砒砂巖與沙復(fù)配土壤理化性狀及作物產(chǎn)量研究

胡 雅

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；3.國(guó)土資源部退化及未利用土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075）

毛烏素沙地是我國(guó)四大沙地之一，其境內(nèi)分布有大面積砒砂巖，是毛烏素沙地一種重要的伴生巖[1]。砒砂巖無(wú)水堅(jiān)硬如石，遇水則松軟如泥，十分容易風(fēng)化，侵蝕嚴(yán)重[2]，風(fēng)沙土具有較好的透水性，但保水持水性差，這兩者被稱(chēng)為當(dāng)?shù)氐摹皟珊Α?。目前有學(xué)者利用植物治理、工程治理、綜合治理等手段對(duì)砒砂巖區(qū)進(jìn)行了綜合改造與嘗試，在試圖采用客土法改良土壤的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)周邊黃土資源稀少，遠(yuǎn)程運(yùn)輸成本高[3]，而風(fēng)沙土在毛烏素沙地中遍地存在，利用風(fēng)沙土與砒砂巖物理構(gòu)成的互補(bǔ)性，將其復(fù)配形成新的土壤，即文中所述“復(fù)配土”。復(fù)配土成為毛烏素沙地土地整理的新模式，對(duì)減輕該地區(qū)水土流失和沙漠化問(wèn)題具有重要意義[1]。

復(fù)配土能夠有效增加耕地面積，從2009年至今已有多名學(xué)者對(duì)其進(jìn)行的不同方向的研究，但對(duì)不同配比下復(fù)配土壤的物理、化學(xué)性狀及作物產(chǎn)量沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比分析，因此，本文基于前人的研究成果，對(duì)近年來(lái)砒砂巖與沙復(fù)配土壤種植小區(qū)中復(fù)配土的物理、化學(xué)性狀及作物產(chǎn)量進(jìn)行整理分析，以期尋求適合作物生長(zhǎng)的最優(yōu)復(fù)配比，為進(jìn)一步研究砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)提供參考，促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的推廣與沙區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)3種處理，即砒砂巖與沙混合體積比例分別為1:1、1:2、1:5，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共9個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，單個(gè)試驗(yàn)小區(qū)而積為2m×2m = 4m，試驗(yàn)小區(qū)采取自南向北“一”字型布設(shè)。每個(gè)小區(qū)距地表30 cm以上為砒砂巖與沙混合物，30～70cm土層完全用沙充填，試驗(yàn)用沙和砒砂巖均采集于榆林榆陽(yáng)區(qū)小紀(jì)汗鄉(xiāng)大紀(jì)汗村。供試玉米品種為“戶單4號(hào)”，小麥品種為“小堰22”，大豆品種為“秦豆n號(hào)”，馬鈴薯品種為“夏波蒂”。灌溉及施肥方式按當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行管理。

1.3 樣品測(cè)定

土壤質(zhì)地采用吸管法[4]；環(huán)刀法測(cè)定容重及飽和導(dǎo)水率；Elliott濕篩法水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量；田間持水量、萎蔫系數(shù)、有效持水量及毛管孔隙度通過(guò)水分特征曲線獲得；玻璃電極法測(cè)定pH值；重量法測(cè)定全鹽量；全氮自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀測(cè)定全氮含量；鉑銻抗比色法測(cè)定有效磷含量；火焰光度法測(cè)定速效鉀含量；重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量；產(chǎn)量測(cè)定在作物收獲時(shí)稱(chēng)重測(cè)其實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010及Origin對(duì)數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配比物理性質(zhì)分析

表1為復(fù)配土質(zhì)地及容重，由表可以看出隨著砒砂巖含量的減少，3種復(fù)配土的質(zhì)地由砂壤土變化為壤砂土。砂粒含量隨摻沙量的增加而增加，分別為68.46%、76.69%、82.4%，粉粒含量和黏粒含量隨摻沙量的增加而減少。1:1復(fù)配比例下粉粒含量高達(dá)24.02%，粉粒較多時(shí)土壤蒸散作用大，對(duì)土壤蓄水、導(dǎo)水與保水功能有減弱作用，不利于作物生長(zhǎng)。1:1復(fù)配土容重較1:2和1:5復(fù)配土大，且差異顯著，1:2和1:5復(fù)配土容重差異不大。土壤容重小說(shuō)明土壤疏松，孔隙多，容重大說(shuō)明土壤緊實(shí)，結(jié)構(gòu)性差，孔隙少[5]。1:1復(fù)配土容重較大，即可能對(duì)土壤多孔性影響較大，作物根系生長(zhǎng)和生物量累積與1:2和1:5復(fù)配土易受到限制。

表1 復(fù)配土質(zhì)地及容重

表2為復(fù)配土水分參數(shù)，由表可以看出，不同配比的砒砂巖與沙復(fù)配土壤持水和保水能力有較大差異，隨著砒砂巖占比的減少，復(fù)配土壤持水能力減弱，田間持水量、萎蔫系數(shù)及有效持水量均減小。1:5和1:2復(fù)配土較1:1復(fù)配土田間持水量分別降低35%和15%，萎蔫系數(shù)分別降低50%和22%，有效持水量分別降低16%和6%，有效持水量變化幅度最小。說(shuō)明向風(fēng)沙土中添加一定量的砒砂巖能夠增加復(fù)配土持水能力，達(dá)到天旱地不旱的效果，進(jìn)而為作物正常生長(zhǎng)提供必要的水分支持[6]。

表2 復(fù)配土水分參數(shù)

土壤團(tuán)聚體影響土壤孔隙性、持水性、通透性及抗蝕性，能夠反映土壤質(zhì)量演變歷程，通過(guò)濕篩法得到的水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量和分布能較好反映土壤的這些性質(zhì)。圖1為不同比例復(fù)配土水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布狀況，由圖可以看出復(fù)配土砒砂巖與沙的比例對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量有明顯影響。土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體是＞0.25mm粒級(jí)的團(tuán)聚體，其數(shù)量與土壤肥力狀況呈正相關(guān)，1:1、1:2和1:5復(fù)配土中＞0.25mm粒級(jí)的團(tuán)聚體分別占20.5%、33.3%、32.1%，1:2復(fù)配土中＞0.25mm粒級(jí)的團(tuán)聚體最多，0.25～0.5mm團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)占＞0.25mm粒級(jí)的團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的42.9%～62.9%，說(shuō)明＞0.25mm的團(tuán)聚體主要集中在0.25～0.5mm粒級(jí)。復(fù)配土中大粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越強(qiáng)，1:2復(fù)配土水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布狀況較其它2個(gè)處理優(yōu)異。

2.2 不同配比土壤化學(xué)性狀

砒砂巖與風(fēng)沙土本身養(yǎng)分含量很低，對(duì)種植一年后的復(fù)配土壤養(yǎng)分進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表3所示，由表可以看出，不同比例復(fù)配土pH平均值8.36，各處理間無(wú)顯著性差異。1:5復(fù)配土較1:1和1:2復(fù)配土全鹽含量高0.15g/kg，1:1和1:2復(fù)配土之間無(wú)顯著差異。復(fù)配土壤中隨著砒砂巖含量的減少全氮含量呈增加趨勢(shì)，受砒砂巖與風(fēng)沙土自身養(yǎng)全氮含量低的影響，即使種植過(guò)程施用氮肥，但作物吸收利用后殘留在土壤中的氮素是很少的，所以3種比例復(fù)配土全氮含量在土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中均很低。有效磷含量由高到低依次為1:5、1:1、1:2復(fù)配土，復(fù)配土有效磷含量在土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中為2級(jí)，磷含量高的原因可能是復(fù)配土壤固磷因子較少，而磷肥又易吸收固定，磷素除了被作物吸收利用外其余部分殘留在土壤中成為有效磷[3]。復(fù)配土中速效鉀含量1:1最高，1:2最低，3種比例復(fù)配土速效鉀含量在土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中均很低，這可能是由于復(fù)配土所用土壤非黃土母質(zhì)，土壤本身鉀含量少，且大量鉀元素被作物吸收利用。1:2復(fù)配土中土壤有機(jī)質(zhì)含量在3種復(fù)配土中最高，1:5復(fù)配土次之，1:1復(fù)配土有機(jī)質(zhì)含量最低，說(shuō)明1:2復(fù)配土作物生長(zhǎng)后的植物殘?bào)w和根系分泌物較多，這對(duì)土壤養(yǎng)分的存儲(chǔ)有正面作用。綜合土壤養(yǎng)分含量來(lái)看，1:2復(fù)配土中養(yǎng)分含量較高且均衡，1:5復(fù)配土次之，1:1復(fù)配土養(yǎng)分含量較差。

圖1 不同比例復(fù)配土水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布狀況

表3 復(fù)配土養(yǎng)分含量

2.3 不同配比土壤作物產(chǎn)量

總體上，復(fù)配土比例為1:2和1:5時(shí)作物產(chǎn)量較高，1:1時(shí)產(chǎn)量較低。不同作物對(duì)土壤的適應(yīng)性不同，因此不能根據(jù)某一種作物產(chǎn)量的高低來(lái)評(píng)定哪一種復(fù)配土壤比例最優(yōu)。不同作物在不同復(fù)配土比例下作物產(chǎn)量如圖2所示。種植玉米時(shí)，1:2復(fù)配土產(chǎn)量最高，為8750kg/hm2，1:1復(fù)配土產(chǎn)量最低，為7500kg/hm2，說(shuō)明玉米品種更適宜種植在1:2復(fù)配土上。種植小麥時(shí)，1:2復(fù)配土產(chǎn)量最高，為6690kg/hm2，1:1復(fù)配土產(chǎn)量最低，為5760kg/hm2，說(shuō)明小麥品種更適宜種植在1:2復(fù)配土上。種植大豆時(shí)，1:2復(fù)配土產(chǎn)量最高，為4600kg/hm2，1:1復(fù)配土產(chǎn)量最低，為2880kg/hm2，說(shuō)明大豆品種更適宜種植在1:2復(fù)配土上。種植馬鈴薯時(shí)，1:5復(fù)配土產(chǎn)量最高，為35240kg/hm2，1:1復(fù)配土產(chǎn)量最低，為25110kg/hm2，說(shuō)明馬鈴薯更適宜種植在1:5復(fù)配土上。由此也可以說(shuō)明作物產(chǎn)量受作物種類(lèi)影響明顯，受復(fù)配土壤混合比例影響不明顯。

3 結(jié)論

隨著砒砂巖含量的減少，質(zhì)地由砂壤土變化為壤砂土，且1:2復(fù)配土容重小，土壤疏松，孔隙多；隨著砒砂巖占比的減少，復(fù)配土壤持水能力減弱，在風(fēng)沙土中添加一定量的砒砂巖能夠增加復(fù)配土持水能力；1:2復(fù)配土水穩(wěn)性團(tuán)聚體中大粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，其土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)。

不同比例復(fù)配土pH平均值8.36，種植1a后復(fù)配土中有效磷含量高，全氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量低。1:2復(fù)配土中養(yǎng)分含量較高且均衡，1:5復(fù)配土次之，1:1復(fù)配土養(yǎng)分含量較差。

作物產(chǎn)量受作物種類(lèi)影響明顯，受復(fù)配土壤混合比例影響不明顯。1:2復(fù)配土適合種植玉米、小麥、大豆這3個(gè)品種，1:5復(fù)配土更適宜種植馬鈴薯；復(fù)配土比例為1:2和1:5時(shí)作物產(chǎn)量較高，1:1時(shí)產(chǎn)量較低。

圖2 不同配比復(fù)配土種植后作物產(chǎn)量