不同有機(jī)物料添加對(duì)砒砂巖與沙復(fù)配土碳氮含量的影響

摘? 要：砒砂巖與風(fēng)沙土作為毛烏素沙地兩種利用率低且危害嚴(yán)重的兩種自然資源，在實(shí)現(xiàn)國家“耕地占補(bǔ)平衡”戰(zhàn)略和區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長方面具有巨大的潛在價(jià)值。因此，本研究依托砒砂巖與沙復(fù)配土長期施肥定位試驗(yàn)，選擇單施化肥（CK）、施用秸稈（C1）、施用微生物菌劑（C2）、施用有機(jī)肥（C3）和施用油渣（C4）共5個(gè)處理進(jìn)行碳氮含量的垂直分布特征研究。結(jié)果表明，CK和C3處理在土層深度為40cm時(shí)有機(jī)碳含量最低，C4處理在土層深度為50cm時(shí)有機(jī)碳含量最低，均表現(xiàn)為先減小后增加的變化趨勢(shì)。C1和C2處理的有機(jī)碳含量則隨著土層的加深呈先增加后減小再增加的線性遞增趨勢(shì)。0-20cm和20-60cm分別以C3和C1處理的有機(jī)碳含量較高。不同處理的全氮含量則隨著土層的增加變化各異，但整體呈現(xiàn)為線性遞減的變化趨勢(shì)，0-20cm以C3處理的全氮含量最高，20-60cm施有機(jī)物料處理的全氮含量均低于CK處理。綜上，施用有機(jī)肥可促進(jìn)0-20cm表層土壤有機(jī)碳和全氮的積累。

關(guān)鍵詞：砒砂巖;風(fēng)沙土;有機(jī)物料;有機(jī)碳;全氮

中圖分類號(hào)：S153.6? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）29-0020-03

Abstract： Both soft rock and aeolian sandy soils， as two kinds of natural resources with low utilization rate and serious harm， are of great potential value in realizing the national "cultivated land occupation and balance" strategy and regional economic growth. Therefore， based on the long-term fertilization location test of soft rock and sand mixed soil， the vertical distribution characteristics of carbon and nitrogen content were studied using five treatments： single application of chemical fertilizer （CK）， straw （C1）， microbial agent （C2）， organic fertilizer （C3） and oil residue （C4）. The results showed that the CK and C3 treatments had the lowest organic carbon content when the soil depth was 40 cm， and the C4 treatment had the lowest organic carbon content when the soil depth was 50 cm， which showed a trend of decreasing first and then increasing. The organic carbon content of C1 and C2 treatment increased first， then decreased and then increased linearly with the deepening of the soil layer. The organic carbon content of 0-20 cm and 20-60 cm treated with C3 and C1 was higher， respectively. The total nitrogen content of different treatments varied with the increase of soil layer， but showed a linear decreasing trend. The total nitrogen content of 0-20 cm treated with C3 was the highest， while that of 20-60 cm treated with organic materials was lower than that of CK. In summary， the application of organic fertilizer can promote the accumulation of organic carbon and total nitrogen in the surface soil of 0-20 cm.

Keywords： soft rock; aeolian sandy soil; organic materials; organic carbon; total nitrogen

在我國陜晉蒙等干旱半干旱地區(qū)，砒砂巖風(fēng)化物（砒砂巖）與風(fēng)沙土（沙）作為該地重要的兩種土壤資源，水土流失嚴(yán)重且質(zhì)地松散，養(yǎng)分含量低且結(jié)構(gòu)性差，中外專家稱之為“地球環(huán)境癌癥”，可見砒砂巖與沙所處區(qū)域的地理危害決定了該區(qū)域生態(tài)恢復(fù)的緊迫性和艱難度[1-3]。有研究報(bào)道，該地未利用土地占全省未利用土地總面積的50%左右，其中沙荒地面積占該區(qū)域未利用土地總面積的90%左右，可見沙荒地分布面積廣，具有較大的開發(fā)潛力，但是其肥力低下，提高這部分土地的養(yǎng)分含量對(duì)該地生態(tài)環(huán)境的改善和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4，5]。該地黃土資源缺乏，利用客土法對(duì)沙荒地進(jìn)行改良需耗費(fèi)大量的人力物力，且經(jīng)濟(jì)效益較差無法大面積推廣。對(duì)于砒砂巖，其粘粒和細(xì)粉粒含量較高，成分主要為穩(wěn)定的二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵，它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過了89%，除此之外還含有不穩(wěn)定的氧化鈉、氧化鉀和氧化鈣等成分，其理化性質(zhì)決定了它具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，易風(fēng)化，顆粒間膠結(jié)程度低，滲透性能差等特點(diǎn)[6-8]。而沙土的顆粒組成質(zhì)地均一，結(jié)構(gòu)疏松，水分在土層空間內(nèi)的分布較為均勻，一旦水分補(bǔ)給減少，蒸散增加，就會(huì)出現(xiàn)整體性缺水[9，10]。鑒于此，韓霽昌等人[2，9]根據(jù)砒砂巖和沙等兩種材料的性質(zhì)，就地取材，將兩者按照一定比例進(jìn)行混合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)配比介于1：5-1：1（砒砂巖：沙）之間可促進(jìn)作物的良好生長，其中1：2適合玉米生長，此技術(shù)可大面積推廣，可實(shí)現(xiàn)砒砂巖的資源化利用。

目前砒砂巖與沙復(fù)配土仍處于培肥固碳階段，有研究認(rèn)為有機(jī)碳作為土壤中微生物、土壤礦物質(zhì)和土壤酶的有機(jī)載體，有機(jī)碳含量的高低與土壤空間結(jié)構(gòu)、通透性和孔隙度密切相關(guān)，增加有機(jī)碳含量可顯著增強(qiáng)土壤的持水能力和緩沖作用[11]，因此提高土壤中的有機(jī)碳含量是沙荒地改良與修復(fù)過程中重要的環(huán)節(jié)。因此，本文進(jìn)一步研究不同有機(jī)物料添加對(duì)砒砂巖與沙復(fù)配土碳氮含量的影響，以期為我國的沙漠化土壤生物防治技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)，為新型土體有機(jī)重構(gòu)技術(shù)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

砒砂巖與沙復(fù)配土長期施肥定位試驗(yàn)位于陜西富平中試基地（108°57′-109°26′E，34°42′-35°06′N），該地處于鄂爾多斯地臺(tái)南邊緣與渭河地塹北邊緣的斜坡地帶，地質(zhì)構(gòu)造以祁連、呂梁、賀蘭山字型前弧東翼南段的成份為主，北西向斷裂次之。西北高而東南低，中部起伏不平，受石川河、趙氏河、順陽河、溫泉河的切割形成原間洼地和川原相間地形。海拔處于376-439m，暖溫帶大陸性氣候，年均日照時(shí)數(shù)約2389.6h，年平均降水量為527.2mm，年平均氣溫為13.1℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小區(qū)試驗(yàn)為模擬毛烏素沙地砒砂巖與沙混合層的土地狀況，試驗(yàn)小區(qū)在0-30cm鋪設(shè)砒砂巖與沙的混合物質(zhì)，30-70cm填充風(fēng)沙土。砒砂巖和沙均取自榆林榆陽區(qū)小紀(jì)汗鄉(xiāng)大紀(jì)汗村。選取2009年整治的復(fù)配比為1：2（砒砂巖：沙）的5個(gè)試驗(yàn)處理（CK，單施化肥;C1，添加秸稈;C2，添加微生物菌劑;C3，添加有機(jī)肥;C4，添加油渣）。每個(gè)處理重復(fù)3次，共15個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積為2m×2m=4m2，根據(jù)小區(qū)立地條件，考慮光照、微地形等因素的均一性，試驗(yàn)小區(qū)采取自南向北“一”字型布設(shè)。試驗(yàn)田為玉米（金誠508）-小麥（小偃22）一年兩熟輪作，全部采用人工播種。試驗(yàn)田的供試化肥類型為尿素、磷酸二銨、硫酸鉀，施肥量為每年施化肥N255kg·hm-2、P2O5180kg·hm-2、K2O90kg·hm-2。秸稈使用量為90kg·hm-2，微生物菌劑施用量為2.5kg·hm-2，有機(jī)肥（豬糞）施用量為100kg·hm-2，油渣（菜籽油渣）施用量為15kg·hm-2。

1.3 土壤樣品采集

小麥于每年5月底6月初收貨，小麥?zhǔn)肇浐竺總€(gè)試驗(yàn)小區(qū)間隔10cm采集0-60cm土層的土壤樣品，每個(gè)小區(qū)采用五點(diǎn)法進(jìn)行采樣。五點(diǎn)組成一個(gè)混合樣，然后在實(shí)驗(yàn)室過2mm篩，去除土壤中的動(dòng)、植物殘?bào)w，之后經(jīng)自然風(fēng)干研磨過0.25mm篩，用于土壤有機(jī)碳和全氮的測定。

1.4 測定方法

土壤有機(jī)碳采用TOC分析儀進(jìn)行測定（MultiN/C3100，德國耶拿），全氮采用元素分析儀（EA3000，意大利歐維特）進(jìn)行測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)采用EXCEL2019進(jìn)行分類整理并繪制圖表，采用SPSS19.0進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)配土有機(jī)碳含量

CK處理、C3處理和C4處理的有機(jī)碳含量隨著土層的加深表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律（圖1）。0-40cm土層土壤有機(jī)碳含量逐漸降低，而40-60cm土層有機(jī)碳含量又逐漸增大。C1處理和C2處理的有機(jī)碳含量則隨著土層的加深出現(xiàn)先增加后降低再增加的變化趨勢(shì)，其中C1處理在40-50cm土層開始降低，繼而增加，而C2處理則是在30-50cm土層間均出現(xiàn)下降，之后又開始增加。在0-10cm土層與CK處理的有機(jī)碳含量相比，C3處理顯著增加了43.39%，其他處理則有所降低，表現(xiàn)為C3>CK>C4>C1>C2的變化趨勢(shì)。在10-20cm土層依然以C3處理的有機(jī)碳含量最大，C2最小，具體表現(xiàn)為C3>C4>C1>CK>C2的變化趨勢(shì)，其中C1、C3和C4處理的有機(jī)碳含量較CK處理分別增加了1.52%、31.00%和4.86%，說明施用有機(jī)肥可以促進(jìn)表層（0-20cm）土壤有機(jī)碳的積累。在20-30cm土層，有機(jī)碳含量表現(xiàn)為C1>C2>C3>CK>C4的變化趨勢(shì)，其中C1、C2和C3處理的有機(jī)碳含量較CK處理分別增加了60.00%、32.67%和6.00%。在30-40cm土層，有機(jī)碳含量表現(xiàn)為C1>CK>C2>C4>C3的變化趨勢(shì)，其中C1處理的有機(jī)碳含量較CK處理增加了86.41%。在40-50cm土層，有機(jī)碳含量表現(xiàn)為C1>CK>C2>C3>C4的變化趨勢(shì)，其中C1處理的有機(jī)碳含量較CK處理增加了3.54%。在50-60cm土層，有機(jī)碳含量表現(xiàn)為CK>C1>C2>C4>C3的變化趨勢(shì)，其中C1、C2、C3和C4處理的有機(jī)碳含量較CK處理分別降低了3.18%、37.20%、54.21%和53.27%。綜上說明，隨著土層的加深，在20-50cm土層以C1處理（施用秸稈）的效果最好。有機(jī)物料的添加可能改善了土壤理化性質(zhì)，使土壤空隙變得均勻，通氣透水性增強(qiáng)[12]，因此50cm以下隨著灌溉和水分運(yùn)移等原因，土壤有機(jī)碳含量均低于CK處理。

2.2 復(fù)配土全氮含量

CK和C2處理的全氮含量隨著土層的加深在10-20 cm時(shí)表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，之后又逐漸遞減;C1和C3處理的全氮含量隨著土層的加深在0-50cm時(shí)表現(xiàn)為遞減的變化趨勢(shì)，而在50-60cm土層開始增加;C4處理的全氮含量在0-60cm土層呈逐漸降低的變化趨勢(shì)（圖2）。在0-10cm土層，CK處理的全氮含量最低，C1、C2、C3和C4處理的全氮含量較CK處理分別增加了66.67%、3.50%、107.81%和94.27%，表現(xiàn)為C3>C4>C1>C2>CK的變化趨勢(shì)。在10-20cm土層依然以C3處理的全氮含量最大，具體表現(xiàn)為C3>C1>CK>C2>C4的變化趨勢(shì)，其中C1和C3的全氮含量較CK處理分別增加了1.34%和16.78%。在20-30cm土層，全氮含量表現(xiàn)為CK>C3>C2>C1>C4的變化趨勢(shì)，其中C1、C2、C3和C4處理的全氮含量較CK處理分別降低了38.61%、29.79%、27.24%和67.57%。在30-40cm土層，全氮含量表現(xiàn)為CK>C1>C3>C2>C4的變化趨勢(shì)，其中C1、C2、C3和C4處理的全氮含量較CK處理分別降低了50.96%、56.76%、55.21%和59.85%。在40-50cm土層，全氮含量表現(xiàn)為CK>C2>C4>C3>C1的變化趨勢(shì)，其中C1、C2、C3和C4處理的全氮含量較CK處理分別降低了38.79%、15.52%、34.05%和21.98%。在50-60cm土層，全氮含量表現(xiàn)為CK>C1>C3>C2>C4的變化趨勢(shì)，其中C1、C2、C3和C4處理的全氮含量較CK處理分別降低了2.92%、8.78%、5.85%和17.56%。綜上說明，隨著土層的加深，C4處理（施用油渣）的效果較差，施用有機(jī)肥可以促進(jìn)表層（0-20cm）土壤全氮的積累。

3 結(jié)論

CK、C3和C4處理的有機(jī)碳含量隨著土層的加深表現(xiàn)出先減少后增加的變化趨勢(shì)，而CK處理的全氮含量與有機(jī)碳變化趨勢(shì)相反，C3處理的全氮與有機(jī)碳變化趨勢(shì)一致，C4處理的全氮呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢(shì)。C1和C2處理的有機(jī)碳表現(xiàn)為先增加后降低再增加的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。C1處理的全氮表現(xiàn)為先降低后增加的趨勢(shì)，與C2處理的全氮變化規(guī)律相反。施用有機(jī)肥可以促進(jìn)表層（0-20cm）土壤有機(jī)碳和全氮的積累，20-50cm土層以施用秸稈對(duì)有機(jī)碳的效果最好。

參考文獻(xiàn)：

[1]李娟，吳林川，李玲.砒砂巖與沙復(fù)配土的水土保持效應(yīng)研究[J].西部大開發(fā)（土地開發(fā)工程研究），2018，3（6）：35-40.

[2]韓霽昌，劉彥隨，羅林濤.毛烏素沙地砒砂巖與沙快速復(fù)配成土核心技術(shù)研究[J].中國土地科學(xué)，2012，26（8）：87-94.

[3]張露，韓霽昌，馬增輝，等.砒砂巖與沙復(fù)配“土壤”的質(zhì)地性狀[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（4）：166-172.

[4]童偉，韓霽昌，王歡元，等.毛烏素沙地砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)固沙效應(yīng)[J].中國沙漠，2015，35（6）：1467-1472.

[5]張衛(wèi)華，韓霽昌，王歡元，等.砒砂巖對(duì)毛烏素沙地風(fēng)成沙的改良應(yīng)用研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2015，29（10）：122-127.

[6]郭振，徐艷，葛磊，等.砒砂巖與沙復(fù)配土養(yǎng)分含量及質(zhì)地的垂直分布特征[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，34（5）：613-620.

[7]杜宜春，魏樣.濃度、流速和離子強(qiáng)度對(duì)砒砂巖粘粒在風(fēng)沙土中遷移的影響[J].西部大開發(fā)（土地開發(fā)工程研究），2018，3（8）：22-26.

[8]魏彬萌，趙宣.添加砒砂巖對(duì)風(fēng)沙土性質(zhì)的改良及時(shí)間效應(yīng)[J].水土保持研究，2017，24（6）：16-21.

[9]韓霽昌，付佩，王歡元，等.砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)在毛烏素沙地土地整治工程中的推廣應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2013，13（25）：7287-7293.

[10]郭振.砒砂巖與沙復(fù)配土體中碳庫組分的研究方向[J].綠色科技，2019（2）：23-24+26.

[11]攝曉燕，魏孝榮，魏艷春，等.砒砂巖改良風(fēng)沙土對(duì)銨態(tài)氮的吸附特性影響研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46（11）：165-173.

[12]韓霽昌，羅林濤，付佩，等.榆林市榆陽區(qū)土地整治土壤肥力狀況及培肥調(diào)控措施研究[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，59（2）：117-120.