沼液灌溉對(duì)綠洲農(nóng)田土壤養(yǎng)分的影響

楊 樂，張鳳華，龐 瑋，潘旭東，王開勇

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，石河子832003）

沼液灌溉對(duì)綠洲農(nóng)田土壤養(yǎng)分的影響

楊 樂，張鳳華，龐 瑋，潘旭東，王開勇

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，石河子832003）

以新疆伊犁地區(qū)農(nóng)田土壤為供試土壤，通過田間試驗(yàn)研究了沼液灌溉對(duì)綠洲農(nóng)田土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明：施用沼液能夠降低耕層土壤容重和p H值，改善土壤結(jié)構(gòu)，改良?jí)A性土壤；沼液灌溉能夠顯著增加綠洲農(nóng)田耕層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀的含量；但沼液施用過程中會(huì)引起土壤鹽分上升，使綠洲農(nóng)田土壤存在次生鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)。

沼液；綠洲農(nóng)田；土壤養(yǎng)分

發(fā)酵殘留物沼液含有豐富的養(yǎng)分和生物活性物質(zhì)，作為優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料合理利用不僅可以解決農(nóng)業(yè)廢棄物中大量養(yǎng)分損失和環(huán)境污染的問題，又可以減少化肥和農(nóng)藥等化學(xué)品的施用，將廢棄物資源化利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)有機(jī)結(jié)合［1－2］。

由于綠洲農(nóng)區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，農(nóng)田重用輕養(yǎng)和灌溉不合理［3－4］，經(jīng)過20多年的耕作開墾，新疆耕地土壤養(yǎng)分狀況發(fā)生了很大變化，有機(jī)質(zhì)、速效磷和堿解氮含量均呈現(xiàn)增加的趨勢，其中速效磷的增加幅度最大，全氮略有下降，速效鉀含量下降明顯［5］。因此，農(nóng)田土壤存在潛在退化的風(fēng)險(xiǎn)。為了維護(hù)綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)平衡，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，2005年以來新疆開始大力推廣農(nóng)村沼氣建設(shè)，沼液作為有機(jī)肥也逐漸開使應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，但由于綠洲土壤和氣候條件特殊，沼液灌溉對(duì)綠洲農(nóng)田土壤肥力的影響缺少研究。為此，本研究通過田間試驗(yàn)，探索沼液灌溉對(duì)綠洲農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量的影響，試圖為沼液的合理農(nóng)用、生態(tài)液體肥的開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試沼液

沼液發(fā)酵原料以豬糞尿?yàn)橹鳎莘e20 m3。沼液的基本性質(zhì)為：p H 7.67，有機(jī)質(zhì)225.41 g／kg，全N 14.27 g／kg，全P 8.42 g／kg，全 K 0.44 g／kg。

1.1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆伊犁河南岸沖積平原新疆兵團(tuán)68團(tuán)四連（東經(jīng)81°02′，北緯43°52′），屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫8.4℃，≥10℃的積溫3300～3540℃，4－9月份平均氣溫日較差15～18℃，無霜期162 d，日照時(shí)數(shù)2700～2900 h。土壤屬于灰鈣壤土，試驗(yàn)種植前供試土壤的基本理化性狀為p H 8.03，有機(jī)質(zhì)27.57 g／kg，全N 0.79 g／kg，全P 1.49 g／kg，全K 22.42 g／kg，堿解 N 64.21 mg／kg，有效 P 94.54 mg／kg，速效K 141.81 mg／kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

油菜試驗(yàn)小區(qū)面積為667 m2，沼液灌溉方法為每年2次，4月和9月施用，隨水施用60 m3／h m2，即純 N 556.5 kg／h m2，純P 243 kg／h m2。油菜于2008年10月上旬播種，6月下旬收獲。

土壤樣品分別在沼液灌溉前和油菜收獲后取樣，在試驗(yàn)地內(nèi)以S型方法取土樣，每樣點(diǎn)內(nèi)3次重復(fù)取混合樣，取樣深度為0～20 c m和20～40 c m，共計(jì)40個(gè)樣方。

1.2.2 分析測定方法

沼液的測定方法［6］：有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法、全氮用蒸餾法（硫酸－雙氧水消化）、全磷用鉬銻抗比色（硫酸－雙氧水消化）、全鉀用火焰光度法（硫酸－雙氧水消化）、p H值用酸度計(jì)測定。

土壤容重采用環(huán)刀法在試驗(yàn)地實(shí)測獲?。皇覂?nèi)烘干法測定各層土壤含水率，風(fēng)干土樣分析p H值、鹽分、肥力等指標(biāo)［6］。p H 值：1∶5土水比浸提－酸度計(jì)測定；鹽分：1∶2.5土水比浸提－電導(dǎo)率儀測定；有機(jī)質(zhì)：重鉻酸鉀容量法；全N：凱氏法；全P：氫氧化鈉熔融－鉬銻抗比色法；全K：氫氧化鈉熔融－火焰光度計(jì)法；堿解氮：堿解擴(kuò)散法；速P：Na HCO3浸提－鉬銻抗比色法；速K：醋酸銨浸提－火焰光度法；銨態(tài)氮：KCl浸提－蒸餾法；硝態(tài)氮：酚二磺酸比色法。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，多重比較采用SSR法。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液灌溉對(duì)耕層土壤容重、孔隙度和田間持水量的影響

在質(zhì)地相似條件下，土壤容重的大小可以反映土壤的松緊度，對(duì)于大多數(shù)植物，土壤容重為1.14～1.26 g／c m3，土壤松緊程度適宜［7］。

對(duì)油菜種植前和收獲后耕層土壤容重、孔隙度和田間持水量的分析測定結(jié)果（表1）可以看出，沼液灌溉1年可使耕層土壤容重由1.29 g／c m3降至1.27 g／c m3，土壤容重降低了0.79%，而孔隙度和田間持水量分別增加了0.63%和0.39%。與對(duì)照相比，耕層土壤容重、孔隙度和田間持水量在施用沼液1年后差異不顯著。

表1 沼液灌溉對(duì)耕層土壤容重、孔隙度和田間持水量的影響Tab.1 Effect of biogas fluid irrigation on soil topsoil bulk density，porosity and field capacity after one year

2.2 沼液灌溉對(duì)土壤p H、EC和有機(jī)質(zhì)的影響

對(duì)油菜種植前和收獲后土壤p H、EC和有機(jī)質(zhì)的分析測定結(jié)果（表2）可以看出，施用沼液1年后，0～20 c m土壤的p H值由8.03下降至7.76，降低了3.36%，與對(duì)照相比達(dá)到顯著水平，而對(duì)于20～40 c m土壤，p H值也呈下降的趨勢，但與沼液灌溉前相比未達(dá)到顯著水平，p H值只降低了0.77%。

表2 沼液灌溉對(duì)土壤p H、EC和有機(jī)質(zhì)含量的影響Tab.2 Effect of biogas fluid irrigation on soil pH，EC and organic matter content after one year

對(duì)于0～20 c m和20～40 c m的土壤，施用沼液1年后土壤的電導(dǎo)率均呈增加趨勢，分別增加了3.82%和4.82%，與對(duì)照相比差異顯著。其中，0～20 c m土壤的電導(dǎo)率顯著高于20～40 c m土壤，且0～20 c m土壤的電導(dǎo)率超過了1.0 d S／m，即將接近土壤次生鹽漬化的警戒值。從土壤有機(jī)質(zhì)來看，沼液灌溉前后表層和下層土壤呈現(xiàn)不同的變化趨勢。對(duì)于0～20 c m的土壤，施用沼液后土壤有機(jī)質(zhì)由27.57 g／kg上升至42.86 g／kg，增加了55.46%，與對(duì)照相比達(dá)到顯著水平。而在20～40 c m的土壤中有機(jī)質(zhì)卻呈現(xiàn)下降的趨勢，有機(jī)質(zhì)由18.95 g／kg下降至16.08 g／kg，減少了15.15%，與對(duì)照相比達(dá)到顯著水平。

2.3 沼液灌溉對(duì)土壤全量養(yǎng)分的影響

對(duì)油菜收獲后土壤氮、磷和鉀養(yǎng)分的分析測定（表3）可以看出，施用沼液1年后土壤中的全氮、全磷和全鉀均呈增加趨勢，且與對(duì)照相比差異顯著。其中，在0～20 c m土壤中全氮、全磷和全鉀分別增加了44.05%、41.96%和8.83%；而在20～40 c m土壤中全氮、全磷和全鉀分別增加了103.43%、91.44%和8.87%；由增加幅度看，對(duì)于0～40 c m土壤依次都是全氮＞全磷〉全鉀，試驗(yàn)結(jié)果說明農(nóng)田土壤施用沼液有利于土壤的全氮、全磷和全鉀的積累，提高土壤的肥力。

表3 沼液灌溉對(duì)土壤全氮、全磷、全鉀的影響 g／kgTab.3 Effect of biogas fluid irrigation on soil total nutrient concentrations after one year

2.4 沼液灌溉對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響

對(duì)油菜收獲后土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀的分析測定結(jié)果（表4）可見，施用沼液后0～40c m土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀的含量均呈增加趨勢，且與對(duì)照相比差異顯著。其中，0～20 c m土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀分別增加了113.92%、212.96%、120.69和247.23%，而在20～40 c m土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀 分 別 增 加 了 102.70%、234.16%、41.10% 和13.94%。與0～20 c m土壤相比，除了速效氮以外，20～40 c m土壤速效養(yǎng)分的增加幅度明顯減小，其中速效鉀最為明顯。

表4 沼液灌溉對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響 mg／kgTab.4 Effect of biogas fluid irrigation on soil available nutrient concentrations after one year

2.5 沼液灌溉后土壤養(yǎng)分的分級(jí)評(píng)價(jià)

依據(jù)第二次全國土壤普查標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施用沼液1年后農(nóng)田土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)（表5）。由表5可以看出，0～20 c m耕層土壤養(yǎng)分狀況優(yōu)于20～40 c m土壤。與對(duì)照相比，除20～40 c m土壤中有機(jī)質(zhì)和速效鉀以外，施用沼液1年后0～40 c m土壤養(yǎng)分等級(jí)均有提高，說明施用沼液有利于提高土壤肥力。

對(duì)于0～20 c m土壤施用沼液1年后，所有土壤養(yǎng)分指標(biāo)都達(dá)到了三級(jí)以上水平，即高等以上水平；其中，土壤中全氮和速效氮含量由四級(jí)水平（中等）達(dá)到了三級(jí)以上水平，土壤中有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量由三級(jí)水平（高等）達(dá)到了一級(jí)水平（豐），而有效磷在施用沼液前已經(jīng)達(dá)到了一級(jí)水平，因此未有變化。而在20～40 c m土壤中，施用沼液1年后，除有機(jī)質(zhì)和速效鉀以外，土壤中全氮、速效氮和有效磷等級(jí)均有提高，但除了有效磷達(dá)到了一級(jí)水平以外，其他的指標(biāo)都處于四級(jí)水平以下，養(yǎng)分狀況較差。

表5 沼液灌溉后土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)Tab.5 Assessment of soil nutrient with biogas fluid irrigation after one year

3 討論

在本試驗(yàn)研究中沼液灌溉可降低耕層土壤容重，增加土壤孔隙度和田間持水量，試驗(yàn)結(jié)果與劉長喜［8］連續(xù)3年的田間試驗(yàn)結(jié)果相同，表明沼液灌溉可以在一定程度上改善土壤物理性質(zhì)，使土壤松緊度由稍緊向適宜的方向轉(zhuǎn)化，有利于提高土壤保水通氣能力和保肥供肥性能。但與對(duì)照相比差異不顯著，這主要是由于沼液灌溉土壤試驗(yàn)只進(jìn)行了1年，再加上試驗(yàn)地土壤松緊程度在施用沼液前就已接近適宜的范圍，對(duì)幼苗的出土和根系的正常生長無影響［9］，因而試驗(yàn)地土壤耕層土壤容重、孔隙度和田間持水量的變化不大。

由表2可見，沼液灌溉農(nóng)田可降低0～40 c m土壤的p H值，改良?jí)A性土壤，可能是由于沼液中富含各種有機(jī)酸，增強(qiáng)了土壤對(duì)堿的中和能力和緩沖性能，土壤由堿性土向弱堿性土方向轉(zhuǎn)化，有效的防止了土壤的堿化；但在20～40 c m土壤中p H值下降不顯著，可能是由于沼液的p H值和20～40 c m土壤的p H值接近，已經(jīng)達(dá)到了沼液中和能力的極限，使其對(duì)20～40 c m土壤p H值改良不顯著。此外，對(duì)于0～40 c m的土壤，沼液灌溉農(nóng)田1年后土壤的電導(dǎo)率均呈增加趨勢，且與對(duì)照相比差異顯著，主要是由于畜禽糞便中含有較高的鹽分［11］，在厭氧發(fā)酵過程中水解以離子的形式存在，造成沼液中鹽離子含量較高。試驗(yàn)結(jié)果說明施用沼液會(huì)造成鹽分在農(nóng)田土壤中累積，使綠洲農(nóng)田土壤存在次生鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)，這與Moral等［12］和王輝等［13］關(guān)于畜禽糞便農(nóng)用造成土壤次生鹽漬化風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測結(jié)果一致。但沼液長期施用對(duì)土壤次生鹽漬化的影響還需進(jìn)一步研究。

由表2和表3可見，除20～40 c m土壤中有機(jī)質(zhì)含量下降以外，沼液灌溉能夠顯著提高土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀的含量，試驗(yàn)結(jié)果表明施用沼液有利于土壤中的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀的積累，提高土壤的肥力。由增加幅度看，對(duì)于0～20 c m土壤依次是有機(jī)質(zhì)＞全氮＞全磷＞全鉀，主要是由于沼液的原料影響，沼液富含有機(jī)酸、氮、磷高鉀低。對(duì)于20～40 c m中有機(jī)質(zhì)顯著降低的原因可能是由于沼液灌溉時(shí)水量小，大部分有機(jī)質(zhì)被截留在0～20 c m的土壤，再加上油菜是喜肥作物，根系主要集中在20 c m以下，該層土壤中全氮含量過高，過多消耗土壤中的有機(jī)質(zhì)，造成該層土壤中有機(jī)質(zhì)含量下降。因此，在施用沼液時(shí)應(yīng)注意增加灌水量，保證養(yǎng)分的下部供應(yīng)。

沼液是由發(fā)酵原料中作物難以吸收的大分子物質(zhì)生化分解而形成，其結(jié)構(gòu)簡單，可被作物直接吸收，向作物提供速效氮磷鉀等主要營養(yǎng)元素［3］。本試驗(yàn)的研究結(jié)果表明施用沼液對(duì)土壤的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀養(yǎng)分的積累效應(yīng)明顯，與張無敵等［14］和張媛等［15］的研究結(jié)果一致。這有利于作物吸收利用，但在施肥時(shí)因做到與植物需求同步，防止養(yǎng)分流失，造成地下水硝酸鹽污染。

對(duì)沼液灌溉后土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)可以看出，對(duì)于0～20 c m土壤施用沼液后，所有土壤養(yǎng)分指標(biāo)都達(dá)到了高等以上水平，表明施用沼液有利于提高土壤的供肥能力，滿足作物生長所需主要養(yǎng)分。其中，全氮和速效氮效果最明顯，說明施用沼液有利于改善耕層土壤缺氮狀況，有利于作物生長發(fā)育。而在20～40 c m土壤中，施用沼液可以在一定程度上改善土壤養(yǎng)分狀況，但除了磷素能夠滿足作物生長所需以外，有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮和速效鉀的含量處于中等以下水平，不能滿足作物生長需求，需要及時(shí)增施其他速效肥料。此外，在0～40 c m土壤中呈現(xiàn)了富磷的狀況，因此應(yīng)在今后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中避免磷肥的過量施用，防止水體的富營養(yǎng)化。

4 結(jié)論

1）沼液農(nóng)用能夠降低綠洲農(nóng)田耕層土壤容重和p H值，增加土壤孔隙度和田間持水量，有利于改善土壤結(jié)構(gòu)和改良?jí)A性土壤，但農(nóng)用過程中可引起土壤鹽分上升，使農(nóng)田土壤存在次生鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)。

2）沼液灌溉能夠顯著提高綠洲農(nóng)田耕層土壤的肥力，尤其是土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀的含量，有利于提高土壤的供肥能力。

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Effect of Biogas Fluid Irrigation on Soil Nutrient in Oasis Farmland

YANG Le，ZHANG Fenghua，PANG Wei，PAN Xudong，WANG Kaiyong
（College of Agriculture，Shihezi University，Shihezi 832003，China）

The field plot experiment in Yili area has been carried out to research the influence of biogas fluid on soil fertility in oasis farmland in 1 year.The results showed that the biogas fluid irrigation decreased topsoil bulk density and soil p H，improved soil structure and sodic soil.The biogas fluid irrigation could also increase the content of topsoil or ganic matter，total N，total P，total K，ammonia nitrogen and nitrate content，available P and available K was promoted remarkably.However，there were potential risk of soil secondary salinization wit h the increase of the biogas fluid irrigation year.

biogas fluid；oasis farmland；soil nutrient

S19

A

1007－7383（2011）05－0542－04

2011－07－05

新世紀(jì)優(yōu)秀人才支撐計(jì)劃（NCET－09－0903），石河子大學(xué)重大科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（gxjs2010－zdgg04－04）

楊樂（1980－），女，講師，從事環(huán)境污染修復(fù)研究；e－mail：yl_shzu＠sohu.co m。

王開勇（1978－），男，副教授，從事土壤環(huán)境與生態(tài)安全研究；e－mail：wky20＠163.com。