化肥配施有機肥對芹菜田土壤結構和有機碳組分的影響

王奉軍 胡軾林 薛生玲 李玉亮 韓麗 侯啟雷 王景功

摘要：研究了不同施肥模式下芹菜田的土壤結構和有機碳組分變化。結果表明，化肥配施有機肥可降低土壤容重，提升土壤總孔隙度，提高水穩(wěn)性團聚體含量，增加有機碳及其碳組分含量。其中以增施有機肥6 000 kg/hm2和4 500 kg/hm2處理的效果最為顯著，建議該區(qū)芹菜在施用化肥的同時添加有機肥4 500～6 000 kg/hm2。

關鍵詞：芹菜;有機肥;土壤結構;有機碳組分

中圖分類號：S152.4? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2021）09-0021-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.09.006

Effects of Organic Fertilizer Combined with Chemical Fertilizer on Soil Structure and Organic Carbon Components in Celery Field

WANG Fengjun， HU Shilin， XUE Shengling， LI Yuliang， HAN Li， HOU Qilei， WANG Jinggong

（Lanzhou New District Agricultural Technology Development Co.， Ltd.，Lanzhou Gansu 730000， China）

Abstract：The changes of soil structure and organic carbon components in celery fields under different fertilization modes were studied. The results showed that the combined application of chemical fertilizer with organic fertilizer could reduce soil bulk density， improve soil total porosity， increase the content of water-stable aggregates， and increase the content of organic carbon and its carbon components. Among them， the effect of adding organic fertilizer 6 000 kg/hm2 and 4 500 kg/hm2 was the most significant. It is suggested that 4 500 ～ 6 000 kg/hm2 organic fertilizer should be added to celery when fertilizer is applied.

Key words：Celery;Organic fertilizer;Soil structure;Organic carbon fraction

土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳儲庫。土壤碳庫的變化在陸地碳循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用，土壤有機碳作為土壤碳庫重要的組成之一，是影響土壤肥力的重要因素，是土壤質(zhì)量的核心，對生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)產(chǎn)生重要影響[1 - 2 ]。土壤團聚體作為土壤結構最基本的單元，它的數(shù)量和質(zhì)量直接影響著土壤性質(zhì)和有機碳固存，它的組成和特性不僅是評估土壤侵蝕、板結等物理過程的一個關鍵指標，也被作為評價土壤質(zhì)量的重要指標之一，同時也是維持土壤肥力的基礎。土壤中有機碳的質(zhì)量、含量與土壤團聚體結構有著密切的關聯(lián)。土壤有機碳是土壤形成團聚體結構的主要影響因素，而有機碳的固定又是依靠土壤團聚體對土壤有機碳的物理保護作用來實現(xiàn)的[3 ]。根據(jù)土壤中有機碳的穩(wěn)定性，可以將土壤有機碳分為活性有機碳和非活性有機碳。土壤活性有機碳是土壤中易氧化、分解和礦化的碳，包括微生物量碳、易氧化有機碳和可溶性有機碳等[4 ]。

過量施用化肥可導致土壤耕層中營養(yǎng)元素大量流失，有機碳含量下降，微生物數(shù)量和酶活性降低，造成土壤板結，最終導致土壤肥力整體下降[5 ]。已有研究表明[6 - 7 ]，長期配施有機肥能明顯調(diào)節(jié)土壤碳氮比、提高土壤有機質(zhì)和氮磷鉀含量、促進微生物代謝和繁育、增加土壤微生物數(shù)量，提高土壤保墑、透氣、保肥性能，從而改善作物根系生長的環(huán)境條件，為作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造良好的土壤生態(tài)環(huán)境。我們根據(jù)芹菜生長發(fā)育和養(yǎng)分需求規(guī)律，通過田間試驗研究了化肥配施有機肥對芹菜田土壤結構及有機碳組分的影響，以期為該區(qū)芹菜田土壤培肥提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗區(qū)概況

試驗設在甘肅省蘭州市永登縣龍泉寺鎮(zhèn)瑞芝村（36° 51′ N，103° 38′ E），該區(qū)位于青藏高原東北部與黃土高原西部過渡地帶，為甘肅省重要的高原夏菜種植基地。試區(qū)年均降水量293 mm，年均氣溫7 ℃，平均海拔1 900 m，年日照時數(shù)2 570 h，全年無霜期143 d，年平均風速1.0 m/s，屬大陸性季風氣候。試區(qū)農(nóng)田土壤為典型的灰鈣土，養(yǎng)分狀況可以概括為有機質(zhì)貧乏、缺氮、少磷、鉀豐富，土壤偏堿性，質(zhì)地疏松，熟化程度高。

1.2? ?試驗材料

供試芹菜品種為文圖拉。有機肥為元泰豐有機肥（N-P2O5-K2O≥5%，有機質(zhì)≥70%），元泰豐（包頭）生物科技有限公司生產(chǎn)。試驗地采取一年兩季種植模式，菠菜、芹菜輪作措施，當季前茬為菠菜，二茬為芹菜。

1.3? ?試驗方法

在當?shù)爻Ｒ?guī)施肥量（N 450 kg/hm2、P2O5 300 kg/hm2、K2O為600 kg/hm2）基礎上，共設4個增施有機肥處理，YF為增施有機肥6 000 kg/hm2，0.25YF為增施有機肥1 500 kg/hm2，

0.5YF為增施有機肥3 000 kg/hm2，0.75YF為增施有機肥4 500 kg/hm2，以常規(guī)施肥處理為對照（CK）。各處理設3個重復，共15個小區(qū)，小區(qū)面積28 m2（4 m×7 m）。芹菜于2020年6月下旬定植，9月下旬收獲，株距為0.20 m，行距為0.15 m，密度為330 570株/hm2。

作物收獲后，利用S型采樣法分別采集0～10、10～20 cm土層的土壤樣品，一部分置于4 ℃冰箱用于測定土壤水溶性有機碳和微生物量碳，另一部分室內(nèi)風干用于測定土壤有機碳、易氧化有機碳等指標。土壤團聚體樣品采用環(huán)刀采集，置于硬質(zhì)保鮮盒帶回室內(nèi)風干待測。土壤容重、孔隙度采用環(huán)刀法[8 ]。土壤有機碳采用重鉻酸鉀外加熱法測定[8 ];土壤水穩(wěn)性團聚體測定采用約得爾法，易氧化有機碳利用333 mmol/L高錳酸鉀溶液氧化法測定[9 ];土壤微生物量碳測定采用0.5 mol/L硫酸鉀浸提-碳氮聯(lián)合分析儀（multi C/N 2 100 s，Jena，Germany），水溶性有機碳采用水浸提（水土體積比為5∶1）-碳氮聯(lián)合分析儀法測定。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)、圖表采用Excel 2016處理，采用SPSS 24.0軟件進行統(tǒng)計分析，顯著性差異分析采用新復極差法。

2? ?結果與分析

2.1? ?土壤容重和總孔隙度

2.1.1? ?容重? ?由圖1可知，各處理土壤容重均隨土層加深而增加。各土層的土壤容重隨著有機肥添加量的增加而降低，均以CK處理最高，處理YF最低。在0～10 cm土層，處理YF、0.75YF、0.5YF的土壤容重分別較CK降低13.27%、11.30%、8.47%，差異顯著;處理0.25YF與CK差異不顯著。在10～20 cm土層，處理YF、0.75YF、0.5YF較CK分別降低8.06%、6.35%、5.51%，差異顯著;處理0.25YF與CK差異不顯著。

2.1.2? ?總孔隙度? ?由圖2可知，各處理土壤總孔隙度均隨土層加深而降低。各土層的土壤總孔隙度均隨著有機肥添加量的增加而增加，均以處理YF最高，CK最低。在0～10 cm土層，處理YF、0.75YF、0.5YF的土壤總孔隙度較CK分別提升10.94%、9.49%、7.30%，差異顯著;處理0.25YF與CK差異不顯著。在10～20 cm土層，處理YF、0.75YF、0.5YF的總孔隙度分別比CK高7.64%、6.12%、5.35%，且差異顯著;處理0.25YF與CK差異不顯著。

2.2? ?土壤水穩(wěn)性團聚體

2.2.1? ?分布特征? ?由表1可知，不同處理下各粒級土壤水穩(wěn)性團聚體均以處理YF最高，CK最低，且各處理水穩(wěn)性團聚體含量均隨粒級增加而增加。在0～10 cm土層，處理YF、0.75YF、0.5YF均比CK顯著增加各粒級土壤水穩(wěn)性團聚體含量，處理0.25YF僅在0.25～2.00 mm粒級可顯著增加土壤水穩(wěn)性團聚體含量。在10～20 cm土層，較之CK處理，所有添加有機肥處理均可顯著提升各粒級土壤水穩(wěn)性團聚體含量。

2.2.2? ?平均重量直徑? ?由圖3可知，各處理土壤團聚體的平均重量直徑（MWD）均隨土層加深而降低。各土層中MWD均以處理YF最高，CK最低，且隨著有機肥添加量的增加而增加。在0～10 cm土層，處理YF、0.75YF、0.5YF較CK的MWD分別提升48.25%、37.97%、17.55%，差異顯著;處0.25YF與CK差異不顯著。在10～20 cm土層，處理YF、0.75YF、0.5YF、0.25YF較CK分別提高44.26%、30.11%、14.84%、13.87%，差異顯著。

2.3? ?土壤有機碳及其組分

2.3.1? ?土壤有機碳? ?由圖4可知，各土層中有機碳含量均以處理YF最高，CK最低，其含量從高到低依次為YF、0.75YF、0.5YF、0.25YF、CK;各處理有機碳含量均隨土層加深而降低。在0～10 cm土層，處理YF有機碳含量比CK高5.24%，差異顯著，其余處理與CK差異均不顯著。而在10～20 cm土層，各處理間的有機碳含量差異均未達到顯著水平。

2.3.2? ?土壤易氧化有機碳? ?由圖5可知，各土層中易氧化有機碳含量均以處理YF最高，CK最低，其含量從高到低依次為YF、0.75YF、0.5YF、0.25YF、CK;各處理易氧化有機碳含量均隨土層加深而降低。在0～10 cm土層，處理YF、0.75YF、0.5YF分別較CK高50.00%、38.89%、25.93%，差異顯著;處理0.25YF與CK差異不顯著。在10～20 cm土層，易氧化有機碳含量處理YF、0.75YF分別較CK高44.19%、37.21%，差異顯著;處理0.5YF、0.25YF與CK差異均不顯著。

2.3.3? ?土壤水溶性有機碳? ?由圖6可知，各土層中水溶性有機碳含量均以處理YF最高，CK最低，其含量從高到低依次為YF、0.75YF、0.5YF、0.25YF、CK，各處理水溶性有機碳含量均隨土層加深而降低。在0～10 cm土層，水溶性有機碳含量處理YF、0.75YF、0.5YF較CK分別提高62.58%、48.60%、29.06%，差異顯著;處理0.25YF與CK差異不顯著。在10～20 cm土層，處理YF、0.75YF、0.5YF分別較CK提高44.60%、29.52%、16.19%，差異顯著;處理0.25YF與CK差異不顯著。

2.3.4? ?土壤微生物量碳? ?由圖7可知，各處理微生物量碳（MBC）含量均隨土層加深而降低。各土層中MBC含量均以處理YF最高，CK最低，其含量從高到低依次為YF、0.75YF、0.5YF、0.25YF、CK。在0～10 cm土層，MBC含量處理YF、0.75YF、0.5YF較CK提高80.93%、58.32%、62.16%，差異顯著;處理0.25YF與CK差異不顯著。10～20 cm土層，處理YF、0.75YF、0.5YF分別較CK提高38.90%、35.14%、13.97%，差異顯著;處理0.25YF與CK差異不顯著。

3? ?結論與討論

研究表明，化肥配施有機肥可明顯改善芹菜田土壤物理性狀，降低土壤容重和非水穩(wěn)性團聚體含量，提升土壤總孔隙度，提高水穩(wěn)性團聚體含量，增加有機碳及其碳組分含量，且增施有機肥6 000 kg/hm2和? ? ? 4 500 kg/hm2效果最為顯著。建議該區(qū)芹菜農(nóng)田在施用化肥的同時添加有機肥4 500～6 000 kg/hm2。

本研究中各處理土壤容重均隨土層加深而增加，不同土層容重隨著有機肥的施用量增加而降低，各處理土壤總孔隙度均隨土層加深而降低，不同土層孔隙度隨著有機肥施用量增加而增加。王憲玲等[10 ]的研究發(fā)現(xiàn)，有機肥配施化肥相比不施肥、單施化肥在不同土層的土壤容重均為最小。這可能是因為施肥促進產(chǎn)量和根系增加，根系增加促進土壤中根茬量增加，土壤根茬的增加促進土壤有機碳的提高和土壤容重的降低。

土壤團聚體的數(shù)量可以在一定程度上反映土壤供儲養(yǎng)分能力的高低，同時也可以影響土壤的許多物理化學性質(zhì)。本研究中，各處理下各粒級土壤水穩(wěn)性團聚體均隨有機肥施用量增加而增加，且各處理水穩(wěn)性團聚體含量均隨粒級增加而增加，各處理的各粒級（除 < 0.25 mm外）非水穩(wěn)性團聚體則隨有機肥施用量增加而降低。閆雷等[11 ]的研究表明，施用有機肥處理下水穩(wěn)性團聚體均高于單施化肥處理。

土壤有機碳作為土壤碳庫的一個重要組成部分，對土壤結構、土壤有效水保持能力等有著重大影響。本研究中，各土層中有機碳及其組分均隨土層加深而降低，且各土層中有機碳及其組分含量均以6 000 kg/hm2處理最高。這與王鵬等[5 ]的長期定位試驗結論一致：相較于不施肥和單施化肥2個處理，化肥有機肥配施和單施有機肥2處理可顯著提高土壤總有機碳、可溶性有機碳、微生物量有機碳、易氧化有機碳的含量。邵慧蕓等[12 ]的研究也表明，施用有機肥增加了土壤有機碳及其組分，且隨有機肥用量的增加而增加。這與閆雷等[11 ]研究結果也一致：施用有機肥可顯著提高土壤有機碳含量。

參考文獻：

[1] 王夢雅，符云鵬，黃婷婷，等.? 等碳量添加不同有機物料對土壤有機碳組分及土壤呼吸的影響[J].? 中國煙草學報，2018，24（2）：65-73.

[2] 康熙龍，張旭輝，張碩碩，等.? 旱地土壤施用生物質(zhì)炭的后效應——水分條件對土壤有機碳礦化的影響[J].? 土壤，2016，48（1）：152-158.

[3] 武? ?均，蔡立群，齊? ?鵬，等.? 不同耕作措施下旱作農(nóng)田土壤團聚體中有機碳和全氮分布特征[J].? 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2015，23（3）：276-284.

[4] 孔同偉，馬維偉，宋元君，等.? 尕海濕地植被退化過程中土壤碳礦化特征研究[J].? 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2019（3）：18-25.

[5] 王? ?鵬，鄭學博，梁洪波，等.? 不同施肥模式對植煙棕壤活性有機碳組分和酶活性的影響[J].? 華北農(nóng)學報，2021，36（1）：187-196.

[6] 宇萬太，姜子紹，馬? ?強，等.? 施用有機肥對土壤肥力的影響[J].? 植物營養(yǎng)與肥料學報，2009，15（5）：1057-1064.

[7] 薛? ?峰，顏廷梅，楊林章，等.? 施用有機肥對土壤生物性狀影響的研究進展[J].? 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2010，18（6）：1372-1377.

[8] 中國科學院南京土壤研究所土壤物理研究室.土壤物理性質(zhì)測定法[M].? 北京：科學出版社，1978：10-85.

[9] BLAIR G，LEFROY R，LISLE L.? Soil carbon fractions based on their degree of oxidation， and the development of a carbon management index for agricultural systems[J].? Australian Journal of Agricultural Research，1995，46（7）：393-406.

[10] 王憲玲，趙志遠，馬艷婷，等.? 基于CT掃描技術研究有機無機肥長期配施對土壤物理特征的影響[J].? 植物營養(yǎng)與肥料學報，2020，

26（9）：1647-1655.

[11] 閆? ?雷，李思瑩，孟慶峰，等.? 秸稈還田與有機肥對黑土區(qū)土壤團聚性的影響[J].? 東北農(nóng)業(yè)大學學報，2019，50（12）：58-67.

[12] 邵慧蕓，李紫玥，劉? ?丹，等.? 有機肥施用量對土壤有機碳組分和團聚體穩(wěn)定性的影響[J].? 環(huán)境科學，2019，40（10）：4691-4699.

（本文責編：陳? ?珩）

收稿日期：2021 - 06 - 16

作者簡介：王奉軍（1968 — ），男，甘肅金昌人，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)科研開發(fā)及管理工作。聯(lián)系電話：（0）18153694388。

通信作者：胡軾林（1978 — ），男，甘肅嘉峪關人，主要從事農(nóng)業(yè)科研開發(fā)工作。聯(lián)系電話：（0）18893843898。