不同肥料配施對復(fù)墾土壤團(tuán)聚體及有效磷含量的影響

武欣，孟會(huì)生，李廷亮，洪堅(jiān)平

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801)

不同肥料配施對復(fù)墾土壤團(tuán)聚體及有效磷含量的影響

武欣，孟會(huì)生，李廷亮，洪堅(jiān)平*

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801)

[目的]為尋找礦區(qū)采煤塌陷復(fù)墾土壤的最佳培肥模式。[方法]以山西省長治市襄垣縣采煤塌陷復(fù)墾土壤為研究對象，探討了有機(jī)肥、化肥和菌肥對復(fù)墾土壤團(tuán)聚體及有效磷含量的影響。[結(jié)果]有機(jī)肥+化肥+菌肥處理與其余處理相比，顯著降低>5.00 mm團(tuán)聚體數(shù)量，0.255.00 mm團(tuán)聚體含量降低了0.93%～21.78%，土壤有效磷含量提高了62.03%～13.36%，不同粒徑團(tuán)聚體有效磷含量提高了3.92%～69.18%。2.005.00 mm團(tuán)聚體對土壤有效磷含量貢獻(xiàn)率最低。隨著復(fù)墾年限的增加，>5.00 mm團(tuán)聚體含量降低顯著，土壤有效磷含量及玉米產(chǎn)量均有較大提高。[結(jié)論]施用有機(jī)肥+化肥+菌肥配合春旱季節(jié)耙、耱、鎮(zhèn)壓等可以有效降低大粒徑團(tuán)聚體含量，提高土壤有效磷含量及玉米產(chǎn)量，可作為礦區(qū)采煤塌陷復(fù)墾土壤的最佳培肥模式。

施肥； 復(fù)墾土壤； 有效磷； 土壤團(tuán)聚體； 玉米產(chǎn)量

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，具有調(diào)節(jié)土壤水氣矛盾、改善土壤耕性、穩(wěn)定土溫等作用，是表征土壤物理性質(zhì)的重要參數(shù)之一[1,2]。磷是作物正常生長所需的6種大量營養(yǎng)元素之一，土壤磷素的形態(tài)主要分為有機(jī)態(tài)和無機(jī)態(tài)兩大類，無機(jī)態(tài)中易溶性磷酸鹽在土壤中數(shù)量很少，只有百萬分之幾至幾十。而絕大多數(shù)有機(jī)態(tài)磷化合物需經(jīng)過磷細(xì)菌的水解作用，才能轉(zhuǎn)化為植物吸收利用的有效磷。了解土壤中有效磷供應(yīng)狀況，對于施肥有著直接的指導(dǎo)意義[3]。Six[4]等的研究結(jié)果表明>0.25 mm的團(tuán)聚體是土壤中最好的結(jié)構(gòu)體，其數(shù)量與土壤肥力狀況呈正相關(guān)。陳恩鳳[5]等通過對不同種類土壤微團(tuán)聚體研究也得出：土壤微團(tuán)聚體組成和性質(zhì)與土壤肥力密切相關(guān)，可以作為評(píng)價(jià)土壤肥力的綜合指標(biāo)。

近年來隨著煤炭資源的大量開采，不可避免的造成土地挖損、壓占、退化及侵蝕，而這些直接體現(xiàn)在對土壤團(tuán)聚體的嚴(yán)重破壞，進(jìn)而引起土壤的抗蝕能力降低、養(yǎng)分缺乏、微生物數(shù)量活性降低，不適于作物的生長。所以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤中團(tuán)聚

體含量是礦區(qū)復(fù)墾工程的重點(diǎn)[6]。目前對復(fù)墾引起的土壤肥力及微生物活性變化的研究較多[7,8]，而國內(nèi)對復(fù)墾引起的土壤團(tuán)聚體及相關(guān)屬性變化的研究鮮見報(bào)道，僅李涵韜等[9]對徐州采煤塌陷區(qū)由復(fù)墾引起的團(tuán)聚體組成變化進(jìn)行了研究，且該研究未能反映團(tuán)聚體與磷素之間的相關(guān)性。本文以山西襄垣定位試驗(yàn)為平臺(tái)，探討了化肥、有機(jī)肥和菌肥配施對復(fù)墾1 a、3 a、7 a土壤團(tuán)聚體的分布狀況及有效磷含量的影響，為加速復(fù)墾土壤的熟化提供更合理的耕作施肥措施，也為同類礦區(qū)生態(tài)重建提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于山西省襄垣縣，土壤類型為石灰性褐土，海拔970 m，年均氣溫9.5 ℃，年降水量532.8 mm。復(fù)墾土地采用表土剝離模式。選取復(fù)墾1 a、3 a、7 a土壤的理化性狀見表1，播前土壤團(tuán)聚體的分布狀況見表2。

表1 供試土壤基本理化性狀

表2 供試土壤團(tuán)聚體(直徑d/mm)分布狀況

1.2 供試作物

供試作物為玉米，品種為大豐30，生育期127 d。

1.3 供試肥料

供試化肥：含N：18%、P2O5：12%、K2O：10%。

供試有機(jī)肥：雞糞，含有機(jī)質(zhì)25.8%，N：1.67%、P2O5：2.46%、K2O：1.35%。

供試菌肥：將拉恩式菌、假單胞菌1、假單胞菌2制成混合磷細(xì)菌菌液后，與雞糞按照1∶9的比例混勻，其活菌數(shù)≥0.5×107cfu·g-1。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在襄垣縣選取復(fù)墾1 a、3 a、7 a試驗(yàn)田，共設(shè)置7個(gè)處理(見表3)，每個(gè)處理重復(fù)3次，共有21個(gè)小區(qū)，小區(qū)占地面積為100 m2。除對照外，其他各處理均按照等量施肥的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，N∶P∶K為1∶0.48∶1.3。于2015年4月27日施肥，4月28日播種，同年5月29日中耕除草，9月29采集玉米的非根際土壤，采集深度為0～20 cm。

表3 田間小區(qū)試驗(yàn)施肥方案

1.5 分析項(xiàng)目及方法

土壤團(tuán)聚體測定：

在各小區(qū)內(nèi)采用“S”型取樣法，采集土壤表層0～20 cm的500 g土壤樣品3袋。將采集的土壤樣品放在土樣袋中混勻，揀去植物根茬、石塊，置于通風(fēng)處風(fēng)干。

將風(fēng)干土樣置于孔徑依次為5.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mm套篩頂部，用振蕩式機(jī)械篩分儀，在300次·min-1頻率下振蕩2 min。制備成>5.00 mm、2.00

土壤有效磷的測定：0.50 mol·L-1NaHCO3溶液浸提，鉬藍(lán)比色法[11]。

采用SAS軟件結(jié)合Excel進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及作圖，對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥料配施對復(fù)墾1 a、3 a、7 a種植玉米的土壤團(tuán)聚體分布特征的影響

本試驗(yàn)通過干篩法獲得復(fù)墾1 a、3 a、7 a原狀土壤中的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體總數(shù)量，采用>0.25 mm團(tuán)聚體(R0.25)含量比例說明土壤團(tuán)聚體的分布特征，由此得出圖1。

圖1 不同肥料配施下復(fù)墾1 a、3 a、7 a土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體百分含量Fig.1 Percentage composition of mechanical stability aggregate of reclamation soil with application of different fertilizers in 1 a、3 a、7 a 注：0.50～1.00(不含0.50)，1.00～2.00(不含1.00)，2.00～5.00(不含2.00)Note: 0.50～1.00(except 0.50),1.00～2.00(except 1.00), 2.00～5.00(except 2.00)

由圖1可以看出，1 a土壤在不同肥料配施下，>5.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量最高，1.005.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量降低了21.78%，1.005.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量降低了15.08%，1.005.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量降低了5.98%，1.00

隨著復(fù)墾年限的增加，各施肥處理的土壤<1.00 mm團(tuán)聚體含量均有不同程度的提高，其中化肥+菌肥、有機(jī)肥+菌肥、單施有機(jī)肥處理分別對提高<0.25 mm、0.255.00 mm的大坷垃切割擠壓成微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體。加之玉米秸稈的還田為蚯蚓等土壤動(dòng)物提供食物和能量，有利于土壤動(dòng)物和微生物數(shù)量和活性的增加，進(jìn)而促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成[12]。同時(shí)秸稈對促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的形成比施用腐熟的有機(jī)肥效果更好[13]。

2.2 不同肥料配施對復(fù)墾1 a、3 a、7 a種植玉米的土壤不同粒徑團(tuán)聚體有效磷含量的影響

對不同肥料配施對復(fù)墾1a、3a、7a土壤不同粒徑團(tuán)聚體有效磷含量影響的研究見表4。

表4 不同肥料配施對1 a、3 a、7 a種植玉米的土壤不同粒徑團(tuán)聚體有效磷含量的影響

Table 4 Effect of applying different fertilizers on the available phosphorus content in 1 a、3 a、7 a soil aggregate of different sizes

復(fù)墾年限Reclamationyears施肥Fertilization土壤有效磷含量/mg·kg-1Availablephosphoruscontentofsoil不同粒徑團(tuán)聚體有效磷含量/mg·kg-1Differentparticlesizeofaggregatesavailablephosphoruscontentd<0.25mm0.25～0.50mm0.505.00mmCK2.66e3.44e3.33e2.29e2.18e2.36c2.32dCF5.54c6.67c5.81c5.59c5.23c4.41b4.73cCFB6.28ab8.72b6.60b6.49b6.45a4.59b5.48b1aM4.83d6.56c4.77d4.62d4.19d4.41b4.33cMB5.48c6.78c5.91c5.48c5.63b4.44b4.62cMCF4.91d5.84d5.77c4.55d4.19d4.23b4.33cMCFB7.52a9.72a8.07a7.28a6.49a6.70a6.67aCK3.68e4.18e4.37d3.29f3.36e3.58d3.26eCF7.37c9.22b8.57b7.64c7.14b6.60b7.14aCFB8.45b9.26b8.68b8.29a7.53b7.17a7.17a3aM5.53d7.28d6.70c4.81e4.55d4.62c4.94cMB6.93cd8.28c6.83c6.98d6.56c6.53b6.53bMCF5.66d7.14d6.78c6.67d4.40d4.47c4.48dMCFB8.96a10.37a9.54a8.79b8.72a7.50a7.42aCK4.19f4.31f4.48d4.37d4.26f3.96f3.72eCF8.68b9.69bc8.61b8.25b7.87c8.46b7.76bcCFB8.98b10.01b9.65a9.51a9.15b8.75b8.07b7aM7.76d8.61d8.25b7.75b7.17d6.63d7.24cMB8.14bc9.36c8.54b7.89b7.60c7.32c7.28cMCF5.96e7.53e6.81c6.27c4.80e5.05e5.34dMCFB9.84a10.69a9.79a9.58a9.58a9.58a9.22a

注： 表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著性(P<0.05)

Note：Different small letters indicate significant difference atP<0.05 level in same row.

由表4可以看出，1 a復(fù)墾土壤中施肥處理與對照相比，不同粒徑團(tuán)聚體有效磷含量均有顯著提高。有機(jī)肥+化肥+菌肥處理對提高土壤有效磷含量效果最明顯，與其余施肥處理相比，土壤有效磷含量提高了19.75%～55.69%，>5.00 mm團(tuán)聚體有效磷含量提高了21.72%～54.04%。其中有機(jī)肥+化肥+菌肥處理與有機(jī)肥+化肥處理相比，土壤有效磷含量顯著提高了53.15%，不同粒徑團(tuán)聚體有效磷含量顯著提高了66.09%～54.89%。有機(jī)肥+菌肥處理與有機(jī)肥處理相比，土壤有效磷含量顯著提高了13.5%，0.25～0.50 mm、0.505.00 mm團(tuán)聚體有效磷含量提高不顯著，幅度在0.68%～6.70%?；?菌肥處理與化肥相比，土壤有效磷含量顯著提高了13.36%，2.00

為了進(jìn)一步探討復(fù)墾土壤有效磷含量(Y)與不同粒徑團(tuán)聚體有效磷含量(X)之間的關(guān)系，建立回歸方程如下：Y=-0.058+0.171X1+0.201X2+0.151X3+0.170X4+0.252X5+0.067X6，F(xiàn)=375.58**，r=0.994**

式中：X1為<0.25 mm團(tuán)聚體有效磷含量、X2為0.25～0.50 mm團(tuán)聚體有效磷含量、X3為0.505.00 mm團(tuán)聚體有效磷含量。

由回歸方程可知，不同粒徑團(tuán)聚體對土壤有效磷含量貢獻(xiàn)率由大到小為：2.005.00 mm。且>5.00 mm團(tuán)聚體的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)小于其它粒徑。這是由于隨著粒徑的增加，團(tuán)聚體通透性、土溫變幅提高，保肥性、土壤微生物活性降低，導(dǎo)致土壤有效磷含量降低。

2.3 不同肥料配施對復(fù)墾1 a、3 a、7 a玉米產(chǎn)量的影響

由圖2可以看出，不同施肥處理與對照相比玉米產(chǎn)量均有了顯著提高。其中有機(jī)肥+化肥+菌肥處理對提高1 a、3 a、7 a玉米產(chǎn)量效果最好，單施化肥處理效果最差。1 a、3 a、7 a有機(jī)肥+化肥+菌肥處理玉米產(chǎn)量分別為6 455.75、8 156.75、11 129.85 kg·hm-2，遠(yuǎn)高于單施化肥處理的4 242.06、6 218.79、8 604.95 kg·hm-2。

圖2 不同肥料配施對不同復(fù)墾年限玉米產(chǎn)量的影響Fig.2 Effect of three fertilizers on yield of corn in different years of soil subsidence

1 a、3 a、7 a有機(jī)肥+化肥+菌肥處理與有機(jī)肥+化肥處理相比玉米產(chǎn)量分別提高了37.83%、10.11%、5.79%，有機(jī)肥+菌肥處理與單施有機(jī)肥處理相比分別提高了7.21%、2.37%、5.71%，化肥+菌肥處理與單施化肥處理分別提高了5.22%、5.67%、5.36%。說明施用菌肥可以在一定程度上提高復(fù)墾土壤的玉米產(chǎn)量。這是由于菌肥可以增強(qiáng)土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性，抑制其他有害菌的生命活動(dòng)，提高有機(jī)磷各組分含量及有效性[18]。有機(jī)肥中有機(jī)質(zhì)含量較高，提高了土壤氮素的含量，同時(shí)也改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高土壤吸附交換能力[19]，對提高玉米產(chǎn)量起了重要作用。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

(1) 王會(huì)敏[20]等人研究發(fā)現(xiàn)，在林糧、林果種植模式下，2.00

(2) 本試驗(yàn)主要研究了不同肥料配施對土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分布的影響，在接下來的工作中可以增加對水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分布的研究，以更加全面的反映施肥對復(fù)墾土壤團(tuán)聚體的影響。

(3) 本試驗(yàn)由于只是選取里0～20 cm土層的有效磷含量進(jìn)行研究，不能全面反映更深土層下磷素的空間變化規(guī)律，因此在今后的試驗(yàn)中需要研究在20～40 cm以至更深的土層內(nèi)全磷和有效磷的時(shí)空變化規(guī)律。

3.2 結(jié)論

本試驗(yàn)表明不同肥料配施可以在較大程度上影響復(fù)墾土壤的團(tuán)聚體分布，提高復(fù)墾土壤、不同粒徑團(tuán)聚體有效磷含量及其玉米產(chǎn)量。其中

(1)施用有機(jī)肥+化肥+菌肥對降低不同復(fù)墾年限>5.00 mm團(tuán)聚體效果最好，降低幅度為9.65%～36.04%。同時(shí)與對照相比有機(jī)肥+化肥+菌肥處理0.25～0.50 mm、0.50

(2)施用有機(jī)肥+化肥+菌肥后復(fù)墾土壤、不同粒徑團(tuán)聚體有效磷含量及其玉米產(chǎn)量均提高最顯著，與其余施肥處理相比有機(jī)肥+化肥+菌肥處理的復(fù)墾1a、3a、7a土壤有效磷含量提高了6.04%～65.10%，<0.25 mm、0.25～0.50 mm、0.505.00 mm團(tuán)聚體有效磷含量分別提高了6.79%～66.44%、1.45%～69.18%、0.74%～82.74%、0.62%～98.18%、4.60%～89.70%、3.49%～72.66%，玉米產(chǎn)量提高了24.04～2 524.90 kg·hm-2。

(3)復(fù)墾1 a、3 a、7 a土壤施用菌肥與未施用菌肥相比，>5.00 mm團(tuán)聚體含量有了不同程度的降低，不同粒徑團(tuán)聚體的有效磷含量有了較大幅度的提高，尤以復(fù)墾1 a土壤最為突出，其在施用菌肥后，>5.00 mm團(tuán)聚體含量降低了5.98%～21.98%，土壤有效磷含量提高了13.36%～53.16%。

(4)2.005.00 mm團(tuán)聚體對土壤有效磷含量貢獻(xiàn)率最低。因此春旱季節(jié)采取鎮(zhèn)壓等方法減少大團(tuán)聚體含量有利于提高復(fù)墾土壤有效磷的含量。

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(編輯：武英耀)

Effect of soil aggregate and available phosphorus content of reclamation soil with application of three fertilizers

Wu Xin, Meng Huisheng, Li Tingliang, Hong Jianping*

(CollegeofResourcesandEnvironment,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

[Objective]This paper is to seek the best fertilizing model of reclamation soil in the collapse mining area.[Methods]Explores the effect soil aggregate and available phosphorus content of reclamation soil with application of manure fertilizer, chemical fertilizer and bacterial fertilizer, based on long-term experiment in the coal subsidence area in Xiangyuan County, Changzhi City, Shanxi Province.[Results]It showed, compared with other treatment, that the soil aggregate quantity in the size was bigger than 5.00 mm decreases sharply in the soil with application of three fertilizers, while it had considerable increase in the size of 0.25

Fertilization treatment， Reclamation， Available phosphorus， Soil particle size， Corn yield

2016-08-17

2016-10-04

武欣(1990-)，男(漢)，山西太谷人，碩士研究生，研究方向：環(huán)境科學(xué)與資源利用

*通信作者：洪堅(jiān)平，教授，博士生導(dǎo)師。Tel：0354-6288399;E-mail: hongjpsx@163.com

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31272257)；山西省自然科學(xué)基金(2014011001-4)；國家青年自然基金項(xiàng)目(41401342)資助；山西省科技重大專項(xiàng)(20121101009-04)

S154.3

A

1671-8151(2017)02-0104-06