沼液改良煤矸石地對(duì)櫻桃栽培地土壤性狀的影響

侯東梅 王新平 楊萍 茹慧玲

摘要 [目的]研究沼液改良煤矸石地對(duì)櫻桃栽培地土壤物理性狀、化學(xué)性狀和生物學(xué)性狀的影響。[方法]以櫻桃樹為試驗(yàn)材料，采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，研究沼液改良煤矸地對(duì)櫻桃栽培地土壤物理性狀、化學(xué)性狀的影響。[結(jié)果] 施用沼液的處理能使櫻桃樹正常生長(zhǎng)，A4 （1 200 mL/m2）沼液處理降低了土壤容重，孔隙度有所增加，脲酶活性、過氧化氫酶活性、速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、有機(jī)質(zhì)含量均顯著提高，A3（900 mL/m2）沼液處理后土壤pH下降最多。[結(jié)論] A4 （1 200 mL/m2）沼液改良煤矸地后土壤各項(xiàng)指標(biāo)均較好。

關(guān)鍵詞 沼液；煤矸石地；櫻桃；土壤性狀

中圖分類號(hào) S141.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）13-0124-03

Effect of Biogas Slurry Modified Coal Gangue on Soil Properties of Cherry Cultivation Land

HOU Dong-mei ，WANG Xin-ping，YANG Ping et al

（Shanxi Academy of Agriculture Science Pomology Institute，Taiyuan，Shanxi 030031）

Abstract [Objective] To study effect of biogas slurry modified coal gangue on soil properties of cherry cultivation land.[Method]Effects of biogas slurry on soil physical， chemical and biological properties before and after cherry cultivation under the condition of completely random design were studied with cherry tree as experimental material.[Result]Application of biogas slurry could make cherry trees grow normally.The treatment of biogas slurry （A4 1 200 mL/m2） could decrease the soil bulk density，porosity， urease activity， catalase activity，the alkaline solution nitrogen，available phosphorus，available potassium，total nitrogen and organic matter contents were significantly improved，and the soil pH was well mitigated by （A3 900 mL/m2） biogas slurry.[Couclusion]The effect of A4 （1 200 mL/m2） biogas slurry is better.

Key words Biogas slurry；Coal gangue lands；Cherry；Soil properties

煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的固體廢物，其主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（鎵、釩、鈦、鈷）。山西處于煤礦的主要出采地，大量煤矸石的存在與排放，導(dǎo)致土地性質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的破壞日趨嚴(yán)重，植被無法正常生長(zhǎng)。

沼液是人畜排泄物發(fā)酵沼氣后的殘余物質(zhì)，是一種常見的高效有機(jī)肥，除含有能滿足植物生長(zhǎng)所需的基本元素外，還含有一些豐富的有機(jī)物（如腐殖酸）。古伯賢等[1]研究表明，在設(shè)施栽培中，施入有機(jī)肥料可以降低土壤容重，提高總孔隙度，增加含水量；研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤接近于脫水狀態(tài)時(shí)，有機(jī)肥的加入可以增加其對(duì)土壤的保水性能[2-3]?？梢?，利用沼液對(duì)作物施肥能提高土壤對(duì)水分的保持性和滲透性，加強(qiáng)土壤透氣、收縮等特性。

櫻桃富含人體所需的蛋白質(zhì)、維生素及鈣、鐵、磷、鉀等元素。但由于山西環(huán)境的影響，在長(zhǎng)期大量積累煤矸石的條件下，種植植物的土壤理化性質(zhì)、生物活性受到較大影響，不僅影響了櫻桃果實(shí)品質(zhì)，也增加了其種植成本。筆者施用不同量的沼液改良煤矸地，通過測(cè)定種植櫻桃后的土壤理化性狀及生物學(xué)性狀，了解沼液對(duì)煤矸地改良方面是否存在優(yōu)越性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試土壤。試驗(yàn)用土取自山西省呂梁市孝義中陽樓街道東邊農(nóng)耕地，由于2005—2010年堆放煤矸石，導(dǎo)致土地?zé)o法耕種，2010年清除煤矸石后，于2011年添加沼液改良土壤，經(jīng)過2年的改良，2013年其土壤基本理化性質(zhì)：pH 7.65，有機(jī)質(zhì)6.78 g/kg，速效氮40.10 mg/kg，速效磷9.00 mg/kg，速效鉀178.00 mg/kg。

1.1.2 供試果樹。櫻桃品種為先鋒，購自山西省果樹研究所，3年生。

1.1.3 供試沼液。

取自孝義蘇家莊村沼氣池，容積為6 m3，產(chǎn)氣正常，試驗(yàn)用沼液在2013年8月9日出料時(shí)，先將沼液池開蓋敞口放置數(shù)天，待有害氣體揮發(fā)散盡后取沼液，其沼液的基本理化性質(zhì)：pH 8.00，全氮0.75 mg/mL，全磷0.03 mg/mL，全鉀1.09 mg/mL。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，1個(gè)對(duì)照：A0對(duì)照（CK）；A1 300 mL/m2沼液處理，A2 600 mL/m2沼液處理，A3 900 mL/m2沼液處理，A41 200 mL/m2沼液處理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤速效氮采用堿解擴(kuò)散法[4]測(cè)定；土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3法[4]測(cè)定；土壤速效鉀采用NH4OAc浸提火焰光度法[4]測(cè)定；土壤全氮采用半微量開氏法測(cè)定[4]；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法外加熱法測(cè)定[4]；pH采用1∶10的土水比酸度計(jì)法[4]測(cè)定；土壤容重采用環(huán)刀法[5]測(cè)定，土壤總孔度通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出土壤總孔度[6]；脲酶活性采用次氯酸鈉比色法[6]測(cè)定；過氧化氫酶活性采用0.1 mol/L KMnO4滴定法[6]測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同沼液處理對(duì)土壤物理性狀的影響

土壤物理性質(zhì)是判斷土壤肥力的一個(gè)重要因子，也是土壤疏松與否的重要指標(biāo)。容重大小反映了土壤基本物理性狀；孔隙狀況影響土壤中水、氣含量，也影響土壤對(duì)養(yǎng)分的利用效率和保肥供肥能力，還影響土壤的溫度變化，因此，土壤疏松與否、孔隙狀況如何直接影響土壤肥力[7]。

由圖1、2可知，施沼液的處理土壤容重均有所下降，總孔隙度提高，說明增施沼液可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤疏松度。A2、A3處理分別比A0容重降低0.106、0.232 g/cm3，A1、A4處理比A0總孔隙度分別提高0.35%、1.87%，這與張繼宏等[8]研究結(jié)果一致。說明沼液含有大量的微生物，微生物分解土壤中的有機(jī)物產(chǎn)生多糖膠、脂肪、蠟等物質(zhì)能起到膠結(jié)作用，達(dá)到改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、提高土壤物理性能的目的[9]。

2.2 不同沼液處理對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響

2.2.1 不同沼液處理對(duì)土壤pH的影響。

土壤酸堿性直接影響植物對(duì)養(yǎng)分元素的釋放、固定和遷移[10]。偏低的pH影響根系細(xì)胞的分裂和根的呼吸作用，并影響某些酶的功能，增加細(xì)胞壁硬度，影響作物對(duì)鈣、鎂、磷的吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)和利用[11]。由圖3可知，施用沼液后，土壤pH呈降低趨勢(shì)，與A0相比，pH下降了0.26%～0.52%，A3處理pH下降最多，這與Bevacqua等[12]結(jié)果一致，其原因可能是施入沼液提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，在一定程度上緩沖了土壤的酸堿度。

2.2.2 不同沼液處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響。

土壤有機(jī)質(zhì)中含有植物所需95%以上的氮、磷、硫等元素，能提高土壤對(duì)水分的保持能力和肥料的供應(yīng)能力、加快土層的熟化度、協(xié)調(diào)水肥氣熱[13]。

從表1可以看出，隨著沼液施用量的增加其有機(jī)質(zhì)含量呈先下降后升高的趨勢(shì)，有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為A4、A3、A1、A2、A0，在各處理中，以A4處理增加最多，比A0增加了35.64%，顯著高于其他處理，這與張恩平等[13]、程艷麗等[14]研究結(jié)果一致。隨著沼液施用量的增加其全氮含量呈升高趨勢(shì)，A4處理顯著高于其他處理，比A0增加了537.50%。

2.2.3 不同沼液處理對(duì)速效養(yǎng)分含量的影響。

由表2可知，經(jīng)沼液改良后土壤中速效磷含量均升高?？赡苁怯捎谡右捍偈雇寥乐形⑸飳⑦@些養(yǎng)分代謝分解轉(zhuǎn)化，增加了磷的有效性，速效磷含量由高到低依次為A4、A1、A3、A2、A0，其中A4沼液處理的速效磷、速效鉀、速效氮含量均最高，分別比對(duì)照增加了51.06%、55.81%、44.54%，這與李軼等[15]研究結(jié)果一致。

2.3 不同沼液處理對(duì)土壤生物學(xué)性狀的影響

2.3.1 不同沼液處理對(duì)土壤脲酶活性的影響。

脲酶能促進(jìn)尿素的水解，較大程度上影響尿素的轉(zhuǎn)化能力，研究脲酶活性還能進(jìn)一步揭示土壤氮素的轉(zhuǎn)化進(jìn)程。由圖4可知，各處理土壤脲酶活性由高到低依次為A4、A3、A1、A2、A0。由此可知，施用沼液處理能提高土壤脲酶活性，且以A4和A3處理較佳，分別比對(duì)照高5.82%和4.98%。

2.3.2 不同沼液處理對(duì)土壤過氧化氫酶活性的影響。

過氧化氫酶能催化分解土壤中對(duì)植物細(xì)胞有害的過氧化氫等物質(zhì)，起到抗氧化作用，在一定程度上反映了土壤生物化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度和土壤氧化程度。

由圖5可知，各沼液處理改良煤矸石土壤后，過氧化氫酶活性由高到低依次為A4、A1、A3、A0、A2，其中A4處理的土壤改良效果最顯著，比對(duì)照提高了1039%。

3 結(jié)論與討論

該研究通過比較不同沼液量對(duì)煤矸石土地土壤特性的改良，結(jié)果表明，A4處理對(duì)土壤容重、總孔隙度改變效果最佳，但對(duì)于土壤pH的調(diào)節(jié)，以A3處理最佳。對(duì)于速效氮、速效磷、速效鉀及全氮、有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)以A4最佳。

經(jīng)沼液處理改良煤矸石土壤后，土壤中的脲酶、過氧化氫酶活性均有所提高，以A4處理最為顯著。速效氮含量比對(duì)照增加了44.54%，速效磷含量比對(duì)照增加了51.06%，速效鉀含量比對(duì)照增加了55.81%。其原因：一方面是沼液刺激了土壤微生物，另一方面改善了土壤的理化性質(zhì)，為生物創(chuàng)造了良好的生存條件，而這些生物的存在又通過自身代謝提供了植物所需的各種酶類，其良性循環(huán)改善了土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而保護(hù)了土壤中的酶[16]。施用沼液顯著改善了煤矸地的土壤性能，且以1 200 mL/m2處理效果最佳，能使櫻桃更好地適應(yīng)土壤環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1] 古伯賢，趙哲權(quán)，王澤文，等.有機(jī)物料對(duì)鹽化潮土土壤有機(jī)質(zhì)品質(zhì)和產(chǎn)量影響的研究[J].土壤通報(bào)，1992，23（1）：28-30.

[2] 馬成澤.有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤幾項(xiàng)物理性質(zhì)的影響[J].土壤通報(bào)，1994，25（2）：65-67.

[3] 方兆登，張益農(nóng)，王雪根，等.有機(jī)物料對(duì)高產(chǎn)稻區(qū)土壤肥力影響的研究[J].科技通報(bào)，1992，8（5）：309-312.

[4] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[5] 中國土壤學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)化學(xué)專業(yè)委員會(huì).土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法[M].北京：科學(xué)出版社，1983.

[6] 關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996.

[7] 林成谷.土壤學(xué)[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1983.

[8] 張繼宏，顏麗，竇森.農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的土壤培肥研究[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，1995：20-25.

[9] 趙曉艷.不同生物有機(jī)肥應(yīng)用效果及機(jī)理的比較研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003：16-17.

[10] 張玉先，余國鋒，王艷杰，等.不同培肥方式對(duì)黑土肥力持續(xù)效應(yīng)影響的研究Ⅰ.土壤氮素持續(xù)效應(yīng)[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，13（1）：12-16.

[11] 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所.中國肥料[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[12] BEVACQUA R F，MELLANO V J.Cumulative effects of sludge compost on crop yields and soil properties[J].Commun Soil Sci Plant Anal，1994，25（3/4）：395-406.

[13] 張恩平，張淑紅，李天來，等.有機(jī)肥與無機(jī)肥配施對(duì)菜田土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量的影響[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001（2）：5-7.

[14] 程艷麗，鄒德乙，王春枝，等.棕壤肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中有機(jī)肥的后效研究[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001（3）：26-27.

[15] 李軼，張玉龍，宋春萍，等.施用沼肥對(duì)保護(hù)地蔬菜栽培土壤理化性質(zhì)的影響[J].中國沼氣，2006，24（4）：17-20.

[16] 關(guān)松蔭.土壤酶活性影響因子的研究Ⅰ.有機(jī)肥料對(duì)土壤中酶活性及氮磷轉(zhuǎn)化的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，1989，26（1）：72-77.