張 瑜，崔 斌，許曉鴻，蘆貴君，賈立新，崔海鋒，隋媛媛

（1.吉林省水土保持科學(xué)研究院，吉林 長春130033；2.東遼縣水土保持站，遼寧 東遼136600）

吉林省東遼縣杏木小流域地處長白山余脈東遼河流域上游，屬于典型的東北低山丘陵區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 125°22′40″—125°26′10″，北緯42°58′05″—43°01′40。多年來，隨著毀林開荒，坡耕地陡增導(dǎo)致目前山區(qū)水土流失嚴(yán)重，局部地區(qū)已經(jīng)形成“破皮黃”，造成植被覆蓋度逐年銳減，加大了土壤流失量，致使土地荒蕪，不堪利用。為保證農(nóng)業(yè)土壤可持續(xù)利用，需要維持和不斷提高土壤有機(jī)質(zhì)含量［1］，有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)［2］，是團(tuán)聚體形成的重要保障，土壤中有機(jī)質(zhì)含量的增加將明顯提高土壤的保水保肥能力［3］。而不同施肥方式對改善土壤中有機(jī)質(zhì)效果略有不同，目前在中國普遍利用配合施肥方式，以化肥有機(jī)肥配施［4］、秸稈還田為主。基于前人的研究基礎(chǔ)，本文以吉林省東遼縣杏木小流域山地砂壤土為研究對象，研究不同施肥方式改善山地土壤理化性狀差異，探索合理、有效、快捷增加土壤有機(jī)質(zhì)的施肥方式，對于改善山地生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于吉林省東遼縣境內(nèi)。該區(qū)四季分明，屬寒溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫5.2℃，有效積溫2 700～2 800℃，最高氣溫38℃，最低氣溫－40℃，≥10℃的積溫2 900℃，年均無霜期137d，年均日照時數(shù)2 497.9h。年最大降雨量911.0mm，年最小降雨量410.6mm，年均降雨量658.1mm，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)土質(zhì)以砂壤土為主。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)區(qū)坡度為8°，坡度均勻，坡向朝南，坡長326m，橫向?qū)?16m，在坡面修筑竹節(jié)梯田，梯面內(nèi)主要種植1年生K9蘋果（未掛果），采用塊狀整地，呈品字形種植。沿坡面縱向每隔10m選5條等高線，每兩條等高線間選相鄰5個小區(qū)為1次重復(fù)試驗(yàn)，自2010年每年年初分別施用秸稈還田（O）、有機(jī)無機(jī)肥配施＋秸稈還田（NPKOM）、有機(jī)肥（M）、有機(jī)肥＋秸稈還田（OM）和對照（CK）。5條等高線間從上自下分別計(jì)為S1層，S2層，S3層和S4層4個重復(fù)試驗(yàn)區(qū)。共計(jì)4（層）×5（個）＝20個試驗(yàn)小區(qū)。施肥時應(yīng)使各種肥料與土盡量攪拌均勻，平鋪在以果樹主干為中心，深20cm，直徑為1.2m（果樹冠幅為1.2 m）的圓內(nèi)。每個試驗(yàn)竹節(jié)梯田各肥料施用量：有機(jī)肥（雞糞 M）25 000kg／hm2，無機(jī)肥（N∶P2O5∶K2O＝26∶10∶12）300kg／hm2，粉碎秸稈（O）12 500kg／hm2。于2012年秋收后在每個竹節(jié)梯田內(nèi)施肥處距表土20cm取6個土樣各項(xiàng)指標(biāo)均值做為分析對象。試驗(yàn)所測指標(biāo)包括土壤容重、孔隙度、有機(jī)質(zhì)及全N，全P，全K。土壤容重采用環(huán)刀法進(jìn)行測定，孔隙度利用公式（1）求得；土壤有機(jī)質(zhì)采用硫酸重鉻酸鉀法測定；全N利用元素分析儀測定；全P利用碳酸鈉熔融——鉬銻抗比色法測定；全K利用氫氧化鈉堿融——火焰光度計(jì)法測定。

式中：E——土壤孔隙度（%）；d——土壤相對密度（取2.65）；D——土壤容重（g／cm3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥方式對土壤有機(jī)質(zhì)盈虧平衡分析

土壤有機(jī)質(zhì)動態(tài)變化趨勢取決于土壤碳輸入量和輸出量的相對大小，當(dāng)碳的輸入量大于輸出量時，土壤有機(jī)質(zhì)將不斷提高，相反亦然［5］。從圖1可以看出，不同施肥方式對土壤中有機(jī)質(zhì)增加量的影響有所不同，其中以有機(jī)無機(jī)肥配施＋秸稈還田（NPKOM）的效果最為明顯，2a內(nèi)增加土壤有機(jī)質(zhì)均值為2.35 g／kg，增加率為45.54%，達(dá)到顯著水平；有機(jī)肥＋秸稈（OM）次之，平均增加量為1.89g／kg，增加率為36.74%。單施有機(jī)肥（M）使有機(jī)質(zhì)增加1.33g／kg，增加率為26%；效果最不明顯的為單施秸稈還田（O），2a內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)增加量僅為0.49g／kg，增加率為9.5%。對照區(qū)（CK）土壤有機(jī)質(zhì)含量也略有下降，但尚未達(dá)到顯著水平。由此說明單一施肥或配合施肥均提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，只是提高幅度不同，配合施肥對于提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量的效果要明顯高于單一施肥方式。對照區(qū)（CK）由于只有碳的支出而無供給，使土壤中碳輸入量遠(yuǎn)小于輸出量，有機(jī)質(zhì)含量下降3.13%。其他4種施肥方式均使有機(jī)質(zhì)含量增加，主要是由于有機(jī)肥、秸稈中均含有大量有機(jī)質(zhì)，分別按30%［6］和15%［7］計(jì)算，有機(jī)質(zhì)總投入量約為9 375kg／hm2，這相當(dāng)于1hm2內(nèi)厚度為20cm，容重為1.465g／cm3（表1）的土壤有機(jī)質(zhì)投入量為3.19g／kg，而本實(shí)驗(yàn)中有機(jī)肥＋秸稈（OM）可增加有機(jī)質(zhì)1.89g／kg，分析認(rèn)為減少的1.30g／kg的有機(jī)質(zhì)可能被被植物吸收利用或淋溶等形式而損失。

2.2 施肥方式對坡面土壤容重、孔隙度影響分析

通過測定試驗(yàn)區(qū)內(nèi)不同施肥方式作用下竹節(jié)梯田內(nèi)土壤容重，發(fā)現(xiàn)不同施肥方式對土壤容重與孔隙度的影響略有不同（表1）。4種施肥方式作用下土壤容重平均分別降低了0.06，0.07，0.05和0.07g／cm3，降幅達(dá)到了3.9%，4.5%，3.5%和4.7%；孔隙度則相應(yīng)增加了5.3%，6.4%，5.2%和6.7%。對照區(qū)（CK）未擾動土壤容重則增加了1%，孔隙度相應(yīng)下降1%。以上結(jié)果表明，與不施肥對比，增施試驗(yàn)所用4種肥料可以降低土壤重容和增加土壤孔隙度。單一措施中施用粉碎秸稈（O）與有機(jī)肥（M）相比，前者的作用效果要大于后者，而且在各施肥條件下，只有秸稈還田對容重及孔隙度變化達(dá)到顯著水平。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是由于施肥方式影響秸稈的腐解速率所造成的。據(jù)王旭東等［8］研究發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈在中等肥力田塊上礦化率最高，低肥力田塊上最低。在本次實(shí)驗(yàn)秸稈還田中，由于土壤初始肥力較低，導(dǎo)致大量的還田秸稈未被腐解，秸稈的殘留體占據(jù)了土壤中大量空間，勢必降低土壤容重。

圖1 各試驗(yàn)小區(qū)在不同施肥方式下土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

表1 不同施肥方式下土壤容重、孔隙度及有機(jī)質(zhì)含量變化

2.3 施肥方式對全N，全P，全K的影響及盈虧平衡分析

在不施肥情況下，土壤中全N，全P及全K含量均有所下降，其中全P，全K含量下降程度達(dá)到顯著水平（表2）。各養(yǎng)分減少量與其各自本底值有關(guān)，土壤養(yǎng)分本底值越高則減少量越大。全N，全P的減少量為0.02和0.04g／kg，要遠(yuǎn)小于全 K 的減少量1.21g／kg。在各施肥條件下，均未能使全K含量增加，4種處理（O，NPKOM，M，OM）條件下分別下降7%，3%，10%，6%，13%，并且除 OM 處理外，其他3種處理?xiàng)l件下全K減少量均達(dá)到顯著水平，這一結(jié)果有待于進(jìn)一步的研究和論證。全N，全P含量在施肥條件下，呈現(xiàn)出不同程度的上升，有機(jī)無機(jī)肥配施＋秸稈還田（NPKOM）對全N，全P提高的幅度最大，分別提高42%和13%，其次為有機(jī)肥＋秸稈（OM），分別提高30%和6%，單施有機(jī)肥（M）次之，分別提高15%和6%，最后為秸稈還田（O），分別提高9%和4%。

為論證以上數(shù)據(jù)合理性，我們對雞糞及秸稈中各養(yǎng)分含量進(jìn)行測定，并折算成每1hm2各養(yǎng)分投入量（表3）。由于果樹尚未掛果，產(chǎn)出量暫無法合理計(jì)算，暫定為一常量。同時根據(jù)施肥前后容重及各養(yǎng)分的變化量，計(jì)算出每1hm2內(nèi)0—20cm表土中各養(yǎng)分的增加總量（表4）。各處理?xiàng)l件下全K投入量均較小，最大僅為285kg／hm2，有在肥力供應(yīng)的條件下全K含量下降范圍仍達(dá)到1 008～2 197kg／hm2，而淋溶與流失損失只占很小比例，這說明土壤中大量K素被植物吸收所利用，土壤缺鉀嚴(yán)重；對于全P而言，各處理?xiàng)l件下全P投入量均大于計(jì)算增加量；對于全N而言，在O，M和OM處理?xiàng)l件下，全N投入量均大于計(jì)算增加量，而養(yǎng)分投入量中包括產(chǎn)出量和土壤養(yǎng)分增加量，試驗(yàn)中，并不能保證各肥料完全腐解和礦化，致使各養(yǎng)分投入量偏小，同時未考慮產(chǎn)出量，因此投入量必然大于計(jì)算增加量，這證實(shí)了以上數(shù)據(jù)的合理性。在NPKOM處理?xiàng)l件下，全N投入量大于計(jì)算增加量，這可能是由于試驗(yàn)取土樣時，各肥料未攪拌均勻，肥料過于集中造成的計(jì)算增加量偏大所致。該結(jié)果有待于進(jìn)一步論證。

表2 不同施肥方式下全N，全P，全K含量變化 g／kg

表3 不同處理各養(yǎng)分單位面積投入量

表4 不同施肥方式下0－20cm表土中養(yǎng)分投入量與計(jì)算增加量對比 kg／hm2

3 結(jié)論

（1）與單一施肥方式相比，配合施肥方式更能有效增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量。有機(jī)無機(jī)肥配施＋秸稈還田（NPKOM）的效果要略高于有機(jī)肥＋秸稈（OM），原因在于秸稈對于增加土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)酸及團(tuán)聚體有著重要作用，而無機(jī)復(fù)合肥中的氮有利于秸稈的分解［9］，從而加速了土壤中有機(jī)質(zhì)的形成。同時，對于有機(jī)質(zhì)含量較低的土壤，施用有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥和秸稈還田（NPKOM）對有機(jī)質(zhì)含量的提高幅度要遠(yuǎn)大于有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤。

（2）土壤容重、孔隙度是土壤結(jié)構(gòu)特征的重要指標(biāo)，土壤容重的大小直接表現(xiàn)為總孔隙度和通氣孔度的多少，反映了土壤通透性的狀況［10］。秸稈還田能有效降低土壤容重、增加土壤孔隙度，對于改善土壤通透性具有重要的作用，從而增加了坡面徑流入滲量以及土壤蓄水能力，在遏止了土壤養(yǎng)分逐年流失的前提下又增加了土壤中養(yǎng)分含量，對坡地治理水土流失具有重要意義。

（3）土壤中全N，全P，全K含量的動態(tài)平衡主要取決于各元素的投入量與產(chǎn)出量。有機(jī)肥（M）與秸稈還田（O）、增施復(fù)合肥均可有效增加經(jīng)果林地中全N，全P含量，合理的施肥方式能夠保證N，P的投入量大于產(chǎn)出量，這對維持全N，全P含量具有重要的作用。

（4）經(jīng)果林地土壤中全K與全N，全P有所不同，各施肥方式對于提高全K含量并不明顯，同時全鉀年損失量較大，造成林地缺鉀嚴(yán)重。為此，如何有效增加和保持經(jīng)果林地中全鉀量有待于深入研究。

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