥草（P1）后的土壤總孔隙度提高15.5%，增施有機肥后土壤總孔隙度的提高幅度隨著有機肥量的增加呈現先高后低的趨勢，P2-1、P2-2、P2-3 培肥方式下土壤總孔隙度的提高幅度分別是9.1%、10.4%、7.7%。可見，P1 培肥方式對于提高土壤總孔隙度的效果要優于P2 培肥方式。這主要是由于綠肥翻壓后，大量植物組織的輸入，增加了土壤總孔隙度，植物殘體經腐爛分解后改善了土壤耕層的物理結構[9]。

圖1 不同培肥方式處理土壤總孔隙度的變化

2.2 不同培肥方式對土壤有機質的影響

土壤有機質含量是土壤肥力的物質基礎，有機質的膠體特性能吸附土壤中陽離子，使其具有保肥力和緩沖性，有利于改善土壤的理化性狀[10]。從圖2 可以看出，P1 培肥方式后的土壤有機質提高9.5%，增施有機肥后P2-1、P2-2、P2-3 培肥方式下土壤有機質分別提高10.0%、11.9%、9.3%。可見，對于提高土壤有機質含量的效果來說，P2 培肥方式要優于P1 培肥方式，且P2-2 培肥方式效果最好。

圖2 不同培肥方式處理土壤有機質含量的變化

2.3 不同培肥方式對土壤全氮、全磷、全鉀的影響

氮、磷、鉀是植株需求最多的三大營養元素。土壤中氮磷鉀元素可為植株的生長發育提供必要的養分基礎，因此，氮磷鉀成為土壤養分的直接指標[11-12]。從圖3 可以看出，P1 培肥方式后土壤氮磷鉀養分含量均有所提高，其提高幅度由高到低排列依次為全氮＞全磷＞全鉀。P2培肥方式后土壤養分含量亦有所提高，且以P2-2 培肥方式效果較好。

圖3 不同培肥方式處理土壤全氮、全磷、全鉀含量的變化

2.4 不同培肥方式對土壤微生物量氮的影響

土壤微生物量是土壤許多基礎反應的生物催化劑，其作用相當于土壤氮、磷元素的快速周轉庫[13]。而土壤微生物量氮的特性被認為是土壤氮素內循環的本質性內容[14]。從圖4 可以看出，P1 培肥方式后土壤微生物氮含量顯著提高，增長幅度達到39.5%，P2培肥方式后土壤微生物氮含量亦呈顯著提高的趨勢，P2-1、P2-2、P2-3 增長幅度依次為24.8%、28.9%、23.2%。

圖4 不同培肥方式處理土壤微生物量氮的變化

2.5 不同培肥方式下土壤Biolog 試驗-微生物群落功能分析

Shannon 豐富度指數表示在顏色變化率一致的情況下，生態系統的功能多樣性，即土壤微生物群落利用碳源類型的多少。生態系統物種豐富度指數值越大，表明該系統的土壤微生物群落功能多樣性越高[15]。由圖5 所示，2 種培肥方式下土壤微生物群落物種豐富度指數均呈現顯著上升的趨勢；P1 培肥方式后，物種豐富度指數提高24.8%；P2-1、P2-2、P2-3 培肥方式下物種豐富度指數提高幅度依次為18.7%、21.2%、21.3%。

圖5 不同培肥方式下土壤Biolog 試驗-微生物群落功能分析

3 結論與討論

試驗結果表明，培肥方式P2（增施有機肥）更利于快速提高江蘇黃河故道地區土壤有機質含量，且以P2-2 培肥方式效果較好；培肥方式P1（種植翻壓綠肥）更利于提高土壤微生物量氮及土壤微生物群落物種豐富度。

江蘇省古黃河故道區分布于徐州市、宿遷市、淮安市、鹽城市等地，是江蘇省糧食主產區，但這一地區的土壤具有砂性強、鈣質多的特點，土壤結構和保水保肥能力差，土壤有機質及各種養分含量較低，使其成為江蘇省中低產田主要集中分布區和耕地質量提升難點區[16-17]。

大量研究表明，對砂質土壤而言，改良其土質最直接有效的方式是提高土壤有機質含量[18]。增施有機肥是改良土壤的重要措施，施入有機肥后土壤微生物量碳的周轉速率顯著提高，從而土壤的保肥和供肥性能提高，加速了土壤中營養元素的釋放[18]。而綠肥是一種經濟、環保的優質肥源[19]。種植綠肥可協調土壤養分平衡、消除土壤障礙因子[20]。種植綠肥并翻壓后產生的腐熟物質不僅起到改良土壤的作用，而且有利于促進土壤微生物的繁殖, 提高微生物的生物量[21]。在該研究中，增施有機肥以及種植綠肥并翻壓這2 種培肥方式均能提高黃河故道土壤貧瘠地區土壤養分含量，但效果略有不同。對于提高土壤有機質而言，增施有機肥效果要優于種植翻壓綠肥。而對于提高土壤微生物氮含量而言，種植翻壓綠肥效果要優于增施有機肥。這是因為綠肥腐解過程需要大量微生物的參與，同時綠肥也為微生物的生長提供了碳源和氮源[21]。

Biolog 分析是反映土壤微生物群落結構特征的有效手段，其主成分分析顯示了微生物群落對碳源利用的響應[22]。而土壤微生物群落與土壤肥力之間有著密切關系，土壤的養分含量在很大程度上制約著土壤的微生物量及其生理功能多樣性。該研究中，種植翻壓綠肥培肥方式下土壤微生物群落物種豐富度指數顯著提高，明顯優于增施有機肥培肥方式。主要是因為綠肥翻壓腐解增加了土壤中有機養分的分解消耗和無機養分的轉化，提高了土壤微生物活性，豐富了土壤微生物群落，從而提高土壤養分，進而滿足作物對養分的需求。這與高明霞等[23]的研究結果較為一致。

我國中低產田改造一直遵循“分類指導，連片治理”的原則。例如：針對丘陵地區提出了“蓄、引、提、調和節水灌溉相結合，增肥改土”的治理策略[24]。而針對于江蘇省黃河故道地區有機質與全氮含量普遍較低這一地域特性，前期應采取培肥方式P2-2（增施有機肥7.50 t/hm2）進行快速改土培肥，施用有機肥后土壤各項肥力指標和作物產量在短期內都會有所提升。從保障我國糧食作物穩產、增產方面的長期效果來看，應結合培肥方式1（種植翻壓綠肥）和培肥方式P2-2（增施有機肥7.50 t/hm2），在提升江蘇黃河故道地區耕地質量的同時實現較高經濟產量，取得較好經濟效益。