沼液灌溉对绿洲农田土壤养分的影响

杨 乐，张凤华，庞 玮，潘旭东，王开勇

（石河子大学农学院，石河子832003）

沼液灌溉对绿洲农田土壤养分的影响

杨 乐，张凤华，庞 玮，潘旭东，王开勇

（石河子大学农学院，石河子832003）

以新疆伊犁地区农田土壤为供试土壤，通过田间试验研究了沼液灌溉对绿洲农田土壤养分的影响。结果表明：施用沼液能够降低耕层土壤容重和p H值，改善土壤结构，改良碱性土壤；沼液灌溉能够显著增加绿洲农田耕层土壤有机质、全氮、全磷、全钾、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾的含量；但沼液施用过程中会引起土壤盐分上升，使绿洲农田土壤存在次生盐渍化的风险。

沼液；绿洲农田；土壤养分

发酵残留物沼液含有丰富的养分和生物活性物质，作为优质的有机肥料合理利用不仅可以解决农业废弃物中大量养分损失和环境污染的问题，又可以减少化肥和农药等化学品的施用，将废弃物资源化利用、生态环境保护与农业生产活动有机结合［1－2］。

由于绿洲农区生态环境脆弱，农田重用轻养和灌溉不合理［3－4］，经过20多年的耕作开垦，新疆耕地土壤养分状况发生了很大变化，有机质、速效磷和碱解氮含量均呈现增加的趋势，其中速效磷的增加幅度最大，全氮略有下降，速效钾含量下降明显［5］。因此，农田土壤存在潜在退化的风险。为了维护绿洲农业生态系统平衡，促进农业的可持续发展，2005年以来新疆开始大力推广农村沼气建设，沼液作为有机肥也逐渐开使应用于农业生产中，但由于绿洲土壤和气候条件特殊，沼液灌溉对绿洲农田土壤肥力的影响缺少研究。为此，本研究通过田间试验，探索沼液灌溉对绿洲农田土壤养分含量的影响，试图为沼液的合理农用、生态液体肥的开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试沼液

沼液发酵原料以猪粪尿为主，容积20 m3。沼液的基本性质为：p H 7.67，有机质225.41 g／kg，全N 14.27 g／kg，全P 8.42 g／kg，全 K 0.44 g／kg。

1.1.2 试验地概况

试验区位于新疆伊犁河南岸冲积平原新疆兵团68团四连（东经81°02′，北纬43°52′），属温带大陆性气候，年平均气温8.4℃，≥10℃的积温3300～3540℃，4－9月份平均气温日较差15～18℃，无霜期162 d，日照时数2700～2900 h。土壤属于灰钙壤土，试验种植前供试土壤的基本理化性状为p H 8.03，有机质27.57 g／kg，全N 0.79 g／kg，全P 1.49 g／kg，全K 22.42 g／kg，碱解 N 64.21 mg／kg，有效 P 94.54 mg／kg，速效K 141.81 mg／kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

油菜试验小区面积为667 m2，沼液灌溉方法为每年2次，4月和9月施用，随水施用60 m3／h m2，即纯 N 556.5 kg／h m2，纯P 243 kg／h m2。油菜于2008年10月上旬播种，6月下旬收获。

土壤样品分别在沼液灌溉前和油菜收获后取样，在试验地内以S型方法取土样，每样点内3次重复取混合样，取样深度为0～20 c m和20～40 c m，共计40个样方。

1.2.2 分析测定方法

沼液的测定方法［6］：有机质用重铬酸钾容量法、全氮用蒸馏法（硫酸－双氧水消化）、全磷用钼锑抗比色（硫酸－双氧水消化）、全钾用火焰光度法（硫酸－双氧水消化）、p H值用酸度计测定。

土壤容重采用环刀法在试验地实测获取；室内烘干法测定各层土壤含水率，风干土样分析p H值、盐分、肥力等指标［6］。p H 值：1∶5土水比浸提－酸度计测定；盐分：1∶2.5土水比浸提－电导率仪测定；有机质：重铬酸钾容量法；全N：凯氏法；全P：氢氧化钠熔融－钼锑抗比色法；全K：氢氧化钠熔融－火焰光度计法；碱解氮：碱解扩散法；速P：Na HCO3浸提－钼锑抗比色法；速K：醋酸铵浸提－火焰光度法；铵态氮：KCl浸提－蒸馏法；硝态氮：酚二磺酸比色法。

1.3 数据统计分析

用Excel进行数据整理，使用SPSS统计软件对所得数据进行方差分析，多重比较采用SSR法。

2 结果与分析

2.1 沼液灌溉对耕层土壤容重、孔隙度和田间持水量的影响

在质地相似条件下，土壤容重的大小可以反映土壤的松紧度，对于大多数植物，土壤容重为1.14～1.26 g／c m3，土壤松紧程度适宜［7］。

对油菜种植前和收获后耕层土壤容重、孔隙度和田间持水量的分析测定结果（表1）可以看出，沼液灌溉1年可使耕层土壤容重由1.29 g／c m3降至1.27 g／c m3，土壤容重降低了0.79%，而孔隙度和田间持水量分别增加了0.63%和0.39%。与对照相比，耕层土壤容重、孔隙度和田间持水量在施用沼液1年后差异不显著。

表1 沼液灌溉对耕层土壤容重、孔隙度和田间持水量的影响Tab.1 Effect of biogas fluid irrigation on soil topsoil bulk density，porosity and field capacity after one year

2.2 沼液灌溉对土壤p H、EC和有机质的影响

对油菜种植前和收获后土壤p H、EC和有机质的分析测定结果（表2）可以看出，施用沼液1年后，0～20 c m土壤的p H值由8.03下降至7.76，降低了3.36%，与对照相比达到显著水平，而对于20～40 c m土壤，p H值也呈下降的趋势，但与沼液灌溉前相比未达到显著水平，p H值只降低了0.77%。

表2 沼液灌溉对土壤p H、EC和有机质含量的影响Tab.2 Effect of biogas fluid irrigation on soil pH，EC and organic matter content after one year

对于0～20 c m和20～40 c m的土壤，施用沼液1年后土壤的电导率均呈增加趋势，分别增加了3.82%和4.82%，与对照相比差异显著。其中，0～20 c m土壤的电导率显著高于20～40 c m土壤，且0～20 c m土壤的电导率超过了1.0 d S／m，即将接近土壤次生盐渍化的警戒值。从土壤有机质来看，沼液灌溉前后表层和下层土壤呈现不同的变化趋势。对于0～20 c m的土壤，施用沼液后土壤有机质由27.57 g／kg上升至42.86 g／kg，增加了55.46%，与对照相比达到显著水平。而在20～40 c m的土壤中有机质却呈现下降的趋势，有机质由18.95 g／kg下降至16.08 g／kg，减少了15.15%，与对照相比达到显著水平。

2.3 沼液灌溉对土壤全量养分的影响

对油菜收获后土壤氮、磷和钾养分的分析测定（表3）可以看出，施用沼液1年后土壤中的全氮、全磷和全钾均呈增加趋势，且与对照相比差异显著。其中，在0～20 c m土壤中全氮、全磷和全钾分别增加了44.05%、41.96%和8.83%；而在20～40 c m土壤中全氮、全磷和全钾分别增加了103.43%、91.44%和8.87%；由增加幅度看，对于0～40 c m土壤依次都是全氮＞全磷〉全钾，试验结果说明农田土壤施用沼液有利于土壤的全氮、全磷和全钾的积累，提高土壤的肥力。

表3 沼液灌溉对土壤全氮、全磷、全钾的影响 g／kgTab.3 Effect of biogas fluid irrigation on soil total nutrient concentrations after one year

2.4 沼液灌溉对土壤速效养分的影响

对油菜收获后土壤铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾的分析测定结果（表4）可见，施用沼液后0～40c m土壤中铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾的含量均呈增加趋势，且与对照相比差异显著。其中，0～20 c m土壤中铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾分别增加了113.92%、212.96%、120.69和247.23%，而在20～40 c m土壤中铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾 分 别 增 加 了 102.70%、234.16%、41.10% 和13.94%。与0～20 c m土壤相比，除了速效氮以外，20～40 c m土壤速效养分的增加幅度明显减小，其中速效钾最为明显。

表4 沼液灌溉对土壤速效养分含量的影响 mg／kgTab.4 Effect of biogas fluid irrigation on soil available nutrient concentrations after one year

2.5 沼液灌溉后土壤养分的分级评价

依据第二次全国土壤普查标准，对施用沼液1年后农田土壤养分状况进行评价（表5）。由表5可以看出，0～20 c m耕层土壤养分状况优于20～40 c m土壤。与对照相比，除20～40 c m土壤中有机质和速效钾以外，施用沼液1年后0～40 c m土壤养分等级均有提高，说明施用沼液有利于提高土壤肥力。

对于0～20 c m土壤施用沼液1年后，所有土壤养分指标都达到了三级以上水平，即高等以上水平；其中，土壤中全氮和速效氮含量由四级水平（中等）达到了三级以上水平，土壤中有机质和速效钾含量由三级水平（高等）达到了一级水平（丰），而有效磷在施用沼液前已经达到了一级水平，因此未有变化。而在20～40 c m土壤中，施用沼液1年后，除有机质和速效钾以外，土壤中全氮、速效氮和有效磷等级均有提高，但除了有效磷达到了一级水平以外，其他的指标都处于四级水平以下，养分状况较差。

表5 沼液灌溉后土壤养分评价Tab.5 Assessment of soil nutrient with biogas fluid irrigation after one year

3 讨论

在本试验研究中沼液灌溉可降低耕层土壤容重，增加土壤孔隙度和田间持水量，试验结果与刘长喜［8］连续3年的田间试验结果相同，表明沼液灌溉可以在一定程度上改善土壤物理性质，使土壤松紧度由稍紧向适宜的方向转化，有利于提高土壤保水通气能力和保肥供肥性能。但与对照相比差异不显著，这主要是由于沼液灌溉土壤试验只进行了1年，再加上试验地土壤松紧程度在施用沼液前就已接近适宜的范围，对幼苗的出土和根系的正常生长无影响［9］，因而试验地土壤耕层土壤容重、孔隙度和田间持水量的变化不大。

由表2可见，沼液灌溉农田可降低0～40 c m土壤的p H值，改良碱性土壤，可能是由于沼液中富含各种有机酸，增强了土壤对碱的中和能力和缓冲性能，土壤由碱性土向弱碱性土方向转化，有效的防止了土壤的碱化；但在20～40 c m土壤中p H值下降不显著，可能是由于沼液的p H值和20～40 c m土壤的p H值接近，已经达到了沼液中和能力的极限，使其对20～40 c m土壤p H值改良不显著。此外，对于0～40 c m的土壤，沼液灌溉农田1年后土壤的电导率均呈增加趋势，且与对照相比差异显著，主要是由于畜禽粪便中含有较高的盐分［11］，在厌氧发酵过程中水解以离子的形式存在，造成沼液中盐离子含量较高。试验结果说明施用沼液会造成盐分在农田土壤中累积，使绿洲农田土壤存在次生盐渍化的风险，这与Moral等［12］和王辉等［13］关于畜禽粪便农用造成土壤次生盐渍化风险的预测结果一致。但沼液长期施用对土壤次生盐渍化的影响还需进一步研究。

由表2和表3可见，除20～40 c m土壤中有机质含量下降以外，沼液灌溉能够显著提高土壤中有机质、全氮、全磷、全钾的含量，试验结果表明施用沼液有利于土壤中的有机质、全氮、全磷和全钾的积累，提高土壤的肥力。由增加幅度看，对于0～20 c m土壤依次是有机质＞全氮＞全磷＞全钾，主要是由于沼液的原料影响，沼液富含有机酸、氮、磷高钾低。对于20～40 c m中有机质显著降低的原因可能是由于沼液灌溉时水量小，大部分有机质被截留在0～20 c m的土壤，再加上油菜是喜肥作物，根系主要集中在20 c m以下，该层土壤中全氮含量过高，过多消耗土壤中的有机质，造成该层土壤中有机质含量下降。因此，在施用沼液时应注意增加灌水量，保证养分的下部供应。

沼液是由发酵原料中作物难以吸收的大分子物质生化分解而形成，其结构简单，可被作物直接吸收，向作物提供速效氮磷钾等主要营养元素［3］。本试验的研究结果表明施用沼液对土壤的铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾养分的积累效应明显，与张无敌等［14］和张媛等［15］的研究结果一致。这有利于作物吸收利用，但在施肥时因做到与植物需求同步，防止养分流失，造成地下水硝酸盐污染。

对沼液灌溉后土壤养分状况进行评价可以看出，对于0～20 c m土壤施用沼液后，所有土壤养分指标都达到了高等以上水平，表明施用沼液有利于提高土壤的供肥能力，满足作物生长所需主要养分。其中，全氮和速效氮效果最明显，说明施用沼液有利于改善耕层土壤缺氮状况，有利于作物生长发育。而在20～40 c m土壤中，施用沼液可以在一定程度上改善土壤养分状况，但除了磷素能够满足作物生长所需以外，有机质、全氮、速效氮和速效钾的含量处于中等以下水平，不能满足作物生长需求，需要及时增施其他速效肥料。此外，在0～40 c m土壤中呈现了富磷的状况，因此应在今后的农业生产中避免磷肥的过量施用，防止水体的富营养化。

4 结论

1）沼液农用能够降低绿洲农田耕层土壤容重和p H值，增加土壤孔隙度和田间持水量，有利于改善土壤结构和改良碱性土壤，但农用过程中可引起土壤盐分上升，使农田土壤存在次生盐渍化的风险。

2）沼液灌溉能够显著提高绿洲农田耕层土壤的肥力，尤其是土壤中有机质、全氮、全磷、全钾、铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾的含量，有利于提高土壤的供肥能力。

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Effect of Biogas Fluid Irrigation on Soil Nutrient in Oasis Farmland

YANG Le，ZHANG Fenghua，PANG Wei，PAN Xudong，WANG Kaiyong
（College of Agriculture，Shihezi University，Shihezi 832003，China）

The field plot experiment in Yili area has been carried out to research the influence of biogas fluid on soil fertility in oasis farmland in 1 year.The results showed that the biogas fluid irrigation decreased topsoil bulk density and soil p H，improved soil structure and sodic soil.The biogas fluid irrigation could also increase the content of topsoil or ganic matter，total N，total P，total K，ammonia nitrogen and nitrate content，available P and available K was promoted remarkably.However，there were potential risk of soil secondary salinization wit h the increase of the biogas fluid irrigation year.

biogas fluid；oasis farmland；soil nutrient

S19

A

1007－7383（2011）05－0542－04

2011－07－05

新世纪优秀人才支撑计划（NCET－09－0903），石河子大学重大科技攻关计划项目（gxjs2010－zdgg04－04）

杨乐（1980－），女，讲师，从事环境污染修复研究；e－mail：yl_shzu＠sohu.co m。

王开勇（1978－），男，副教授，从事土壤环境与生态安全研究；e－mail：wky20＠163.com。