白潔瑞，劉慶峰，于建光，4*，陳小云，肖 新，李 勇

（1．江蘇省常州市金壇區(qū)種植業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇 常州 213200；2．江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014；3．南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210095；4．農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210014；5．安徽科技學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 鳳陽(yáng) 233100）

良好的土壤結(jié)構(gòu)有助于土壤的保水、保肥及通氣，從而減少水土流失。在降雨侵蝕條件下，土壤顆粒隨徑流的遷移主要以<20 μm細(xì)顆粒為主［1］。植物殘?bào)w是土壤有機(jī)質(zhì)與腐殖質(zhì)的基本來(lái)源，為農(nóng)田土壤提供有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分，對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)與功能維持具有重要的意義；國(guó)內(nèi)外關(guān)于秸稈對(duì)農(nóng)田土壤物理結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分含量以及產(chǎn)量的研究已有不少，研究表明施用有機(jī)物料、綠肥等均有助于增加土壤中大團(tuán)聚體的比例，改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤中碳含量等［2-4］，且不同質(zhì)量有機(jī)物料組合比單一物料對(duì)土壤生物化學(xué)性質(zhì)的影響更顯著［5］。

江蘇省黃河故道涉及省內(nèi)徐州、宿遷、淮安、鹽城4個(gè)市13個(gè)縣，該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低，土壤中粉粒含量較高［6］，具有沙瘦、板結(jié)、漏水、漏肥、有機(jī)質(zhì)含量低和團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)差等缺點(diǎn)，因此極大地制約了土地資源生產(chǎn)潛力的發(fā)揮。玉米在江蘇省黃河故道地區(qū)大范圍種植，單一種植存在水土流失風(fēng)險(xiǎn)，豆科的白三葉草是當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的護(hù)坡綠肥植物，單獨(dú)種植用于水土保持和改良土壤，但由于不產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益難以被農(nóng)民所接受。間作套種是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)良傳統(tǒng)，不僅可以增加復(fù)種指數(shù)，還能改善土壤群落和植物生境［7］。在種植玉米的同時(shí)，如果同時(shí)套種三葉草，不僅有利于雨季玉米田間土壤的防風(fēng)固沙，而且在玉米成熟收獲后，三葉草還可以和玉米秸稈同時(shí)翻壓還田為下茬作物提供充足養(yǎng)分。蚯蚓堆肥是蚯蚓參與作用的堆肥產(chǎn)物，具有結(jié)構(gòu)好、養(yǎng)分含量豐富的特點(diǎn)，常用于改良土壤。有關(guān)玉米等禾本科秸稈還田對(duì)土壤理化性狀影響的研究較多，三葉草秸稈還田的研究較少，玉米秸稈和三葉草秸稈同時(shí)還田并施用蚯蚓堆肥的研究鮮有報(bào)道?；邳S河故道土壤的上述缺點(diǎn)，擬將上述2種秸稈和蚯蚓堆肥施用于該土壤后，研究其對(duì)土壤理化性狀的影響，從而準(zhǔn)確評(píng)估這3類常見(jiàn)有機(jī)物料及其組合的改良效果，為江蘇省黃河故道潮土地區(qū)禾本科-豆科套種及秸稈還田綜合土壤改良實(shí)踐提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤來(lái)自江蘇省鹽城市濱?？h界牌鎮(zhèn)黃河灣綠色科技產(chǎn)業(yè)園（119.868°E，34.106°N），為黃河沖積物發(fā)育形成的典型潮土，其質(zhì)地為粉壤土。土壤采集后混勻過(guò)2 mm篩，同時(shí)剔除大型土壤動(dòng)物、根茬和秸稈等；供試土壤pH 8.24，電導(dǎo)率337 μS·cm-1，有機(jī)碳2.45 g·kg-1，全氮0.25 g·kg-1，堿解氮12.76 mg·kg-1，有效磷5.89 mg·kg-1，速效鉀81.63 mg·kg-1。有機(jī)物料選用自然風(fēng)干的玉米秸稈、三葉草秸稈以及蚯蚓堆肥（牛糞經(jīng)蚯蚓參與活動(dòng)堆制而成），其基本性狀見(jiàn)表1。玉米秸稈與三葉草秸稈粉碎為1～2 mm，供試盆缽大小一致且底部加篩網(wǎng)防漏。

表1 供試物料的養(yǎng)分含量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置8個(gè)處理。（1）CK：空白對(duì)照；（2）M：玉米秸稈；（3）C：三葉草秸稈；（4）V：蚯蚓堆肥；（5）MC：玉米秸稈+三葉草秸稈；（6）MV：玉米秸稈+蚯蚓堆肥；（7）CV：三葉草秸稈+蚯蚓堆肥；（8）MCV：玉米秸稈+三葉草秸稈+蚯蚓堆肥。將相當(dāng)于1 kg干重的過(guò)2 mm篩的新鮮土壤填充至盆缽中，分別將各處理秸稈或蚯蚓堆肥與土壤充分混勻，若是混合物料則等比例施用，有機(jī)物料用量為2%（物料/干土重）；每處理重復(fù)4次，共32個(gè)盆缽；所有盆缽于28 ℃暗室培養(yǎng)，定期（每周）加水保持濕度（每次加水至80%的土壤田間持水量，土壤采樣時(shí)除外），并同時(shí)測(cè)定土壤水分含量（稱重法）。試驗(yàn)于2018年4月23日開(kāi)始，培養(yǎng)180 d后破壞性采樣，土壤樣品風(fēng)干后測(cè)定土壤理化指標(biāo)。

1.3 分析與測(cè)定方法

土壤pH和電導(dǎo)率采用土水比1∶2.5浸提，pH測(cè)定儀（Mettler Toledo）讀數(shù)，電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀（雷磁DDS-307A）測(cè)定；土壤有機(jī)碳含量（SOC）采用K2Cr2O7容量法測(cè)定；全氮（TN）采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；銨態(tài)氮和硝態(tài)氮采用氯化鉀溶液浸提，全自動(dòng)間斷式化學(xué)分析儀（Smartchem 200）測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定［8］。

水穩(wěn)性團(tuán)聚體分離采用濕篩法［9］：土壤依次通過(guò)2、0.25和0.053 mm篩而獲得4個(gè)級(jí)別團(tuán)聚體，即>2 mm大團(tuán)聚體、0.25～2 mm大團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體（0.053～0.25 mm）以及粘粉粒（<0.053 mm）。濕篩前，濕潤(rùn)土樣通過(guò)8 mm篩并且風(fēng)干，過(guò)篩前取50 g風(fēng)干土樣放在孔徑大小分別為2、0.25和0.053 mm的3個(gè)套篩上浸入水桶中5 min；用設(shè)置振幅30次·min-1的篩分儀豎直上下振蕩5 min。然后把每層篩子和水桶（<0.053 mm）的土壤沖入燒杯中，靜置一段時(shí)間后去除漂浮于燒杯水面上的有機(jī)物質(zhì)，并在50℃過(guò)夜烘干稱重。土壤的平均重量直徑（MWD）采用以下公式獲得［10］：

式中，xi指各粒級(jí)的平均直徑，wi指相應(yīng)各粒級(jí)的重量百分比。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)處理和作圖采用SPSS 19.0和Excel 2016，不同處理之間差異顯著性采用Duncan法檢驗(yàn)（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)物料添加對(duì)土壤pH和電導(dǎo)率的影響

與CK相比，添加玉米秸稈（M）、三葉草秸稈（C）和蚯蚓堆肥（V）180 d后均顯著降低土壤pH（P<0.05），降幅分別為4.12%、8.05%和1.62%，其中C處理對(duì)土壤pH降幅最為明顯，M處理次之，V處理影響最小；與CK相比，3種物料以不同組合（MC、MV、CV和MCV）添加到土壤后均可顯著降低土壤pH（P<0.05），降幅分別為5.55%、2.56%、4.82%和2.44%，其中MC處理的土壤pH降幅最大，CV次之，而MV和MCV處理降幅較小，不同物料組合添加對(duì)土壤pH的影響介于單一物料之間（圖1）。

與CK相比，M、C和V均顯著提高了土壤電 導(dǎo) 率（P<0.05），提 高 幅 度 分 別 為77.55%、288.06%和56.34%，其變化與pH的變化相反，其中C處理對(duì)土壤電導(dǎo)率增幅最為明顯，M和V處理次之；與CK相比，3種物料以不同組合（MC、MV、CV和MCV）添加到土壤后均可顯著提高土壤電導(dǎo)率（P<0.05），提高幅度分別為259.80%、109.22%、249.97%和134.88%，其中MC和CV處理對(duì)土壤電導(dǎo)率的增幅最大，MV和MCV次之，不同物料組合添加（MC、MV、CV和MCV）對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響介于單一物料影響之間（圖1）。

2.2 不同有機(jī)物料添加對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布以及MWD的影響

與CK相比，M處理180 d后顯著增加了>2和0.25～2 mm大團(tuán)聚體比例（P<0.05），增幅分別達(dá)339.51%和131.58%，同時(shí)顯著降低了<0.053 mm粘粉粒的比例（P<0.05），降幅達(dá)49.77%，而0.053～0.25 mm微團(tuán)聚體的比例雖略有增加（增幅達(dá)30.09%），但差異不顯著。與CK相比，C處理180 d后增加了>2和0.25～2 mm大團(tuán)聚體比例，增幅分別達(dá)232.24%和30.87%，其中>2 mm大團(tuán)聚體比例增幅顯著（P<0.05）；與此相反，0.053～0.25 mm微團(tuán)聚體和<0.053 mm粘粉粒所占比例均略有下降，降幅分別達(dá)13.84%和10.04%，但差異不顯著（P>0.05）。與CK相比，V處理180 d后使>2和0.25～2 mm大團(tuán)聚體比例略有增加（增幅分別為13.69%和22.05%），而使0.053～0.25 mm微團(tuán)聚體和<0.053 mm粘粉粒所占比例略有下降（降幅分別為7.95%和0.84%），但差異均未達(dá)顯著水平（P>0.05）（表2）。

與CK相比，3種有機(jī)物料各種組合處理（MC、MV、CV和MCV）均可提高>2和0.25～2 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體比例（增幅50.13%～339.34%），除CV處理0.25～2 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體比例變化不顯著外（P>0.05），其他均達(dá)差異顯著水平（P<0.05）。與CK相比，3種有機(jī)物料各種組合處理（MC、MV、CV和MCV）對(duì)0.053～0.25 mm微團(tuán)聚體所占比例影響不大，使<0.053 mm粘粉粒比例均略有下降（降幅8.31%～30.57%），但均未達(dá)差異顯著水平（P>0.05）（表2）。

表2 不同有機(jī)物料添加對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布的影響 （%）

土壤平均重量直徑（MWD）表征土壤團(tuán)聚體整體大小分布狀況，其值越大，土壤穩(wěn)定性越好。與CK相比，分別單獨(dú)添加3種有機(jī)物料（M、C、V）180 d后，均可提高土壤平均重量直徑，增幅分別為154.20%、71.92%和12.99%，其增幅次序?yàn)镸>C>V，其中M和C處理與CK處理間差異顯著（P<0.05）。與CK相比，3種有機(jī)物料組合（MC、MV、CV和MCV）添加到土壤后均顯著提高了土壤的MWD（P<0.05），增幅分別為106.74%、100.04%、56.49%和141.87%，其中MCV處理的增幅最明顯（圖2）。

2.3 不同有機(jī)物料添加對(duì)潮土養(yǎng)分含量的影響

與CK相比，3種有機(jī)物料添加（M、C、V）180 d后均顯著提高土壤中有機(jī)碳含量（P<0.05），其中M處理的效果尤其明顯，有機(jī)碳含量增幅達(dá)113.75%，遠(yuǎn)高于C和V處理增幅（分別為50.87%和33.19%）；與CK相比，3種物料以不同組合（MC、MV、CV和MCV）添加到土壤后均可顯著提高土壤有機(jī)碳含量（P<0.05），增幅分別為64.54%、47.58%、59.90%和73.27%，不同物料組合添加對(duì)土壤有機(jī)碳的影響介于單一物料影響之間（表3）。

與CK相比，3種有機(jī)物料添加（M、C、V）180 d后均顯著提高土壤中全氮含量（P<0.05），增幅分別為144.35%、187.88%和57.51%，其中尤以C和M處理明顯，V處理次之；與CK相比，3種物料以不同組合（MC、MV、CV和MCV）添加到土壤后均可顯著提高土壤全氮含量（P<0.05），增幅分別為200.59%、109.05%、160.30和169.32%，不同物料組合添加（MV、CV和MCV）對(duì)土壤全氮的影響介于單一物料影響之間；與土壤全氮含量的變化相類似，3種有機(jī)物料（M、C、V）及其物料組合（MC、MV、CV和MCV）添加到土壤后也顯著提高了土壤堿解氮的含量（P<0.05），其增幅為123.64%～197.19%，增幅低于全氮含量的變化（表3）。

與CK相比，分別添加3種有機(jī)物料（M、C、V）180 d后均能不同程度增加土壤有效磷和速效鉀含量，其中M和C處理均使有效磷和速效鉀含量顯著增加（P<0.05），其中有效磷分別增加184.76%和249.52%，速效鉀分別增加98.54%和237.32%，V處理使土壤有效磷的含量顯著增加，增幅達(dá)436.19%，增幅超過(guò)M和C處理，但對(duì)土壤速效鉀含量影響不顯著；與CK相比，3種有機(jī)物料組合（MC、MV、CV和MCV）添加到土壤后也均顯著提高了土壤有效磷和速效鉀的含量（P<0.05），其中有效磷的增幅為233.33%～343.81%，速效鉀的增幅為61.81%～181.63%，介于單一物料影響之間（表3）。

表3 不同有機(jī)物料添加對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

3 討論

有機(jī)物料玉米秸稈、三葉草秸稈和蚯蚓堆肥施用于土壤180 d后，顯著降低了土壤的pH，均由原先的8.2降為8.0以下，尤其玉米秸稈和三葉草秸稈施用后分別降為7.86和7.54，接近于當(dāng)?shù)刂饕魑镉衩缀托←湹倪m宜pH上限值，這與他人的研究結(jié)果相似［11-13］；可能的原因是有機(jī)物料在微生物參與下腐解，促進(jìn)了土壤腐殖酸和有機(jī)酸的形成，導(dǎo)致土壤pH降低，達(dá)到改良?jí)A性土壤的效果［14-15］，而土壤pH下降幅度為三葉草秸稈>玉米秸稈>蚯蚓堆肥，其原因可能與秸稈和蚯蚓堆肥中易分解有機(jī)物含量有關(guān)。土壤電導(dǎo)率可以間接表示離子成分的總濃度，其變化趨勢(shì)與土壤中養(yǎng)分變化趨勢(shì)有較強(qiáng)的相關(guān)性；與pH變化相反，有機(jī)物料玉米秸稈、三葉草秸稈和蚯蚓堆肥施用后，均顯著增加了土壤的電導(dǎo)率，尤其是三葉草秸稈施用后電導(dǎo)率提高近3倍，這標(biāo)志著土壤礦質(zhì)養(yǎng)分含量水平的顯著提升，與張凱凱等［12］、王寧等［16］的研究結(jié)果一致，原因可能與有機(jī)物料本身含有較多的可溶性鹽或在有機(jī)質(zhì)分解的時(shí)候釋放出礦質(zhì)鹽分有關(guān)；而土壤電導(dǎo)率上升幅度為三葉草秸稈>玉米秸稈>蚯蚓堆肥，原因也是與秸稈和蚯蚓堆肥中易分解有機(jī)物含量有關(guān)。3種物料以不同組合施用于土壤后的pH和電導(dǎo)率的變化幅度介于單一有機(jī)物料施用后的變化之間，其原因也主要與組合物料進(jìn)入土壤后的腐解和養(yǎng)分釋放有關(guān)。

有機(jī)物料施用后可以顯著提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性［17］，本試驗(yàn)中供試土壤較貧瘠，且粘粒含量較低，供試土壤>2和0.25～2 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的比例以及MWD值均較低，施用玉米秸稈和三葉草秸稈后土壤>2和0.25～2 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的比例及MWD值均增加，尤其>2 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體比例顯著增加，幅度達(dá)到2～3倍以上，其結(jié)果與他人研究結(jié)果類似［18-19］；秸稈施用于土壤后可在團(tuán)聚體形成中起核心作用［20］，它通過(guò)將高比例易降解多糖和真菌菌絲、細(xì)根、根毛和微生物等結(jié)合，進(jìn)而將松散的土壤顆粒粘結(jié)于一體［21］；玉米秸稈對(duì)大團(tuán)聚體比例的促進(jìn)作用遠(yuǎn)強(qiáng)于三葉草秸稈，究其原因，可能與玉米秸稈含有更多易降解多糖和它施用后引發(fā)土壤中產(chǎn)生更多真菌菌絲有關(guān)。蚯蚓堆肥施入土壤后未使>2和0.25～2 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的比例和土壤MWD值顯著增加，可能與蚯蚓堆肥的基本理化性狀及施用量有關(guān)，即蚯蚓堆肥相比玉米秸稈和三葉草秸稈具有較低的有機(jī)碳和全氮含量，且在試驗(yàn)中2%的施用量均不足以改變土壤的團(tuán)聚過(guò)程。與上述大團(tuán)聚體的變化相適應(yīng)，由于秸稈施用后的團(tuán)聚作用增強(qiáng)，更多的微團(tuán)聚體將進(jìn)一步團(tuán)聚成大團(tuán)聚體，除施用玉米秸稈使0.053～0.25 mm微團(tuán)聚體的比例略有增大外，施用三葉草秸稈和蚯蚓堆肥均使其下降，同時(shí)分別施用3種有機(jī)物料均使<0.053 mm粘粉粒的比例下降。3種物料以不同組合施用于土壤后的團(tuán)聚體分布和MWD值變化幅度介于單一有機(jī)物料影響之間，也主要與組合物料中各物料的單一性狀和進(jìn)入土壤后對(duì)土壤團(tuán)聚過(guò)程的綜合作用過(guò)程有關(guān)。

本試驗(yàn)中的供試土壤養(yǎng)分含量較低，不添加任何有機(jī)物料對(duì)照處理經(jīng)180 d后土壤中的有機(jī)碳、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量變化不大；而玉米秸稈、三葉草秸稈和蚯蚓堆肥中上述養(yǎng)分含量均高于供試土壤，因此施用180 d后均顯著增加了土壤中上述養(yǎng)分的含量。由于玉米秸稈和三葉草秸稈的有機(jī)碳、全氮和全鉀含量高于蚯蚓堆肥，尤其三葉草秸稈的全氮和全鉀含量分別是蚯蚓堆肥的4和2倍以上，因而它們施入土壤180 d后對(duì)增加土壤有機(jī)碳、全氮和速效鉀含量的作用明顯強(qiáng)于蚯蚓堆肥，而蚯蚓堆肥的全磷含量較高，其含量分別是玉米秸稈和三葉草秸稈的5和2.5倍左右，其施入土壤后對(duì)土壤有效磷含量的提升作用強(qiáng)于玉米秸稈和三葉草秸稈。

由于單一物料本身均含有多種養(yǎng)分，3種物料不管以何種組合施用于土壤，其自身所含的有機(jī)質(zhì)均會(huì)在土壤中進(jìn)行礦化和腐殖化，其中碳氮元素在礦化和腐殖化過(guò)程中部分會(huì)以氣態(tài)和液態(tài)形式排放和流失，完成腐殖化以后的部分碳氮元素會(huì)形成新的土壤有機(jī)質(zhì)，而磷鉀元素在礦化和腐殖化過(guò)程中以氣態(tài)和液態(tài)形式排放和流失的很少，完成腐殖化以后的磷鉀幾乎全部形成新土壤有機(jī)質(zhì)。玉米秸稈和三葉草秸稈施入土壤經(jīng)180 d以后不能全部腐殖化，而蚯蚓堆肥施入土壤經(jīng)180 d后幾乎完全腐殖化；加之所有有機(jī)物料施入土壤均可改變?cè)杏袡C(jī)質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化，部分如玉米或三葉草秸稈甚至可加快原土壤有機(jī)質(zhì)的分解；因此，不同組合有機(jī)物料進(jìn)入土壤后的礦化和腐殖化過(guò)程相比單一物料更復(fù)雜，但因?yàn)槠渚C合所含有的養(yǎng)分含量受不同有機(jī)物料組合所限定，介于單一物料含量間，因而其添加后經(jīng)180 d對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響介于各單一物料的影響之間，但均比不添加任何有機(jī)物料的對(duì)照處理土壤的養(yǎng)分含量要高。

另外需要強(qiáng)調(diào)的是本試驗(yàn)屬室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間短且與大田條件有差異，且在試驗(yàn)中沒(méi)有作物參與，因而難以評(píng)估作物參與下根系分泌物以及作物吸收養(yǎng)分對(duì)土壤的影響，未來(lái)需布置田間長(zhǎng)期試驗(yàn)并結(jié)合土壤和作物的綜合響應(yīng)，以進(jìn)一步對(duì)玉米、三葉草秸稈配合蚯蚓堆肥的改良和培肥效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。

4 結(jié)論

（1）添加玉米秸稈、三葉草秸稈和蚯蚓堆肥均會(huì)減小黃河故道潮土pH，提高黃河故道潮土電導(dǎo)率，增加其大團(tuán)聚體比例和土壤團(tuán)聚體平均重量直徑。

（2）添加玉米秸稈、三葉草秸稈和蚯蚓堆肥均會(huì)增加土壤有機(jī)碳、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。

（3）考慮到黃河故道潮土養(yǎng)分的均衡供應(yīng)與團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)改善，玉米、三葉草秸稈配合施用蚯蚓堆肥的綜合效果更好。