張亮,王改蘭,段建南,黃學(xué)芳

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410128;2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 旱地農(nóng)業(yè)研究中心,山西 太原 030031)

長(zhǎng)期施肥對(duì)栗褐土腐殖質(zhì)組分的影響

張亮1,王改蘭1,段建南1,黃學(xué)芳2

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410128;2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 旱地農(nóng)業(yè)研究中心,山西 太原 030031)

栗褐土肥力低,質(zhì)地輕,保水保肥性能差,研究長(zhǎng)期施用不同肥料對(duì)其腐殖質(zhì)含量與質(zhì)量的影響,對(duì)提高土壤肥力具有重要作用。試驗(yàn)對(duì)山西省河曲磚窯溝流域試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了長(zhǎng)期定位施肥研究。結(jié)果表明,栗褐土經(jīng)過(guò)20年的不同施肥處理,與不施肥相比,耕層腐殖質(zhì)均有顯著積累,其效果以高量有機(jī)肥＞低量有機(jī)肥＞單施化肥,單施有機(jī)肥與有機(jī)肥和氮肥及有機(jī)肥和氮磷肥配合施用差異不顯著;不同肥料對(duì)腐殖質(zhì)中胡敏酸、富里酸和胡敏素三種組分含量的影響也表現(xiàn)出與腐殖質(zhì)相似的規(guī)律,但對(duì)不同組分的影響程度不同。單施化肥比較有利于富里酸的積累,HA/FA比值有降低趨勢(shì),不利于提高腐殖質(zhì)品質(zhì);而有機(jī)肥對(duì)增加胡敏酸含量更具有優(yōu)勢(shì),HA/FA比值明顯高于對(duì)照,對(duì)提高腐殖質(zhì)品質(zhì)效果顯著。

長(zhǎng)期施肥;腐殖質(zhì)組分;栗褐土

土壤腐殖質(zhì)是非常復(fù)雜的天然復(fù)合物,具有良好的生理活性和吸收、結(jié)合、交換等功能,并對(duì)土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)均有重要影響,它的積累在很大程度上影響著土壤肥力,是保障農(nóng)作物豐收和農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)良品質(zhì)不可缺少的要素[1]。長(zhǎng)期施肥不僅影響腐殖質(zhì)的含量與組成,還可影響腐殖質(zhì)的理化性質(zhì)[2,3]。目前關(guān)于長(zhǎng)期施肥對(duì)腐殖質(zhì)各種影響的研究多集中在不同土類(lèi),然而針對(duì)栗褐土的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。栗褐土是黃土丘陵區(qū)典型地帶性土壤,有機(jī)質(zhì)含量低,保水保肥性能差[4],如何探索不同施肥途徑來(lái)提高其腐殖質(zhì)含量與質(zhì)量,對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展具有重要作用。為此,本研究以磚窯溝流域試驗(yàn)區(qū)20年的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)為依據(jù),探討黃土丘陵區(qū)栗褐土在不同施肥條件下土壤腐殖質(zhì)組分的變化,為當(dāng)?shù)睾侠硎┓?提高土壤有機(jī)質(zhì)含量與質(zhì)量,促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤概況

試驗(yàn)于1988年在山西省河曲縣磚窯溝流域的沙坪村窯家嘴梁頂平進(jìn)行,供試土壤土種為輕壤黃土質(zhì)淡栗褐土,土類(lèi)為黃土正常新成土[5],1988年播種前測(cè)得的試驗(yàn)地0～40 cm土壤基本理化性狀見(jiàn)表1。

表1 供試土壤的基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of the test soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)8個(gè)處理:①對(duì)照 (CK);②單施氮肥 (N);③氮磷肥配施 (NP);④單施低量有機(jī)肥 (M1);⑤低量有機(jī)肥與氮肥配施 (M1N);⑥低量有機(jī)肥與氮磷肥配施 (M1NP);⑦高量有機(jī)肥與氮肥配施 (M2N);⑧高量有機(jī)肥與氮磷肥配施 (M2NP)。各處理施肥量見(jiàn)表2。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列,小區(qū)面積24 m,每年試驗(yàn)小區(qū)的處理不變。氮肥用含N 46%的尿素,磷肥用含P2O514%的過(guò)磷酸鈣,有機(jī)肥施用當(dāng)?shù)厝Ψ?。種植作物為糜子 (Panicum miliaceumL.)和馬鈴薯 (Solanum tuberosumL.),兩種作物進(jìn)行換茬輪作種植。耕作管理措施與大田相同。

表2 各處理的施肥量/kg?hm-2Table 2 Application rates of the treatments

1.3 土壤樣品的采集與測(cè)定

于2007年和2008年作物播種前采集 (0～20 cm)耕層土壤,土樣經(jīng)風(fēng)干后過(guò)60目篩子,測(cè)定殖質(zhì)含量、胡敏酸含量、富里酸含量和胡敏素含量。土壤腐殖質(zhì)測(cè)定用外加熱重鉻酸鉀容量法,土壤腐殖質(zhì)組分測(cè)定以氫氧化鈉-焦磷酸鈉混合液(pH=3)浸提-重鉻酸鉀容量法[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期施用不同肥料對(duì)土壤腐殖質(zhì)積累的影響

經(jīng)過(guò)20年的不同施肥處理,栗褐土耕層土壤腐殖質(zhì)含量產(chǎn)生了極顯著差異,結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 2007和2008年土壤腐殖質(zhì)含量Fig.1 Humus contents in topsoil in 2007/2008(圖中大寫(xiě)字母代表0.01水平上的差異)

由圖1可以看出,以施用高量有機(jī)肥的2個(gè)處理 (M2N、M2NP)為高,其土壤腐殖質(zhì)含量極顯著高于其它處理,2007年分別較對(duì)照增加了161.8%和 168.9%,2008年增加了172.1%和168.3%;施用低量有機(jī)肥的 3個(gè)處理 (M1、M1N、M1NP),其土壤腐殖質(zhì)含量極顯著高于單施化肥的處理,而極顯著低于施高量有機(jī)肥的處理,2007年分別較對(duì)照增加了102.5%、96.3%和112.0%,2008年增加了 107.4%、97.4%和114.5%;單施化肥的2個(gè)處理 (N、NP),其土壤腐殖質(zhì)含量極顯著高于對(duì)照處理,而極顯著低于施用有機(jī)肥的處理,2007年分別較對(duì)照增加了27.7%和29.8%,2008年增加了29.0%和32.7%?；什粫?huì)直接增加土壤腐殖質(zhì)含量,但是化肥的施用對(duì)種植作物的產(chǎn)量增加有顯著效果[7],增大了植物根葉殘?bào)w還田入土的生物量,進(jìn)而有利于腐殖質(zhì)積累。施用有機(jī)肥除了增產(chǎn)增加生物量外,更是直接向耕層輸入有機(jī)質(zhì),所以施有機(jī)肥的各處理土壤腐殖質(zhì)含量增加效果更明顯。上述結(jié)果表明,無(wú)論是長(zhǎng)期單施有機(jī)肥或者是有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配合施用,都有利于栗褐土耕層土壤腐殖質(zhì)的積累,而且其效果隨有機(jī)肥施用量的增加而增加,長(zhǎng)期單施氮肥或氮肥與磷肥配合施用對(duì)栗褐土耕層土壤腐殖質(zhì)的積累也有一定促進(jìn)作用。腐殖質(zhì)是土壤肥力的核心物質(zhì),對(duì)于肥力低,質(zhì)地輕,保水保肥性能差的栗褐土來(lái)說(shuō),提高腐殖質(zhì)含量十分重要。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)積極開(kāi)辟有機(jī)肥資源,堅(jiān)持有機(jī)肥與化肥配合施用。在有機(jī)肥源不足的情況下,合理施用化肥對(duì)培肥地力也有積極作用。

2.2 長(zhǎng)期施用不同肥料對(duì)土壤腐殖質(zhì)組分的影響

土壤學(xué)中依據(jù)腐殖質(zhì)的顏色和酸、堿溶解性把腐殖質(zhì)分為富里酸、胡敏酸和胡敏素3個(gè)組分。腐殖質(zhì)中最關(guān)鍵的部分是胡敏酸,胡敏酸分子邊緣有大量的功能團(tuán),如羧基、酚羥基和醇羥基等,這些功能團(tuán)可與土壤中的金屬離子、粘土礦物、水合氧化物發(fā)生相互作用,可以增加土壤吸收性能和保持養(yǎng)分、水分的能力,并能促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)體的形成。富里酸官能團(tuán)中酚羥基和甲氧基的數(shù)目比較多,對(duì)土壤肥力也有一定作用。胡敏素與粘粒礦物結(jié)合得十分緊密,活性很低。試驗(yàn)對(duì)土壤腐殖質(zhì)組分的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 2007和2008年土壤腐殖質(zhì)組分Table 3 Contents of the humus component in topsoil in 2007 and 2008

由表3可以看出,栗褐土耕層土壤腐殖質(zhì)組分以胡敏素為主,其次是富里酸,再次是胡敏酸,三者的含量分別占腐殖質(zhì)總量的74.3%～78.0%、12.4%～16.7%和5.8%～11.7%,這與風(fēng)沙土、棕壤、紅壤、水稻土的腐殖質(zhì)組分相似[8～10]。

經(jīng)過(guò)20年的不同施肥處理,栗褐土腐殖質(zhì)的三個(gè)組分處理間均表現(xiàn)出顯著差異。從胡敏酸組分看,8個(gè)處理的胡敏酸含量可明顯區(qū)分為兩組:對(duì)照 (CK)與單施化肥的2個(gè)處理 (N、NP),土壤胡敏酸的含量較低,其中,以單施化肥的2個(gè)處理高于對(duì)照,但只有NP處理在2008年達(dá)到了顯著水平,N處理不顯著;施有機(jī)肥和配施化肥的 5個(gè)處理(M1、M1N 、M1NP、M2N 、M2NP),土壤胡敏酸的含量均極顯著高于對(duì)照和單施化肥的處理,2007年依次較對(duì)照增加了221.3%、219.0%、238.0%、302.7%和283.3%,2008年增加了271.2%、259.9%、267.3%、379.8%和306.8%,其中以施高量有機(jī)肥的兩個(gè)處理(M2N、M2NP)提高的幅度較大。

不同處理對(duì)富里酸和胡敏素的影響與腐殖質(zhì)的積累相似,各處理富里酸和胡敏素含量的總趨勢(shì)是高量有機(jī)肥的2個(gè)處理＞低量有機(jī)肥3個(gè)處理＞單施化肥 2個(gè)處理＞對(duì)照,與對(duì)照相比,2007年各施肥處理的富里酸含量增加幅度為32.7%～182.9%,2008年的增加幅度為31.5%～160.4%,胡敏素2007年增加幅度為27.0%～158.6%,2008年的增加幅度為28.3%～166.4%。

從三種組分占腐殖質(zhì)總量的比例來(lái)看,單施化肥的2個(gè)處理,胡敏酸和胡敏素所占的比例與對(duì)照相近,富里酸所占的比例略高于對(duì)照,單施有機(jī)肥,和配施化肥5個(gè)處理則是胡敏酸所占的比例明顯高于對(duì)照,富里酸所占的比例低于對(duì)照,胡敏素所占的比例與對(duì)照相比有降低的趨勢(shì),高量有機(jī)肥與低量有機(jī)肥處理之間無(wú)明顯差異。

以上結(jié)果表明,長(zhǎng)期單施化肥對(duì)富里酸的積累比較有利,而長(zhǎng)期施用有機(jī)肥或有機(jī)肥與化肥配合施用更有利于土壤胡敏酸的積累。顯然,有機(jī)肥更有利于改善土壤理化性質(zhì)。

2.3 長(zhǎng)期施用不同肥料對(duì)土壤腐殖質(zhì)HA/FA比值的影響

腐殖質(zhì)中胡敏酸與富里酸的比例是衡量腐殖質(zhì)品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo),胡敏酸比例越高,腐殖質(zhì)的活性越強(qiáng),品質(zhì)越好[2]。不同處理試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)4。

表4 不同處理的土壤腐殖質(zhì)HA/FA比值Table 4 Influences of the long-term fertilization on HA/FA of humus in soil

由表4可見(jiàn),與對(duì)照相比,單施化肥栗褐土耕層中HA/FA比值有降低的趨勢(shì),以單施氮肥的處理較為明顯,但未達(dá)顯著水平。有機(jī)肥的5個(gè)處理(M1、M1N、M1NP、M2N、M2NP),其HA/FA比值均顯著高于對(duì)照,增高幅度在51.22%～129.27%之間,其中 M1、M1N、M1NP、M2N處理間無(wú)顯著差異,而M2NP處理卻顯著低于其它4個(gè)處理,M2NP處理效果較低的原因還有待于進(jìn)一步研究。上述結(jié)果表明,長(zhǎng)期單施化肥不利于改善栗褐土耕層腐殖質(zhì)品質(zhì),而長(zhǎng)期單獨(dú)施用有機(jī)肥提高栗褐土腐殖質(zhì)品質(zhì)的效果十分明顯,低量有機(jī)肥配施氮肥及氮肥和磷肥對(duì)其效果無(wú)明顯影響,高量有機(jī)肥配施氮肥對(duì)其效果也無(wú)明顯影響。

3 結(jié)論與討論

(1)栗褐土長(zhǎng)期施用有機(jī)肥和化肥及有機(jī)肥與化肥配合施用,耕層腐殖質(zhì)普遍都有積累,其中有機(jī)肥的效果更明顯。連續(xù)施肥20年后,M2N和M2NP處理較對(duì)照處理土壤腐殖質(zhì)含量提高了 172.08%和 168.28%,M1、M1N、M1NP處理提高了107.44%、97.40%和114.51%,N、NP處理提高了28.95%和32.73%。

(2)栗褐土耕層土壤腐殖質(zhì)以胡敏素含量為主 (占75%左右),其次是富里酸,再次是胡敏酸。長(zhǎng)期施用不同肥料對(duì)耕層土壤腐殖質(zhì)的3個(gè)組分都有顯著影響,對(duì)富里酸和胡敏素含量的影響與腐殖質(zhì)的積累相似,與對(duì)照相比,各施肥處理均呈增加趨勢(shì),其效果以高量有機(jī)肥處理(M2N、M2NP)＞低量有機(jī)肥處理 (M1、M1N、M1NP)＞單施化肥處理 (N、NP)。而對(duì)胡敏酸的影響則不完全相同,單施化肥的兩個(gè)處理對(duì)胡敏酸含量無(wú)顯著影響,施用有機(jī)肥對(duì)提高胡敏酸含量有顯著作用。

(3)與對(duì)照相比,長(zhǎng)期單施化肥,栗褐土耕層HA/FA比值有降低趨勢(shì),不利于維持和改善土壤腐殖質(zhì)品質(zhì),而有機(jī)肥或有機(jī)肥與化肥配施均可提高栗褐土耕層HA/FA比值,有利于提高土壤腐殖質(zhì)品質(zhì)。

[1]弗?普拉多諾夫.腐殖質(zhì)化合物在發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用[J].經(jīng)濟(jì)縱橫,2006,4:27-28.

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Influences of Long-term Fertilization on Humus Compositions in Cinnamon Soil

ZHANG Liang,WANG Gai-lan,DUAN Jian-nan,et al.
(College of Resources and Environment,Hunan Agricultural University,Changsha Hunan 410128,China)

The long-term fertilization experiment was conducted on Zhuanyaogou basin in Hequ county,northwest Shanxi province.The results showed that humus in topsoil of cinnamon soil had a significant accumulation after 20 years different fertilizer application treatments,compared with no fertilizer application treatment(CK).The effects of treatments on humus accumulation were the treatments of organic fertilizer application in high level(M2N,M2NP)＞that in low level(M1,M1N,M1NP)＞the treatment of only chemical fertilizer application(N,NP).The influence of application treatments on contents of humic acid(HA),fulvic acid(FA),and humin in humus was similar to the humus accumulation.But the influence degree was different among the components.The treatments of chemical fertilizer application only were suitable for the accumulation of fulvic acid,and the value of HA/FA has a trend of reduction,witch was not suitable for improving humus quality.The treatments of organic fertilizer application were better for the content accumulation of humic acid.In these treatments,the value of HA/FA wais higher than those in CK,no fertilizer application,and the effect on the quality improvement of humus is remarkable.

Long-term fertilization;Humus composition;Cinnamon soil

S153.622

A

1671-8151(2010)01-0005-04

2009-09-27

2009-10-29

張亮(1984-),男(漢),山西大同人,碩士研究生,主要從事土壤肥力與植物營(yíng)養(yǎng)方面的研究。

王改蘭,教授,碩士生導(dǎo)師。Tel:0731- 84618094;E-mail:gailanwang@hotmail.com

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (49971040)資助,湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)人才引進(jìn)基金項(xiàng)目資助

(編輯:楊忠義)