不同耕作制下白漿土pH變化規(guī)律研究

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不同耕作制下白漿土pH變化規(guī)律研究

田秀平1，張之一2

（1.天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津300384；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江大慶163319）

摘要：以黑龍江省三江平原白漿土為對象，采用長期定位試驗方法，研究不同施肥、不同耕法、輪作和連作條件下白漿土pH變化情況。結(jié)果表明，18年不施任何肥料的土壤pH也呈下降趨勢，施用尿素和二銨可加速白漿土酸化，12年平均下降0.47個pH單位，長期新鮮秸稈還田不能緩解土壤pH下降，只有施入腐熟有機(jī)肥才能防止土壤pH下降；普翻、免耕和深松耕作方式不影響土壤pH變化；大豆長期連作可使土壤酸化。

關(guān)鍵詞：白漿土；pH；不同耕作制

網(wǎng)絡(luò)出版時間2015-3-13 15:21:00

[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20150313.1521.005.html

田秀平,張之一.不同耕作制下白漿土pH變化規(guī)律研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2015, 46(3): 37-40.

土壤酸化是當(dāng)今土壤重要退化因素之一，酸化結(jié)果是土壤中陽離子交換量降低，土壤保肥能力變差，加速陽離子養(yǎng)分淋失，使重金屬離子從交換態(tài)變成可溶態(tài)；團(tuán)粒結(jié)構(gòu)減少，不良結(jié)構(gòu)形成，土壤粘化、板結(jié)；改變土壤微生物組成及活性、降低土壤酶活性，嚴(yán)重影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。

黑龍江省是我國重要商品糧生產(chǎn)基地，耕地面積1.5×107hm2，其中黑土和白漿土是兩大主要土類，兩者耕地面積分別占黑龍江省土壤總耕地面積的31%和10%。根據(jù)黑土長期定位試驗結(jié)果得出，長期施用尿素能夠使0~20 cm黑土pH下降，施二倍量氮肥（尿素）使耕層黑土pH由1979年的7.22下降到2006年的5.70[2]。劉穎也得出，由于長期耕作和施肥措施不合理，近年來黑土也出現(xiàn)酸化趨勢[3]。黑龍江省白漿土大部分為弱酸性土壤[4]，隨開墾年限增長，其土壤pH也發(fā)生變化，本文結(jié)合白漿土長期定位條件下pH變化規(guī)律，探討白漿土酸化原因及防止措施，為白漿土可持續(xù)利用提供科學(xué)參考。

1　材料與方法

1.1試驗地基本情況

試驗地位于黑龍江省密山市裴德鎮(zhèn)北3 km，屬穆棱興凱平原西北邊緣。供試土壤為草甸白漿土，在美國土壤系統(tǒng)分類中稱典型粘淀漂白軟土，成土母質(zhì)為第四紀(jì)黃土沉積物，質(zhì)地粘重，表層為粘壤土，底層為壤粘土和粘土，有機(jī)質(zhì)35.00 g·kg-1，全N 2.30 g·kg-1，全P 0.52 g·kg-1，堿解N 274 mg·kg-1，有效P 5.47 mg·kg-1，有效K 89.70 mg·kg-1，陽離子交換量27.3 cmol·kg-1，pH 6.3。

1.2試驗設(shè)計

試驗于1987年開始設(shè)置，在100 m×300 m土地上，東西兩端各留出8 m，南北兩端各留10 m作為保護(hù)區(qū)，內(nèi)部除留出田間道外，共設(shè)252個小區(qū)，小區(qū)面積79.2 m2，4次重復(fù)，每個重復(fù)區(qū)63個小區(qū)，內(nèi)設(shè)以春小麥-春小麥-大豆-油菜-玉米-大豆6區(qū)輪作和大豆、小麥、玉米連作，分別簡稱為“輪作、豆連、麥連和玉連”；設(shè)3種耕作方法和3種施肥方式，即對照（CK，普翻不施肥）、普翻秸桿還田（TP-BS）、普翻有機(jī)肥（TP-OM）、普翻化肥（TP-NP）、免耕化肥（NT-NP）和深松化肥（DLNP）；秋整地，普翻是耕翻20 cm，免耕實為耙茬，深松是用深松鏟深松30 cm，秸桿還田是在秋收后將秸桿粉碎（約10 cm），撒于地表，翻壓入土中。在春季先播肥后播種，肥料均以基肥形式一次施入，化肥用量見表1，有機(jī)肥為牛糞廄肥，公頃施量為36.0 m3（約為25 200.0 kg）。每6年完成1個輪作周期，秋收后在每個試驗小區(qū)內(nèi)用土鉆取耕層5點混合樣，用酸度計對土壤水溶性pH進(jìn)行測定，共完成3個輪作周期，總計18年，定位6年（A），定位12年（B），定位18年（C）。

表1　化肥用量和比例Table 1　Amount and proportion of fertilizer

2　結(jié)果與分析

2.1不同肥料對土壤pH的影響

在普翻條件下（見圖1），與定位6年相比，除有機(jī)肥處理外，其余所有處理輪作和連作耕層（0~ 20 cm）土壤pH均有所下降，降低最大的是化肥處理，12年平均下降0.47個pH單位，從6以上，下降到6以下；秸稈還田和不施肥處理土壤pH下降幅度小于化肥處理（大豆連作對照除外）；有機(jī)肥處理土壤pH，12年來基本保持不變或略有上升，數(shù)據(jù)變化在6.23~6.45，均高于其他處理。

圖1　不同施肥處理土壤pH變化Fig. 1　Variation of pH in different fertilization soil

分析上述結(jié)果不難看出，不施任何肥料，隨開墾年限加長白漿土pH也呈下降趨勢。目前土壤酸化產(chǎn)生的原因，主要是大氣酸沉降、不合理施肥、長期種樹、強(qiáng)降雨淋溶等。筆者曾對當(dāng)?shù)赜晁M(jìn)行監(jiān)測，絕大多數(shù)雨水pH為中性（pH≈7），當(dāng)?shù)啬杲涤炅科骄鶠?50.7 mm，所以不施肥情況下，該地區(qū)白漿土pH下降的原因，可能是隨著熟耕進(jìn)程加長，土壤硅酸鹽礦物風(fēng)化釋放H+和Al3+所致。研究表明，三江平原地區(qū)山地分布大量花崗巖，有可能在各種膠的作用下釋放出鋁而轉(zhuǎn)移到土壤中，鋁發(fā)生沉淀的pH是4~6。張元福等用蒸餾水淋洗白漿土母質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)在淋出液中含有較高氧化鋁，每升中達(dá)1.55~1.87 mg[5]，所以白漿土自然酸化值得進(jìn)一步深入研究；對于化肥致使土壤酸化的研究已多見報道[6-7]，本試驗也得出相同結(jié)論，單施尿素和二銨處理的土壤pH下降很快，植物每吸收1個NH4+就會向土壤中釋放1個H+，這是土壤酸化的主要原因；從有機(jī)物料處理上看，長期秸稈還田，并沒有提高土壤pH，原因可能是年年歸還的都是秋收后的新鮮秸稈，其礦化過程中會產(chǎn)生有機(jī)酸，會加速土壤中硅酸鹽礦物風(fēng)化釋放H+和Al3+，而有機(jī)肥處理是施入腐熟牛糞廄肥。

研究表明，不同種類和來源有機(jī)肥堿度差異較大，堿度范圍為58. 1~372. 8 cmol·kg-1，碳酸鈣當(dāng)量為29. 0~186. 4 g·kg-1，且以廄肥偏高。長期施用有機(jī)肥可彌補(bǔ)農(nóng)產(chǎn)品移除引起的土壤堿性物質(zhì)損失，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品移除量，選擇堿度較高的有機(jī)肥（如高溫堆肥或廄肥）與合理施用量可有效控制農(nóng)田土壤酸化[8]。

2.2不同耕法對土壤pH的影響

從圖2看出，長期施化肥的3種耕法中，無論是輪作還是連作土壤pH變化規(guī)律基本一致，均下降，而且降幅也相差不大，尤其是輪作區(qū)和玉米長期連作區(qū)，定位18年3種耕法土壤pH非常接近，說明普翻、免耕和深松，對白漿土耕層pH影響不大。

圖2　不同耕法土壤pH變化Fig. 2　Variation of pH in different tillage soil

2.3輪作及連作土壤中pH變化

在普翻情況下，把不同施肥處理輪作和連作區(qū)土壤pH變化（見圖3）進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，不施肥大豆連作處理土壤pH下降最大，對照區(qū)，12年下降0.44個pH單位，有機(jī)肥、化肥和秸稈還田處理區(qū)，輪作、大豆、玉米和小麥長期連作土壤pH變化規(guī)律基本一致。

關(guān)于大豆連作使土壤酸化研究很多，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)豆科作物從空氣中所固定N2時，減少無機(jī)氮吸收，在這種情況下吸收陽離子總量超過陰離子總量，導(dǎo)致H+分泌，引起根區(qū)土壤酸化，一般根系分泌物約占植物同化物的20%，這些分泌物中除有機(jī)酸外，根際微生物將一些物質(zhì)分解釋放H+和酸性物質(zhì)，使根區(qū)pH降低[9]。但大豆連作施有機(jī)肥可防止土壤pH下降，而大豆連作施化肥會加重土壤pH下降。

圖3　輪作及連作土壤中pH變化Fig. 3　Variation of pH in rotation and continuous cultivation soil

3　討論與結(jié)論

白漿土在黑龍江省有331萬hm2，其中三江平原有223萬hm2，吉林省也有196萬hm2，山東等多個省份也有分布。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織報道類似白漿土的土壤遍布五大洲，在32個國家和地區(qū)均有分布，該類土壤肥力退化，會很大程度影響到世界糧食安全。從本試驗數(shù)據(jù)得出，即使白漿土陽離子交換量較高（15 cmol·kg-1），但會自然酸化，長期施用化肥和長期大豆連作會加重土壤酸化，新鮮秸稈還田不能防止土壤pH下降，只有長期施用有機(jī)肥料可防止土壤pH降低。

土壤酸化是土壤肥力退化重要因素，目前，黑龍江省化肥施用量越來越高，化肥品種也較固定，氮肥以尿素、磷肥以二銨、鉀肥以硫酸鉀和氯化鉀為主，施用這些化肥只能加重白漿土酸化。建議在白漿土上要做好平衡施肥，注意選擇肥料品種，氮肥最好是尿素和硝態(tài)氮肥、磷肥二銨和鈣鎂磷肥等弱酸溶性肥料交替施用，鉀肥根據(jù)土壤供鉀情況施用。建議不要秸稈直接還田，要根據(jù)不同秸稈篩選微生物，進(jìn)行生物快速腐熟后再還田，增加腐熟有機(jī)肥施用，旱田作物要采取玉米大豆輪作。根據(jù)土壤水解性酸度，最好5年用石灰等堿性物料矯正土壤酸性，實現(xiàn)土壤可持續(xù)利用。

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Tian Xiuping, Zhang Zhiyi. Study on pH varation under different tillage system in ablic soil[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2015, 46(3): 37-40. (in Chinese with English abstract)

Study on pH varation under different tillage system in ablic soil/

TIANXiuping1, ZHANG Zhiyi2(1. School of Agronomy and Resources and Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing Heilongjiang 163319, China)

Abstract:Albic soil in Sanjiang Plain of Heilongjiang Province as an object material, using long-term experiment method to study the variation of pH in different fertilization, tillage, rotation and continuous cultivation conditions. The results showed that 18-year lack fertilizer, the soil pH also showed a downward trend, the application of urea and diammonium could accelerate albic soil acidification, and fell by an average 0.47 pH units in 12 years. The decomposition of organic fertilizer could prevent soil pH decreased, but long-term fresh straw could not. Ploughing method didn't affect soil pH changes, but soybean long-term cropping could make soil acidification.

Key words:albic soil; pH; different tillage system

作者簡介：田秀平（1965-），女，教授，博士，研究方向為土壤與植物營養(yǎng)。E-mail: tian5418@sina. com

基金項目：黑龍江教育廳項目（9541068）

收稿日期：2014-08-18

文章編號：1005-9369（2015）03-0037-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

中圖分類號：S155.2＋6