有机种植对盐碱土主要理化性质的影响
王宏燕1, 孙岩1, 于军2, 李思萌1, 袁佳慧1, 孟雨田1, 赵伟1,*, 李晓庆1
1.东北农业大学 资源与环境学院,黑龙江 哈尔滨 150030
2.塔里木大学 科技处,新疆 阿拉尔 843300
*通信作者,赵伟,E-mail:1137845207@qq.com

作者简介:王宏燕(1963—),女,黑龙江双鸭山人,博士,教授,研究方向为农业生态学。E-mail:Why220@126.com

摘要

以黑龙江省大庆市善耕原农业科技发展有限公司试验园区盐碱土为研究对象,利用不同有机种植年限处理,对盐碱土进行田间改良试验。结果表明:相较于常规种植,施用有机肥料对土壤理化性质有明显改善,土壤肥力随有机种植年限的增加而提高,土壤有机质、速效磷、速效钾含量显著( P<0.05)高于常规种植。另外,有机种植能够降低土壤pH值、总碱度以及容重,提高土壤大团聚体含量,改善土壤结构,对盐碱土具有改良效果。

关键词: 有机种植; 土壤肥力; 团聚体
中图分类号:S157.4+3 文献标志码:A 文章编号:1004-1524(2017)09-1544-05 doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2017.09.17
Effects of organic farming on main physical and chemical properties of saline alkali soil
WANG Hongyan1, SUN Yan1, YU Jun2, LI Simeng1, YUAN Jiahui1, MENG Yutian1, ZHAO Wei1,*, LI Xiaoqing1
1. College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China
2. Department of Science and Technology, Tarim University, Alaer 843300, China
Abstract

In the present study, the effects of organic farming on improvement of saline alkali soil were explored by field experiment in the experimental farm of Shangengyuan agricultural science and technology development Co., Ltd. in Daqing City, Heilongjiang Province. It was shown that application of organic fertilizer improved the soil physical and chemical properties as compared to conventional farming. Contents of soil organic matter, available phosphorus and available potassium under organic farming were significantly ( P<0.05) higher than those under conventional farming. Soil fertility was increased with the prolonged years of organic farming. Besides, organic farming was effective for improvement of saline alkali soil, as it could decrease soil pH value, total alkalinity and bulk density, and increase soil aggregates content to improve soil structure.

Keyword: organic farming; soil fertility; aggregates

“ 肥料是植物的粮食。” 单单依靠农业种植内部的物质循环, 常常难以迅速、有效地提高作物产量, 难以满足与日俱增的人口对农产品的需求, 为此, 在过去的几十年间, 我国化肥等农用化学品的使用量急速上升。但随着化肥的过量不合理使用, 农业生产环境与农产品等受到污染, 耕层土壤有机质含量大幅下降, 土壤肥力降低, 土壤板结的问题又逐渐突显。与传统种植相比, 有机种植是利用天然原料, 遵循自然规律的一种不依赖于农药、化肥等人工合成物的耕种方式, 能够更充分地利用生态系统中的各种物质, 保持生态系统的平衡, 也因此吸引了越来越多的关注。

我国东北地区是世界三大苏打盐碱土分布区之一, 面积7.66× 106 hm2, 且正以每年1.4%的速度不断增加, 直接威胁到农牧业等的发展[1]。目前, 国内外学者就有机种植和常规种植对土壤主要理化性质的影响已进行了广泛研究, 如汪润池[2]研究发现, 多年的有机种植可以显著降低土壤容重, 增加土壤有机碳含量, 提高土壤微生物活性。但在东北地区盐碱地上进行的此类研究相对较少。鉴于此, 本试验在东北地区选择大豆、玉米等大宗农产品的有机农业种植基地, 与邻近条件相似的常规农业种植基地进行对比, 通过面上调查与田间定位小区试验, 探究不同种植方式及种植年限对盐碱土有机质、全氮、全磷、微生物含碳量、水稳性团聚体等主要理化性质的影响。

1 材料与方法
1.1 研究地概况

定位监测点位于黑龙江省大庆市萨尔图区喇嘛甸镇善耕原农业科技发展有限公司试验园区, 地处黑龙江省西北部, 松嫩平原中部, 地理坐标124° 51'E、46° 39'N。属中温带大陆性季风气候区, 雨热同季, 气温偏低, 年平均气温3.8 ℃, 极端最高气温37.9 ℃, 极端最低气温-31.5 ℃。初霜偏晚, 终霜偏早。年平均风速2.3 m· s-1。年日照时数2 600~2 900 h, 生长期(5— 9月)日照时数1 300~1 350 h。年降水量400~550 mm, 生长期降水量一般在350~480 mm, 占年降水量的85%以上。

试验区地势平坦, 土壤为盐碱土, 最明显的特征就是土壤在盐化的同时还进行着强烈的碱化。试验前耕层土壤理化性质:pH值9.28, 阳离子交换量(CEC)16.56 cmol· kg-1, 有机质35.6 g· kg-1, 全氮1.65 g· kg-1, 全磷0.64 g· kg-1, 速效磷14.55 mg· kg-1, 速效钾125.95 mg· kg-1, 微生物量碳155.59 mg· kg-1, 容重793.25 g· cm-3

1.2 试验材料

试验采用大庆鲍斯公司应用“ BPA-〆” 多菌株组合微生物核心技术生产的“ 善耕” 牌生物有机肥料。该产品除含有丰富的氮、磷、钾及中微量元素外, 还含有多种活性微生物及其代谢产物, 有效活菌≥ 2亿个· g-1, 有机质≥ 40%, 总养分(N+P2O5+K2O)≥ 4%。

常规种植采用洋丰复合肥(N-P-K, 14%-16%-15%)、大庆尿素(N 46%)。

1.3 土样采集

定位点从6月至9月每月取样1次, 即每年取4次。普查点1年取样1次。试验采用四分法取土样, 每个处理重复3次, 在采集和运输过程中尽量减少对土样的扰动, 以免破坏团聚体。将取回的土样于实验室内自然风干, 然后沿土壤结构的自然剖面掰成小块, 压碎, 磨平过筛(筛孔直径1 mm或0.25 mm), 用于试验。容重等物理性质测定按照取样要求用环刀等取土。

1.4 试验设计

于2014— 2015年连续2 a进行定位试验, 试验共设4个处理:处理1, 常规种植(D1), 施洋丰复合肥214.5 kg· hm-2、尿素64.5 kg· hm-2; 处理2, 自2008年起开始种植的有机地块(D2); 处理3, 自2006年起开始种植的有机地块(D3); 处理4, 自2004年起开始种植的有机地块(D4)。D2~D4处理均营有机种植, 施有机肥3 000 kg· hm-2(有机种植与常规种植等氮处理)。所有处理田间管理一致, 试验期间每年5月播种, 10月收获。

1.5 测定方法

团聚体湿筛法[3]:取土样200 g, 将其放置在团粒分析仪(由孔径分别为5、2、0.5和0.25 mm筛子组成的套筛)的最上层。调整桶内水面的高度, 使筛子移动到最高位置时最上一层筛子中的团聚体刚好淹没在水面以下。待团聚体在水面下浸泡10 min时开动仪器, 以每分钟30次的速度筛分5 min。湿筛后, 将每一层筛上的团聚体分别洗入铝盒, 并烘干称量, 计算其在土样中的质量百分含量。

土壤容重, 采用环刀法测定; 土壤pH值, 采用电位法测定; 土壤有机质, 采用重铬酸钾容量法测定; 土壤铵态氮、硝态氮, 采用流动比色分析-流动分析仪测定; 土壤全氮, 凯氏定氮法(凯氏定氮仪)测定; 土壤全磷, 比色法(紫外分光光度计)测定; 土壤速效磷, 比色法(紫外分光光度计)测定; 土壤速效钾, 火焰光度法测定。

土壤团聚体平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)与分形维数(D)根据文献[4]中的方法计算得出。

1.6 数据处理

所有数据在Excel 2010平台上进行整理和作图, 方差分析在SPSS 22.0软件平台上完成, 对有显著差异的处理釆用新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析
2.1 对盐碱土养分含量的影响

表1可知, 不同处理方式下土壤养分含量有较大差异。随有机种植年限增加, 土壤有机质、速效磷、速效钾含量均呈明显增加趋势, 2014、2015年D3、D4处理的上述指标数均显著(P< 0.05)高于常规种植。有机种植下, 土壤全氮含量随种植年限的延长而增加, 且2014、2015年D4处理土壤全氮含量均显著(P< 0.05)高于常规种植。各处理土壤硝态氮含量无显著差异。除2014年D4处理下土壤氨态氮含量显著高于D1外, 其他处理间无显著差异。

表1 不同处理方式下土壤养分含量 Table 1 Soil nutrients contents under different treatments
2.2 对盐碱土容重的影响

如图1所示, 2014年与2015年有机种植处理的土壤容重显著(P< 0.05)低于常规种植, 且随有机种植年限增加, 土壤容重有进一步下降的趋势, 2015年D4处理的土壤容重显著(P< 0.05)低于D2和D3处理。

图1 不同处理对土壤容重的影响Fig.1 Effect of different treatments on soil bulk density

2.3 对盐碱土pH的影响

土壤pH值是衡量土壤盐碱化程度的重要指标之一[4]。如图2所示, 常规种植土壤的pH值显著(P< 0.05)高于有机种植土壤。随有机种植年限延长, 土壤pH值进一步降低, 除2015年D3与D4处理外, 其余处理间差异均达显著水平(P< 0.05)。

图2 不同处理对土壤pH的影响Fig.2 Effect of different treatment on soil pH

2.4 对盐碱土总碱度的影响

土壤总碱度是土壤碱化程度分级指标之一[5], 能在一定程度上反映土壤和土壤溶液的碱性。总体来看, 相较于常规种植, 较长年限的有机种植(D3、D4处理)能显著(P< 0.05)降低土壤总碱度(图3), 有机种植年限较短(D1处理)的土壤总碱度虽然也略低于常规种植, 但差异并不显著。除2014年D3、D4处理外, 随有机种植年限延长, 土壤总碱度显著(P< 0.05)下降。

图3 不同处理对土壤总碱度的影响Fig.3 Effect of different treatment on soil total alkalinity

2.5 对盐碱土碱化度的影响

土壤碱化度是衡量土壤盐碱化程度的指标之一。从图4可以看出, 有机种植处理的土壤碱化度显著(P< 0.05)低于常规处理, 且随着有机种植年限延长, 除2015年D3、D4处理外, 土壤碱化度显著(P< 0.05)降低。

图4 不同处理对土壤总碱度的影响Fig.4 Effect of different treatment on soil total alkalinity

2.6 有机种植对盐碱土土壤水稳性团聚体稳定性的影响

土壤团聚体是形成土壤结构的基础, 对于土壤养分含量有十分明显的影响, 是衡量土壤肥力的重要指标之一[6], 尤其是大团聚体, 对于土壤肥力保持有明显作用[7]。由表2可知, D1处理0~0.25 mm团聚体含量为20.11%, 明显高于有机种植各处理。随有机种植年限延长, 土壤中0~0.25 mm团聚体含量呈下降趋势, D4处理0~0.25 mm土壤团聚体含量仅为4.5%。整体来看, 各处理土壤中0.5~2 mm团聚体含量相差不大, 但0.25~0.5和2~5 mm土壤团聚体含量均以有机种植的明显高于常规种植, 且随着有机种植年限增加, 团聚体含量亦增加。这说明有机种植能增加土壤中大团聚体含量, 且随有机种植年限延长, 效果更加明显。

表2 不同处理方式下各粒级土壤水稳性团聚体含量 Table 2 Content of soil water stable aggregates under different treatments %

平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)与分形维数(D)是评价土壤团聚体稳定性的重要指标:MWD代表土壤大团聚体的含量, 值越大, 表明大团聚体含量越高; GMD代表土壤团聚体的稳定程度, 值越高, 说明土壤团聚体越稳定; D是反映团聚体稳定性的敏感参数, 数值越小, 结构越稳定[8, 9]

表3所示, 有机种植各处理的MWD、GMD值均高于常规处理, 且随有机种植年限延长, 前述指标均有增加趋势。常规处理的D值高于有机种植各处理, 且随有机种植年限延长, D值有降低趋势。这说明, 相较于常规种植, 有机种植能明显增加土壤团聚体的稳定性, 并且随着种植年限的增加, 其效果更加明显。

表3 不同处理方式下土壤水稳性团聚体平均重量直径、几何平均直径和分形维数 Table 3 Mean weight diameter, geometric mean diameter and fractal dimension of soil water stable aggregates under different treatments
3 小结

本研究通过大田试验, 探索了有机种植对盐碱土主要理化性质的影响, 结果发现, 有机种植能显著增加土壤有机质、速效磷与速效钾含量, 提高土壤肥力水平, 且能降低土壤pH值、总碱度和碱化度, 降低土壤容重, 增加土壤中大团聚体数量, 提高土壤团聚体的稳定性, 改善土壤物理结构, 对盐碱土具有改良效果, 且改良效果随有机种植年限增加而更趋明显。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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