休耕對隴中旱農(nóng)區(qū)農(nóng)田土壤養(yǎng)分的影響

宋淑鈞, 崔小茹, 陳 雄, 陳其鮮, 楊 榮, 尤艷蓉

(1.中國科學(xué)院 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 臨澤內(nèi)陸河流域研究站, 蘭州 730000; 2.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049; 3.甘肅省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站, 蘭州 730000; 4.定西市安定區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 甘肅 定西 743000)

耕地是糧食安全的基本保障[1],然而由于人類不合理的利用[2],我國部分地區(qū)耕地質(zhì)量逐漸降低,致使土壤養(yǎng)分含量發(fā)生變化[3],造成土壤污染、生態(tài)環(huán)境退化,對耕地環(huán)境與糧食安全構(gòu)成極大威脅[4]。因此,加快推進(jìn)耕地的治理修復(fù)工作,改善農(nóng)田土壤環(huán)境,提高耕地質(zhì)量成為近年來的研究熱點(diǎn)[1,5]。休耕是提高土壤肥力從而實(shí)現(xiàn)改良耕地質(zhì)量的有效措施[6-7],在美國[8]、歐盟[9-10]和日本等[11]發(fā)達(dá)國家均有實(shí)施。2016年,國務(wù)院頒布《探索實(shí)行耕地輪作休耕制度試點(diǎn)方案》及后續(xù)出臺相關(guān)文件,對試點(diǎn)工作展開全面部署,并自此在我國多個(gè)省(區(qū))開展休耕試點(diǎn)工作[12]。在此背景下研究休耕對農(nóng)田土壤養(yǎng)分的影響,對區(qū)域提出有針對性的休耕模式從而提高土壤肥力、改善耕地質(zhì)量和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來,關(guān)于休耕的研究主要集中在實(shí)行休耕制度存在的問題與實(shí)施現(xiàn)狀[1,6-7,12]、休耕政策農(nóng)戶響應(yīng)態(tài)度和行為[13-14]以及休耕的模式及效應(yīng)等[15-16]方面。其中,關(guān)于休耕模式及效應(yīng)研究在地下水漏斗區(qū)、重金屬污染區(qū)、西南喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)、西北生態(tài)嚴(yán)重退化區(qū)四大典型試點(diǎn)區(qū)域均展開調(diào)研[1]。趙其國等[17]發(fā)現(xiàn)河北省石家莊、衡水、滄州等深層地下水漏斗區(qū)采用苜蓿—冬小麥—夏玉米等休耕輪作下休耕兩年后,土壤有機(jī)質(zhì)提高8.6%,土壤全氮、速效磷、速效鉀含量平均提高15.8%,作物產(chǎn)量提高26.5%,具有顯著的節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥效果。黃毅等[18]調(diào)查發(fā)現(xiàn)長沙、株洲等重金屬鎘、錳超標(biāo)地區(qū)休耕模式治理兩年后,大面積水稻的鎘含量達(dá)標(biāo),土壤酸化得到有效緩解,生態(tài)環(huán)境得到極大改善。劉彥伶等[4]發(fā)現(xiàn)貴州省、云南省等西南石漠化區(qū)實(shí)行輪作休耕有效減少土壤侵蝕,采用間套作輪作技術(shù)使得地表植物覆蓋度大幅提高。高飛等[19]調(diào)查發(fā)現(xiàn)甘肅省河西土壤沙化、鹽漬化嚴(yán)重的古浪縣和東北部嚴(yán)重干旱的環(huán)縣等9個(gè)縣連續(xù)3 a休耕后,土壤有機(jī)質(zhì)和全氮等養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為增加的趨勢,土壤肥力得到初步恢復(fù),耕地質(zhì)量等級提升0.09等。盡管關(guān)于休耕對農(nóng)田土壤養(yǎng)分影響的研究已開展很多,但在隴中旱農(nóng)區(qū)相關(guān)研究報(bào)道仍比較少。

隴中旱農(nóng)區(qū)農(nóng)田土壤由于馬鈴薯多年連作,加之地力培肥不當(dāng),造成農(nóng)田土壤退化,直接影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)田產(chǎn)出水平及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。為使土壤得到修復(fù),通過開展休耕試點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)改良土壤、地力提升的效果,但是目前該區(qū)域針對休耕措施實(shí)施效果尚需數(shù)據(jù)支持。因此,本研究以隴中旱農(nóng)區(qū)為研究對象,基于在2017—2019年對該區(qū)開展連續(xù)3 a的休耕試點(diǎn)工作,通過對休耕前后土壤養(yǎng)分的變化情況及不同種植模式土壤養(yǎng)分含量的差異對比分析,開展休耕對隴中旱農(nóng)區(qū)農(nóng)田土壤養(yǎng)分的影響研究,并對已開展的休耕試點(diǎn)工作進(jìn)行有效的評估,以期為區(qū)域探索適宜的休耕模式和制定合理的土地管理措施以提高旱農(nóng)區(qū)農(nóng)田土壤質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省隴中旱農(nóng)區(qū)中段安定區(qū)(35°17′—36°02′N,104°12′—105°01′E),隸屬于甘肅省定西市,海拔1 700～2 580 m,總土地面積3.6×105hm2,其中耕地面積1.5×105hm2。該區(qū)屬隴中黃土梁峁溝壑區(qū),是典型大陸性氣候,屬中溫帶干旱半干旱區(qū),年平均氣溫6.3℃,年平均日照時(shí)數(shù)2 500 h,≥10℃有效積溫2 239.1℃,無霜期130 d左右,多年平均降水量400 mm,有效降水量少,暴雨徑流多,雨量多集中在7—9月。地勢從西南山地向東北丘陵傾斜,山地下部為小型內(nèi)官營盆地,丘陵之間為河流切割形成的溝谷階地。土壤類型分為黑壚土、灰鈣土、黃綿土和潮土4個(gè)類型。該區(qū)是一個(gè)以種植業(yè)為主的典型旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū),農(nóng)作物種植以馬鈴薯和玉米為主。

休耕試點(diǎn)區(qū)安排在安定區(qū)北部馬鈴薯種植相對集中、多年連作現(xiàn)象突出和土地流轉(zhuǎn)集中的石泉、青嵐山、葛家岔、稱鉤驛、巉口、魯家溝、白碌7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)37村實(shí)施。在試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)平均66.67 hm2耕地設(shè)立一個(gè)固定監(jiān)測點(diǎn),每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)面積2 000 m2左右,共建立休耕監(jiān)測點(diǎn)41個(gè),并在每個(gè)休耕監(jiān)測點(diǎn)周邊選擇當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)種植作物兩種(馬鈴薯和玉米)設(shè)置對照監(jiān)測點(diǎn)。休耕監(jiān)測點(diǎn)自2017—2019年實(shí)施休耕,休耕期間以綠肥種植替代常規(guī)農(nóng)作物的種植,綠肥選擇毛苕子和箭筈豌豆混播,每666.67 m2其播種量分別為1.5 kg和5 kg,對照監(jiān)測點(diǎn)采用馬鈴薯—玉米—馬鈴薯的輪作種植模式。這種混作模式是該區(qū)域推薦的較優(yōu)化的綠肥種植模式,這兩種綠肥作物在西北地區(qū)較為常見,具有固氮作用的豆科作物減少對土壤中氮素的吸收量,且可以將一定量的氮素轉(zhuǎn)移給其他作物,可以把不能直接利用的氮?dú)夤潭ㄞD(zhuǎn)化為作物可吸收利用的氮肥,是能實(shí)現(xiàn)供肥配肥和綠色生產(chǎn)的優(yōu)良豆科綠肥作物。綠肥播種前及時(shí)翻耕,盛花期深翻還田,所有監(jiān)測點(diǎn)內(nèi)每666.67 m2增施商品有機(jī)肥50 kg,其中有機(jī)質(zhì)≥40.0%,N+P2O5+K2O≥5%。

1.2 土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)

本研究的數(shù)據(jù)來自“甘肅省旱作區(qū)耕地休耕養(yǎng)地技術(shù)試驗(yàn)研究與示范”和農(nóng)業(yè)部“耕地輪作休耕制度試點(diǎn)”項(xiàng)目監(jiān)測數(shù)據(jù)。在建立的休耕及對照監(jiān)測點(diǎn)內(nèi),按照“隨機(jī)”“等量”和“多點(diǎn)混合”的原則,分別在休耕前后采集監(jiān)測點(diǎn)及對照點(diǎn)耕層(0—20 cm)土壤樣品,休耕前的土壤樣品于2017年3月下旬—4上旬采集完成,休耕后的土壤樣品于2019年最后一季作物收獲后采集。樣品分析在甘肅省有色金屬地質(zhì)勘探局蘭州礦產(chǎn)勘查院中心實(shí)驗(yàn)室完成,采用常規(guī)分析方法[20]分析土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)、全氮( TN)、有效磷(AP)、速效鉀(AK)、pH值和交換性鈣、鎂等指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和正態(tài)分布檢驗(yàn)。采用t檢驗(yàn)比較休耕前后以及不同種植模式土壤養(yǎng)分的差異顯著性,其中對服從正態(tài)分布的指標(biāo)進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)(paired-samples t test),不服從正態(tài)分布的指標(biāo)進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)中配對樣本威爾科克森符號秩檢驗(yàn)(Wilcoxon signed rank test),顯著性水平以p<0.05表示。計(jì)算休耕前后各土壤養(yǎng)分指標(biāo)的變化率,并對各養(yǎng)分指標(biāo)變化率按照明顯增加、基本不變和明顯降低進(jìn)行頻數(shù)統(tǒng)計(jì)。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分對休耕效果的影響采用回歸法分析,對休耕前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分與休耕后各土壤養(yǎng)分指標(biāo)變化幅度進(jìn)行擬合,確定兩者間的關(guān)系。用Pearson相關(guān)系數(shù)評價(jià)土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系。采用Microsoft Excel 2019,SPSS 26.0和Origin 2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 區(qū)域土壤養(yǎng)分含量描述性統(tǒng)計(jì)分析

對監(jiān)測土壤養(yǎng)分含量總體進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果顯示(表1),SOM含量范圍介于4.10～32.48 g/kg,平均值為12.21 g/kg,變異系數(shù)為38.13%,偏度系數(shù)和峰度系數(shù)分別為1.37,2.63。TN、AP、AK、交換性鈣和交換性鎂分別在0.30～2.20 g/kg,0.60～50.64 mg/kg,83.06～385.17 mg/kg,35.25～60.81 cmol/kg(+),1.51～7.63 cmol/kg(+)范圍內(nèi)變動,平均值分別為0.82 g/kg,10.86 mg/kg,173.12 mg/kg,44.37 cmol/kg(+),3.22 cmol/kg(+),變異系數(shù)分別為37.43%,77.84%,38.44%,22.63%,41.19%。pH值在8.16～9.13范圍內(nèi)變動,平均值為8.62,變異系數(shù)為1.74%,偏度系數(shù)和峰度系數(shù)分別為-0.24,1.52。

表1 土壤養(yǎng)分含量指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)(n=123)Table 1 Descriptive statistics of the indexes of soil nutrient contents(n=123)

2.2 休耕對土壤養(yǎng)分含量的影響

總體來看,休耕3 a后,土壤養(yǎng)分中SOM,TN和AK含量均增加,而AP,pH值和交換性鈣、鎂含量均降低。經(jīng)正態(tài)性檢驗(yàn),土壤pH值服從正態(tài)分布,因此對休耕前后土壤pH值進(jìn)行配對樣本均值差異性檢驗(yàn),其他指標(biāo)進(jìn)行配對樣本非參數(shù)檢驗(yàn)。結(jié)果表明(表2),除AK以外,休耕前后SOM、TN、AP、土壤pH值和交換性鈣、鎂含量均存在顯著差異(p<0.05),其中交換性鈣鎂的變化極顯著(p<0.001)。休耕前SOM平均含量為10.94 g/kg,休耕后增加到13.07 g/kg,增幅為19.5%;休耕前TN平均含量為0.74 g/kg,休耕后增加到0.91 g/kg,增幅為23.0%;同樣,AK由休耕前的167.63 mg/kg增加到休耕后的183.06 mg/kg,增加了15.43 mg/kg,增幅為9.2% (p>0.05)。進(jìn)一步比較各監(jiān)測點(diǎn)休耕前后養(yǎng)分變化頻率(表3),休耕后51.2%的監(jiān)測點(diǎn)SOM明顯增加,63.4%TN明顯增加,51.2%AK明顯增加。休耕前土壤AP平均含量由11.97 mg/kg,休耕后降低到9.36 mg/kg,降幅為21.8%;土壤pH值平均值由8.68降低到8.59,降幅為1.0%;休耕后交換性鈣含量發(fā)生顯著降低,降幅為36.5%,交換性鎂降幅為39.6%,以上4項(xiàng)指標(biāo)分別有63.4%,56.1%,100.0%,92.7%的監(jiān)測點(diǎn)休耕后明顯降低。

表2 休耕前后及不同種植模式土壤養(yǎng)分含量t檢驗(yàn)結(jié)果(n=41)Table 2 The t-test results of soil nutrient contents before and after planting green manure of fallow and in different planting patterns(n=41)

表3 休耕前后土壤養(yǎng)分含量變化頻率Table 3 Statistics of variable amplitude frequency of soil nutrient contents before and after fallow in the pilot area %

休耕和非休耕對照比較結(jié)果表明(表2),SOM,TN,AK,pH值和交換性鎂含量均比對照區(qū)高,AP和交換性鈣均比對照區(qū)低。經(jīng)正態(tài)性檢驗(yàn),土壤pH值服從正態(tài)分布,因此對不同種植模式下的土壤pH值進(jìn)行配對樣本均值差異性檢驗(yàn),其他指標(biāo)進(jìn)行配對樣本非參數(shù)檢驗(yàn)。結(jié)果表明(表2),綠肥種植休耕模式與基于馬鈴薯和玉米輪作種植的當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)模式之間只有TN和交換性鈣的含量有顯著差異(p<0.05),而其余土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量差異均不顯著(p>0.05)。其中休耕監(jiān)測區(qū)TN平均含量為0.91 g/kg,對照區(qū)平均含量為0.82 g/kg,休耕區(qū)比對照區(qū)高11.0%;休耕監(jiān)測區(qū)交換性鈣平均含量為37.10 cmol/kg(+),對照區(qū)平均含量為37.58 cmol/kg(+),休耕區(qū)比對照區(qū)低1.3%;休耕區(qū)SOM,AK,pH值和交換性鎂平均含量分別比對照區(qū)高3.5%,8.5%,0.1%,3.1%,AP平均含量比對照區(qū)低16.9%。

2.3 基礎(chǔ)養(yǎng)分對休耕后養(yǎng)分變化幅度的影響

將各養(yǎng)分指標(biāo)休耕后的變化幅度與休耕前的基礎(chǔ)值之間分別采用線性、乘冪、指數(shù)、對數(shù)、二項(xiàng)式模型進(jìn)行擬合,結(jié)果如圖1所示。除交換性鈣鎂,其他各養(yǎng)分指標(biāo)休耕后的變化幅度均與基礎(chǔ)養(yǎng)分呈顯著關(guān)系,其中AP呈對數(shù)關(guān)系(R2=0.40,p<0.001),SOM,TN,AK和pH值均呈線性關(guān)系(R2=0.19,p<0.01,R2=0.27,p<0.001,R2=0.20,p<0.01,R2=0.41,p<0.001)。可以看出,各土壤養(yǎng)分指標(biāo)的變化幅度都隨基礎(chǔ)含量的增加而降低,其中SOM,TN,AK和pH值的降低速率分別為10.70,164.61,0.42,9.30;當(dāng)基礎(chǔ)養(yǎng)分中SOM,TN,AP和AK各指標(biāo)以及pH基礎(chǔ)值分別大于14 g/kg,1.0 g/kg,18 mg/kg,160 mg/kg,8.6時(shí),變化率為負(fù)值,表明休耕后養(yǎng)分含量減少。

注:SOM表示土壤有機(jī)質(zhì);TN表示全氮;AK表示有效鉀;AP表示有效磷;n表示樣本數(shù)量。*表示p<0.05;**表示p<0.01;***表示p<0.001。圖1 土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分與變化率之間的回歸關(guān)系Fig. 1 Regression relationship between soil basic nutrients and its rate of change

2.4 土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間的關(guān)系

對休耕3 a后的休耕區(qū)和對照區(qū)各土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果表明(表4),試驗(yàn)區(qū)SOM,TN,AP和AK之間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r>0.38,p<0.05),而對照區(qū)僅有SOM與TN,AK與AP之間有顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01),Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.91,0.63。休耕區(qū)和對照區(qū)SOM和TN與交換性鈣均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01),與交換性鎂均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.01)。休耕區(qū)SOM除與交換性鎂呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.43,p<0.01),與TN,AP,AK以及交換性鈣均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01),Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.99,0.44,0.52,0.66。休耕區(qū)土壤pH值除與交換性鎂的相關(guān)性不顯著,與SOM,TN,AP,AK和交換性鈣均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.01),Pearson相關(guān)系數(shù)分別為-0.69,-0.67,-0.49,-0.43,-0.65,而對照區(qū)土壤pH值與SOM,TN和交換性鈣呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.01),與交換性鎂呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.61,p<0.01)。

表4 土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)(n=41)Table 4 Correlation coefficients between soil nutrient indexes (n=41)

3 討 論

土壤養(yǎng)分是耕地地力水平最直觀的表現(xiàn)指標(biāo),通常地力水平隨著其土壤養(yǎng)分含量的增加而提高[21]。農(nóng)田土壤養(yǎng)分的豐缺程度除受土壤成土母質(zhì)本身的影響外,還與施肥及耕作制度等因素有著密切關(guān)系[22]。已有許多研究表明[6,12],休耕可以改良土壤、提升耕地質(zhì)量。本研究發(fā)現(xiàn)實(shí)施3 a的休耕后,休耕區(qū)SOM,TN和AK含量分別提高19.5%,22.6%,9.2%,可見休耕的確對土壤養(yǎng)分的提升起到有利的作用,這與其他研究的結(jié)果一致[17,19,23]。SOM是土壤中各種營養(yǎng)元素特別是氮、磷的重要來源,隨著SOM含量的增加,土壤中有效性氮、磷和鉀等營養(yǎng)元素的含量也隨之增加[24]。本研究中休耕使土壤各養(yǎng)分指標(biāo)的提升主要原因是改變SOM狀況,分析休耕對有機(jī)質(zhì)含量的提升原因一方面是由于休耕后隨著綠肥還田后通過翻壓腐解,增加了土壤中有機(jī)物質(zhì)以及微量元素等養(yǎng)分[25],另一方面豆科作物具有固氮作用,可以把不能直接利用的氮?dú)夤潭ㄞD(zhuǎn)化為作物可吸收利用的土壤養(yǎng)分元素。Pearson相關(guān)分析表明,休耕區(qū)SOM,TN,AP和AK之間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01),已有許多研究也證明這一結(jié)論[3,26],并與對照區(qū)養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)分析對比發(fā)現(xiàn),休耕同時(shí)增強(qiáng)上述土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性。

土壤pH值是土壤的基本理化性質(zhì)之一,是表征土壤養(yǎng)分狀況的重要指標(biāo),對土壤養(yǎng)分的形成、轉(zhuǎn)化、遷移和釋放等均有顯著的影響[27]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,通過實(shí)施3 a休耕試點(diǎn),試驗(yàn)區(qū)土壤pH值由8.68顯著降低到8.59,說明休耕使得試驗(yàn)區(qū)土壤堿性程度降低,其主要原因是通過3 a實(shí)施綠肥作物休耕種植,施肥方式轉(zhuǎn)變,化肥施用量減少,從而調(diào)節(jié)土壤酸堿度,改良了堿性土壤。AK含量有所增加也是由于休耕過程中隨著土壤pH值下降,速效鉀向緩效鉀轉(zhuǎn)換能力減弱,即土壤鉀的固定能力減弱,因此速效鉀含量有所升高。本研究中休耕前后AP含量顯著降低(p<0.05),這與趙其國等[17]對河北省地下水漏斗區(qū)的研究結(jié)果不一致,這可能是由于休耕前研究區(qū)耕地的主要種植結(jié)構(gòu)以及實(shí)施的休耕模式不同所致,本研究中休耕調(diào)整了試點(diǎn)區(qū)域耕地的主要種植結(jié)構(gòu),將糧食作物改種為綠肥作物,減少了化肥施用,但種植綠肥作物初期仍需要養(yǎng)分提供,如箭筈豌豆在生長過程中對土壤磷素消耗較多,因而導(dǎo)致部分養(yǎng)分含量降低。本研究還發(fā)現(xiàn)經(jīng)休耕土壤交換性鈣和交換性鎂含量顯著降低(p<0.001),這可能是由于豆科綠肥作物根系分泌或翻壓還田后腐解產(chǎn)生的較多有機(jī)酸性物質(zhì)使土壤堿性程度降低的同時(shí),加速交換性鈣鎂自耕作層向下淋溶,土壤陽離子交換性一定程度有所下降,有研究表明,當(dāng)pH值升高到7.5以上時(shí),土壤中原有交換性離子的含量一半以上轉(zhuǎn)變成非交換態(tài)[28],從而導(dǎo)致土壤中的交換性鈣鎂含量降低。

分析土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分對農(nóng)田土壤休耕養(yǎng)分變化幅度的影響發(fā)現(xiàn),土壤SOM,TN,AP,AK和pH值的變化幅度與休耕前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量均呈顯著負(fù)相關(guān)函數(shù)關(guān)系(p<0.01),即各養(yǎng)分指標(biāo)休耕后的變化幅度隨其基礎(chǔ)含量的增加而降低,表明初始肥力較高的土壤休耕前后各養(yǎng)分指標(biāo)變化幅度不大,甚至降低。可以看出,該研究區(qū)采用休耕的種植模式對基礎(chǔ)養(yǎng)分較差的農(nóng)田土壤有更好土壤養(yǎng)分提升效果。因此,實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)土壤初始地力水平的特性,有針對性地采取不同的休耕模式,以更好地發(fā)揮土地生產(chǎn)潛力,更高效合理地補(bǔ)充養(yǎng)分和維持土壤較高肥力水平[29]。當(dāng)然,休耕后土壤養(yǎng)分的變化幅度也可能受氣候、土壤類型、水分狀況等其他因素影響,這有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

研究區(qū)采用休耕模式在一定程度上提高了監(jiān)測點(diǎn)土壤地力,但是與對照監(jiān)測點(diǎn)相比,提升幅度較小。究其原因,主要可能是受到本研究休耕年限較短的影響,翻入土壤內(nèi)的綠肥并未完全分解。這一結(jié)果也可能與所選用的休耕養(yǎng)地作物有關(guān),有些作物在短期內(nèi)休耕的效果就有所體現(xiàn),而有些可能需要較長時(shí)間才可以達(dá)到相較種植傳統(tǒng)作物模式下土壤肥力明顯提升的效果,姜小鳳等[30]研究發(fā)現(xiàn)采用“隴豌2號”豌豆平衡土壤肥力休耕一季后土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量顯著高于種植一季馬鈴薯,而本研究采用毛苕子和箭筈豌豆兩種豆科綠肥休耕,在短期內(nèi)對土壤質(zhì)量的提升有一定限度。土壤生態(tài)系統(tǒng)的性狀提升和修復(fù)是一個(gè)長期的過程,因此,要實(shí)現(xiàn)區(qū)域農(nóng)田土地肥力提升和土地可持續(xù)利用,需對該地區(qū)繼續(xù)進(jìn)行長期監(jiān)測分析并對其休耕模式進(jìn)一步探索,再進(jìn)行休耕成效的判定。

4 結(jié) 論

隴中旱農(nóng)區(qū)農(nóng)田土壤綠肥種植休耕模式實(shí)施3 a,SOM和TN平均含量分別顯著提高19.5%,23.0%,AK平均含量提高9.2%,AP和交換性鈣、鎂含量顯著降低,且土壤堿性程度降低;休耕區(qū)SOM,TN,AP和AK之間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系,土壤pH值除與交換性鎂的相關(guān)性不顯著,與SOM,TN,AP,AK和交換性鈣均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,且均比對照區(qū)土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性強(qiáng);土壤養(yǎng)分休耕前后的變化幅度受土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分的影響,SOM,TN,AP,AK和pH值的變化幅度與休耕前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量均呈顯著負(fù)相關(guān)函數(shù)關(guān)系,采取綠肥種植休耕對基礎(chǔ)養(yǎng)分較差的農(nóng)田土壤更有提高地肥的效果;采用綠肥種植休耕模式一定程度提高農(nóng)田土壤肥力,但相較于馬鈴薯—玉米—馬鈴薯輪作種植地力提升幅度較小,休耕在短期內(nèi)對土壤質(zhì)量的提升有一定限度。因此,適宜該區(qū)域改良土壤和培肥地力效果更好的休耕模式仍需繼續(xù)探索,因地制宜確立適宜的休耕模式及土地管理策略是提高土壤肥力和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施。