不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤理化性質(zhì)和油菜產(chǎn)量的影響

馮鵬艷，梁利寶，許劍敏

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

采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤養(yǎng)分含量低下，極大地限制了作物的生長，改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤養(yǎng)分含量尤為重要。施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中補充養(yǎng)分的重要措施之一[1-2]，包括化肥和有機(jī)肥。有關(guān)施肥對作物產(chǎn)量和土壤碳氮的影響，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量研究，結(jié)果表明，施用有機(jī)肥和平衡施用化肥都能顯著提高作物產(chǎn)量、土壤有機(jī)碳含量、全氮等養(yǎng)分含量，有利于養(yǎng)分庫的恢復(fù)重建和土壤肥力質(zhì)量的提升?；蕦ν寥烙袡C(jī)質(zhì)含量的影響，主要通過根茬還田和根系分泌物來實現(xiàn)[3-6]；也有研究表明，長期施用化肥，土壤有機(jī)碳含量明顯下降[7-9]。施肥對華北地區(qū)采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量影響的研究較多，關(guān)于比較幾種不同畜禽有機(jī)肥、無機(jī)肥對復(fù)墾土壤肥力影響和作物對養(yǎng)分的吸收效果的研究較為少見。

本試驗針對采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤，研究施用無機(jī)肥和有機(jī)肥對復(fù)墾土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的影響，旨在為采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤肥力提升、作物增產(chǎn)等提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，找到有效的復(fù)墾模式。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

表1 供試土壤理化性質(zhì)

供試土壤采自山西省長治市采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤，其理化性質(zhì)列于表1。供試油菜品種為上海青。供試無機(jī)肥選用過磷酸鈣（P2O516%）、KH2PO4（P2O522%）、K2HPO4（P2O513%），有機(jī)肥選用腐熟雞糞（N 1.61%、P2O51.31%、K2O 1.37%）、腐熟兔糞（N 0.85%、P2O50.8%、K2O 0.6%）和腐熟牛糞（N 1.46%、P2O50.34%、K2O 1.10%）。

1.2 試驗設(shè)計

本研究采用室內(nèi)油菜盆栽試驗，在山西省長治市采煤塌陷區(qū)采集復(fù)墾土壤，風(fēng)干、過篩，備用，裝盆（15 cm×18 cm），每盆裝土2.5 kg。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3 種不同有機(jī)肥為：腐熟雞糞（CM）、腐熟兔糞（RM）、腐熟牛糞（BM）；3 種不同無機(jī)肥為：KH2PO4、K2HPO4、過磷酸鈣（SSP），均按照等磷量（100 mg/kg）原則施入，施肥量分別為：18.25，31.25，73.53，1.14，1.92，1.56 g/盆，另設(shè)1 個對照處理（不施肥），每個處理重復(fù)5 次，各種肥料均在播種前一次性施入。油菜在2018 年7 月15 日播種，8 月30 日成熟收獲，在油菜收獲期采集植物樣品和土壤樣品進(jìn)行分析。

1.3 測定指標(biāo)及方法

土壤pH 值采用pH 計測定；土壤有機(jī)質(zhì)采用外加熱K2Cr2O7容量法測定[10]；土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定[10]；土壤速效鉀采用NH4OAC 浸提、火焰光度法測定[10]；植物全氮和土壤全氮采用凱氏定氮法測定[10]；土壤全磷和速效磷采用鉬銻抗比色法測定[10]；土壤全鉀采用NaOH 熔融、火焰光度法測定[10]；植物全磷采用H2SO4-H2O2消煮、釩鉬黃比色法測定[10]；植物全鉀采用火焰光度計法測定[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理用Excel 2010 和SPSS 22.0 軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對復(fù)墾土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 不同施肥處理對復(fù)墾土壤堿解氮的影響從表2 可以看出，施用不同有機(jī)肥和無機(jī)肥后，復(fù)墾土壤中的堿解氮含量都有明顯提高。與CK 相比，CM、RM、BM、KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的復(fù)墾土壤堿解氮含量分別提高了75.71%，110%，164.3%，50%，40%，30%，均達(dá)到了顯著水平。各有機(jī)肥處理之間有顯著差異，表現(xiàn)為BM＞RM＞CM；有機(jī)肥比無機(jī)肥各處理的土壤堿解氮提高了35.16%～153.8%，且差異顯著；無機(jī)肥各處理之間無顯著差異。綜合表明，施用有機(jī)肥更能顯著增加復(fù)墾土壤堿解氮的含量，BM處理效果最顯著。

表2 施肥處理對復(fù)墾土壤速效養(yǎng)分含量影響 mg/kg

2.1.2 不同施肥處理對復(fù)墾土壤速效磷的影響由表2 可知，施用不同的有機(jī)肥和無機(jī)肥都可以顯著增加土壤的速效磷含量，與CK 相比，有機(jī)肥增幅為132.7%～257.4%，其中，CM 處理與CK 間未達(dá)顯著水平；無機(jī)肥增幅為113.1%～141.1%，差異顯著。有機(jī)肥中，RM處理的復(fù)墾土壤速效磷含量分別是CM 和BM 處理的1.54 倍和1.1 倍；無機(jī)肥各處理之間差異不顯著。有機(jī)肥與無機(jī)肥處理相比，有機(jī)肥中RM 和BM 處理的速效磷含量比無機(jī)肥處理增加了52.97%～67.68%，達(dá)到了顯著水平。所以，有機(jī)肥對于提高復(fù)墾土壤速效磷含量效果更顯著，其中，RM處理效果最明顯，其次是BM處理，無機(jī)肥中KH2PO4處理效果好于SSP 處理。綜合表明，有機(jī)肥效果更佳。

2.1.3 不同施肥處理對復(fù)墾土壤速效鉀的影響從表2 可以看出，施用不同有機(jī)肥和無機(jī)肥都提高了復(fù)墾土壤中速效鉀的含量。與CK 相比，SSP 處理的復(fù)墾土壤速效鉀含量沒有顯著差異，其他施肥處理的復(fù)墾土壤速效鉀含量都達(dá)到了顯著水平，表現(xiàn)為CM 處理提高了17.59%，RM 處理提高了38.79%，BM 處理提高了35.18%，K2HPO4處理提高了18.15%，K2HPO4處理提高了28.26%。有機(jī)肥中，BM和RM處理的復(fù)墾土壤速效鉀含量間無明顯差異，但均明顯高于CM處理；無機(jī)肥中，各處理之間存在顯著差異，表現(xiàn)為K2HPO4＞KH2PO4＞SSP。無機(jī)肥和有機(jī)肥相比，有機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤速效鉀含量均高于無機(jī)肥處理，其中，RM 和BM 處理與K2HPO4處理的土壤速效鉀含量差異不顯著，但均顯著高于KH2PO4和SSP 處理，CM 處理的土壤速效鉀含量顯著高于SSP 處理，與KH2PO4處理相比無顯著差異，這說明施用有機(jī)肥對提高復(fù)墾土壤速效鉀含量效果更好，其中，RM處理表現(xiàn)最明顯。

2.1.4 不同施肥處理對復(fù)墾土壤全氮、全磷、全鉀的影響 從表3 可以看出，不同施肥處理與對照相比都提高了復(fù)墾土壤的全氮含量。與CK 相比，無機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全氮含量無顯著變化，各無機(jī)肥處理之間也無顯著差異。有機(jī)肥CM、BM和RM處理的復(fù)墾土壤全氮含量顯著高于CK 25.64%～92.31%；各有機(jī)肥處理之間存在顯著差異，其中，BM比CM和RM處理的復(fù)墾土壤全氮含量分別高53.06%和44.23%，RM處理的復(fù)墾土壤全氮含量比CM處理高6.12%。無機(jī)肥和有機(jī)肥相比，有機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全氮含量均顯著高于無機(jī)肥，增幅為22.5%～87.5%，所以，提高土壤全氮含量，有機(jī)肥效果最好。

從表3 可以看出，施用有機(jī)肥和無機(jī)肥對復(fù)墾土壤全磷含量都有顯著影響，主要表現(xiàn)為：BM＞RM＞KH2PO4＞K2HPO4＞CM＞SSP＞CK。有機(jī)肥中RM 和BM 處理的復(fù)墾土壤全磷含量效果顯著，較CK 分別提高了23.21%和25.00%，較CM處理分別提高了8.96%和11.11%；CM 處理的土壤全磷含量比CK 增加了12.07%。無機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全磷含量較CK 提高了8.62%～15.52%，KH2PO4與K2HPO4處理相比無顯著差異，但二者均顯著高于SSP 處理。由此可見，有機(jī)肥對提高復(fù)墾土壤全磷含量效果高于無機(jī)肥。

從表3 還可以看出，施用不同有機(jī)肥和無機(jī)肥復(fù)墾土壤全鉀含量都明顯高于CK。有機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全鉀含量比CK 提高了14.03%～17.92%，BM處理增幅最大，各有機(jī)肥處理之間差異不顯著，有機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全鉀含量均高于各無機(jī)肥處理；無機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤全鉀含量比對照提高了10.83%～13.33%，各無機(jī)肥處理之間無顯著差異。表明了有機(jī)肥對提高復(fù)墾土壤全鉀含量效果最佳，BM處理效果最顯著。

表3 不同施肥處理對復(fù)墾土壤全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)和pH 的影響

2.1.5 不同施肥處理對復(fù)墾土壤有機(jī)質(zhì)和pH 的影響 施用有機(jī)肥可以提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量。從表3 可以看出，與CK 相比，CM、RM和BM處理的復(fù)墾土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加了38.39%，54.48%和76.60%；而無機(jī)肥處理的復(fù)墾土壤的有機(jī)質(zhì)含量都低于對照，尤其SSP 處理顯著低于對照29.8%，說明施用有機(jī)肥比無機(jī)肥土壤中有機(jī)質(zhì)積累的更多，土壤肥效更好。

從表3 可以看出，CM、RM 和BM 處理的復(fù)墾土壤pH 值與CK 相比，無明顯差異，有機(jī)肥各處理之間無顯著差異；而KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的復(fù)墾土壤pH 值比對照降低了0.9%～1.29%，各無機(jī)肥處理差異不顯著?？梢钥闯?，有機(jī)肥處理pH 值明顯高于無機(jī)肥處理。

2.2 不同施肥處理對油菜生長和產(chǎn)量的影響

2.2.1 不同施肥處理對油菜株高和產(chǎn)量的影響株高是衡量植株發(fā)育的重要指標(biāo)。從表4 可以看出，施用不同的肥料可以不同程度地提高油菜的株高。與對照相比，有機(jī)肥中BM處理的油菜株高增幅最大，達(dá)到了36.84%，差異顯著；CM和RM 處理的油菜株高分別提高了7.87%和5.23%，與對照相比差異不顯著。無機(jī)肥KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的油菜株高顯著高于CK 處理37.29%，22.45%和14.13%，均達(dá)顯著水平。有機(jī)肥和無機(jī)肥處理相比，KH2PO4處理的油菜株高與BM處理無顯著差異，但是顯著高于CM和RM處理；K2HPO4和SSP 處理的油菜株高略高于CM和RM處理，但差異不顯著，說明無機(jī)肥比有機(jī)肥更能有效促進(jìn)油菜的發(fā)育，其中，KH2PO4處理效果最好。

植物干鮮質(zhì)量能很好地反映油菜產(chǎn)量的高低。從表4 可以看出，無機(jī)肥和有機(jī)肥處理都能提高油菜產(chǎn)量，油菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量變化均表現(xiàn)為KH2PO4＞K2HPO4＞RM＞BM＞SSP＞CM＞CK。其中，RM、BM、KH2PO4和K2HPO4處理的油菜鮮質(zhì)量較CK 分別增長了188.26%，137.82%，296.70%和208.63%，油菜干質(zhì)量分別增長了142.34%，134.31%，219.7%和189.05%，均達(dá)到了顯著水平；CM 和SSP處理的油菜鮮干質(zhì)量與CK 相比未達(dá)到顯著水平。有機(jī)肥和無機(jī)肥相比，無機(jī)肥各處理油菜干質(zhì)量均高于有機(jī)肥處理；KH2PO4處理的油菜鮮質(zhì)量與RM處理相比差異不顯著，但顯著高于CM 和BM 處理132.65%和66.79%。綜合表明，無機(jī)肥對油菜產(chǎn)量的增長作用較顯著。

表4 不同施肥處理對油菜生長和產(chǎn)量的影響

2.2.2 不同施肥處理對油菜全氮、全磷、全鉀含量的影響 從表4 可以看出，施用不同的有機(jī)肥和無機(jī)肥都能不同程度的增加油菜全氮含量。CM、BM、RM、KH2PO4、K2HPO4和SSP 處理的油菜全氮含量與CK 相比均達(dá)到了顯著水平，分別提高了34.98%，96.86%，27.35%，65.92%%，107.62%和43.95%。有機(jī)肥和無機(jī)肥處理相比，無機(jī)肥處理的油菜全氮含量均高于有機(jī)肥處理，說明施用無機(jī)肥對植株全氮含量提高好于有機(jī)肥。

施用無機(jī)肥比有機(jī)肥提高植物株高、產(chǎn)量和增加植株全氮含量效果好，但是從表4 可以看出，施用不同肥料后，無機(jī)肥中SSP 處理的油菜全磷含量顯著高于CK 32.39%，KH2PO4和K2HPO4處理與CK 相比，油菜的全磷含量無顯著差異；有機(jī)肥中CM、RM和BM處理的油菜全磷含量都明顯高于對照，分別提高了28.17%，52.11%和35.21%，均達(dá)到了顯著水平。有機(jī)肥和無機(jī)肥相比，CM處理油菜全磷含量高于SSP，但差異不顯著；RM 和BM 處理的油菜全磷含量都顯著高于無機(jī)肥各處理。由此可見，有機(jī)肥對提高油菜全磷含量有顯著效果，RM處理效果最好。

由表4 可知，CM 和BM 處理的油菜全鉀含量顯著高于對照，分別提高了25.53%和34.52%；RM、KH2PO4和K2HPO4以及SSP 處理對油菜的全鉀含量均無顯著影響。有機(jī)肥與無機(jī)肥相比，BM處理的油菜全鉀含量顯著高于無機(jī)肥各處理，增幅分別為19.29%，30.21%，24.78%，其他有機(jī)肥與無機(jī)肥相比則無顯著差異，相比較而言，有機(jī)肥的效果高于無機(jī)肥。

3 討論

作物生長和產(chǎn)量受各種因素影響，平衡施化肥、有機(jī)肥，有利于協(xié)調(diào)土壤內(nèi)部養(yǎng)分，提供較高的土壤肥力，使作物增產(chǎn)。本試驗結(jié)果表明，定量平衡施入不同的肥料，促進(jìn)了植物生長，增加了油菜的產(chǎn)量，施用無機(jī)肥料對提高作物產(chǎn)量效果最好?？缀昝舻萚4]研究表明，長期施用化肥可以提高作物產(chǎn)量，但是氮肥和鉀肥效果不顯著，磷肥效果最好。本試驗研究表明，施用無機(jī)肥比有機(jī)肥更能促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量，其中，KH2PO4增產(chǎn)效果最明顯。一般有機(jī)肥的當(dāng)季增產(chǎn)效果可能不及等量養(yǎng)分含量的化肥，但是從長遠(yuǎn)來看,有機(jī)肥的增產(chǎn)效果不低于甚至超過化肥。英國洛桑試驗站BROADBALK 小麥肥料試驗表明，試驗后期施用有機(jī)肥的小麥產(chǎn)量超過了施用化肥的產(chǎn)量[11]。宇萬太等[12]研究也表明，有機(jī)肥有增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的效果，這與本試驗結(jié)果不一致，原因是本試驗是在短期內(nèi)進(jìn)行的，長期施用試驗更能表現(xiàn)效果。

土壤有機(jī)質(zhì)是研究土壤肥力和評價土壤質(zhì)量的重要指標(biāo),在培育肥力、調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)、提供作物養(yǎng)分、改善土壤結(jié)構(gòu)及減少環(huán)境負(fù)面影響等方面具有重要作用[13-15]。關(guān)于施用無機(jī)肥對土壤有機(jī)質(zhì)的影響，前人有不同的觀點。有研究表明，長期施用化肥可以導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量降低，也有研究認(rèn)為，單施化學(xué)肥料可以增加回歸土壤中的生物量，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[16]。本試驗結(jié)果表明，施用不同的無機(jī)肥，降低了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，而施用不同的有機(jī)肥則增加了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，牛糞處理最顯著，比對照提高了76.6%。這與孫福來等[17]的研究結(jié)果相似。孫薇等[18]研究發(fā)現(xiàn)，生物有機(jī)肥可改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，提高微生物碳源利用率、物種多樣性和豐富度，施入生物有機(jī)肥相比常規(guī)施肥可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)和全氮、全磷、全鉀含量，使土壤理化性質(zhì)得到改善。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用不同無機(jī)肥提高了采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤的速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀含量，而施用有機(jī)肥比無機(jī)肥對土壤養(yǎng)分含量的影響更顯著，這與孫薇等[18-19]和楊旸等[20-21]的研究結(jié)果一致，無機(jī)肥一方面被植物吸收，另一方面未被吸收的化學(xué)元素在澆水灌溉作用下直接淋失到土壤下層，在耕層難以留存[22]，所以，施用無機(jī)肥更容易損失。

汪吉東等[23]研究表明，長期連續(xù)的化肥投入也會導(dǎo)致土壤pH 值和土壤酸緩沖能力下降，而在施用化肥的基礎(chǔ)上配合施用有機(jī)肥，土壤pH 值會高于單施化肥處理。高洪軍等[24]長期施肥試驗表明，單施化肥可明顯導(dǎo)致土壤酸化，有機(jī)無機(jī)配施可防止土壤酸化。本試驗結(jié)果表明，施用無機(jī)肥降低了土壤pH 值，施用有機(jī)肥則無明顯變化，可見,有機(jī)肥對土壤保持pH 穩(wěn)定有重要的作用。

有機(jī)肥的長期施用，可增加有機(jī)質(zhì)的積累和土壤養(yǎng)分的積累，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展有重要意義，對我國華北地區(qū)采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤的土壤質(zhì)量的恢復(fù)也有重要意義，當(dāng)然這些都是建立在合理施肥的基礎(chǔ)上，對于施肥量的范圍，還要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，施用有機(jī)肥復(fù)墾土壤的堿解氮、速效磷、速效鉀和全氮、全磷、全鉀的含量高于無機(jī)肥處理。有機(jī)肥BM處理的土壤堿解氮和全氮含量比CK 分別提高了164.3%和89.74%，RM 處理的土壤速效磷、速效鉀含量分別比CK 提高了259.52%和38.79%；而無機(jī)肥KH2PO4處理的土壤堿解氮、速效磷含量較CK 分別提高了50%和141.1%，K2HPO4處理的土壤速效鉀、全鉀含量比CK 分別增加了28.26%和13.33%?？梢缘贸?，施用有機(jī)肥是提高復(fù)墾土壤養(yǎng)分含量較好的施肥方法，牛糞和兔糞效果較好。

施用有機(jī)肥復(fù)墾土壤的有機(jī)質(zhì)含量比CK 增加了38.39%～76.6%，BM 處理增幅最大，而施用無機(jī)肥復(fù)墾土壤的有機(jī)質(zhì)含量相比CK 降低了6.03%～29.8%，pH 值比CK 降低了0.9%～1.29%?？梢缘贸觯袡C(jī)肥能提高土壤肥力，牛糞效果較好。

施用有機(jī)肥和無機(jī)肥都促進(jìn)了油菜的生長和提高了油菜的產(chǎn)量。無機(jī)肥處理的油菜鮮、干質(zhì)量高于有機(jī)肥；但是無機(jī)肥對油菜吸收養(yǎng)分效果略低于有機(jī)肥。無機(jī)肥處理油菜株高比CK 提高了14.13%～37.29%，施用有機(jī)肥油菜株高比CK 提高了5.23%～36.84%。說明無機(jī)肥對作物生長有明顯的效果。

綜合比較，牛糞和兔糞對改善復(fù)墾土壤理化性質(zhì)效果最好。