不同肥料配施对复垦土壤团聚体及有效磷含量的影响
2017-03-16武欣孟会生李廷亮洪坚平
武欣，孟会生，李廷亮，洪坚平
(山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801)
不同肥料配施对复垦土壤团聚体及有效磷含量的影响
武欣，孟会生，李廷亮，洪坚平*
(山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801)
[目的]为寻找矿区采煤塌陷复垦土壤的最佳培肥模式。[方法]以山西省长治市襄垣县采煤塌陷复垦土壤为研究对象，探讨了有机肥、化肥和菌肥对复垦土壤团聚体及有效磷含量的影响。[结果]有机肥+化肥+菌肥处理与其余处理相比，显著降低>5.00 mm团聚体数量，0.25
施肥； 复垦土壤； 有效磷； 土壤团聚体； 玉米产量
土壤团聚体是土壤结构的基本单元，具有调节土壤水气矛盾、改善土壤耕性、稳定土温等作用，是表征土壤物理性质的重要参数之一[1,2]。磷是作物正常生长所需的6种大量营养元素之一，土壤磷素的形态主要分为有机态和无机态两大类，无机态中易溶性磷酸盐在土壤中数量很少，只有百万分之几至几十。而绝大多数有机态磷化合物需经过磷细菌的水解作用，才能转化为植物吸收利用的有效磷。了解土壤中有效磷供应状况，对于施肥有着直接的指导意义[3]。Six[4]等的研究结果表明>0.25 mm的团聚体是土壤中最好的结构体，其数量与土壤肥力状况呈正相关。陈恩凤[5]等通过对不同种类土壤微团聚体研究也得出：土壤微团聚体组成和性质与土壤肥力密切相关，可以作为评价土壤肥力的综合指标。
近年来随着煤炭资源的大量开采，不可避免的造成土地挖损、压占、退化及侵蚀，而这些直接体现在对土壤团聚体的严重破坏，进而引起土壤的抗蚀能力降低、养分缺乏、微生物数量活性降低，不适于作物的生长。所以改善土壤结构，增加土壤中团聚
体含量是矿区复垦工程的重点[6]。目前对复垦引起的土壤肥力及微生物活性变化的研究较多[7,8]，而国内对复垦引起的土壤团聚体及相关属性变化的研究鲜见报道，仅李涵韬等[9]对徐州采煤塌陷区由复垦引起的团聚体组成变化进行了研究，且该研究未能反映团聚体与磷素之间的相关性。本文以山西襄垣定位试验为平台，探讨了化肥、有机肥和菌肥配施对复垦1 a、3 a、7 a土壤团聚体的分布状况及有效磷含量的影响，为加速复垦土壤的熟化提供更合理的耕作施肥措施，也为同类矿区生态重建提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验区位于山西省襄垣县，土壤类型为石灰性褐土，海拔970 m，年均气温9.5 ℃，年降水量532.8 mm。复垦土地采用表土剥离模式。选取复垦1 a、3 a、7 a土壤的理化性状见表1，播前土壤团聚体的分布状况见表2。
表1 供试土壤基本理化性状
表2 供试土壤团聚体(直径d/mm)分布状况
1.2 供试作物
供试作物为玉米，品种为大丰30，生育期127 d。
1.3 供试肥料
供试化肥：含N：18%、P2O5：12%、K2O：10%。
供试有机肥：鸡粪，含有机质25.8%，N：1.67%、P2O5：2.46%、K2O：1.35%。
供试菌肥：将拉恩式菌、假单胞菌1、假单胞菌2制成混合磷细菌菌液后，与鸡粪按照1∶9的比例混匀，其活菌数≥0.5×107cfu·g-1。
1.4 试验设计
本试验采用单因素随机区组设计，在襄垣县选取复垦1 a、3 a、7 a试验田，共设置7个处理(见表3)，每个处理重复3次，共有21个小区，小区占地面积为100 m2。除对照外，其他各处理均按照等量施肥的原则进行设计，N∶P∶K为1∶0.48∶1.3。于2015年4月27日施肥，4月28日播种，同年5月29日中耕除草，9月29采集玉米的非根际土壤，采集深度为0～20 cm。
表3 田间小区试验施肥方案
1.5 分析项目及方法
土壤团聚体测定：
在各小区内采用“S”型取样法，采集土壤表层0～20 cm的500 g土壤样品3袋。将采集的土壤样品放在土样袋中混匀，拣去植物根茬、石块，置于通风处风干。
将风干土样置于孔径依次为5.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mm套筛顶部，用振荡式机械筛分仪，在300次·min-1频率下振荡2 min。制备成>5.00 mm、2.00 土壤有效磷的测定：0.50 mol·L-1NaHCO3溶液浸提，钼蓝比色法[11]。 采用SAS软件结合Excel进行试验结果的统计运算及作图，对结果进行统计分析(P<0.05)。 2.1 不同肥料配施对复垦1 a、3 a、7 a种植玉米的土壤团聚体分布特征的影响 本试验通过干筛法获得复垦1 a、3 a、7 a原状土壤中的机械稳定性团聚体总数量，采用>0.25 mm团聚体(R0.25)含量比例说明土壤团聚体的分布特征，由此得出图1。 图1 不同肥料配施下复垦1 a、3 a、7 a土壤机械稳定性团聚体百分含量Fig.1 Percentage composition of mechanical stability aggregate of reclamation soil with application of different fertilizers in 1 a、3 a、7 a 注：0.50～1.00(不含0.50)，1.00～2.00(不含1.00)，2.00～5.00(不含2.00)Note: 0.50～1.00(except 0.50),1.00～2.00(except 1.00), 2.00～5.00(except 2.00) 由图1可以看出，1 a土壤在不同肥料配施下，>5.00 mm的土壤团聚体含量最高，1.00 随着复垦年限的增加，各施肥处理的土壤<1.00 mm团聚体含量均有不同程度的提高，其中化肥+菌肥、有机肥+菌肥、单施有机肥处理分别对提高<0.25 mm、0.25 2.2 不同肥料配施对复垦1 a、3 a、7 a种植玉米的土壤不同粒径团聚体有效磷含量的影响 对不同肥料配施对复垦1a、3a、7a土壤不同粒径团聚体有效磷含量影响的研究见表4。 表4 不同肥料配施对1 a、3 a、7 a种植玉米的土壤不同粒径团聚体有效磷含量的影响 Table 4 Effect of applying different fertilizers on the available phosphorus content in 1 a、3 a、7 a soil aggregate of different sizes 复垦年限Reclamationyears施肥Fertilization土壤有效磷含量/mg·kg-1Availablephosphoruscontentofsoil不同粒径团聚体有效磷含量/mg·kg-1Differentparticlesizeofaggregatesavailablephosphoruscontentd<0.25mm0.25～0.50mm0.50 注： 表中同列数据后不同小写字母表示差异显著性(P<0.05) Note：Different small letters indicate significant difference atP<0.05 level in same row. 由表4可以看出，1 a复垦土壤中施肥处理与对照相比，不同粒径团聚体有效磷含量均有显著提高。有机肥+化肥+菌肥处理对提高土壤有效磷含量效果最明显，与其余施肥处理相比，土壤有效磷含量提高了19.75%～55.69%，>5.00 mm团聚体有效磷含量提高了21.72%～54.04%。其中有机肥+化肥+菌肥处理与有机肥+化肥处理相比，土壤有效磷含量显著提高了53.15%，不同粒径团聚体有效磷含量显著提高了66.09%～54.89%。有机肥+菌肥处理与有机肥处理相比，土壤有效磷含量显著提高了13.5%，0.25～0.50 mm、0.50 为了进一步探讨复垦土壤有效磷含量(Y)与不同粒径团聚体有效磷含量(X)之间的关系，建立回归方程如下：Y=-0.058+0.171X1+0.201X2+0.151X3+0.170X4+0.252X5+0.067X6，F=375.58**，r=0.994** 式中：X1为<0.25 mm团聚体有效磷含量、X2为0.25～0.50 mm团聚体有效磷含量、X3为0.50 由回归方程可知，不同粒径团聚体对土壤有效磷含量贡献率由大到小为：2.00 2.3 不同肥料配施对复垦1 a、3 a、7 a玉米产量的影响 由图2可以看出，不同施肥处理与对照相比玉米产量均有了显著提高。其中有机肥+化肥+菌肥处理对提高1 a、3 a、7 a玉米产量效果最好，单施化肥处理效果最差。1 a、3 a、7 a有机肥+化肥+菌肥处理玉米产量分别为6 455.75、8 156.75、11 129.85 kg·hm-2，远高于单施化肥处理的4 242.06、6 218.79、8 604.95 kg·hm-2。 图2 不同肥料配施对不同复垦年限玉米产量的影响Fig.2 Effect of three fertilizers on yield of corn in different years of soil subsidence 1 a、3 a、7 a有机肥+化肥+菌肥处理与有机肥+化肥处理相比玉米产量分别提高了37.83%、10.11%、5.79%，有机肥+菌肥处理与单施有机肥处理相比分别提高了7.21%、2.37%、5.71%，化肥+菌肥处理与单施化肥处理分别提高了5.22%、5.67%、5.36%。说明施用菌肥可以在一定程度上提高复垦土壤的玉米产量。这是由于菌肥可以增强土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性，抑制其他有害菌的生命活动，提高有机磷各组分含量及有效性[18]。有机肥中有机质含量较高，提高了土壤氮素的含量，同时也改善土壤团粒结构，提高土壤吸附交换能力[19]，对提高玉米产量起了重要作用。 3.1 讨论 (1) 王会敏[20]等人研究发现，在林粮、林果种植模式下，2.00 (2) 本试验主要研究了不同肥料配施对土壤机械稳定性团聚体分布的影响，在接下来的工作中可以增加对水稳定性团聚体分布的研究，以更加全面的反映施肥对复垦土壤团聚体的影响。 (3) 本试验由于只是选取里0～20 cm土层的有效磷含量进行研究，不能全面反映更深土层下磷素的空间变化规律，因此在今后的试验中需要研究在20～40 cm以至更深的土层内全磷和有效磷的时空变化规律。 3.2 结论 本试验表明不同肥料配施可以在较大程度上影响复垦土壤的团聚体分布，提高复垦土壤、不同粒径团聚体有效磷含量及其玉米产量。其中 (1)施用有机肥+化肥+菌肥对降低不同复垦年限>5.00 mm团聚体效果最好，降低幅度为9.65%～36.04%。同时与对照相比有机肥+化肥+菌肥处理0.25～0.50 mm、0.50 (2)施用有机肥+化肥+菌肥后复垦土壤、不同粒径团聚体有效磷含量及其玉米产量均提高最显著，与其余施肥处理相比有机肥+化肥+菌肥处理的复垦1a、3a、7a土壤有效磷含量提高了6.04%～65.10%，<0.25 mm、0.25～0.50 mm、0.50 (3)复垦1 a、3 a、7 a土壤施用菌肥与未施用菌肥相比，>5.00 mm团聚体含量有了不同程度的降低，不同粒径团聚体的有效磷含量有了较大幅度的提高，尤以复垦1 a土壤最为突出，其在施用菌肥后，>5.00 mm团聚体含量降低了5.98%～21.98%，土壤有效磷含量提高了13.36%～53.16%。 (4)2.00 [1]李鉴霖,江长胜,郝庆菊.土地利用方式对缙云山土壤团聚体稳定性及其有机碳的影响[J].环境科学,2014, 35(12): 4695-4703. 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(编辑：武英耀) Effect of soil aggregate and available phosphorus content of reclamation soil with application of three fertilizers Wu Xin, Meng Huisheng, Li Tingliang, Hong Jianping* (CollegeofResourcesandEnvironment,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China) [Objective]This paper is to seek the best fertilizing model of reclamation soil in the collapse mining area.[Methods]Explores the effect soil aggregate and available phosphorus content of reclamation soil with application of manure fertilizer, chemical fertilizer and bacterial fertilizer, based on long-term experiment in the coal subsidence area in Xiangyuan County, Changzhi City, Shanxi Province.[Results]It showed, compared with other treatment, that the soil aggregate quantity in the size was bigger than 5.00 mm decreases sharply in the soil with application of three fertilizers, while it had considerable increase in the size of 0.25 Fertilization treatment， Reclamation， Available phosphorus， Soil particle size， Corn yield 2016-08-17 2016-10-04 武欣(1990-)，男(汉)，山西太谷人，硕士研究生，研究方向：环境科学与资源利用 *通信作者：洪坚平，教授，博士生导师。Tel：0354-6288399;E-mail: hongjpsx@163.com 国家自然科学基金项目(31272257)；山西省自然科学基金(2014011001-4)；国家青年自然基金项目(41401342)资助；山西省科技重大专项(20121101009-04) S154.3 A 1671-8151(2017)02-0104-062 结果与分析
3 讨论与结论
