不同耕作制下白浆土pH变化规律研究



不同耕作制下白浆土pH变化规律研究

田秀平1，张之一2

（1.天津农学院农学与资源环境学院，天津300384；2.黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江大庆163319）

摘要：以黑龙江省三江平原白浆土为对象，采用长期定位试验方法，研究不同施肥、不同耕法、轮作和连作条件下白浆土pH变化情况。结果表明，18年不施任何肥料的土壤pH也呈下降趋势，施用尿素和二铵可加速白浆土酸化，12年平均下降0.47个pH单位，长期新鲜秸秆还田不能缓解土壤pH下降，只有施入腐熟有机肥才能防止土壤pH下降；普翻、免耕和深松耕作方式不影响土壤pH变化；大豆长期连作可使土壤酸化。

关键词：白浆土；pH；不同耕作制

网络出版时间2015-3-13 15:21:00

[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20150313.1521.005.html

田秀平,张之一.不同耕作制下白浆土pH变化规律研究[J].东北农业大学学报, 2015, 46(3): 37-40.

土壤酸化是当今土壤重要退化因素之一，酸化结果是土壤中阳离子交换量降低，土壤保肥能力变差，加速阳离子养分淋失，使重金属离子从交换态变成可溶态；团粒结构减少，不良结构形成，土壤粘化、板结；改变土壤微生物组成及活性、降低土壤酶活性，严重影响农作物产量和品质[1]。

黑龙江省是我国重要商品粮生产基地，耕地面积1.5×107hm2，其中黑土和白浆土是两大主要土类，两者耕地面积分别占黑龙江省土壤总耕地面积的31%和10%。根据黑土长期定位试验结果得出，长期施用尿素能够使0~20 cm黑土pH下降，施二倍量氮肥（尿素）使耕层黑土pH由1979年的7.22下降到2006年的5.70[2]。刘颖也得出，由于长期耕作和施肥措施不合理，近年来黑土也出现酸化趋势[3]。黑龙江省白浆土大部分为弱酸性土壤[4]，随开垦年限增长，其土壤pH也发生变化，本文结合白浆土长期定位条件下pH变化规律，探讨白浆土酸化原因及防止措施，为白浆土可持续利用提供科学参考。

1　材料与方法

1.1试验地基本情况

试验地位于黑龙江省密山市裴德镇北3 km，属穆棱兴凯平原西北边缘。供试土壤为草甸白浆土，在美国土壤系统分类中称典型粘淀漂白软土，成土母质为第四纪黄土沉积物，质地粘重，表层为粘壤土，底层为壤粘土和粘土，有机质35.00 g·kg-1，全N 2.30 g·kg-1，全P 0.52 g·kg-1，碱解N 274 mg·kg-1，有效P 5.47 mg·kg-1，有效K 89.70 mg·kg-1，阳离子交换量27.3 cmol·kg-1，pH 6.3。

1.2试验设计

试验于1987年开始设置，在100 m×300 m土地上，东西两端各留出8 m，南北两端各留10 m作为保护区，内部除留出田间道外，共设252个小区，小区面积79.2 m2，4次重复，每个重复区63个小区，内设以春小麦-春小麦-大豆-油菜-玉米-大豆6区轮作和大豆、小麦、玉米连作，分别简称为“轮作、豆连、麦连和玉连”；设3种耕作方法和3种施肥方式，即对照（CK，普翻不施肥）、普翻秸杆还田（TP-BS）、普翻有机肥（TP-OM）、普翻化肥（TP-NP）、免耕化肥（NT-NP）和深松化肥（DLNP）；秋整地，普翻是耕翻20 cm，免耕实为耙茬，深松是用深松铲深松30 cm，秸杆还田是在秋收后将秸杆粉碎（约10 cm），撒于地表，翻压入土中。在春季先播肥后播种，肥料均以基肥形式一次施入，化肥用量见表1，有机肥为牛粪厩肥，公顷施量为36.0 m3（约为25 200.0 kg）。每6年完成1个轮作周期，秋收后在每个试验小区内用土钻取耕层5点混合样，用酸度计对土壤水溶性pH进行测定，共完成3个轮作周期，总计18年，定位6年（A），定位12年（B），定位18年（C）。

表1　化肥用量和比例Table 1　Amount and proportion of fertilizer

2　结果与分析

2.1不同肥料对土壤pH的影响

在普翻条件下（见图1），与定位6年相比，除有机肥处理外，其余所有处理轮作和连作耕层（0~ 20 cm）土壤pH均有所下降，降低最大的是化肥处理，12年平均下降0.47个pH单位，从6以上，下降到6以下；秸秆还田和不施肥处理土壤pH下降幅度小于化肥处理（大豆连作对照除外）；有机肥处理土壤pH，12年来基本保持不变或略有上升，数据变化在6.23~6.45，均高于其他处理。

图1　不同施肥处理土壤pH变化Fig. 1　Variation of pH in different fertilization soil

分析上述结果不难看出，不施任何肥料，随开垦年限加长白浆土pH也呈下降趋势。目前土壤酸化产生的原因，主要是大气酸沉降、不合理施肥、长期种树、强降雨淋溶等。笔者曾对当地雨水进行监测，绝大多数雨水pH为中性（pH≈7），当地年降雨量平均为550.7 mm，所以不施肥情况下，该地区白浆土pH下降的原因，可能是随着熟耕进程加长，土壤硅酸盐矿物风化释放H+和Al3+所致。研究表明，三江平原地区山地分布大量花岗岩，有可能在各种胶的作用下释放出铝而转移到土壤中，铝发生沉淀的pH是4~6。张元福等用蒸馏水淋洗白浆土母质时，发现在淋出液中含有较高氧化铝，每升中达1.55~1.87 mg[5]，所以白浆土自然酸化值得进一步深入研究；对于化肥致使土壤酸化的研究已多见报道[6-7]，本试验也得出相同结论，单施尿素和二铵处理的土壤pH下降很快，植物每吸收1个NH4+就会向土壤中释放1个H+，这是土壤酸化的主要原因；从有机物料处理上看，长期秸秆还田，并没有提高土壤pH，原因可能是年年归还的都是秋收后的新鲜秸秆，其矿化过程中会产生有机酸，会加速土壤中硅酸盐矿物风化释放H+和Al3+，而有机肥处理是施入腐熟牛粪厩肥。

研究表明，不同种类和来源有机肥碱度差异较大，碱度范围为58. 1~372. 8 cmol·kg-1，碳酸钙当量为29. 0~186. 4 g·kg-1，且以厩肥偏高。长期施用有机肥可弥补农产品移除引起的土壤碱性物质损失，根据农产品移除量，选择碱度较高的有机肥（如高温堆肥或厩肥）与合理施用量可有效控制农田土壤酸化[8]。

2.2不同耕法对土壤pH的影响

从图2看出，长期施化肥的3种耕法中，无论是轮作还是连作土壤pH变化规律基本一致，均下降，而且降幅也相差不大，尤其是轮作区和玉米长期连作区，定位18年3种耕法土壤pH非常接近，说明普翻、免耕和深松，对白浆土耕层pH影响不大。

图2　不同耕法土壤pH变化Fig. 2　Variation of pH in different tillage soil

2.3轮作及连作土壤中pH变化

在普翻情况下，把不同施肥处理轮作和连作区土壤pH变化（见图3）进行分析发现，不施肥大豆连作处理土壤pH下降最大，对照区，12年下降0.44个pH单位，有机肥、化肥和秸秆还田处理区，轮作、大豆、玉米和小麦长期连作土壤pH变化规律基本一致。

关于大豆连作使土壤酸化研究很多，多数学者认为，当豆科作物从空气中所固定N2时，减少无机氮吸收，在这种情况下吸收阳离子总量超过阴离子总量，导致H+分泌，引起根区土壤酸化，一般根系分泌物约占植物同化物的20%，这些分泌物中除有机酸外，根际微生物将一些物质分解释放H+和酸性物质，使根区pH降低[9]。但大豆连作施有机肥可防止土壤pH下降，而大豆连作施化肥会加重土壤pH下降。

图3　轮作及连作土壤中pH变化Fig. 3　Variation of pH in rotation and continuous cultivation soil

3　讨论与结论

白浆土在黑龙江省有331万hm2，其中三江平原有223万hm2，吉林省也有196万hm2，山东等多个省份也有分布。据联合国粮农组织报道类似白浆土的土壤遍布五大洲，在32个国家和地区均有分布，该类土壤肥力退化，会很大程度影响到世界粮食安全。从本试验数据得出，即使白浆土阳离子交换量较高（15 cmol·kg-1），但会自然酸化，长期施用化肥和长期大豆连作会加重土壤酸化，新鲜秸秆还田不能防止土壤pH下降，只有长期施用有机肥料可防止土壤pH降低。

土壤酸化是土壤肥力退化重要因素，目前，黑龙江省化肥施用量越来越高，化肥品种也较固定，氮肥以尿素、磷肥以二铵、钾肥以硫酸钾和氯化钾为主，施用这些化肥只能加重白浆土酸化。建议在白浆土上要做好平衡施肥，注意选择肥料品种，氮肥最好是尿素和硝态氮肥、磷肥二铵和钙镁磷肥等弱酸溶性肥料交替施用，钾肥根据土壤供钾情况施用。建议不要秸秆直接还田，要根据不同秸秆筛选微生物，进行生物快速腐熟后再还田，增加腐熟有机肥施用，旱田作物要采取玉米大豆轮作。根据土壤水解性酸度，最好5年用石灰等碱性物料矫正土壤酸性，实现土壤可持续利用。

[参考文献]

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[3]刘颖.浅析黑龙江省农田黑土酸化的原因及对策[J].黑龙江农业科学, 2010(5): 49-51.

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[9]付慧兰,邹永久,杨振明,等.大豆连作土壤pH与土壤酶活性[J].大豆科学, 1996(2): 156-161.

Tian Xiuping, Zhang Zhiyi. Study on pH varation under different tillage system in ablic soil[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2015, 46(3): 37-40. (in Chinese with English abstract)

Study on pH varation under different tillage system in ablic soil/

TIANXiuping1, ZHANG Zhiyi2(1. School of Agronomy and Resources and Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing Heilongjiang 163319, China)

Abstract:Albic soil in Sanjiang Plain of Heilongjiang Province as an object material, using long-term experiment method to study the variation of pH in different fertilization, tillage, rotation and continuous cultivation conditions. The results showed that 18-year lack fertilizer, the soil pH also showed a downward trend, the application of urea and diammonium could accelerate albic soil acidification, and fell by an average 0.47 pH units in 12 years. The decomposition of organic fertilizer could prevent soil pH decreased, but long-term fresh straw could not. Ploughing method didn't affect soil pH changes, but soybean long-term cropping could make soil acidification.

Key words:albic soil; pH; different tillage system

作者简介：田秀平（1965-），女，教授，博士，研究方向为土壤与植物营养。E-mail: tian5418@sina. com

基金项目：黑龙江教育厅项目（9541068）

收稿日期：2014-08-18

文章编号：1005-9369（2015）03-0037-04

文献标志码：A

中图分类号：S155.2＋6