稻麥輪作條件下菌渣還田對土壤剖面養(yǎng)分分布的影響

胡 佳， 閆 銳， 費建波， 張春龍， 李 瀚， 鄧良基,2， 鄧歐平,2

(1.四川農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院， 四川 成都 611130； 2.四川省土壤環(huán)境保護重點實驗室， 四川 成都 611130)

稻麥輪作條件下菌渣還田對土壤剖面養(yǎng)分分布的影響

胡 佳1， 閆 銳1， 費建波1， 張春龍1， 李 瀚1， 鄧良基1,2， 鄧歐平1,2

(1.四川農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院， 四川 成都 611130； 2.四川省土壤環(huán)境保護重點實驗室， 四川 成都 611130)

摘要：[目的] 揭示菌渣還田提升耕地土壤質(zhì)量的機理，以期為種植業(yè)固體廢棄物的資源化利用提供理論依據(jù)。 [方法] 以成都平原稻麥輪作區(qū)為研究對象，進行為期1 a的田間小區(qū)試驗。共設(shè)置常規(guī)化肥(CF)、等氮量還田(T1)、1.5倍氮量還田(T2)、2倍氮量還田(T3)和2.5倍氮量還田(T4)5個處理；分別在水稻種植期和小麥種植期采集0—15 cm，15—30 cm，30—50 cm土層土樣，對土壤樣品的全量養(yǎng)分進行測定。 [結(jié)果] (1) 化肥施用或菌渣還田后，0—15 cm土層養(yǎng)分含量顯著高于15—50 cm土層(p<0.05)； (2) 不同處理下土壤養(yǎng)分的變化與常規(guī)施肥(CF)相比，在水稻季土壤中，T4處理下的土壤含有較高的全氮和全鉀養(yǎng)分含量水平，T2，T3和T4能有效提高全磷養(yǎng)分含量；在小麥季土壤中，T4能有效提高土壤全氮、全磷含量，全鉀在不同菌渣處理條件下的含量與常規(guī)施肥相比差異不顯著(p<0.05)； (3) T1、T2、T3和T4處理下的土壤養(yǎng)分含量均大致呈現(xiàn)出隨著還田量的增加而增加的變化趨勢。 [結(jié)論] 高量菌渣還田能有效提高土壤全氮、全鉀、全磷養(yǎng)分含量，中量菌渣還田能有效提高全磷含量。

關(guān)鍵詞：稻麥輪作； 菌渣還田； 土壤剖面； 土壤養(yǎng)分分布

成都平原有著悠久的食用菌種植史。近年來，食用菌種植規(guī)模有了較大增長，2000年在全國32個省、市、自治區(qū)中，四川省食用菌種植規(guī)模位居第4[1]；2005年四川省食用菌年產(chǎn)量達到了6.78×105t，產(chǎn)值27.13億元，雄居西部之首[2]。2006年，該省食用菌總產(chǎn)量與總產(chǎn)值分別達到8.02×105t和30.8億元。菌渣是食用菌收獲后剩下的含大量有機質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分的栽培廢料，是可再生資源，但大量菌渣的堆積，不僅影響村容鎮(zhèn)貌，也污染環(huán)境衛(wèi)生，嚴重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3-4]，因此菌渣的利用處理是一個亟待解決的問題。近年來，有關(guān)研究[5-6]表明，菌渣作為有機肥還田能提升耕地土壤有機質(zhì)含量和養(yǎng)分含量，但是研究稻麥輪作機制下，菌渣還田對土壤剖面養(yǎng)分分布的影響還鮮有報道。因此，本研究于2009—2010年在成都平原區(qū)進行小區(qū)試驗，通過設(shè)置不同的施肥處理方式，研究稻麥輪作條件下，菌渣還田對土壤剖面養(yǎng)分分布的影響，揭示菌渣還田提升耕地土壤質(zhì)量的機理，以期為種植業(yè)固體廢棄物的資源化利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1　采樣區(qū)概況

試驗地位于四川省成都市大邑縣韓場鎮(zhèn)(103°41′42.9″N，30°27′22.5″E)，平均海拔469.1±5.6 m。大邑縣位于成都平原西部，屬于熱帶季風性濕潤氣候，溫暖濕潤，熱量充足，降水充沛，四季分明。境內(nèi)年平均氣溫為16.0 ℃(平地區(qū))，無霜期多年平均為284 d，年平均降水量在1 098.2 mm 左右，降水多集中在7—8月份。該地區(qū)土壤類型多樣，以水稻土分布范圍最廣，主要作物包括水稻、小麥、油菜、玉米、食用菌等。成土母質(zhì)主要為岷江河流域灰色沖積物的潴育型水稻土。

1.2　試驗材料

水稻種植品種為岡優(yōu)188，于2009年5月15日移栽，9月1日收獲；小麥品種為蓉麥2號，2009年10月27日播種，翌年5月4日收獲。菌渣及無機肥菌廢料為稻草—牛糞配方種植的雙孢蘑菇后的菌廢料，為當年4月份采完最后一茬菇后下架的，其養(yǎng)分狀況詳見表1。復(fù)合肥N含量14%，P2O5含量5%，K2O含量6%；氮肥N含量17.1%；磷肥P2O5含量12.0%；鉀肥K2O含量為60%。

表1　供試菌渣養(yǎng)分含量　g/kg

1.3　采樣方案

在田間共設(shè)置20個小區(qū)，4個區(qū)組，小區(qū)面積均為5 m×6 m,隨機排列,小區(qū)之間筑土埂,并且用6絲的薄膜相互間隔至犁底層，其中包括5個處理，分別為常規(guī)施肥(CF)；等氮量菌渣還田處理(T1，施用菌渣含氮量與CF處理相等，其下處理依次類推)；1.5倍氮量菌渣還田處理(T2)；2倍氮量菌渣還田處理(T3)；2.5倍氮量菌渣還田處理(T4)。每個處理設(shè)置4個重復(fù)。根據(jù)當?shù)厮?小麥)種植的施肥習慣，在水稻季，除45 g/hm2的鉀肥在水稻揚花前施用外，其余無機肥在水稻移栽后立即施入各小區(qū),而秸稈和菌渣在水稻移栽4 d后施入;在小麥季,除稻稈外所有肥料均在小麥播種前施入各小區(qū),而稻稈則是在小麥播種后施入，所有肥料的施用均為表施。采樣時，每一采樣點在直徑10 m的范圍內(nèi)選擇3~5個點，取土壤剖面深度為0—15 cm，15—30 cm，30—50 cm的土樣分別混合，按照四分法每層取樣進行分析。各處理具體施肥方案詳見表2。

表2　試驗方案設(shè)計　kg/hm2

1.4　土壤樣品測定

在試驗布設(shè)前采集耕層土壤樣品，測定土壤理化性質(zhì)。其理化性質(zhì)詳見表3。土壤樣品采回后，裝入塑料袋，在0~4 ℃冰箱中進行保存，測定之前取出風干。土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定；土壤全氮采用半微量開氏法測定；土壤全磷采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法測定；土壤全鉀采用NaOH熔融—火焰光度法測定；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法[7]；土壤堿解氮采用堿解擴散法測定；土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀采用NH4OAc浸提—火焰光度法測定[8]。采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行整理和作圖，并用DPS V6.55版軟件進行統(tǒng)計分析。

表3　試驗田土壤基本理化性質(zhì)

2結(jié)果與討論

2.1　稻麥輪作下菌渣還田對土壤剖面全氮分布的影響

2.1.1土壤全氮在土壤剖面中的分布特征圖1為不同菌渣施用水平下水稻季和小麥季土壤中的全氮變化。由圖1可以看出，水稻季施用菌渣后，各處理土壤全氮含量均隨剖面深度的增加呈持續(xù)下降的變化趨勢，最高值為2.96 g/kg，出現(xiàn)在2.5倍氮量還田(T4)處理下0—15 cm剖面深度；最低值為0.62 g/kg，出現(xiàn)在2倍氮量還田(T3)30—50 cm剖面深度。小麥季各處理表現(xiàn)出同樣的趨勢，其最大值為3.28 g/kg，出現(xiàn)在2.5倍氮量還田(T4)處理下0—15 cm剖面深度；最小值為1.22 g/kg，出現(xiàn)在1.5倍氮量還田(T4)處理下30—50 cm剖面深度，土壤全氮在剖面中垂直變化的趨勢是從上到下逐漸降低，這一研究結(jié)果與熊漢鋒[9]的研究結(jié)果一致。

2.1.2不同施肥處理對土壤全氮分布的影響由圖1可見，水稻季土壤在剖面深度為0—15 cm時,不同施肥處理條件下土壤中的全氮含量呈現(xiàn)出：T4>T3>T2>CF，與CF相比，T4，T3和T2處理下的全氮含量增幅分別為47.26%，43.78%和25.87%，均顯著高于CF(p<0.05)；在15—30 cm土層中，與CF相比，T4，T3和T2增幅分別為26.03%，9.59%和1.37%，T4處理顯著高于CF處理(p<0.05)；在30—50 cm土層中，只有T4處理下的土壤全氮含量高于CF處理，增幅為2.59%。即水稻季土壤中，在0—30 cm土層深度時,中高量菌渣還田(T2，T3和T4)處理下的土壤全氮含量大于或等于化肥施用條件下的土壤全氮含量，在剖面深度為30—50 cm時，只有高量菌渣還田(T4)能達到與化肥施用相當?shù)耐寥篮?，造成這種現(xiàn)象的原因是由于只施用常規(guī)化肥的情況下，土壤中的有機質(zhì)相對較少，對氮素的固定作用較弱，大量氮素隨土壤水運動到下層土壤，使得大量的氮素在30—50 cm土層中積累。

注：不同小寫字母表示各處理間差異顯著(p<0.05)。下同。

小麥季土壤在剖面深度為0—15 cm時，各種施肥處理條件下的土壤全氮含量表現(xiàn)出：T4>T3>CF>T2>T1，與CF相比，T4和T3的增幅分別為18.41%和13.36%，即小麥季土壤在高量菌渣還田(T3和T4)處理下均能達到與化肥施用相當?shù)暮?，但只有T4處理下的土壤全氮含量顯著高于常規(guī)化肥處理(CF)(p<0.05)；在15—30 cm時，只有T4處理下的土壤全氮含量顯著高于CF處理(p<0.05)，增幅為39.46%；在30—50 cm時，亦只有T4處理高于CF處理，增幅為4.96%，提高的并不明顯。即在0—15 cm土層中，中高量菌渣還田(T3和T4)處理高于常規(guī)化肥(CF)處理，其中高量菌渣還田(T4)能顯著提高土壤中全氮含量；在15—30 cm，30—50 cm土層中，都只有T4處理能較CF處理提高土壤全氮含量，但是在30—50 cm土層中，即使是高量菌渣還田(T4)處理下的全氮含量與常規(guī)化肥處理(CF)相比提高的也不明顯，造成這種現(xiàn)象的原因除開單施化肥造成的土壤有機質(zhì)相對較少引起外，還可能是因為小麥的根系相對較短，根系對30—50 cm土層的影響較小，所以這兩種因素共同作用下，CF處理下的土壤氮素在30—50 cm土層中大量累積。

總的來說，隨著剖面深度的增加，水稻季和小麥季土壤中使用的菌渣含氮量需要越來越高才能達到與化肥施用相當?shù)耐寥篮剑覇问┗蕦ν寥赖氐墓潭芰θ?，菌渣還田可以增加土壤有機質(zhì)含量[10]，加強土壤對氮素的固定能力。

2.2　稻麥輪作下菌渣還田對土壤剖面全磷分布的影響

2.2.1土壤全磷在土壤剖面中的分布特征圖2為不同菌渣施用水平下水稻季和小麥季土壤中的全磷變化。由圖2可知，水稻季土壤和小麥季土壤在施用菌渣后，各處理下土壤全磷含量隨著剖面深度的增加均呈持續(xù)下降的變化趨勢，水稻季和小麥季土壤中全磷含量最高值分別為1.20和1.16 g/kg，均出現(xiàn)在高量菌渣還田(T4)處理0—15 cm剖面深度，最低值分別為0.30和0.39 g/kg，均出現(xiàn)在30—50 cm剖面深度，說明水稻土壤在低、中量菌渣還田(T1，T2，T3)處理條件下磷素向下遷移的能力弱，高量菌渣還田(T4)能改變這一狀況。且小麥土壤中磷素向下遷移的能力強于水稻土壤，這與連綱的研究結(jié)果相一致，磷肥施入土壤后，易被固定，遷移能力很弱[11]。人類活動強度大，作物生產(chǎn)量高，土壤表層枯枝落葉多是表層土壤中全磷含量高的主要原因，同時由于雨水淋溶的影響，土層中部分磷發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化流失或沉積于地層下部[12-13]。

2.2.2不同施肥處理對土壤全磷分布的影響從圖2可以看出，水稻季土壤在剖面深度為0—15 cm時，不同施肥處理條件下土壤中的全磷含量呈現(xiàn)出：T4>T3>T2>CF，與CF相比，T4，T3和T2處理下的全磷含量增幅分別為33.33%，20.00%和17.78%，均顯著高于CF(p<0.05)，同時，菌渣的施入量與該土層土壤全磷的含量呈明顯正相關(guān)關(guān)系，這可能是由于一方面菌渣的施入有利于耕層土壤養(yǎng)分的累積[14]，另外，菌渣還田還增加了磷素向土壤返回的通量[15]；在15—30 cm土層中，不同施肥處理條件下的土壤中的全磷含量呈現(xiàn)出：T4>T3>T2>T1>CF，與CF相比，增幅分別為19.05%，9.52%，7.14%和2.38%，T4顯著高于CF(p<0.05)，而各菌渣還田處理間的土壤全磷含量并沒有顯著性差異(p<0.05)；在30—50 cm土層中，與CF相比較，T1，T2，T3，T4均能顯著提高土壤中的全磷含量(p<0.05)，增幅分別為36.67%，33.33%，26.67%和33.33%，但是各菌渣還田處理間的全磷含量仍然沒有顯著性差異(p<0.05)。出現(xiàn)這種變化趨勢的原因是菌渣還田能夠增加土壤中有機質(zhì)的含量，改善土壤狀況，減少對磷的固定，大量未被水稻吸收的磷素就會隨水分運動到下層土壤中，然而在下層土壤中，土壤有機質(zhì)相對較少，磷素又被重新固定，從而大量積累下來。

小麥季土壤在剖面深度為0—15 cm時，土壤中的全磷含量呈現(xiàn)出：T4>T3>CF，增幅分別為5.45%和2.73%，差異并不顯著(p<0.05)；在15—30 cm土層中，不同施肥處理下的土壤全磷含量呈現(xiàn)出：T4>T3>T2>CF>T1，與CF相比，T4，T3，T2的增幅分別為25.86%，20.69%和5.67%，其中，中高量菌渣還田處理(T3，T4)全磷含量顯著高于常規(guī)化肥處理CF(p<0.05)；在30—50 cm土層中，不同施肥處理下的土壤全磷含量呈現(xiàn)出：T4>T3>CF>T2>T1，與CF相比，T4，T3的增幅分別為22.22%和15.56%，T4處理全磷含量顯著高于CF(p<0.05)；在0—50 cm土層中，全磷含量均隨著菌渣還田量的增加而增加。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是小麥根系較短，加之高量菌渣還田能有效提高土壤中的有機質(zhì)含量，減少表層土壤對磷素的吸附，磷素下滲[16]。在30—50 cm土層中，根系對土壤的作用降低，減少了土壤中有機質(zhì)的含量，加強了對磷素的固定，因而T4處理下的30—50 cm土層中全磷含量較之于化肥處理下的含量顯著提高。

圖2　不同菌渣施用水平下水稻季和小麥季土壤中全磷變化

2.3　稻麥輪作下菌渣還田對土壤剖面全鉀分布的影響

2.3.1土壤全鉀在土壤剖面中的分布特征圖3為不同菌渣施用水平下水稻季和小麥季土壤中的全鉀變化。由圖3可以看出，水稻季土壤施用菌渣后，各處理下土壤全鉀含量均隨著剖面深度的增加呈先增后降的單峰變化趨勢，最高值均出現(xiàn)在15—30 cm剖面深度，最低值除開T2處理時出現(xiàn)在30—50 cm剖面深度，其余4種處理均出現(xiàn)在0—15 cm剖面深度。小麥季土壤中全鉀的含量除開在常規(guī)施肥處理(CF)條件下隨著土壤剖面深度的增加而升高外，其余4種處理下均隨著剖面深度的增加均呈先增后降的單峰變化趨勢，最高值均出現(xiàn)在15—30 cm剖面深度，最低值均出現(xiàn)在0—15 cm土層深度。

2.3.2不同施肥處理對土壤全鉀分布的影響由圖3可以看出，水稻季土壤在剖面深度為0—15 cm時，不同施肥處理條件下土壤中的全鉀含量呈現(xiàn)出：T4>T3>T2>CF>T1,與CF相比，T4，T3，T2處理下的全鉀含量增幅分別為8.97%，6.21%和4.49%，T4，T3，T2，T1與CF的差異均不顯著(p<0.05)，但是高量菌渣還田處理(T4)顯著高于低量菌渣還田處理(T1)；在土壤剖面深度為15—30 cm時，不同施肥處理條件下土壤中的全鉀含量呈現(xiàn)出：T4>T3>T2>CF>T1,與CF相比，T4，T3，T2處理下的全鉀量增幅分別為5.06%，1.06%和0.57%；在土壤剖面深度為30—50 cm時，呈現(xiàn)出：T4>T3>CF>T2>T1，與CF相比，T4和T3處理下的全鉀量增幅分別為4.75%和1.39%，即在土壤剖面深度為0—15 cm中高量菌渣還田(T2，T3和T4)處理高于常規(guī)化肥處理，15—30 cm時，中高量菌渣還田(T2，T3)處理相當于常規(guī)化肥處理，高量菌渣還田(T4)處理高于常規(guī)化肥處理，土壤深度為30—50 cm時，T3處理相當于常規(guī)化肥處理，T4處理高于常規(guī)化肥處理。在不同土層深度，各菌渣還田處理下的土壤全鉀含量均呈現(xiàn)出隨菌渣施用量的提高而增加的變化趨勢，且在0—15 cm土層深度時，T4處理顯著高于T1(p<0.05)。

小麥季土壤中，在土壤剖面深度為0—15 cm時，土壤中的全鉀含量表現(xiàn)出：T4>T3>T2>CF>T1，與CF相比，T4，T3，T2處理下的全鉀量增幅分別為5.06%，2.48%和0.37%；在土壤剖面深度為15—30 cm時，不同施肥處理條件下土壤中的全鉀含量呈現(xiàn)出：T4>T3>T2>T1>CF，T4，T3，T2和T1處理下的全鉀量增幅分別為3.81%，1.95%，1.60%和0.18%；在土壤剖面深度為30—50 cm時，表現(xiàn)為：T4>T3>CF>T2>T1，與CF相比，T4，T3處理下的全鉀量增幅分別為0.70%和0.62%。 即在土壤剖面深度為0—30 cm時，T2，T3和T4均能達到與化肥施用條件下相當?shù)暮浰?，深度?0—50 cm時，只有T3和T4才能達到。在不同土層深度各菌渣還田處理下的土壤全鉀含量差異均不顯著(p<0.05)。

圖3　不同菌渣施用水平下水稻季和小麥季土壤全鉀變化

3結(jié) 論

(1) 不同施肥處理下的水稻季和小麥季土壤中的全氮含量在表層(0—15 cm)土壤中顯著高于深層(15—30 cm，30—50 cm)土壤(p<0.05)。土壤的全氮含量隨著土層深度的增加逐漸降低，一定范圍內(nèi)增加施用的菌渣含量，能有效提高較深層土壤的全氮含量；在小麥季15—50 cm深度的土壤中只有高量菌渣還田處理(T4)能達到和化肥相當?shù)耐寥篮?，而?5—50 cm深度的水稻土壤中，中、高量菌渣還田均能達到。

(2) 水稻季和小麥季土壤中的全磷含量均在0—15 cm土層中達到最高，但是只有在常規(guī)施肥(CF)和高量菌渣還田(T4)處理條件下的15—30 cm土層中的全磷含量才顯著高于30—50 cm剖面土壤(p<0.05)。菌渣的施入量與0—30 cm土層土壤全磷的含量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系；在小麥季30—50 cm深的土壤中只有高量菌渣還田處理能達到和化肥相當?shù)耐寥篮姿?，而?0—50 cm深度的水稻土壤中低、中、高量菌渣還田均能達到。

(3) 水稻季土壤施用菌渣后，各處理下土壤全鉀含量均隨著剖面深度的增加呈先增后降的單峰變化趨勢，除開在水稻季土壤0—15 cm土層深度中，T4處理顯著高于T1(p<0.05)，其他不同施肥處理在各剖面深度的土壤全鉀含量差異均不顯著(p<0.05)。

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Effects of Fungus Waste Recycling on Soil Profile Nutrient Distribution Under a Rice-Wheat Rotation

HU Jia1, YAN Rui1, FEI Jiangbo1, ZHANG Chunlong1,

LI Han1, DENG Liangji1,2, DENG Ouping1,2

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu，Sichuan611130,China; 2.KeyLaboratoryofSoilEnvironmentalProtectioninSichuanProvince,Chengdu，Sichuan611130,China)

Abstract：[Objective] Soil quality improvement by recycling of fungus waste was researched to provide theoretical basis for the utilization of solid wastes produced by farming. [Methods] Field experiments were carried out in a rice-wheat rotation field in the Chengdu plain for one year. Of which five levels were designed including regular fertilizer(CF), 50% fungus waste recycling(T1), 100% fungus waste recycling(T2), 150% fungus waste recycling(T3) and 200% fungus waste recycling(T4). Soil samples from 0—15 cm, 15—30 cm, 30—50 cm soil layers were collected and soil nutrients were measured. [Results] (1) Either for fungus waste or regular fertilizer, full amount nutrients in 0—15 cm soil layer were significantly greater than that in 15—30 cm(p<0.05); (2) As compared with the regular fertilizer of no fungus recycling(CF), the rice field experiment showed that TK and TN contents were improved in level T4; TP content was improved in the levels of T2, T3and T4. The wheat field showed that, TN content and TP content were increased under T4level; Levels of T1, T2, T3, T4had higher but not significant TK content in contrast with the values of regular fertilizer(p<0.05); (3) Soil nutrients content increased as the fungus waste recycling levels increased(T1, T2, T3, T4). [Conclusion] Contents of TN, TP and TK can be improved when high level of fungus is recycled as fertilizer; TP content can be increased when medium level of fungus is recycled.

Keywords:rice-wheat rotation; fungus waste recycling; soil profile; soil nutrient distribution

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)06-0030-06

中圖分類號：S158

通信作者：鄧歐平(1987—)，女(漢族)，四川省瀘縣人，碩士，助教，主要從事農(nóng)田生態(tài)和水土資源管理方面的研究。E-mail：182338008@qq.com。

收稿日期：2014-11-11修回日期：2014-12-09

資助項目：“十二五”國家科技支撐計劃項目“西南地區(qū)種養(yǎng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用技術(shù)集成與示范”(2012BAD14B18)

第一作者：胡佳(1990—)，女(漢族)，四川省廣元市人，碩士研究生，主要研究方向為土地資源管理。E-mail：1044381627@qq.com。