再生农业中水化学能对砒砂岩养分的激活效应

孟婷婷 程杰

摘要    本文从常见的环境因素水分出发，研究了在不同干湿环境下砒砂岩中N、P、K营养元素释放及激活的机理。结果表明，水分在活化土壤元素时有着积极的作用，长期干燥和干湿交替条件下，全氮、有效磷和速效钾含量在培养的210 d中元素吸收与释放并存，但整体呈增加趋势;在长期水淹条件下，全氮和速效钾含量在培养的210 d中整体呈增加趋势，但有效磷含量下降。本文研究结果可为水在再生农业中的应用研究提供参考。

关键词    水分;砒砂岩;再生农业;全氮;有效磷;速效钾;养分激活

中图分类号    S153        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）15-0184-01                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

再生农业是指利用自然界自我治疗和修复的能力来重建土壤健康、增加植物抗性，使农业自然资源不断再生利用。目前，再生农业措施主要有覆盖作物、多种作物轮作、轮牧、免耕或使用堆肥、粪肥、天然肥料和改良剂（不用有机方法中禁止的合成物质）等。这种生产形式具有高度的内在经济和生物稳定性，对农场或耕地以外的环境影响最小。

土体养分元素的激活已成为土地工程领域的研究热点，其在提高养分利用率、减少环境污染和劳动力投入等方面较普通肥料具有明显的优势[1-2]。因此，如何利用自然界已存在的介质对土体养分元素进行激活，从而达到再生农业的目的，是亟待解决的问题。本文从常见的环境因素水分出发，研究在不同干湿环境下砒砂岩中N、P、K营养元素释放及激活的机理。为了不使用农药和其他农用化学品，力图在最少依赖不可更新资源的转化过程中，为日益增长的人口提供食物。

1    材料与方法

1.1    试验设计

供试土壤选择砒砂岩，风干过2 mm筛，将10次样品独立装瓶，每个烧杯装样品200 g。试验设置长期干燥、长期水淹和干湿交替等3个处理，每个处理设3个重复。长期干燥处理条件下，所有土样在烘箱内进行培养，温度设置为40 ℃;长期水淹处理条件下，所有土样在实验室常温下培养，水面维持高于土样2 cm，将烧杯蒙上保鲜膜，减少蒸发，保持土样处于饱和厌氧环境，每天记录温度;干湿交替处理条件下，所有土样水淹与干燥培养时间各为总培养时间的1/2，干燥培养在烘箱内进行，水淹在实验室内进行。

1.2    指标测定

前6次每隔15 d取样1次，后4次每隔30 d取样1次。取回来的土样分别过1 mm筛和0.149 mm筛，过1 mm筛的土用来测定土壤有效磷和速效钾含量，过0.149 mm筛的土样用来测土壤全氮含量。测定方法依据鲍士旦[3]主编的第三版《土壤农化分析》土壤有效磷的测定方法，为0.5 mol/L NaHCO3浸提比色法;土壤速效钾的测定方法为NH4Ac浸提火焰光度法;土壤全氮测定方法为半微量凯氏法。

1.3    数据处理

数据处理与绘图均采用Excel 2020。

2    结果与分析

2.1    全氮含量变化

由图1可知，砒砂岩在长期干燥处理下全氮含量在前45 d呈增加趋势，而在45～75 d呈降低趋势，75～150 d呈先增加后减少趋势。最低值出现在第15天，为0.16 g/kg;最高值出现在第120天，为0.21 g/kg，较第15天增加了23.8%。长期干燥对土壤氮素矿化有著重要影响[4-5]，本研究中砒砂岩含量随着干燥时间的增加而升高，其原因可能是长期干燥增加了氨态氮、硝态氮及游离氨基酸的含量，从而使土壤中全氮含量增加。长期淹水下，在15～75 d时，全氮由0.17 g/kg增加至0.21 g/kg，出现了释放;但是在75～180 d，由0.21 g/kg降低至0.18 g/kg，在第210天又开始增加。由此可知，水淹下全氮呈现出阶段性的增加与降低。淹水会导致土壤氮素损失增强，主要是因为氮素的反硝化脱氮损失[6]。干湿交替下，全氮含量在前45 d出现降低，45～90 d升高，90～150 d降低，150～210 d升高。最低点出现在第45、120、150天，为0.17 g/kg;最高值出现在第210天，为0.21 g/kg。

2.2    有效磷含量变化

由图2可知，砒砂岩在长期干燥下，有效磷含量在培养初期第15天时含量最低，为5.7 mg/kg;第120天时，达到最大值为7.4 mg/kg，增加29.8%，在此期间有磷的释放;而后有效磷含量开始降低，第210天为6.9 mg/kg。长期干燥下有效磷吸收与释放并存，但总体表现为增加趋势。砒砂岩在长期水淹下，有效磷呈现降低的趋势，培养初期第15天时为8.2 mg/kg;培养末期第210天时为5.4 mg/kg，降低了34.1%。砒砂岩在干湿交替下，有效磷含量最低值出现在培养的第60天为6.5 mg/kg;最高值出现在培养的第90天，为8.3 mg/kg;干湿交替期间既有磷的吸收也有磷的释放。干湿交替下，土壤中的磷素会被释放出来，其化学形态变得活泼[7]，从而使土壤中有效磷的含量增加。

2.3    速效钾含量变化

由图3可知，砒砂岩在长期干燥下，速效钾含量呈增加的趋势，在培养初期第15天为112 mg/kg，培养末期第210天时为151 mg/kg，增加了34.8%。砒砂岩在长期水淹下，速效钾含量总体呈增加的趋势，最低值出现在培养初期第15天，为109 mg/kg;最大值出现在培养点的第60天，为131 mg/kg，增加了20.2%;但在培养末期第210天为125 mg/kg，与培养初期第15天相比，增加了14.7%。砒砂岩在干湿交替下，速效钾含量呈现出先增加后减少的趋势，在培养初期第15天为126 mg/kg;但是在培养的第45天，为143 mg/kg，增加了13.5%;而后开始减少。可能是由于钾被还原，亚铁、亚锰相对较多，置换出土壤吸附的钾离子，造成钾离子活化[8]，从而导致土壤速效钾含量增高。李梦寻等[9]以北京褐土为研究对象，发现恒湿时土壤速效钾含量较高，其随着干湿交替频率的增加也可能会有所增加。

3    结论

本研究发现，水分对活化土壤元素有着积极的作用。砒砂岩在长期干燥和干湿交替条件下，全氮、有效磷和速效钾含量在培养的210 d中元素吸收与释放并存，但整体呈增加趋势;在长期水淹条件下，全氮和速效鉀含量在培养的210 d整体呈增加趋势，但有效磷含量下降。

4    参考文献

[1] BLACKWELL MSA，CARSWELL A M，BOL R.Variations in concentra-tions of N and P forms in leachates from dried soils rewetted at different rates[J].Biology and Fertility of Soils，2012，49（1）：79-87.

[2] 张雪雯，莫熠，张博雅，等.干湿交替及凋落物对若尔盖泥炭土可溶性有机碳的影响[J].湿地科学，2014，12（2）：134-140.

[3] 鲍士旦.土壤农化分析[M].3版.北京：中国农业出版社，2000.

[4] BORKEN W，MATZNER E.Reappraisal of drying and wetting effects on C and N mineralization and fluxes in soils [J].Global Change Biol，2010，15（4）：808-824.

[5] CREGGER MA，MCDOWELL NG，PANGLE RE，et al.Impact of precipi-tation change on nitrogen cycling in a semi-arid ecosystem[J].Funct Ecol，2015，28（6）：1534-1544.

[6] 郑圣先，刘德林，聂军，等.控释氮肥在淹水稻田土壤上的去向及利用率[J].植物营养与肥料学报，2004（2）：137-142.

[7] 王桂风，刘凌，田娟.淹水过程不同土层磷的释放研究[J].环境科学与技术，2008，31（12）：21-23.

[8] 李泽远，葛滢，葛旦之.水稻钾肥施用技术的探讨Ⅱ.淹水稻田土壤钾动力学性质及其对水稻钾素吸收的影响[J].湖南农业科学，1999（1）：42-43.

[9] 李梦寻，王冬梅，任远，等.不同干湿交替频率对土壤速效养分、水溶性有机碳的影响[J].生态学报，2018，38（5）：1542-1549.