有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)科爾沁沙地襯膜稻田沙土理化特性的影響

宋桂云，王 云，范 富，張慶國(guó)，侯迷紅，孫德智，薩如拉

(內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 內(nèi)蒙古 通遼 028042)

科爾沁沙地地處北方典型的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，是典型的生態(tài)脆弱帶，對(duì)全球變化的影響很大[1-2]。隨著人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度的增加和范圍的擴(kuò)大，造成北方地區(qū)農(nóng)牧交錯(cuò)帶逐漸北移，大面積土地利用方式的改變和地表植被覆蓋的減少，使得以風(fēng)沙活動(dòng)為主導(dǎo)外營(yíng)力的沙漠化過(guò)程得以發(fā)展[3-4]。近幾年，處于科爾沁沙地腹地的通遼市不斷探索沙地開(kāi)發(fā)的新技術(shù)、新模式，把沙地襯膜水稻開(kāi)發(fā)種植作為沙區(qū)少數(shù)民族地區(qū)保護(hù)生態(tài)環(huán)境，增加糧食產(chǎn)量，提高農(nóng)牧民收入的重要舉措[5-6]。沙地襯膜種稻不僅從根本上解決了沙害和漏水漏肥的弊端，同時(shí)又是自然資源開(kāi)發(fā)利用的新途徑，達(dá)到促進(jìn)低濕沙地集約性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的目的，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)沙地治理具有重要意義[7]。大面積的沙地開(kāi)墾為農(nóng)田后，對(duì)沙地土壤理化性質(zhì)將有重要的影響[8-9]，在科爾沁沙地荒漠化治理與改善土壤質(zhì)地方面，以往的研究多從林地和草地植被恢復(fù)角度展開(kāi)[10-12]，而防止沙地襯膜稻田土壤沙化方面的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。通過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施和采用免耕/保護(hù)性耕作，可以減少農(nóng)田土壤 CO2凈排放量，起到穩(wěn)定、增加土壤有機(jī)質(zhì)的作用。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施下農(nóng)田表土有機(jī)碳含量每年增加0.05～0.29 g·kg-1[13-15]。因此，如何在開(kāi)墾和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)，防止科爾沁沙地荒漠化擴(kuò)大，成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。本文通過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)科爾沁沙地土壤理化性質(zhì)影響的研究，為科爾沁沙地的治理、土壤地力恢復(fù)，制定和防治沙漠化政策提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

土壤樣品采自?xún)?nèi)蒙古通遼市科爾沁左翼后旗海斯改蘇木和努爾谷臺(tái)鎮(zhèn)?？茽柷咦笠砗笃斓靥帠|經(jīng)121°30′～123°42′，北緯42°40′～43°42′，位于科爾沁沙地腹地，是科爾沁沙地襯膜水稻的主要栽培地之一，有“沙稻之鄉(xiāng)”的美稱(chēng)。該旗有流動(dòng)和半流動(dòng)沙丘64.13萬(wàn)hm2，境內(nèi)有大小河流11條，地處中溫帶亞濕潤(rùn)邊緣地區(qū)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。四季明顯，春季多風(fēng)干燥，夏季炎熱多雨，秋季涼爽短促，冬季寒冷漫長(zhǎng)。年平均氣溫5.8℃，≥10℃的年積溫為2 900℃～3 400℃，無(wú)霜期為130～150 d，年平均降水量為451.1 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

1.2.1 土樣采集 試驗(yàn)土樣于2014年收獲后，取未開(kāi)墾沙地(襯膜前沙土)和有機(jī)無(wú)機(jī)肥配1年、5年、10年襯膜稻田沙土，5點(diǎn)梅花式取耕層土壤(0～20 cm)樣品1 kg左右?guī)Щ貙?shí)驗(yàn)室，保鮮或風(fēng)干處理后，分別測(cè)定沙土機(jī)械組成、全氮、全磷、全鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀和CEC等的含量。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)處理設(shè)：未開(kāi)墾沙地(襯膜前沙土)為對(duì)照(CK)，襯膜1年(A1)、5年(A2)、10年(A3)稻田沙土，其中A1、A2和A3采用有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施，施肥量及施肥方式為：氮肥折合成純氮為250 kg·hm-2，施氮模式“穩(wěn)前、攻中、優(yōu)后”(基肥∶蘗肥∶穗肥∶?；ù倭７?2.5∶3.5∶2∶2)；磷肥折合成P2O5為100 kg·hm-2，鉀肥折合成K2O為105 kg·hm-2，磷肥和鉀肥做基肥和拔節(jié)肥兩次施入，各占50%，有機(jī)肥施用量為15 000 kg·hm-2，有機(jī)肥為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民普遍用的糞肥(配料：羊糞+土雜物，其中N含量為0.48%，P2O5含量為0.51%，K2O含量為0.43%)，有機(jī)肥做基肥一次性施入，具體設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和分析方法

按常規(guī)方法分別測(cè)定土壤理化指標(biāo)：容重的測(cè)定采用環(huán)刀一質(zhì)量法；機(jī)械組成采用簡(jiǎn)易比重計(jì)法；全氮采用半微量開(kāi)氏法；全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；全鉀采用NaOH熔融-火焰光度法；銨態(tài)氮采用KCl浸提-蒸餾法；硝態(tài)氮采用酚二磺酸比色法；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀一外加熱法；速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提一鉬銻抗比色法；pH采用電位法(水∶土=5∶1)；速效鉀采用1 mol·L-1中性NH4OAc浸提一火焰光度法；CEC采用乙酸鈉一火焰光度法[16]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用Excel 2003軟件和DPS 2003軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)科爾沁沙地襯膜稻田沙土物理性質(zhì)的影響

土壤容重和孔隙度是土壤的重要物理性質(zhì)，影響到土壤孔隙大小的分配和土壤水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)[17]。由表2可知，隨著有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的時(shí)間延長(zhǎng)，沙土容重下降，與CK相比，A1、A2和A3土壤容重分別下降了0.63%、3.17%和3.80%，CK和A1與A2和A3之間差異達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)。土壤孔隙度的變化與容重相反，襯膜10年的稻田沙土孔隙度最大，達(dá)到46.64%，未開(kāi)墾沙地土壤孔隙度最小，為43.23%。與CK相比，A1、A2和A3沙土孔隙度分別增加了2.15%、4.83%和7.89%。說(shuō)明隨著有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施時(shí)間延長(zhǎng)，沙土容重減小，孔隙度增大，增強(qiáng)了土壤微生物的活動(dòng)，有利于沙土中養(yǎng)分和有機(jī)物的轉(zhuǎn)化，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的環(huán)境。另外，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)沙土pH影響不大，襯膜10年沙的pH為8.39，比CK低0.05，各處理間差異未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。

表2 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)科爾沁沙地襯膜稻田沙土容重、孔隙度和pH的影響

注：“A，B，C，D”和“a，b，c，d”代表1%和5%水平的顯著差異，下同。

Note: “A, B, C, D” and “a, b, c, d” respectively show significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, the same as the following.

2.2 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)科爾沁沙地襯膜稻田沙土機(jī)械組成的影響

根據(jù)國(guó)際制土壤質(zhì)地分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)科爾沁沙地襯膜稻田沙土各粒級(jí)土粒含量進(jìn)行了分析(表3)，結(jié)果表明，CK、A1、A2及A3處理主要由粒徑為2～0.02 mm沙粒組成，0.02～0.002 mm的粉粒和<0.002 mm的粘粒含量相對(duì)較低。和CK相比，A1、A2和A3處理沙粒(2～0.02 mm)含量分別下降了1.33%、4.53%和7.72%，各處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；粉粒(0.02～0.002 mm)的含量分別上升了4.44%、11.32%和21.53%；粘粒的含量分別增加了0.28、1.08和1.76倍，粉粒和粘粒含量各處理間差異均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。隨著粉粒和粘粒的增多，沙土養(yǎng)分含量增加，沙土保水、保肥性提高，土壤抗侵蝕能力增強(qiáng)[14]，表明沙地襯膜種稻對(duì)于防風(fēng)固沙起到一定作用。沙地增施有機(jī)肥，可以使沙土細(xì)化，在一定程度上可以改變沙土過(guò)“散”的特性。

2.3 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)科爾沁沙地襯膜稻田沙土全量養(yǎng)分的影響

土壤全氮、全磷、全鉀是土壤肥力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，含量高低對(duì)土壤供肥力的影響較大。從表4可以看出，隨著有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的時(shí)間延長(zhǎng)，襯膜稻田沙土中全氮、全磷、全鉀含量提高，且A3、A2與A1或CK之間差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，CK和A1之間差異不顯著。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施10年后，沙土中全氮、全磷、全鉀由原來(lái)的0.48、0.50 g·kg-1和7.31 g·kg-1(CK處理)增加到0.89、0.56 g·kg-1和9.35 g·kg-1(A3處理)，即和CK相比，沙土中全氮、全磷和全鉀的含量分別增加了85.42%、12.00%和27.91%。表明隨著有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的時(shí)間延長(zhǎng)，襯膜稻田沙土中全量養(yǎng)分含量增加，沙土的供肥能力增強(qiáng)。

表3 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)科爾沁沙地襯膜稻田沙土機(jī)械組成的影響

2.4 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)科爾沁沙地襯膜稻田沙土化學(xué)性質(zhì)的影響

襯膜稻田沙土有機(jī)質(zhì)A1、A2和A3含量比CK分別高0.12，2.23，4.06 g·kg-1，各處理之間達(dá)極顯著差異(P<0.01)(表5)。銨態(tài)氮A1、A2和A3含量分別比CK高0.74，1.86 mg·kg-1和3.21 mg·kg-1，各處理之間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。由于施入稻田化肥中氮素養(yǎng)分以尿素和銨態(tài)氮為主，但是襯膜稻田大部分處于干濕交替的狀態(tài)，銨態(tài)氮硝化后轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，所以襯膜稻田沙土中含有部分硝態(tài)氮。A1、A2和A3硝態(tài)氮含量分別比CK高0.25，5.11 mg·kg-1和9.21 mg·kg-1，各處理之間差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。沙地襯膜稻田沙土速效磷含量很低，各處理均低于5 mg·kg-1，屬于嚴(yán)重缺磷。隨著有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的時(shí)間延長(zhǎng)，襯膜稻田沙土中速效磷含量增加，A1、A2和A3速效磷的含量分別比CK增加了7.19%，16.34%和71.90%，各處理差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。沙地襯膜稻田A1、A2和A3處理速效鉀的含量比CK處理分別增加了2.49，8.28 mg·kg-1和16.30 mg·kg-1，各處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)(表5)。土壤陽(yáng)離子交換量是土壤供肥和保肥力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其含量高低基本代表土壤可以吸收養(yǎng)分的數(shù)量。沙土陽(yáng)離子交換量低，保水保肥性差。從表5中可以看出，隨著有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的時(shí)間延長(zhǎng)，沙土陽(yáng)離子交換量增加，A1、A2、A3處理CEC含量分別比CK高0.22、4.39和6.31 cmol(+)·kg-1，A3、A2與A1或CK處理間差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，CK和A1之間差異不顯著。隨著沙土陽(yáng)離子交換量的增加，沙土保肥性能增強(qiáng)，從而減輕沙土漏水、漏肥的特性。

表4 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)科爾沁沙地襯膜稻田沙土全氮、全磷和全鉀的影響

表5 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)科爾沁沙地襯膜稻田沙土化學(xué)特性的影響

3 討 論

沙土類(lèi)特點(diǎn)是沙粒含量多，粉粒和粘粒含量少，機(jī)械組成粗，所以沙土大孔隙多小孔隙少，總孔隙度??；養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量低，膠結(jié)物質(zhì)貧乏，養(yǎng)分吸收性弱，保水保肥能力差，通透性強(qiáng)，易漏水、漏肥。科爾沁沙地襯膜稻田通常為免耕，行間插秧，所以作物殘茬分解、農(nóng)家肥大量施入等導(dǎo)致沙土有機(jī)質(zhì)含量增加。有機(jī)質(zhì)的粘結(jié)力和粘著力都比沙土強(qiáng)，而比粘粒弱，施用有機(jī)肥可以克服沙土過(guò)沙的缺點(diǎn)；有機(jī)質(zhì)還可以改善土壤結(jié)構(gòu)狀況，使土壤松緊度、孔隙狀況、吸收性能都得到改善，從而提高土壤肥力[17-18]。另外，當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民施用的農(nóng)家肥通常為羊糞及墊圈物積制而成，而墊圈物為黏土或草木灰，所以當(dāng)農(nóng)家肥連年大量施入后，導(dǎo)致沙土中粉粒和粘粒的含量逐年增多。所以，沙地襯膜水稻的種植，在以施用無(wú)機(jī)肥為主的前提下，應(yīng)該注重有機(jī)肥的施用，這樣既能保證水稻高產(chǎn)，又提高土壤肥力，逐步將沙土改良成更好的土壤。研究中發(fā)現(xiàn)，地膜有一定的壽命，隨著種植水稻時(shí)間延長(zhǎng)，稻田保水能力明顯下降，襯膜當(dāng)年稻田積水現(xiàn)象明顯，而三年后的稻田則幾乎無(wú)水可積。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，種植沙地襯膜水稻，是改良土壤、發(fā)展旱作水澆地的重要途徑之一[19-20]。

關(guān)于襯膜種稻對(duì)沙土理化性狀的影響報(bào)道很少。吳祥云等[21]指出，固林沙地開(kāi)墾為農(nóng)田后，在一定程度和范圍內(nèi)會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量特別是速效養(yǎng)分氮含量顯著降低，土壤顆粒的粗化(沙化)，且這種趨勢(shì)隨著開(kāi)墾年限的增加而加重。趙哈林等[22]指出，通過(guò)合理的施肥和灌溉可以使科爾沁沙地農(nóng)田中速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量增加，增加土壤通透性，改善沙土性狀。劉仁濤等[23]進(jìn)一步指出，科爾沁沙地對(duì)水澆農(nóng)田實(shí)行保護(hù)性耕作和精細(xì)管理，有利于沙地土壤環(huán)境的改善和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。本研究發(fā)現(xiàn)，科爾沁沙土最初有機(jī)質(zhì)含量為3.93 g·kg-1，CEC為3.14 cmol(+)·kg-1，沙土容重為1.58 g·cm-3，孔隙度為43.23%，采用有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施10年后，有機(jī)質(zhì)和CEC含量分別比CK增加了1.03倍和2.01倍，同時(shí)沙土容重降低3.80%，孔隙度增加7.89%，沙粒含量降低了7.72%，粉粒和粘粒的含量分別增加了21.53%和1.76倍。所以采用有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施，提高了科爾沁沙地襯膜稻田沙土保水和保肥能力，有利于提高土壤質(zhì)量，減輕沙地退化，為今后沙地旱作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，與趙哈林等的研究結(jié)果一致?？傊?，沙地襯膜水稻采用有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的方式有利于科爾沁沙地的改良和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 論

本研究發(fā)現(xiàn)，隨著有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的時(shí)間延長(zhǎng)，沙土容重下降，孔隙度上升，粉粒和粘粒的含量增多，沙土物理性狀改善；同時(shí)沙土有機(jī)質(zhì)和CEC含量增加，沙土保水、保肥及緩沖能力提高，土壤肥力增強(qiáng)。沙土表層氮、磷和鉀養(yǎng)分含量提高。同時(shí)粘粒礦物含量增多。總之，沙地襯膜水稻的開(kāi)發(fā)和種植是適合于科爾沁沙地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效耕作措施，有利于沙漠化治理和沙地生態(tài)系統(tǒng)的改善。

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