秸秆深还田两年对东北半干旱区土壤有机质、p H值及微团聚体的影响

闫洪亮，王胜楠，邹洪涛，马迎波，虞 娜，张玉玲，黄 毅，张玉龙

（沈阳农业大学 土地与环境学院，农业部东北耕地保育重点实验室／土肥资源高效利用国家工程实验室，沈阳110866）

我国年产秸秆量约为7.6亿t，并且呈增长趋势，预计到2012年可达8.27亿t［1－2］，但其大部分被就地焚烧，不仅造成了极大的资源浪费，而且给生态环境带来大量的负面效应。大量研究表明，秸秆还田不但有助于提高雨水资源利用率和旱地蓄水保墒性能，提高土壤入渗能力，增加作物的产量，达到抗旱增产的目的，还可以改善土壤结构、提高土壤肥力和有机质的积累［3－10］。微团聚体作为构成土壤结构的颗粒单位，与土壤理化性质等存在着密切关系［11］，土壤团聚状况和土壤有机质含量可作为评价土壤肥力的综合指标［12］。谢锦升等［13］的研究表明，有机物质输入的增加促进了团聚体的形成，从而改变了土壤团聚体有机碳含量和分配比例。Wright等［14］研究发现不同的耕作措施对土壤团聚体稳定性有较大的影响。杨长明等［12］研究了土地利用方式对土壤水稳性团聚体分布特征及其有机碳含量的影响。不同粒级的土壤微团聚体的组成密切影响着土壤的保水保肥性能，在土壤水分和养分保贮释供及转化等方面发挥着重要作用，影响着土壤肥力水平的高低和土壤结构的改善［15－22］。土壤团聚体及微团聚体受到不同的土地利用方式的影响［23－24］。目前，有关东北半干旱地区秸秆深还田对土壤中有机质及团聚体影响的研究甚少。鉴于此，本研究以东北干旱区辽宁西部阜新国家旱作农业示范区为研究对象，探讨秸秆深还田2 a后对有机质、p H值及微团聚体组成的影响，以期为该地区旱田土壤地力提升和土壤改良提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

试验于辽宁省阜新市阜蒙县阜新镇（北纬42°10′，东经122°00′）进行，试验地属于北温带大陆性半干旱季风气候，位于内蒙古高原和东北辽河平原的中间过渡带，属低山丘陵区。试验区四季分明、光照充足且昼夜温差较大，但降水偏少，年降水量450～500 mm，全年蒸发量高达1 599.6 mm，蒸发量约为降雨量的3.5倍，多年平均气温为7.1～7.6℃，≥0℃积温为3 764℃，无霜期154 d，年日照时数2 762.4 h［25］。

1.2 试验材料

供试土壤：试验区土壤为褐土，质地为粉砂土。土壤容重1.45 g／c m3，p H 值7.7，有机质23.3 g／kg，全氮1.18 g／kg，硝态氮7.37 mg／kg，铵态氮10.16 mg／kg。供试作物：玉米，品种为郑单958。

1.3 试验方案

于2009年10月玉米收获后，采用翻转犁开沟深度40 c m，将整秸秆分别按照6 000，12 000，18 000 kg／h m2和24 000 kg／h m2的用量埋入，秸秆层厚度为10～15 c m，同时设未施秸秆的深耕（DT，deep tillage）及未开沟处理作为对照（CK），共计6个处理，每个处理重复3次。每个试验小区面积为60 m2，随机排列。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 取样方法 采样时期为2011年10月收获后，按S型5点取土法在0—15，15—25，25—35，35—50 c m 4个土层采集土样，自然风干，过筛备用。

1.4.2 土壤理化性质测定 p H 值用水浸提（1∶2.5）玻璃电极法测定；有机质用元素分析仪（Elementar Vari，德国）测定［26］。

1.4.3 土壤机械组成和土壤微团聚的测定 均采用吸管法［27］。土壤微团聚体的计算公式如下［28］：

式中：As——土壤团聚状况（aggregate state）（%）；n1——＞0.05 mm 微团聚体分析值；m1——＞0.05 mm机械组成分析值；Ad——土壤团聚度（aggregate degree）（%）；Dc——分 散 系 数 （dispersion coefficient）（%）；n2——＜0.001 mm 微团聚体分析值；m2——＜0.001 mm机械组成分析值。

1.5 统计方法

采用SPSS 18.0数据处理系统对试验数据进行统计分析，采用Excel 2010进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 对不同土层深度土壤有机质、p H值、物理性黏粒含量的影响

秸秆深还田2 a后对不同土层深度土壤有机质、p H值、物理性黏粒含量的影响见表1。从表1中可以看出，不同的耕作处理一定程度上均能调节土壤肥力，各处理土壤物理性黏粒综合含量多少依次为12 000 kg／h m2（22.3%）＞24 000 kg／h m2（19.9%）＞DT（19.6%）＞18 000 kg／h m2（18.3%）＞6 000 kg／h m2（18.2%）＞CK（18.0%）；不同耕作处理有机质显著高于 DT和CK，0—25 c m土层以12 000 kg／h m2处理有机质含量最高，其次为6 000，18 000，24 000 kg／h m2；CK和DT处理有机质含量显著低于秸秆还田各组含量。25—50 c m土层呈现相似规律。这表明，由于秸秆深还田过程中的深耕作用，增加了土壤物理性黏粒的含量，物理性黏粒含量多的土壤含有大量细小的孔隙，而且往往被水占据，通气不畅，好氧性微生物活动受到抑制，有机质分解缓慢，因而秸秆深还田后埋入秸秆剂量较少的（6 000，12 000 kg／h m2）土壤有机质容易积累，这与乔照华［29］关于物理性黏粒和有机质关系的研究结果一致，而埋入秸秆剂量较大的（12 000，24 000 kg／h m2）由于秸秆自身分解较慢或孔隙较大，土壤有机质分解较快使得有机质含量较少。由表1可知，5种耕作处理和CK处理土壤均呈弱碱性，p H值一般在7.0～7.8之间，25—50 c m土层要明显高于0—25 c m土层；6 000 kg／h m2处理最低，DT 和12 000，18 000，24 000 kg／h m2处理之间相差不明显，CK处理p H值最高，可见秸秆深还田能在一定程度上降低土壤碱性。

表1 不同耕作处理的土壤基本理化性质

2.2 不同秸秆深还田处理对旱地土壤分散系数的影响

土壤分散系数是用来表示土壤团聚体在水中被破坏的程度，是衡量土壤团聚体稳定性的重要指标，土壤分散系数越大，则表明土壤的质地越差［30］。图1表明，不同的土壤耕作措施对土壤分散系数的影响很大。在无秸秆还田时，CK处理免耕了2 a的土壤分散系数显著（P＜0.01）小于各个处理；在秸秆深还田的各个处理中，0—25 c m土层以6 000 kg／h m2处理下的土壤分散系数最小，显著低于其他处理；总体呈现24 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞12 000 kg／h m2＞DT＞6 000 kg／h m2。25—35 c m 土层以12 000 kg／h m2处理下的土壤分散系最低，其次是6 000 kg／h m2，DT和18 000 kg／h m2处理没有显著差异，均高于12 000 kg／h m2和6 000 kg／h m2低于24 000 kg／h m2。35—50 c m土层各个处理间土壤分散系数没有显著性差异。可见，CK处理2 a后土壤分散系数显著小于深还田处理，秸秆深还田条件下6 000 kg／h m2和12 000 kg／h m2的土壤分散系显著低于DT。这说明，在秸秆深还田条件下，不同的土壤耕作措施对土壤分散系数的影响受到秸秆效应和深松效应的共同作用，由于深松作用破坏了水稳性团聚体，使得土壤分散系数增大，但秸秆深还田后能够增加土壤有机质，有利于形成水稳性团聚体，从而减少土壤团聚体被破坏的程度，降低土壤分散系数。秸秆还田剂量越小的土壤水稳性团聚体形成越快，土壤分散系数也越小。随着土层深度的加深，各处理之间的差异变小。

2.3 不同秸秆深还田处理对旱地土壤微团聚体组成的影响

土壤微团聚体是土壤自动调节能力的物质基础［30］。不同粒径的团聚体的稳定性不同，对土壤稳定性的影响也不同，其性质与数量密切关系着土壤的功能［31］。由表2可知，0—15 c m 土层各处理＞0.25 mm、0.05～0.001 mm微团聚体含量与CK处理相比的粒级含量分别平均增加了8.1%，1.1%～25.5%；0.25～0.05 mm和＜0.001 mm 平均降低了3.2%和22.9%。15—25 c m 土层6 000 kg／h m2处理下 ＞0.25 mm团聚体数量显著大于CK处理37.8%（P＜0.01）；DT，12 000，18 000，24 000 kg／h m2处理均较CK处理减少了18.7%～78.2%；6 000，12 000，18 000 kg／h m2处理＜0.001 mm微团聚体数量均较CK 处理显著 （P＜0.01）减少了 14.7%，27%，11.7%；DT和24 000 kg／h m2处理＜0.001 mm微团聚体数量均比CK处理显著增加了20.7%和18.6%。25—50 c m土层大部分处理＞0.25 mm团聚体数量较CK 处 理 显 著 （P＜0.01）减 少 了11.8%～60.45%；25—35 c m土层DT、24 000 kg／h m2处理＜0.001 mm微团聚体数量均比CK处理显著增加了22.7%和3.5%；35—50 c m土层各处理＜0.001 mm微团聚体数量无显著性差异。

图1 不同耕作处理对0－50 c m土层土壤分散系数的影响

微团聚体的团聚状况表示土壤机械成分团聚的程度，团聚度是指小的土壤颗粒中发生团聚作用，转化为更大的团聚体的百分数，其值越大表示土壤稳定性越强，团聚体越多，保水的能力也相应越强［32］。0—15 c m土层团聚状况呈现为6 000 kg／h m2＞12 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞24 000 kg／h m2＞DT＞CK，团聚度呈 12 000 kg／h m2＞6 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞24 000 kg／h m2＞DT＞CK。6 000 kg／h m2和12 000 kg／h m2处理增加最为显著，分别增加了55.6%和59.2%；15—25 c m土层团聚状况和团聚度均呈现为：12 000 kg／h m2＞6 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞24 000 kg／h m2＞CK，显著（P＜0.05）增加了4.1%～91.2%；25—35 c m 土层各处理团聚状况和团聚度增加趋势与15—25 c m土层大致相同，团聚状况呈现为：6 000 kg／h m2（41.5%）＞12 000 kg／h m2（28.8%）＞18 000 kg／h m2（26.1%）＞24 000 kg／h m2（1.1%），团 聚 度 呈 现 为：12 000 kg／h m2（58.7%）＞6 000 kg／h m2（41.5%）＞18 000 kg／h m2（31.9%）＞24 000 kg／h m2（8.4%）；35—50 c m土层各处理团聚状况差异不显著，团聚度呈现为：6 000 kg／h m2（19.4%）＞12 000 kg／h m2（15.8%）＞24 000 kg／h m2（8.8%）＞18 000 kg／h m2（5.4%）。说明，秸秆深还田2 a后的土壤团聚状况明显改善，较大团聚体增多，团聚度增大，土壤的稳定性增强。其增强效果随秸秆埋入量的增加先增大后减小。

表2 不同耕作处理对0－50 c m土层微团聚体组成的影响

3 结论

（1）秸秆深还田2 a后，不同耕作处理有机质含量随土层深度增加而降低，随秸秆深还田用量增加呈先增加后降低的趋势，12 000 kg／h m2处理含量较高；能够在一定程度上降低土壤碱性，但土壤依旧呈弱碱性，且随土层深度增加而增加；土壤物理性黏粒受深耕作用影响显著，综合含量以12 000 kg／h m2处理下为最高，与秸秆深还田用量共同影响有机质分布。

（2）秸秆深还田2 a后，显著降低了土壤分散系数，其系数随秸秆埋入量的增加先减小后增大；土壤团聚作用增强，土壤的稳定性增加，团聚度增大。

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