秸稈深還田兩年對(duì)東北半干旱區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、p H值及微團(tuán)聚體的影響

閆洪亮，王勝楠，鄒洪濤，馬迎波，虞 娜，張玉玲，黃 毅，張玉龍

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地與環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部東北耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng)110866）

我國(guó)年產(chǎn)秸稈量約為7.6億t，并且呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2012年可達(dá)8.27億t［1－2］，但其大部分被就地焚燒，不僅造成了極大的資源浪費(fèi)，而且給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)大量的負(fù)面效應(yīng)。大量研究表明，秸稈還田不但有助于提高雨水資源利用率和旱地蓄水保墑性能，提高土壤入滲能力，增加作物的產(chǎn)量，達(dá)到抗旱增產(chǎn)的目的，還可以改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力和有機(jī)質(zhì)的積累［3－10］。微團(tuán)聚體作為構(gòu)成土壤結(jié)構(gòu)的顆粒單位，與土壤理化性質(zhì)等存在著密切關(guān)系［11］，土壤團(tuán)聚狀況和土壤有機(jī)質(zhì)含量可作為評(píng)價(jià)土壤肥力的綜合指標(biāo)［12］。謝錦升等［13］的研究表明，有機(jī)物質(zhì)輸入的增加促進(jìn)了團(tuán)聚體的形成，從而改變了土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量和分配比例。Wright等［14］研究發(fā)現(xiàn)不同的耕作措施對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性有較大的影響。楊長(zhǎng)明等［12］研究了土地利用方式對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布特征及其有機(jī)碳含量的影響。不同粒級(jí)的土壤微團(tuán)聚體的組成密切影響著土壤的保水保肥性能，在土壤水分和養(yǎng)分保貯釋供及轉(zhuǎn)化等方面發(fā)揮著重要作用，影響著土壤肥力水平的高低和土壤結(jié)構(gòu)的改善［15－22］。土壤團(tuán)聚體及微團(tuán)聚體受到不同的土地利用方式的影響［23－24］。目前，有關(guān)東北半干旱地區(qū)秸稈深還田對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)及團(tuán)聚體影響的研究甚少。鑒于此，本研究以東北干旱區(qū)遼寧西部阜新國(guó)家旱作農(nóng)業(yè)示范區(qū)為研究對(duì)象，探討秸稈深還田2 a后對(duì)有機(jī)質(zhì)、p H值及微團(tuán)聚體組成的影響，以期為該地區(qū)旱田土壤地力提升和土壤改良提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本概況

試驗(yàn)于遼寧省阜新市阜蒙縣阜新鎮(zhèn)（北緯42°10′，東經(jīng)122°00′）進(jìn)行，試驗(yàn)地屬于北溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，位于內(nèi)蒙古高原和東北遼河平原的中間過(guò)渡帶，屬低山丘陵區(qū)。試驗(yàn)區(qū)四季分明、光照充足且晝夜溫差較大，但降水偏少，年降水量450～500 mm，全年蒸發(fā)量高達(dá)1 599.6 mm，蒸發(fā)量約為降雨量的3.5倍，多年平均氣溫為7.1～7.6℃，≥0℃積溫為3 764℃，無(wú)霜期154 d，年日照時(shí)數(shù)2 762.4 h［25］。

1.2 試驗(yàn)材料

供試土壤：試驗(yàn)區(qū)土壤為褐土，質(zhì)地為粉砂土。土壤容重1.45 g／c m3，p H 值7.7，有機(jī)質(zhì)23.3 g／kg，全氮1.18 g／kg，硝態(tài)氮7.37 mg／kg，銨態(tài)氮10.16 mg／kg。供試作物：玉米，品種為鄭單958。

1.3 試驗(yàn)方案

于2009年10月玉米收獲后，采用翻轉(zhuǎn)犁開(kāi)溝深度40 c m，將整秸稈分別按照6 000，12 000，18 000 kg／h m2和24 000 kg／h m2的用量埋入，秸稈層厚度為10～15 c m，同時(shí)設(shè)未施秸稈的深耕（DT，deep tillage）及未開(kāi)溝處理作為對(duì)照（CK），共計(jì)6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為60 m2，隨機(jī)排列。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 取樣方法 采樣時(shí)期為2011年10月收獲后，按S型5點(diǎn)取土法在0—15，15—25，25—35，35—50 c m 4個(gè)土層采集土樣，自然風(fēng)干，過(guò)篩備用。

1.4.2 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 p H 值用水浸提（1∶2.5）玻璃電極法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)用元素分析儀（Elementar Vari，德國(guó)）測(cè)定［26］。

1.4.3 土壤機(jī)械組成和土壤微團(tuán)聚的測(cè)定 均采用吸管法［27］。土壤微團(tuán)聚體的計(jì)算公式如下［28］：

式中：As——土壤團(tuán)聚狀況（aggregate state）（%）；n1——＞0.05 mm 微團(tuán)聚體分析值；m1——＞0.05 mm機(jī)械組成分析值；Ad——土壤團(tuán)聚度（aggregate degree）（%）；Dc——分 散 系 數(shù) （dispersion coefficient）（%）；n2——＜0.001 mm 微團(tuán)聚體分析值；m2——＜0.001 mm機(jī)械組成分析值。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 18.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Excel 2010進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)不同土層深度土壤有機(jī)質(zhì)、p H值、物理性黏粒含量的影響

秸稈深還田2 a后對(duì)不同土層深度土壤有機(jī)質(zhì)、p H值、物理性黏粒含量的影響見(jiàn)表1。從表1中可以看出，不同的耕作處理一定程度上均能調(diào)節(jié)土壤肥力，各處理土壤物理性黏粒綜合含量多少依次為12 000 kg／h m2（22.3%）＞24 000 kg／h m2（19.9%）＞DT（19.6%）＞18 000 kg／h m2（18.3%）＞6 000 kg／h m2（18.2%）＞CK（18.0%）；不同耕作處理有機(jī)質(zhì)顯著高于 DT和CK，0—25 c m土層以12 000 kg／h m2處理有機(jī)質(zhì)含量最高，其次為6 000，18 000，24 000 kg／h m2；CK和DT處理有機(jī)質(zhì)含量顯著低于秸稈還田各組含量。25—50 c m土層呈現(xiàn)相似規(guī)律。這表明，由于秸稈深還田過(guò)程中的深耕作用，增加了土壤物理性黏粒的含量，物理性黏粒含量多的土壤含有大量細(xì)小的孔隙，而且往往被水占據(jù)，通氣不暢，好氧性微生物活動(dòng)受到抑制，有機(jī)質(zhì)分解緩慢，因而秸稈深還田后埋入秸稈劑量較少的（6 000，12 000 kg／h m2）土壤有機(jī)質(zhì)容易積累，這與喬照華［29］關(guān)于物理性黏粒和有機(jī)質(zhì)關(guān)系的研究結(jié)果一致，而埋入秸稈劑量較大的（12 000，24 000 kg／h m2）由于秸稈自身分解較慢或孔隙較大，土壤有機(jī)質(zhì)分解較快使得有機(jī)質(zhì)含量較少。由表1可知，5種耕作處理和CK處理土壤均呈弱堿性，p H值一般在7.0～7.8之間，25—50 c m土層要明顯高于0—25 c m土層；6 000 kg／h m2處理最低，DT 和12 000，18 000，24 000 kg／h m2處理之間相差不明顯，CK處理p H值最高，可見(jiàn)秸稈深還田能在一定程度上降低土壤堿性。

表1 不同耕作處理的土壤基本理化性質(zhì)

2.2 不同秸稈深還田處理對(duì)旱地土壤分散系數(shù)的影響

土壤分散系數(shù)是用來(lái)表示土壤團(tuán)聚體在水中被破壞的程度，是衡量土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，土壤分散系數(shù)越大，則表明土壤的質(zhì)地越差［30］。圖1表明，不同的土壤耕作措施對(duì)土壤分散系數(shù)的影響很大。在無(wú)秸稈還田時(shí)，CK處理免耕了2 a的土壤分散系數(shù)顯著（P＜0.01）小于各個(gè)處理；在秸稈深還田的各個(gè)處理中，0—25 c m土層以6 000 kg／h m2處理下的土壤分散系數(shù)最小，顯著低于其他處理；總體呈現(xiàn)24 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞12 000 kg／h m2＞DT＞6 000 kg／h m2。25—35 c m 土層以12 000 kg／h m2處理下的土壤分散系最低，其次是6 000 kg／h m2，DT和18 000 kg／h m2處理沒(méi)有顯著差異，均高于12 000 kg／h m2和6 000 kg／h m2低于24 000 kg／h m2。35—50 c m土層各個(gè)處理間土壤分散系數(shù)沒(méi)有顯著性差異。可見(jiàn)，CK處理2 a后土壤分散系數(shù)顯著小于深還田處理，秸稈深還田條件下6 000 kg／h m2和12 000 kg／h m2的土壤分散系顯著低于DT。這說(shuō)明，在秸稈深還田條件下，不同的土壤耕作措施對(duì)土壤分散系數(shù)的影響受到秸稈效應(yīng)和深松效應(yīng)的共同作用，由于深松作用破壞了水穩(wěn)性團(tuán)聚體，使得土壤分散系數(shù)增大，但秸稈深還田后能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)，有利于形成水穩(wěn)性團(tuán)聚體，從而減少土壤團(tuán)聚體被破壞的程度，降低土壤分散系數(shù)。秸稈還田劑量越小的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體形成越快，土壤分散系數(shù)也越小。隨著土層深度的加深，各處理之間的差異變小。

2.3 不同秸稈深還田處理對(duì)旱地土壤微團(tuán)聚體組成的影響

土壤微團(tuán)聚體是土壤自動(dòng)調(diào)節(jié)能力的物質(zhì)基礎(chǔ)［30］。不同粒徑的團(tuán)聚體的穩(wěn)定性不同，對(duì)土壤穩(wěn)定性的影響也不同，其性質(zhì)與數(shù)量密切關(guān)系著土壤的功能［31］。由表2可知，0—15 c m 土層各處理＞0.25 mm、0.05～0.001 mm微團(tuán)聚體含量與CK處理相比的粒級(jí)含量分別平均增加了8.1%，1.1%～25.5%；0.25～0.05 mm和＜0.001 mm 平均降低了3.2%和22.9%。15—25 c m 土層6 000 kg／h m2處理下 ＞0.25 mm團(tuán)聚體數(shù)量顯著大于CK處理37.8%（P＜0.01）；DT，12 000，18 000，24 000 kg／h m2處理均較CK處理減少了18.7%～78.2%；6 000，12 000，18 000 kg／h m2處理＜0.001 mm微團(tuán)聚體數(shù)量均較CK 處理顯著 （P＜0.01）減少了 14.7%，27%，11.7%；DT和24 000 kg／h m2處理＜0.001 mm微團(tuán)聚體數(shù)量均比CK處理顯著增加了20.7%和18.6%。25—50 c m土層大部分處理＞0.25 mm團(tuán)聚體數(shù)量較CK 處 理 顯 著 （P＜0.01）減 少 了11.8%～60.45%；25—35 c m土層DT、24 000 kg／h m2處理＜0.001 mm微團(tuán)聚體數(shù)量均比CK處理顯著增加了22.7%和3.5%；35—50 c m土層各處理＜0.001 mm微團(tuán)聚體數(shù)量無(wú)顯著性差異。

圖1 不同耕作處理對(duì)0－50 c m土層土壤分散系數(shù)的影響

微團(tuán)聚體的團(tuán)聚狀況表示土壤機(jī)械成分團(tuán)聚的程度，團(tuán)聚度是指小的土壤顆粒中發(fā)生團(tuán)聚作用，轉(zhuǎn)化為更大的團(tuán)聚體的百分?jǐn)?shù)，其值越大表示土壤穩(wěn)定性越強(qiáng)，團(tuán)聚體越多，保水的能力也相應(yīng)越強(qiáng)［32］。0—15 c m土層團(tuán)聚狀況呈現(xiàn)為6 000 kg／h m2＞12 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞24 000 kg／h m2＞DT＞CK，團(tuán)聚度呈 12 000 kg／h m2＞6 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞24 000 kg／h m2＞DT＞CK。6 000 kg／h m2和12 000 kg／h m2處理增加最為顯著，分別增加了55.6%和59.2%；15—25 c m土層團(tuán)聚狀況和團(tuán)聚度均呈現(xiàn)為：12 000 kg／h m2＞6 000 kg／h m2＞18 000 kg／h m2＞24 000 kg／h m2＞CK，顯著（P＜0.05）增加了4.1%～91.2%；25—35 c m 土層各處理團(tuán)聚狀況和團(tuán)聚度增加趨勢(shì)與15—25 c m土層大致相同，團(tuán)聚狀況呈現(xiàn)為：6 000 kg／h m2（41.5%）＞12 000 kg／h m2（28.8%）＞18 000 kg／h m2（26.1%）＞24 000 kg／h m2（1.1%），團(tuán) 聚 度 呈 現(xiàn) 為：12 000 kg／h m2（58.7%）＞6 000 kg／h m2（41.5%）＞18 000 kg／h m2（31.9%）＞24 000 kg／h m2（8.4%）；35—50 c m土層各處理團(tuán)聚狀況差異不顯著，團(tuán)聚度呈現(xiàn)為：6 000 kg／h m2（19.4%）＞12 000 kg／h m2（15.8%）＞24 000 kg／h m2（8.8%）＞18 000 kg／h m2（5.4%）。說(shuō)明，秸稈深還田2 a后的土壤團(tuán)聚狀況明顯改善，較大團(tuán)聚體增多，團(tuán)聚度增大，土壤的穩(wěn)定性增強(qiáng)。其增強(qiáng)效果隨秸稈埋入量的增加先增大后減小。

表2 不同耕作處理對(duì)0－50 c m土層微團(tuán)聚體組成的影響

3 結(jié)論

（1）秸稈深還田2 a后，不同耕作處理有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加而降低，隨秸稈深還田用量增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，12 000 kg／h m2處理含量較高；能夠在一定程度上降低土壤堿性，但土壤依舊呈弱堿性，且隨土層深度增加而增加；土壤物理性黏粒受深耕作用影響顯著，綜合含量以12 000 kg／h m2處理下為最高，與秸稈深還田用量共同影響有機(jī)質(zhì)分布。

（2）秸稈深還田2 a后，顯著降低了土壤分散系數(shù)，其系數(shù)隨秸稈埋入量的增加先減小后增大；土壤團(tuán)聚作用增強(qiáng)，土壤的穩(wěn)定性增加，團(tuán)聚度增大。

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