收稿日期:2024-01-22
基金項(xiàng)目:現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系“國家甘薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系”項(xiàng)目(CARS-10)、中央引導(dǎo)地方(河南)科技發(fā)展資金資助項(xiàng)目(Z20231811128)
作者簡介:劉亞軍(1990-),男,河南商丘人,碩士,助理研究員,主要從事甘薯新品種選育及栽培研究。(E-mail)liuyajun0812@163.com
通訊作者:吉存良,(E-mail)jicunliang0221@126.com
摘要:為解決甘薯連作田土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性變差以及有機(jī)碳含量降低等問題,通過田間定位試驗(yàn),以甘薯多年連作地為研究對(duì)象,設(shè)置5個(gè)處理:不施肥對(duì)照(CK1)、單施化肥對(duì)照(CK2)、單施生物有機(jī)肥處理(BF)、化肥+生物有機(jī)肥處理(CF)、化肥+土壤調(diào)理劑處理(CC),研究不同施肥措施條件下土壤團(tuán)聚體組成、穩(wěn)定性以及團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的變化規(guī)律。結(jié)果表明,與不施肥對(duì)照或單施化肥對(duì)照相比,化肥+生物有機(jī)肥或化肥+土壤調(diào)理劑處理既提高了>2.000mm、0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)、gt;0.250mm粒級(jí)大團(tuán)聚體含量(R>0.250),又增加了全土以及各粒級(jí)團(tuán)聚體總有機(jī)碳(TOC)和輕組有機(jī)碳(LOC)含量,提升了>2.000mm、0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)TOC、LOC以及HOC的貢獻(xiàn)率,還提高了鮮薯產(chǎn)量?;?土壤調(diào)理劑處理>2.000mm、0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量、GMD、R>0.250、各粒級(jí)團(tuán)聚體LOC含量以及>2.000mm、0.251~2.000mm團(tuán)聚體對(duì)TOC、LOC、HOC的貢獻(xiàn)率最高;單施生物有機(jī)肥處理MWD以及各粒級(jí)團(tuán)聚體TOC、HOC含量均最高;化肥+生物有機(jī)肥和化肥+土壤調(diào)理劑處理鮮薯產(chǎn)量最高。冗余分析顯示,甘薯連作田土壤TOC、LOC含量與土壤團(tuán)聚體MWD、GMD及R>0.250呈正相關(guān)關(guān)系,與分形維數(shù)(D)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,其中R>0.250(56.15%)為主要驅(qū)動(dòng)因子。多年連續(xù)配施生物有機(jī)肥或土壤調(diào)理劑均有利于提升土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性,提高土壤有機(jī)碳及其組分含量。在本試驗(yàn)條件下,化肥配施土壤調(diào)理劑處理(CC)表現(xiàn)較好。
關(guān)鍵詞:甘薯;連作;生物有機(jī)肥;鈣鎂硅型土壤調(diào)理劑;土壤團(tuán)聚體;土壤有機(jī)碳
中圖分類號(hào):S531文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-4440(2025)01-0051-10
Effectsofbio-organicfertilizerandcalciummagnesiumsiliconsoilconditioneronsoilaggregatestabilityandorganiccarboncontentinsweetpotatocontinuouscroppingfield
LIUYajun1,HUQiguo1,WANGWenjing1,JICunliang2,CHUFengli1
(1.ShangqiuAcademyofAgricultureandForestrySciences,Shangqiu476000,China;2.AgricultureandRuralAffairsBureauofZhechengCounty,Zhecheng476200,China)
Abstract:Inordertosolvetheproblemsofpoorstabilityofsoilaggregatesanddecreaseoforganiccarboncontentinsweetpotatocontinuouscroppingfield,thefieldpositioningtestwascarriedoutinsweetpotatocontinuouscroppingfieldformanyyears.Fivetreatmentsweresetup,includingnofertilizer(CK1),singleapplicationofchemicalfertilizer(CK2),singleapplicationofbio-organicfertilizer(BF),chemicalfertilizer+bio-organicfertilizer(CF),chemicalfertilizer+soilconditioner(CC).Thechangesofsoilaggregatecomposition,stabilityandaggregateorganiccarboncontentunderdifferentfertilizationmeasureswerestudied.TheresultsshowedthatcomparedwithCK1orCK2,CFtreatmentorCCtreatmentincreasedthecontentofgt;2.000mmand0.251-2.000mmaggregates,themeanweightdiameter(MWD),geometricmeandiameter(GMD),andthecontentofgt;0.250mmmacroaggregates(Rgt;0.250),andincreasedthetotalorganiccarbon(TOC)contentandlightfractionorganiccarbon(LOC)contentofthewholesoilandaggregates.Moreover,thecontributionrateofgt;2.000mmand0.251-2.000mmaggregatestoTOC,LOCandheavyfractionorganiccarbon(HOC)wasincreased,andtheyieldoffreshpotatowasalsoincreased.UnderCCtreatment,thecontentofgt;2.000mmand0.251-2.000mmaggregates,GMD,Rgt;0.250,LOCcontentofeachaggregateandthecontributionrateofgt;2.000mmand0.251-2.000mmaggregatestoTOC,LOCandHOCwerethehighest.ThecontentsofTOCandHOCinaggregatesandMWDwerethehighestunderBFtreatment,andtheyieldoffreshpotatowasthehighestunderCFandCCtreatments.RedundancyanalysisshowedthatsoilTOCcontentandLOCcontentwerepositivelycorrelatedwithMWD,GMDandRgt;0.250,andnegativelycorrelatedwithD.Rgt;0.250(56.15%)wasthemaindrivingfactor.Continuousapplicationofbio-organicfertilizerorsoilconditionerformanyyearswasconducivetoimprovingthestabilityofsoilaggregatesandincreasingthecontentofsoilorganiccarbonanditscomponents.Undertheconditionsofthisexperiment,thetreatmentofchemicalfertilizercombinedwithsoilconditioner(CC)performedbetter.
Keywords:sweetpotato;continuouscropping;bio-organicfertilizer;calciummagnesiumsilicontypesoilconditioner;soilaggregate;soilorganiccarbon
甘薯是河南省重要糧食作物之一,近年來隨著甘薯產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)以及多元化發(fā)展,其需求量逐年遞增,且因常年連作種植,引起的甘薯產(chǎn)量和質(zhì)量下降、病蟲害頻發(fā)等連作障礙問題也愈發(fā)突出[1-2]。而廣大種植戶為消減甘薯連作障礙帶來的負(fù)面影響,往往采用增施化肥、農(nóng)藥等措施,這些措施既造成了土壤養(yǎng)分失衡、生物學(xué)活性降低,還增加了農(nóng)田土壤藥劑殘留風(fēng)險(xiǎn),更嚴(yán)重影響了甘薯種植效益以及土地可持續(xù)利用能力[3-4]。因此,改變施肥習(xí)慣成為目前甘薯連作種植急需解決的首要問題。研究結(jié)果表明,有機(jī)無機(jī)肥配施是緩解作物連作及提高土壤活性的有效方法[5-7]。楊凱等[8]研究發(fā)現(xiàn),化肥與有機(jī)物料配施能夠提升大粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量以及團(tuán)聚體穩(wěn)定性,且土壤可溶性有機(jī)碳與土壤大粒徑團(tuán)聚體含量、團(tuán)聚體穩(wěn)定性呈顯著正相關(guān)關(guān)系;周鄭雄等[9]研究結(jié)果表明,與單施無機(jī)復(fù)合肥相比,化肥配施復(fù)合微生物菌肥能夠明顯提升土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性,土壤酶活性提高;Wu等[10]研究結(jié)果表明,與單施化肥相比,無機(jī)有機(jī)肥配施有利于改善土壤特性,提高土壤生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性,降低植株發(fā)病率。由此可見,無機(jī)有機(jī)肥合理配施能夠在一定程度上緩解作物連作障礙帶來的負(fù)面影響。
生物有機(jī)肥具有長效、調(diào)理土壤微生物活性以及改良土壤物理結(jié)構(gòu)等作用[11]。鈣鎂硅型調(diào)理劑具有較大的比表面積以及良好的吸附性,施入土壤中能夠改善土壤結(jié)構(gòu),提升土壤質(zhì)量[12-13]。有研究結(jié)果表明,配施生物有機(jī)肥有利于改善土壤微生態(tài)環(huán)境,提高土壤生物學(xué)活性,增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,促進(jìn)根系吸收養(yǎng)分,提高甘薯產(chǎn)量及品質(zhì)[14-15];賈璇等[16]研究結(jié)果表明,長期施用土壤調(diào)理劑能夠改善土壤團(tuán)聚體及有機(jī)質(zhì)分布,有利于土壤團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)的賦存轉(zhuǎn)化,提升土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性以及抗侵蝕能力;靳輝勇等[17]研究結(jié)果表明,施用土壤調(diào)理劑能夠改善土壤微生態(tài)環(huán)境,提高作物根系活力??梢?,生物有機(jī)肥與土壤調(diào)理劑在改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力方面均具有一定的可行性。
土壤有機(jī)碳是土壤中養(yǎng)分循環(huán)與供應(yīng)的核心物質(zhì),能夠敏感地反映農(nóng)田土壤碳庫動(dòng)態(tài)變化,對(duì)維持土壤碳庫平衡以及調(diào)控土壤生態(tài)環(huán)境具有重要的作用,其儲(chǔ)存量與穩(wěn)定性的提高有利于提高農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,進(jìn)而提升土壤肥力以及生產(chǎn)力,是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[18-19]。土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元,是由土壤中不同粒徑土壤顆粒與有機(jī)無機(jī)化合物膠結(jié)而成,是土壤中能量流通、物質(zhì)循環(huán)以及有機(jī)碳固存的重要場(chǎng)所,其組成變化能夠直接地影響土壤物理結(jié)構(gòu)以及養(yǎng)分供應(yīng)能力[20]。施肥是改變農(nóng)田土壤有機(jī)碳組分轉(zhuǎn)化與固存的主要原因,也是影響土壤團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性的主要驅(qū)動(dòng)力之一[21-22]。有研究結(jié)果表明,連作會(huì)影響土壤團(tuán)聚體及有機(jī)碳分布與轉(zhuǎn)化,而合理施肥措施能夠促進(jìn)連作土壤大粒徑團(tuán)聚體形成,提升團(tuán)聚體穩(wěn)定性以及團(tuán)聚體有機(jī)碳含量[23-25]。因此,探究土壤團(tuán)聚體組成分布及有機(jī)碳組分變化對(duì)連作土壤不同施肥措施的響應(yīng),對(duì)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量與肥力演變具有重要意義。
目前,生物有機(jī)肥與土壤調(diào)理劑主要應(yīng)用在設(shè)施蔬菜種植方面,關(guān)于甘薯種植方面的研究并不多,而通過配施生物有機(jī)肥與鈣鎂硅型調(diào)理劑來改良甘薯連作田土壤物理結(jié)構(gòu)以及增加土壤有機(jī)碳方面的研究更是鮮有報(bào)道[26-28]。因此,本試驗(yàn)通過施用生物有機(jī)肥、化肥與生物有機(jī)肥配施、化肥與鈣鎂硅型調(diào)理劑配施,研究土壤團(tuán)聚體以及有機(jī)碳組分變化,探討緩解甘薯連作障礙方面的可行性,以期為甘薯連作田的合理配施提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)地概況
本試驗(yàn)于2020-2023年在河南省商丘市雙八鎮(zhèn)朱莊村(116°38′E,39°93′N)進(jìn)行。該地位于河南省東部,四季分明,冬冷夏熱,屬典型暖溫帶大陸季風(fēng)型氣候。試驗(yàn)區(qū)常年平均降雨量680~760mm,全年平均氣溫14.2~14.6℃,全年平均日照時(shí)長2200~2400h,全年無霜期207~214d。供試土壤為黃潮土壤土,0~20cm土層的土壤理化特性為:土壤容重1.43g/cm3、孔隙度48.98%、有機(jī)質(zhì)含量15.49g/kg、堿解氮含量47.08mg/kg、速效磷含量55.87mg/kg、速效鉀含量146.62mg/kg、土壤pH值8.02。試驗(yàn)地種植制度為夏季甘薯、冬季小麥,試驗(yàn)區(qū)地力均勻,排灌便利。
1.2供試材料
供試甘薯品種:商薯21(商丘市農(nóng)林科學(xué)院甘薯研究所提供);供試小麥品種:商麥167(商丘市農(nóng)林科學(xué)院小麥區(qū)試站提供);供試化肥:復(fù)合肥(N含量∶P2O5含量∶K2O含量=10∶10∶20,購自河南心連心化工集團(tuán)有限公司);供試生物有機(jī)肥:N、P2O5、K2O含量分別為2.82%、1.80%、0.95%,有機(jī)質(zhì)含量≥40%,有效活菌數(shù)≥5×107CFU/g,購自河北中創(chuàng)豐農(nóng)生物技術(shù)有效公司;供試土壤調(diào)理劑:鈣鎂硅型調(diào)理劑,Ca≥23.0%、Mg≥4.0%、Si≥14.0%,有效活菌數(shù)≥5×107CFU/g,購自山東農(nóng)大肥業(yè)科技股份有限公司。
1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)置5個(gè)處理,分別為不施肥對(duì)照(CK1)、單施化肥對(duì)照(CK2)、單施生物有機(jī)肥(BF)、化肥+生物有機(jī)肥(CF)、化肥+土壤調(diào)理劑(CC),每個(gè)處理3次重復(fù),共計(jì)15個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)8m×10m,甘薯行株距為0.80m×0.25m,小區(qū)間隔為0.60m,周圍保護(hù)行為3.00m。試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用等量施氮的原則,各處理施肥量如表1所示。不同肥料與調(diào)理劑均作為基肥在起壟前施入土壤中,生育期內(nèi)不追肥。小麥、甘薯秸稈均全量粉碎還田。小麥季種植均按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣進(jìn)行,不進(jìn)行特殊處理。甘薯生育期為6月15日-10月15日,小麥生育期為10月25日-6月5日。
1.4樣品采集與測(cè)定方法
1.4.1樣品采集于2023年甘薯收獲前7d(10月9日)利用直徑38mm土鉆通過5點(diǎn)取樣法采取0~20cm土壤樣品。團(tuán)聚體土壤樣品裝在塑料盒內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室,一部分土樣沿其自然裂隙輕輕剝開,盡量避免土壤樣品因外力而發(fā)生形變,晾干后用于團(tuán)聚體各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定,過篩后的土樣用于團(tuán)聚體有機(jī)碳組分含量的測(cè)定,另一部分土壤樣品磨碎攤開后自然陰干,用于全土有機(jī)碳組分含量的測(cè)定。
1.4.2測(cè)定方法土壤團(tuán)聚體組成測(cè)定采用干篩法[29]。稱取100g風(fēng)干土樣,放入由上到下依次為2.000mm、0.250mm、0.053mm的振蕩套篩中,用振蕩篩分儀在每1min180次頻率下振蕩1~2min,然后稱取過篩后各粒級(jí)團(tuán)聚體重量,用于土壤團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性計(jì)算。
土壤總有機(jī)碳(TOC)含量測(cè)定采用K2Cr2O7容量-外加熱法[30]。輕組有機(jī)碳(LOC)含量、重組有機(jī)碳(HOC)含量測(cè)定均采用溴化鋅密度分組法[31]。
1.5數(shù)據(jù)處理
用幾何平均直徑(GMD)、平均重量直徑(MWD)、分形維數(shù)(D)以及gt;0.250mm粒級(jí)大團(tuán)聚體含量(R>0.250)來表征土壤團(tuán)聚體特性,計(jì)算公式如下[29]。
GMD=expni=1Mi×lnXi—ni=1Mi
MWD=ni=1(Xi—×Wi)
D=3-lgWδlt;X—iWtlgXi—Xmax
Rgt;0.250=Mtgt;0.250Mt×100%
Rc=ACi×WiTC×100%
式中:Mi為第i粒級(jí)土壤團(tuán)聚體的重量(g),Xi—為第i粒級(jí)土壤團(tuán)聚體的平均直徑(mm),Wi為第i粒級(jí)土壤團(tuán)聚體占總團(tuán)聚體的比例(%),Wt為土粒總重量(g),Xmax為最大直徑團(tuán)聚體的平均直徑(mm),Wδlt;Xi為粒徑小于Xi的土壤團(tuán)聚體重量(g),Rgt;0.250為gt;0.250mm粒級(jí)團(tuán)聚體所占比例(%),Mt為土壤團(tuán)聚體總重量(g),Rc為土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的相對(duì)貢獻(xiàn)率(%),ACi為第i粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量(g),TC為土壤有機(jī)碳總量(g)。
1.6數(shù)據(jù)處理
采用Excel2018進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與作圖,采用SPSS19.0進(jìn)行處理間方差分析,采用Canoco5.0進(jìn)行冗余(RDA)分析與作圖。
2結(jié)果與分析
2.1生物有機(jī)肥以及鈣鎂硅型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤團(tuán)聚體組成的影響
由表2可知,不同處理中0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體占比最多,其次是>2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體,0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體占比較小。與CK1處理相比,不同施肥處理均顯著提高了土壤中>2.000mm、0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體占比,且顯著降低了0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體占比。在不同施肥處理中,CC處理的>2.000mm、0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體占比最多,CC處理的0.053~0.250mm粒級(jí)團(tuán)聚體以及BF處理<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體占比最小。與CK2處理相比,BF、CF、CC處理的>2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體占比分別顯著提高14.03%、7.34%、15.64%(P<0.05),CC處理的0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體占比顯著提高7.95%(P<0.05),BF、CF、CC處理的0.053~0.250mm與<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體占比分別顯著降低了12.12%、9.70%、33.16%與29.17%、13.54%、18.14%(P<0.05)。
2.2生物有機(jī)肥以及鈣鎂硅型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響
由表3可知,與CK1相比,BF、CF、CC處理能夠提高土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)、gt;0.250mm團(tuán)聚體含量(R>0.250)。而不同施肥處理中,BF處理的團(tuán)聚體MWD最大,較CK2顯著提高5.43%(P<0.05),與CF、CC處理相比均無顯著差異。CC處理的團(tuán)聚體GMD最大,較CK2處理顯著提高7.34%(P<0.05),與BF、CF處理相比均無顯著差異;CC處理的團(tuán)聚體R>0.250最大,較CK2、CF處理分別顯著提高10.76%、6.02%(P<0.05),與BF處理相比無顯著差異。BF、CF、CC處理團(tuán)聚體分形維數(shù)較CK2分別降低1.26%、0.42%、2.10%,但差異均不顯著。
2.3生物有機(jī)肥以及鈣鎂硅型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤有機(jī)碳的影響
2.3.1土壤團(tuán)聚體總有機(jī)碳含量由圖1所示,與CK1相比,不同施肥處理均能夠提高全土以及各粒級(jí)團(tuán)聚體總有機(jī)碳(TOC)含量。而不同施肥處理中,BF處理全土以及>2.000mm、0.251~2.000mm、0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體的TOC含量均最高;與其他處理相比,BF處理全土以及>2.000mm、0.251~2.000mm、0.053~0.250mm和<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體TOC含量分別提高了1.77%~12.31%、2.85%~13.45%、0.84%~12.96%、4.99%~12.60%、0.71%~7.91%。其中,BF處理中各粒級(jí)團(tuán)聚體TOC含量均顯著高于CK2。CC處理的全土以及>2.000mm、0.251~2.000mm、0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體TOC含量均次之,與BF處理相比均差異不顯著。
2.3.2生物有機(jī)肥以及鈣鎂硅型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤團(tuán)聚體輕組有機(jī)碳的影響如圖2所示,與CK1相比,不同施肥處理均能顯著提高全土以及>2.000mm、0.251~2.000mm、0.053~0.250mm和<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體輕組有機(jī)碳(LOC)含量。而不同施肥處理中CC處理全土以及>2.000mm、0.251~2.000mm、0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體LOC含量均最高,與其他處理相比,CC處理全土以及>2.000mm、0.251~2.000mm、0.053~0.250mm和<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體LOC含量分別提高了3.91%~18.22%、0.34%~15.44%、5.88%~21.01%、2.57%~17.23%、3.73%~15.47%。其中,CC處理中各粒級(jí)團(tuán)聚體LOC含量均顯著高于CK2。CF處理全土以及>2.000mm、0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體和BF處理0.053~0.250mm粒級(jí)團(tuán)聚體LOC含量次之,均顯著高于CK1、CK2。
2.3.3生物有機(jī)肥以及鈣鎂硅型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤團(tuán)聚體重組有機(jī)碳的影響如圖3所示。與CK1相比,不同施肥處理全土以及各粒級(jí)團(tuán)聚體重組有機(jī)碳(HOC)含量均有所提高。不同施肥處理中,BF處理全土以及>2.000mm、0.251~2.000mm、0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體HOC含量均最高;與其他處理相比,BF處理全土以及>2.000mm、0.251~2.000mm、0.053~0.250mm和<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體HOC含量分別提高了4.65%~12.22%、5.69%~14.38%、3.77%~12.60%、6.13%~11.94%、2.93%~6.84%。其中,CC處理中各粒級(jí)團(tuán)聚體HOC含量均顯著高于CK1。CC處理全土以及>2.000mm、0.251~2.000mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體HOC含量次之,與CK2處理相比均無顯著差異。CK20.053~0.250mm粒級(jí)團(tuán)聚體HOC含量次之,與CF、CC處理相比也均無顯著差異。
2.4生物有機(jī)肥以及鈣鎂硅型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率的影響
如圖4所示,0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)TOC、LOC以及HOC的貢獻(xiàn)率最高,可達(dá)40.74%~48.73%;其次為>2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體,達(dá)到24.82%~31.06%;<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體貢獻(xiàn)率最低,僅為8.22%~15.82%。與CK1、CK2相比,BF、CF、CC處理均可提高>2.000mm、0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)TOC、LOC以及HOC的貢獻(xiàn)率,降低0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)TOC、LOC以及HOC的貢獻(xiàn)率。其中,CC處理的>2.000mm、0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)TOC、LOC以及HOC的貢獻(xiàn)率均最高,較CK2分別顯著提高14.08%、11.53%、15.12%與8.58%、10.29%、7.98%。BF、CF、CC處理的0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)TOC、LOC以及HOC的貢獻(xiàn)率較CK2均顯著降低(P<0.05)。其中,CC處理的0.053~0.250mm粒級(jí)團(tuán)聚體以及BF處理的<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)TOC、LOC以及HOC的貢獻(xiàn)率最低(P<0.05)。
2.5生物有機(jī)肥以及鈣鎂硅型土壤調(diào)理劑對(duì)鮮薯產(chǎn)量的影響
如圖5所示,與CK1相比,不同施肥處理均可顯著提高鮮薯產(chǎn)量。與CK2相比,化肥配施生物有機(jī)肥、土壤調(diào)理劑處理均能夠不同程度地提高鮮薯產(chǎn)量,CF、CC處理的鮮薯產(chǎn)量分別較CK2顯著提高17.35%、15.01%(P<0.05)。其中,CF處理的鮮薯產(chǎn)量最高。
2.6土壤有機(jī)碳組分與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的多元分析
通過對(duì)土壤有機(jī)碳組分與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的冗余分析(圖6),排序軸1和排序軸2能夠在累積變量63.85%水平上解釋不同施肥措施條件下土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性對(duì)土壤有機(jī)碳組分的影響。圖中各處理點(diǎn)較為分散,說明不同施肥措施對(duì)土壤有機(jī)碳組分變化產(chǎn)生不同的影響。土壤TOC、LOC含量與土壤團(tuán)聚體MWD、GMD及R>0.250呈正相關(guān)關(guān)系,與D呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,HOC含量與土壤團(tuán)聚體MWD、GMD及gt;R>0.250、D均呈正相關(guān)關(guān)系,但相關(guān)性明顯弱于土壤TOC、LOC含量。假設(shè)性測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明,基于土壤碳組分與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性排序軸的相關(guān)性較好。其中,R>0.250(56.15%)為主要驅(qū)動(dòng)因子。說明不同施肥措施在促進(jìn)大粒級(jí)團(tuán)聚體形成時(shí),同樣會(huì)促進(jìn)有機(jī)碳組分的分解與轉(zhuǎn)化,進(jìn)而提高土壤有機(jī)碳及其組分含量。
3討論
3.1生物有機(jī)肥以及鈣鎂硅型調(diào)理劑對(duì)土壤團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性變化的影響
土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元,其組成與穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo),而良好的土壤結(jié)構(gòu)是農(nóng)田高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)[32]。研究結(jié)果表明,生物有機(jī)物肥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)與腐殖酸,有利于促進(jìn)微小團(tuán)聚體膠結(jié),且豐富的碳源物質(zhì)可供土壤微生物分解與利用,并提高土壤微生物代謝功能以及土壤生物活性,進(jìn)一步促進(jìn)大粒徑團(tuán)聚體形成[33-34]。本研究結(jié)果表明,與不施肥對(duì)照或單施化肥對(duì)照相比,生物有機(jī)肥或土壤調(diào)理劑能夠提高土壤>2.000mm和0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量,降低0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量,即施用生物有機(jī)肥或鈣鎂硅型土壤調(diào)理劑可以促進(jìn)微小粒徑團(tuán)聚體向大粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化,有利于增加土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這與李敏等人的研究結(jié)果較為一致[6]。
土壤大粒徑團(tuán)聚體所占比例(R>0.250)含量以及MWD、GMD、D是評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性重要指標(biāo),其中,R>0.250、MWD、GMD越大,D越小,表明土壤團(tuán)聚體聚化程度越高,抗擾動(dòng)能力越強(qiáng),土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[35-36]。本研究中,與不施肥對(duì)照或單施化肥對(duì)照相比,生物有機(jī)肥或土壤調(diào)理劑能夠提高土壤團(tuán)聚體R>0.250、MWD、GMD,降低D,這與大多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果較為一致[37-38]。其中,生物有機(jī)肥處理與土壤調(diào)理劑處理土壤團(tuán)聚體組成及穩(wěn)定性有差異,原因推測(cè):一是可能跟生物有機(jī)肥與土壤調(diào)理劑在改善土壤耕層理化性質(zhì)方面的能力差異有關(guān);二是可能跟生物有機(jī)肥及土壤調(diào)理劑與土壤之間的生化反應(yīng)方向及強(qiáng)度不同有關(guān),從而使得土壤團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性表現(xiàn)出差異。由此可知,施用生物有機(jī)肥或土壤調(diào)理劑有利于促進(jìn)大粒徑團(tuán)聚體形成,能夠提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性,改善耕層土壤結(jié)構(gòu)。
3.2生物有機(jī)肥與鈣鎂硅型調(diào)理劑對(duì)土壤有機(jī)碳組分含量變化的影響
土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定對(duì)土壤有機(jī)碳固存起重要保護(hù)作用[4]。土壤有機(jī)碳在提高土壤質(zhì)量、緩解土壤退化方面具有重要作用,其含量變化易受自然因素、人為因素等影響[35]。有關(guān)研究結(jié)果表明,長期添加外源有機(jī)物能夠增加土壤的固碳供碳能力[29]。本研究中,與不施肥對(duì)照或單施化肥對(duì)照相比,化肥+生物有機(jī)肥、化肥+土壤調(diào)理劑能夠提高全土以及>2.000mm、0.251~2.000mm、0.053~0.250mm、<0.053mm粒級(jí)團(tuán)聚體TOC、LOC含量,提升>2.000mm和0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體TOC、LOC、HOC貢獻(xiàn)率。其中,單施生物有機(jī)肥處理土壤TOC、HOC含量明顯高于其他施肥處理,CF處理LOC含量以及>2.000mm、0.251~2.000mm團(tuán)聚體對(duì)TOC、HOC以及LOC貢獻(xiàn)率最高。分析認(rèn)為,與化肥+生物有機(jī)肥、化肥+土壤調(diào)理劑處理相比,單施生物有機(jī)肥能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)以及團(tuán)聚體膠結(jié)物質(zhì)含量,對(duì)促進(jìn)大粒徑團(tuán)聚體形成以及有機(jī)碳固存具有明顯的促進(jìn)作用,但對(duì)土壤理化性質(zhì)以及土壤結(jié)構(gòu)的改良作用可能不及化肥+生物有機(jī)肥或化肥+土壤調(diào)理劑處理。而土壤調(diào)理劑能夠?yàn)橥寥牢⑸锎x活動(dòng)提供良好的生存環(huán)境,促進(jìn)一些功能菌分泌胞外多糖物質(zhì),有利于大粒徑團(tuán)聚體形成,進(jìn)而提高土壤有機(jī)碳及其組分固化速率,提升土壤大粒徑團(tuán)聚體TOC、HOC以及LOC貢獻(xiàn)率[39-40]。曹晶晶[41]研究發(fā)現(xiàn),土壤輕組有機(jī)碳主要集中在大粒徑團(tuán)聚體中,而重組有機(jī)碳多集中在微團(tuán)聚體中,長期添加有機(jī)物料有利于促進(jìn)土壤大粒徑團(tuán)聚體形成,從而提高輕組活性有機(jī)碳含量。廖敏等[42]研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥的施入能夠增加重組有機(jī)碳含量及其在總有機(jī)碳中的占比。造成上述差異的原因可能是與土壤、氣候、降雨量等自然因素有關(guān),也可能是耕作、施肥方式以及土壤肥力水平的差異,從而影響了團(tuán)聚體的組成以及有機(jī)碳組分含量。
土壤有機(jī)碳組分轉(zhuǎn)化與團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性密切相關(guān)[43]。本試驗(yàn)中,不同施肥措施條件下土壤有機(jī)碳組分與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的排序軸相關(guān)性較好,說明土壤有機(jī)碳組分變化受土壤團(tuán)聚體組成影響較大。其中,土壤TOC、LOC含量與土壤團(tuán)聚體MWD、GMD及R>0.250呈正相關(guān)關(guān)系,與D呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,HOC含量與土壤團(tuán)聚體MWD、GMD及gt;R>0.250、D均呈正相關(guān)關(guān)系,但相關(guān)性明顯弱于土壤TOC、LOC含量。其原因可能有以下兩點(diǎn):一是土壤有機(jī)碳特別是輕組活性有機(jī)碳可能充當(dāng)了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的膠結(jié)劑,促進(jìn)大粒徑團(tuán)聚體形成;二是重組有機(jī)碳不易分解,在影響微生物代謝活性方面明顯弱于輕組活性有機(jī)碳,而大粒徑團(tuán)聚體的形成易受微生物菌絲以及膠結(jié)物質(zhì)的影響,從而表現(xiàn)出明顯差異[8]。由此表明,土壤TOC、LOC對(duì)促進(jìn)甘薯連作田土壤大粒徑團(tuán)聚體形成以及提升團(tuán)聚體穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。
3.3生物有機(jī)肥與鈣鎂硅型調(diào)理劑對(duì)甘薯產(chǎn)量的影響
添加外源有機(jī)物有利于改善土壤結(jié)構(gòu),提升土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性,進(jìn)而提高鮮薯產(chǎn)量及品質(zhì)[44]。合理配施土壤調(diào)理劑能夠提高土壤孔隙度,降低土壤容重,改善土壤結(jié)構(gòu),提高作物產(chǎn)量[45]。本研究結(jié)果表明,與不施肥對(duì)照或單施化肥對(duì)照相比,配施生物有機(jī)肥或土壤調(diào)理劑能夠提高鮮薯產(chǎn)量,同肖占文等[46]人的研究結(jié)果一致。這與生物有機(jī)肥以及土壤調(diào)理劑能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)[47]、提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性以及有機(jī)碳含量有密切聯(lián)系,土壤結(jié)構(gòu)及微生態(tài)環(huán)境的改善能夠促進(jìn)作物對(duì)地下養(yǎng)分的吸收利用,從而促進(jìn)甘薯的生長發(fā)育。單施生物有機(jī)肥處理的鮮薯產(chǎn)量顯著低于化肥+生物有機(jī)肥或化肥+土壤調(diào)理劑處理,這可能與生物有機(jī)肥養(yǎng)分釋放速率較緩有關(guān),影響甘薯植株前中期生長發(fā)育。
4結(jié)論
與不施肥對(duì)照或單施化肥對(duì)照相比,單施生物有機(jī)肥處理能夠提高團(tuán)聚體MWD以及各粒級(jí)團(tuán)聚體TOC、HOC含量;化肥+土壤調(diào)理劑處理能夠提高>2.000mm、0.251~2.000mm粒級(jí)團(tuán)聚體占比以及GMD、R>0.250和各粒級(jí)團(tuán)聚體LOC含量,提升>2.000mm、0.251~2.000mm團(tuán)聚體對(duì)TOC、LOC、HOC的貢獻(xiàn)率,顯著提高鮮薯產(chǎn)量。冗余分析(RDA)結(jié)果表明,土壤TOC、LOC含量與土壤團(tuán)聚體MWD、GMD、R>0.250呈正相關(guān)關(guān)系,與D呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中,gt;0.250mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量(56.15%)為主要驅(qū)動(dòng)因子,表明不同施肥措施條件下土壤TOC、LOC含量對(duì)促進(jìn)甘薯連作田土壤大粒徑團(tuán)聚體形成以及提升團(tuán)聚體穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。由此可知,單施生物有機(jī)肥或化肥+土壤調(diào)理劑處理能夠提升土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性,提高土壤有機(jī)碳及其組分含量。其中,化肥+土壤調(diào)理劑處理表現(xiàn)較好。
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(責(zé)任編輯:蔣永忠)