不同培肥對采煤塌陷地復墾土壤氮素變化的影響

許劍敏，洪堅平，梁利寶

（山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，山西太谷030801）

我國煤炭資源的分布面積很廣，約占我國土地總面積的5.7%，其中，約96%的為井工開采，約4%的為露天開采[1]。礦產(chǎn)資源在被獲取的同時會引發(fā)大量的土地塌陷，由于大規(guī)模的煤炭開采，對土地資源和生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞，特別是井工開采造成的礦區(qū)大面積地表沉陷，使耕地面積減少、地下水資源破壞、水土流失加劇、土壤肥力下降、生態(tài)環(huán)境惡化。因此，在控制煤炭使用量的同時，也必須通過土地復墾將被破壞的土地恢復利用，從而來緩解人地矛盾、改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用[2-4]。

國內(nèi)外許多研究[5-6]表明，氮肥施用方式和數(shù)量對作物產(chǎn)量和氮肥利用率有顯著的影響。土地復墾后，因地面沉陷導致的上下土層交換顛倒，破壞了原始土壤層次，使得土壤持水、保肥等物理特性變得更差，且有機質、氮、磷、鉀等主要營養(yǎng)成分含量較低，土壤肥力恢復較慢。土壤的氮含量是土壤肥力的一個重要指標，對土壤肥力的影響很大，如何去提高復墾土壤中氮的含量及作物對復墾土壤氮的利用是個關鍵問題。

本試驗主要研究晉城塌陷礦區(qū)復墾土壤在不同培肥處理下氮素形態(tài)的變化規(guī)律，旨在為改善復墾土壤肥力、尋找合適復墾培肥模式及生產(chǎn)實踐中科學合理地利用土壤氮素和指導氮素肥料的施用提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于2009，2010年在山西省晉城市北石店鎮(zhèn)大張村進行。該區(qū)由于長期井工采煤，導致了耕地大面積塌陷，塌陷深度為50～150 cm，復墾時，地表以混推模式為主，利用挖深墊淺、就地平整法復墾，同時連續(xù)2 a種植玉米進行培肥熟化。玉米品種為澤玉41號，土壤類型為石灰性褐土，供試菌劑為從礦區(qū)當?shù)厣形此莸氖焱林蟹蛛x的功能性微生物（包括6株解磷微生物、4株固氮微生物、3株解鉀微生物）和當?shù)氐膬?yōu)勢微生物經(jīng)拮抗試驗后，混合、擴大培養(yǎng)，經(jīng)草炭吸附、晾干成菌肥，每克菌肥所含活性有益菌≥108個，草炭含N2.01%，P2O52.44%，K2O1.22%。供試土壤的基本理化性狀如表1所示。

表1 供試土壤的基本理化性狀

1.2 試驗設計

試驗共設5個施肥處理：（1）不施肥（CK）；（2）化肥（N）；（3）有機肥（M）；（4）有機肥＋化肥（N＋M）；（5）有機肥＋化肥＋菌肥（N＋M＋F）。化肥為尿素（N 46%）和過磷酸鈣（P2O512%）；有機肥為雞糞，養(yǎng)分含量為N 1.24%，P2O50.95%，K2O 1.02%；各施肥處理中施入等量養(yǎng)分（氮和磷），即每公頃施 N 120 kg，P2O590 kg，菌肥每公頃施300 kg。試驗采用完全隨機區(qū)組設計，每個小區(qū)面積為200 m2，每個處理重復3次，共15個小區(qū)。

1.3 測定方法

土壤全氮采用半微量開氏法測定；微生物氮采用氯仿熏蒸法測定；可溶性有機氮（SON）為可溶性總氮和無機氮含量之差。

土壤NH4+-N和NO3--N的測定：稱取新鮮土壤5.00 g，用0.01 mol/LCaCl2浸提（液土比為5∶1），在水浴恒溫振蕩機（溫度25℃，頻率170 Hz）振蕩1 h，過濾，采用德國AA3流動分析儀測定濾液的NO3--N和NH4+-N含量。

可溶性總氮（TSN）的測定：將測定無機氮（NH4+-N和NO3--N）所用的濾液用0.45 μm的濾膜再次過濾，采用過硫酸鉀氧化法測定濾液的可溶性總氮含量，其中，氧化劑采用0.15 mol/L的NaOH和3%過硫酸鉀（K2S2O8）配比，高壓鍋0.5 h氧化后，采用紫外分光光度法測定[7-8]。

2 結果與分析

2.1 不同培肥處理對塌陷復墾土壤0～20 cm土層全氮含量的影響

從表2可以看出，連續(xù)復墾2 a后，復墾土壤全氮含量較復墾前有一定提高。在復墾第1年（2009年），苗期各培肥處理間差異不顯著，但均與CK差異顯著，比CK提高了10.0%～16.7%；拔節(jié)期，處理N＋M的全氮含量最高，處理N，N＋M＋F和M與CK之間差異不明顯；灌漿期，處理N＋M＋F，N＋M，M與處理N和CK之間差異顯著?？傮w看，處理N＋M的全氮含量在整個生育期都較高，在苗期、拔節(jié)期、灌漿期分別比CK高出16.7%，9.7%，10.3%。復墾第2年（2010年），玉米生育期內(nèi)不同培肥處理復墾土壤的全氮含量較上一年都有一定的增幅；生育期內(nèi)，處理M，N＋M，N＋M＋F與CK之間差異顯著，N＋M，N＋M＋F和M處理間的差異不顯著，但與單施無機肥處理差異顯著，這與上一年趨勢一致。連續(xù)2 a復墾土壤的全氮含量由大到小順序為：有機肥與無機肥配施（N＋M）＞有機肥、無機肥與菌肥配施（N＋M＋F）＞單施有機肥（M）＞單施無機肥（N）＞對照（CK）。

表2 不同培肥處理對塌陷復墾玉米土壤0～20 cm全氮的影響 mg/kg

研究結果表明，有機肥與化肥配合施用是提高土壤全氮肥力的重要措施。這主要是因為有機肥的施用不僅直接增加了土壤全氮的含量，而且提高了土壤的保氮能力。單施化肥處理的土壤全氮含量略高于不施肥處理，這是由于施用氮肥提高了作物根茬和根系分泌物的量，亦增加了歸還土壤的有機氮量[9-13]。

2.2 不同培肥處理對塌陷復墾土壤0～20 cm土層微生物氮含量的影響

從表3可以看出，復墾第1年，玉米生育期內(nèi)復墾土壤微生物氮含量各培肥處理較CK有不同程度的增加，且差異顯著。玉米生育期內(nèi)，M處理相對于CK提高了13.8%～27.0%，N處理相對于CK提高7.6%～20.3%，N＋M處理相對于CK提高12.9%～37.5%，N＋M＋F處理相對于CK提高30.5%～39.8%?？梢悦黠@看出，施有機肥的處理好于單施N處理和CK，N＋M＋F處理在玉米生育期內(nèi)微生物氮含量最高，且與其他處理差異顯著。復墾第2年，微生物氮含量平均比上一年高14.0%，與上一年趨勢一致。各培肥處理的土壤微生物氮含量由大到小的順序為：有機肥、無機肥與菌肥配施（N＋M＋F）＞有機肥與無機肥配施（N＋M）＞單施有機肥（M）＞單施無機肥（N）＞對照（CK）。

表3 不同培肥處理對塌陷復墾玉米土壤0～20 cm微生物氮的影響 mg/kg

含有機肥處理的微生物氮含量要明顯高于無機肥處理，這是因為微生物對施入氮的固持與釋放，主要受施入的碳和氮所支配；有機、無機肥可以為微生物提供豐富的碳源、氮源和能源及微量元素，合適的C/N，為其大規(guī)模生長繁殖創(chuàng)造了有利條件。并且增加土壤微生物數(shù)量的同時，也增加了對氮的固持，礦質氮被微生物固定，微生物氮也相應增加。隋躍宇等[14]就有關不同施肥制度對小麥生育期土壤微生物量的影響進行了研究，結果表明，化肥配施有機肥更能促進土壤微生物活性，土壤微生物量比不施肥和僅施化肥處理顯著增加。長期單施化肥導致微生物的碳源不足，降低了生物固持能力，因此，該處理的微生物氮較低。而N＋M＋F處理中微生物含量最高，主要是菌肥中含有的大量微生物經(jīng)擴繁后導致微生物種類、數(shù)量劇增，微生物氮含量自然會升高，說明有機肥和無機肥配施能有效地提高土壤氮素的礦化量、供氮量以及氮肥的利用率和在土壤中的生物固持能力[15]。

2.3 不同培肥處理對塌陷復墾土壤0～20 cm土層可溶性有機氮含量的影響

從表4可以看出，在玉米生長期內(nèi)，不同施肥處理之間基本上都以灌漿期的土壤可溶性有機氮含量最高。

表4 不同培肥處理對塌陷復墾玉米土壤0～20 cm可溶性有機氮含量的影響 mg/kg

復墾第1年，玉米生育期內(nèi)復墾土壤可溶性有機氮含量各培肥處理較CK有不同程度增減，且差異顯著?？扇苄杂袡C氮的含量以N＋M＋F處理最高，M，N＋M處理次之，單施N肥的條件下可溶性有機氮含量明顯低于對照。Murphy等[16]在小麥肥料試驗中也發(fā)現(xiàn)，每年施用144 kg/hm2無機態(tài)氮后，土壤中可溶性有機氮含量顯著低于對照。Appel等[17]報道，施用氮肥未增加土壤可溶性有機氮的含量。復墾第2年，可溶性有機氮含量為5.35～19.88 mg/kg，平均值為12.75 mg/kg，比第1年平均高出16.87%。在玉米整個生育期，N＋M＋F處理效果最好，M次之，N處理明顯低于CK，且差異比上一年更為明顯。土壤中可溶性有機氮含量從大到小順序為：有機肥、無機肥與菌肥配施（N＋M＋F）＞單施有機肥（M）＞有機肥與無機肥配施（N＋M）＞單施無機肥（N）＞對照（CK）。復墾第1年可溶性有機氮含量為4.57～15.39 mg/kg，平均值為 10.91 mg/kg，Chapman 等[18]研究認為，可溶性有機氮的來源包括有機質分解的中間產(chǎn)物、施入的有機肥料、微生物和根系代謝產(chǎn)物、分泌物等，由微生物將不可溶解性氮轉化為可溶性有機氮。因此，含有機肥處理的微生物氮含量要高于單施N處理，N＋M＋F中施入的微生物菌肥可增加微生物的含量，從而可快速增加可溶性有機氮的含量。從生長季節(jié)來看，灌漿期可溶性有機氮含量最高，這是由于隨著氣溫的升高，微生物活動逐漸頻繁，加速了可溶性有機氮的生成。

3 結論

連續(xù)2 a施肥的復墾土壤的全氮、微生物氮和可溶性有機氮含量都有明顯提高。其中，N＋M處理對復墾土壤全氮含量增幅最為明顯，比對照增加了9.7%～16.7%，N＋M與N＋M＋F處理間差異不顯著；N＋M＋F處理對復墾土壤微生物氮和可溶性有機氮含量增幅最為明顯，比對照分別增加了30.5%～60.4%，0.2%～33.0%。各培肥處理與對照差異顯著。菌肥的加入對復墾土壤改良有一定的效果。

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