施肥方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)氧化穩(wěn)定性的影響

施肥方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)氧化穩(wěn)定性的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在土壤肥力中起著許多作用。因此,它被作為評(píng)價(jià)土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一。近年來(lái),人們逐漸認(rèn)識(shí)到有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤肥力的作用,不僅決定于其數(shù)量的多少,同時(shí)受其質(zhì)量的制約,因而開(kāi)始注重有機(jī)質(zhì)性質(zhì)的研究。土壤有機(jī)質(zhì)氧化穩(wěn)定性是土壤有機(jī)質(zhì)的一個(gè)重要性質(zhì),它與腐殖質(zhì)抵抗氧化的能力有關(guān),關(guān)系到腐殖質(zhì)分解難易,影響土壤肥力的發(fā)揮。研究不同施肥方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)氧化穩(wěn)定性及其與土壤肥力關(guān)系的影響,對(duì)揭示土壤培肥機(jī)理,指導(dǎo)科學(xué)、定向培肥土壤具有重要意義。基于以上原因,于1990—1998年對(duì)冀東地區(qū)主要的高產(chǎn)土壤——褐土進(jìn)行了連續(xù)8年的定位試驗(yàn),研究不同施肥方式下土壤有機(jī)質(zhì)氧化穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)變化及其與肥力的關(guān)系,揭示土壤培肥機(jī)理,為科學(xué)指導(dǎo)土壤培肥提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1供試土壤、作物及品種試驗(yàn)于1990年9月至1998年10月在河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行,連續(xù)8年定位試驗(yàn)。供試土壤為中壤質(zhì)潮褐土,土壤基本理化性狀見(jiàn)表1。供試作物為小麥、玉米輪作,一年二熟,小麥品種包括唐麥4、京冬八號(hào)等,玉米品種為唐抗五號(hào)。供試有機(jī)肥(物)料有麥秸、玉米秸、豬圈肥。供試化肥為尿素、磷酸二銨、氯化鉀等。1.2氮、磷、鉀化肥用量田間試驗(yàn)采用經(jīng)典回歸設(shè)計(jì),6個(gè)處理,3次重復(fù),區(qū)組隨機(jī)排列,小區(qū)面積6m×8m,各處理為:①不施肥(CK);②常量氮、磷、鉀化肥(N、P、K);③有機(jī)肥(豬圈肥,下同)+常量氮、磷、鉀化肥(M+N、P、K);④麥秸+常量氮、磷、鉀化肥(W+N、P、K);⑤玉米秸+常量氮、磷、鉀化肥(C+N、P、K);⑥增量氮、磷、鉀化肥(2N、P、K)。常量氮、磷、鉀化肥用量,小麥:氮(N)231.75kg·hm-2、磷(P2O5)116.7kg·hm-2、鉀(K2O)113.25kg·hm-2;玉米:氮(N)242.85kg·hm-2、磷(P2O5)92.85kg·hm-2、鉀(K2O)107.7kg·hm-2,增量氮、磷、鉀化肥為常量氮磷鉀化肥的1倍。有機(jī)肥用量為37500kg·hm-2,麥秸用量(風(fēng)干重)為4500kg·hm-2,玉米秸用量(風(fēng)干重)為4200kg·hm-2。秸稈切短后使用,玉米秸3~4cm,麥秸10~15cm。有機(jī)肥及玉米秸在小麥播種前均勻鋪撒后耕翻,麥秸在玉米小嗽叭口期覆蓋,磷、鉀肥均作為基肥分別在小麥、玉米播種前一次施入,氮肥1/3作基肥,2/3用作追肥。作物生長(zhǎng)期間常規(guī)管理,作物產(chǎn)量各小區(qū)單打單收,于玉米收獲前采集土壤樣品供分析用。1.3土壤有機(jī)質(zhì)b和易氧化有機(jī)質(zhì)a的測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)氧化穩(wěn)定性采用袁可能建議的方法。分別采用0.4mol·L-11/6K2Cr2O7-H2S04(1∶1)170~180℃煮沸5min和0.2mol·L-11/6K2Cr2O7-H2S04(1∶3)130~140℃煮沸5min測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)(b)和易氧化有機(jī)質(zhì)(a)含量,氧化穩(wěn)定系數(shù)Kos=(b-a)/a,其中(b-a)為難氧化有機(jī)質(zhì)。土壤N、P養(yǎng)分按土壤農(nóng)化常規(guī)分析法測(cè)定。2結(jié)果與分析2.1長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響從表2中可以看出,長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、易氧化有機(jī)質(zhì)和難氧化有機(jī)質(zhì)含量有明顯影響。連續(xù)種植8年16季作物,與試前比較,不施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量下降2.064g·kg-1,其中易氧化有機(jī)質(zhì)下降1.606g·kg-1,占有機(jī)質(zhì)減少量的77.9%,難氧化有機(jī)質(zhì)下降0.458g·kg-1,占有機(jī)質(zhì)減少量的22.1%,Kos由試前的1.39升至1.72;單施化肥處理,有機(jī)質(zhì)、易氧化有機(jī)質(zhì)、難氧化有機(jī)質(zhì)含量均有下降趨勢(shì),分別減少0.916g·kg-1、0.503g·kg-1和0.413g·kg-1,易氧化有機(jī)質(zhì)和難氧化有機(jī)質(zhì)減少量分別占有機(jī)質(zhì)減少總量的54.8%和45.2%,Kos則上升到1.44;增量化肥處理,以上指標(biāo)與試前大體持平;各有機(jī)肥(物)料配施常量化肥處理,有機(jī)質(zhì)、易氧化有機(jī)質(zhì)、難氧化有機(jī)質(zhì)含量分別增加了2.752~2.996g·kg-1、2.252~2.667g·kg-1和0.500~0.329g·kg-1,易氧化有機(jī)質(zhì)和難氧化有機(jī)質(zhì)增加量分別占有機(jī)質(zhì)增加總量的82.0%~88.8%和18.0%~11.2%,Kos則下降至1.05,不同有機(jī)肥(物)料間對(duì)上述有機(jī)質(zhì)性質(zhì)的影響差異不明顯。由此可見(jiàn),不同施肥處理對(duì)有機(jī)質(zhì)的影響主要表現(xiàn)為易氧化有機(jī)質(zhì)的變化較大,而難氧化有機(jī)質(zhì)的變化相對(duì)較小。因此,在連續(xù)不施肥條件下,土壤地力的耗竭主要體現(xiàn)在易氧化有機(jī)質(zhì)被大量消耗,土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力降低,而難氧化有機(jī)質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定,礦化較慢,對(duì)養(yǎng)分的供應(yīng)自然較慢。長(zhǎng)期單施常量N、P、K化肥,根茬殘留量較低,使土壤易氧化有機(jī)質(zhì)和難氧化有機(jī)質(zhì)均有所消耗,造成有機(jī)質(zhì)總量下降。長(zhǎng)期連續(xù)施用增量N、P、K化肥,土壤養(yǎng)分供應(yīng)充足,同時(shí)根茬殘留量較多,使土壤有機(jī)質(zhì)含量能保持大體持平。而連續(xù)施用有機(jī)肥(物)料配施常量化肥,在充足供應(yīng)作物所需養(yǎng)分的條件下,大量有機(jī)物料的投入,使土壤易氧化有機(jī)質(zhì)含量迅速增加,進(jìn)而促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的積累,并使土壤有機(jī)質(zhì)得到活化,對(duì)養(yǎng)分的調(diào)控能力增強(qiáng)。2.2土壤有機(jī)質(zhì)、易氧化有機(jī)質(zhì)增長(zhǎng)率變化從表2中還可以看出,隨培肥時(shí)間的加長(zhǎng),各有機(jī)肥(物)料配施化肥處理,土壤有機(jī)質(zhì)和易氧化有機(jī)質(zhì)含量均呈規(guī)律性的增加,Kos持續(xù)下降;而不施肥處理則持續(xù)下降,Kos上升;單施化肥處理,有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì),Kos值呈上升趨勢(shì);增量化肥處理大體持平。從各處理有機(jī)質(zhì)及其Kos值的變化速率來(lái)看,培肥前3年(1990年9月—1993年9月)的土壤有機(jī)質(zhì)、易氧化有機(jī)質(zhì)含量年均遞增0.428~0.481g·kg-1和0.352~0.415g·kg-1,培肥中間3年(1993年9月—1996年9月)年均遞增0.334~0.362g·kg-1和0.260~0.296g·kg-1,最后2年(1996年9月—1998年9月)平均遞增0.230~0.233g·kg-1和0.208~0.240g·kg-1。培肥前3年,中間3年和最后2年,隨時(shí)間延長(zhǎng),土壤有機(jī)質(zhì)、易氧化有機(jī)質(zhì)增長(zhǎng)率均呈遞減趨勢(shì),說(shuō)明隨有機(jī)質(zhì)含量提高,其轉(zhuǎn)化速率加快,在提高了對(duì)土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度的同時(shí),積累速率減緩。而對(duì)照處理以上指標(biāo)的遞減速率也大體一致,即前期迅速消耗(主要是易氧化有機(jī)質(zhì)),隨時(shí)間的延長(zhǎng),活化度較高的易氧化有機(jī)質(zhì)含量迅速降低,剩余的老化難氧化有機(jī)質(zhì)礦化速率很慢,有機(jī)質(zhì)減少速率變緩。單施常量化肥處理有同樣趨勢(shì)。由此可見(jiàn),對(duì)于高產(chǎn)土壤來(lái)說(shuō),有機(jī)質(zhì)積累不易,而消耗則很迅速,為保證農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,應(yīng)注意維持并盡量逐步增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,提高其養(yǎng)分貯備和供應(yīng)水平。2.3肥土理化性質(zhì)與肥質(zhì)量的關(guān)系對(duì)連續(xù)培肥8年后,土壤有機(jī)質(zhì)、易氧化有機(jī)質(zhì)和難氧化有機(jī)質(zhì)含量及Kos值與土壤養(yǎng)分含量及作物產(chǎn)量之間關(guān)系的相關(guān)分析表明(表3),土壤有機(jī)質(zhì)、易氧化有機(jī)質(zhì)含量與作物產(chǎn)量、土壤全N、堿解N、有效P含量有極顯著或顯著的正相關(guān)關(guān)系;Kos值則與這些指標(biāo)呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān);難氧化有機(jī)質(zhì)含量與土壤全N含量呈顯著正相關(guān),但與作物產(chǎn)量、土壤有機(jī)質(zhì)含量、堿解N、有效P等無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。這表明,土壤有機(jī)質(zhì)含量與作物產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的相關(guān)性,更多地來(lái)自于易氧化有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn),難氧化有機(jī)質(zhì)含量的高低,更多地代表了土壤緩效性養(yǎng)分貯備的多少,而其穩(wěn)定性又決定了這些養(yǎng)分的不易轉(zhuǎn)化。因而,難氧化有機(jī)質(zhì)雖有利于土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,但其供肥能力較低。同時(shí),從連續(xù)定位試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看(表2),各處理之間比較或與試前相比,難氧化有機(jī)質(zhì)含量的變化幅度均不大,高、低肥力土壤(有機(jī)肥(物)料配施化肥與不施肥處理)間極值差亦只有0.958g·kg-1,而與試前相比均未超過(guò)0.5g·kg-1。可見(jiàn),在一定的環(huán)境條件下,同類土壤難氧化有機(jī)質(zhì)趨于一定的穩(wěn)定水平,受施肥的影響較小。施肥主要影響土壤易氧化有機(jī)質(zhì)含量,進(jìn)而影響土壤有機(jī)質(zhì)總量和Kos值,土壤有機(jī)質(zhì)中活躍的易氧化部分,調(diào)控和供應(yīng)養(yǎng)分的能力強(qiáng),是影響肥力高低的重要因素,以易氧化有機(jī)質(zhì)含量和Kos評(píng)價(jià)土壤肥力和土壤生產(chǎn)力水平,具有更為重要的意義。2.4對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)從各處理歷年平均作物產(chǎn)量來(lái)看(表4),不同有機(jī)肥(物)料配施常量化肥,較單施常量化肥增產(chǎn)均達(dá)極顯著水平,較增量化肥處理一般達(dá)顯著水平。從N、P、K養(yǎng)分投入量來(lái)看,各有機(jī)肥(物)料配施常量化肥處理養(yǎng)分投入均低于增量化肥處理,但其產(chǎn)量高于該處理。同時(shí),該研究設(shè)置的常規(guī)化肥用量及配比,來(lái)自于該課題組對(duì)冀東地區(qū)褐土平衡施肥研究結(jié)果的經(jīng)濟(jì)最佳施肥量,用其量應(yīng)是比較適宜的?？梢?jiàn),有機(jī)肥(物)料的投入,其最大貢獻(xiàn)不在于養(yǎng)分增加,而在于通過(guò)增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量,改善其品質(zhì),提高土壤基礎(chǔ)肥力,增強(qiáng)土壤本身對(duì)養(yǎng)分的調(diào)控,供貯能力,從而提高養(yǎng)分(包括土壤和肥料)利用率,達(dá)到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目的。從這個(gè)角度來(lái)看,對(duì)于高產(chǎn)土壤,每年以一定量的有機(jī)肥(物)料配合化肥施用,對(duì)維持和提高土壤肥力具有極為重要的意義。而從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,不同種類的有機(jī)肥(物)料對(duì)作物的增產(chǎn)作用大體相同。考慮到農(nóng)村現(xiàn)狀,在有機(jī)肥供應(yīng)不足的情況下,一年二熟地區(qū),每年以4500kg·hm-2左右的麥秸或玉米秸直接還田配施化肥,將是維持和提高土壤肥力,保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑,同時(shí),通過(guò)秸稈還田,可以消除田間焚燒秸稈現(xiàn)象,減少環(huán)境污染,在生產(chǎn)實(shí)踐中具有重要意義。3土壤肥力及肥料利用1)長(zhǎng)期不施肥或單施氮、磷、鉀化肥,使土壤易氧化有機(jī)質(zhì)含量明顯減少,Kos增大,降低土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力,使地力下降。施用有機(jī)肥(物)料配施氮、磷、鉀化肥可以明顯提高土壤易氧化有機(jī)質(zhì)含量,進(jìn)而提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,降低Kos值,使土壤對(duì)養(yǎng)分肥力