长期施用机肥对盐碱土肥力的影响

范益恺 于 菲 姜春慧 杨晓慧 欧阳皓楠 孟庆峰

（黑龙江省东北农业大学资源与环境学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

近年来，土壤盐渍化问题在全球化土地退化的防止与耕地质量的保持中愈发严峻。我国盐渍土面积巨大、种类繁多，盐渍化问题突出，对农业生产和生态环境造成不同程度的影响。我国盐碱土面积已有9.913万hm2，并且盐渍化的面积还在继续扩大，程度还在继续加重。其中，东北地区盐渍土面积约3.84×106hm2，是我国土壤盐渍化最严重的地区之一。随着土地资源的不断退化和枯竭，盐碱土也成为了越来越重要的可利用资源。因此，保护利用盐碱地迫在眉睫。我们应该根据盐碱土土壤特征采取针对性耕作措施，改善盐碱土土壤性质的同时提高粮食作物产量。这将对保护我国19.179亿亩耕地面积有着重大战略意义。

国内外众多学者对有机肥施用改良盐碱土的效果进行了研究，如李大伟的研究表明，有机肥与无机肥配合施加对于旱地盐渍化土壤的田间持水量和土壤容重等物理性状以及速效养分、阳离子交换量等化学性质具有明显的改善作用。可见，利用有机肥改良盐碱地的方式得到了研究人员们普遍的认同。

1.材料与方法

1.1 研究区概况

土壤采集于黑龙江省大庆市肇州县永乐镇东北农业大学盐碱土长期定位试验站，该地处于松嫩平原中部地带，属于温带大陆性季风气候，位于黑龙江省第一积温带，年均活动积温为2800℃，年降水量436mm，属半干旱区，年平均蒸发量为1800mm，土壤类型为草甸碱土，土壤质地为粘土。

1.2 实验设计

依据研究区域的施用腐熟牛粪的年限，把试验区土壤分成四个处理，分别为施用有机肥15a（15A），使用有机肥9a（9A），使用有机肥8a（8A），不使用有机肥的处理作为对照组（CK），每个处理3次重复。供试作物为玉米，每年四月施用腐熟牛粪作为有机肥，不使用化肥。玉米拔节期期间施用375kghm-2尿素。玉米生育期内不予灌溉。腐熟牛粪的性质为：有机质含量590.69g/kg，氮含量13.28g/kg，磷含量12.02g/kg，钾含量15.35g/kg，pH值8.42，钙含量9.77g/kg，镁含量4.58g/kg。

1.3 样品采集

2019年10 月中旬，玉米生育期结束后，依据研究区域的施肥年限设置的采样区域，每个小区随机选取3个采样点，各个采样点均在样方内。采集土壤深度在0-20cm、20-40cm的土壤样品。

1.4 样品处理

土壤样品带回后，经过晾晒、风干后将样品土壤磨碎经过1mm筛，然后用四分法将过筛样品取出一部分继续研磨过0.25mm筛，过筛后的土壤用于土壤各项化学性质的测定。在采集土壤样品的同时，永环刀法取一部分原状土，用于测定土壤的物理性质。

1.5 研究方法

土壤容重采用环刀法，取样后105℃烘干至恒重。土壤密度采用密度瓶法。土壤孔隙度通过土壤容重和土壤密度计算：

式中：tƒ为土壤总孔隙度（%）；bρ为土壤容重（g/cm3）；dρ为土壤密度（g/cm3）

土壤有机质采用重铬酸钾容量法—外加热法。土壤全氮用浓硫酸消煮，凯氏定氮仪蒸馏法测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法。土壤有效磷采用NaHCO3浸提，700nm钼锑抗比色法；土壤速效钾采用醋酸铵浸提—火焰光度法；用环刀采集原状土，测定田间持水量和饱和持水量；土壤pH值和电导率（EC）经过2.5：1水土比震荡后，通过pH计测得和电导率仪测得。土壤交换性钠离子采用1mol/L醋酸铵浸提，火焰光度法测定；土壤阳离子交换量（CEC）采用乙酸钠—火焰光度法测定。依照公式（2）计算土壤碱化度（ESP）

式中，ESP为土壤碱化度（%）；CEC为土壤阳离子交换量（mol/kg）；交换性Na+是交换性钠离子（cmol/kg）。

1.6 数据处理

数据经过EXCEL处理后，通过spss 22.0版本软件采用单因素方差显著性检验，有机质与土壤各个理化性质之间的关系采用皮尔逊相关系数进行关联性分析，作图同样采用excel软件。

2.结果与分析

2.1 使用有机肥对土壤有机质的影响

如图一所示，使用有机肥后，与ck相比，土壤各个深度的有机质含量都有显著性提高。同时，每个处理中有机质含量都随着土壤深度的增加而增加。0-20cm土层中，14A土层的有机质含量最大，相较于不施肥土地提升了6倍；20-40cm土层中，9A处理的土层有机质含量最大，相较于不施肥土壤（ck）提升了4.7倍左右。根据方差分析表明：0-20cm土层，CK土和8A、9A、15A处理土均呈现显著性差异（P＜0.05），9A和15A处理差异不显著（P＜0.05）。20-40cm土层中，各个处理之间均呈现不显著差异（P＜0.05）。

图1 不同处理之间的土壤有机质含量

2.2 施用有机肥对土壤养分含量的影响

通过分析表1可知，使用有机肥后土壤的碱解氮、速效磷、速效钾均有了明显提高。碱解氮方面，随着施用有机肥年份的增加，土壤的碱解氮含量越来越少，按照施用年份的递增呈递减态势。土壤速效磷随着有机肥的施用有显著提升，0-20cm深度下，9A处理的碱解氮提升最多，是ck对照土的15倍。20-40cm深度下，8A处理的碱解氮提升最多，是ck对照土的7.32倍；土壤速效钾方面，提升同样较多，0-20cm深度下，9A处理的碱解氮提升最多，是ck对照土的14倍。20-40cm深度下，8A处理的碱解氮提升最多，是ck对照土的6.2倍。

表1 不同处理土壤的主要养分指标

2.3 施用有机肥对土壤物理性质的影响

与CK处理相比，8A、9A、14A的处理容重、比重均降低，孔隙度均有所升高；统一处理不同土层。土壤容重、比重均随着土层深度的增加而降低，土壤孔隙度随着土壤深度的增加而升高。2019年实验结束时，14A土壤容重为1.3061g/cm，较ck土壤下降了20.1%；土壤比重下降了10%，土壤孔隙度提升了26.1%。

随着土壤使用有机肥年限的增加，土壤的田间持水量呈略微下降的趋势，但远远大于CK土壤处理。同时，在同一土层的处理中，随着土壤深度的增加，土壤田间持水量不断下降。0-20cm土层中，土壤田间持水量从ck土 的18.322%提 升 到37.537%-41.972%；20cm-40cm土层中，土壤田间持水量从ck土的21.159%提升到最高位28.227%。根据方差分析表明：20-40cm中，CK土层与8A、9A、15A处理均呈现显著性差异（P＜0.05），8A、9A、15A三个处理之间互相差异不显著（P＜0.05）。20-40cm土层中，各个处理之间差异均不显著（P＜0.05）。

图2 不同处理之间的土壤田间持水量

2.4 土壤理化性质的相关性分析

对土壤理化性质进行相关性分析，结果如表2所示：土壤有机质和田间持水量、饱和持水量、孔隙度呈极显著相关（p＜0.01），土壤有机质和pH、容重、比重呈极显著负相关（p＜0.01）。土壤碱解氮、速效磷、速效钾和土壤有机质呈极显著正相关（p＜0.01）。

表2 ：土壤各个理化性质之间的相关性

碱解氮 0．786★★ 1速效磷 0．627★★ 0．642★★ 1速效钾 0．702★★ 0．706★★ 0．922★★ 1 pH -0．896★★-0．705★★-0．467★-0．586★★ 1田间持水量 0．703★★ 0．542★★ 0．629★★ 0．654★★ -0．601★★ 1饱和持水量 0．572★★ 0．500★ 0．619★★ 0．563★★ -0．40．914★★ 1容重 -0．695★★-0．584★★-0．681★★-0．667★★ 0．558★★ -0．953★★ -0．973★★ 1比重 -0．892★★-0．761★★-0．617★★-0．762★★ 0．906★★ -0．676★★ -0．491★ 0．633★★ 1孔隙度 0．575★★ 0．481★ 0．630★★ 0．578★★ -0．416★ 0．919★★ 0．986★★ -0．983★★ -0．479★ 1

2.5 土壤有机质的影响因素

为了长期探究盐碱土有机质含量和土壤理化性质的联系，通过多元线性回归分析的方式建立有机质和土壤理化性质的模型。结果表明：土壤有机质受土壤有机质、有效磷、孔隙度、土壤密度和田间持水量的影响。

式 中：y为 有 机 质（g/kg）；x1为 土 壤 比 重（g/cm2）；x2为土壤孔隙度（%）；x3为土壤田间持水量（%）；x4为土壤饱和持水量（%）；x5为土壤碱解氮（g/kg）；x6为土壤速效磷（g/kg）；x7为土壤速效钾（g/kg）；x8为土壤pH。

3.讨论

土壤的有机质和氮磷钾含量提升最多，这与翁颖等的研究相一致。有机肥料能够迅速调节土壤代谢，改善了土壤结构，从而最终提高土壤肥力和有机质，加速土壤中养分的释放，对于作物生长更有益处。有机肥含有丰富有机质和一定的氮磷钾等营养成分，而且能够调节土壤中的微生物群落结构，提高土壤生态质量。在不同土层中，研究区内0～20 cm土壤的有机质含量最高，养分含量高，这与卢楠等的研究相一致土壤养分之间的相关关系对于分析土壤肥力有重要的意义，可作为土壤肥力观测和评价指标。土壤容重和孔隙度是比较常用的土壤物理指标，前者与土壤的质地、松密度及有机质含量密切相关，后者的大小决定了土壤的通气性综上所述，使用有机肥能够有效改良盐碱土的理化性质、提高粮食作物产量。

通过多元线性回归分析的方式建立有机质和土壤理化性质的模型可知，土壤有机质含量受比重和pH影响最大。

4.结论

长期使用有机肥后，土壤各个土层的有机质都开始显著上升，土壤养分不断积累，土壤的碱解氮、速效磷、速效钾等养分含量也不短提高。土壤容重、比重下降、孔隙度提高，同时土壤的田间持水量和饱和持水量也有所增强。随着有机肥的不断施用，土壤的物质积累日渐增多，各个土层之间，20-40cm土壤的养分含量少于0-20cm土壤养分含量。最后，通过多元线性回归方程的分析，土壤比重和pH的大小对于土壤有机质含量的多少影响最大。