尤 偉，高照良，邊 峰

（1．水利部水土保持監(jiān)測中心，北京100053；2．西北農(nóng)林科技大學 水土保持研究所，陜西 楊凌712100；3．黃河水利委員會 天水水土保持科學試驗站，甘肅 天水741000）

中國科學院長武試驗站于1984年由西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所建立，1991年加入中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡（CERN），2005年12月經(jīng)科技部批準，成為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，2007年入選為水利部“水土保持科技示范園區(qū)”。期間并成為陜西省農(nóng)業(yè)科學實驗基地和西北農(nóng)林科技大學野外科研教學實習基地。試驗設在中國科學院水利部水土保持研究所長武農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站進行。該站位于黃土高原中南部的陜甘交界處，地處 N35°12′，E107°40′，海拔1 200m，暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年均降水584mm，降雨季節(jié)分布不均，多集中于夏秋季節(jié)，平均氣溫9．1℃，無霜期171d，地下水埋深50～80m。

黃土高原丘陵溝壑區(qū)由于嚴重的水土流失和長期的不合理開發(fā)利用，土地資源嚴重退化，地形支離破碎，植被嚴重破壞、植物退化、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力及功能急劇衰退，屬于生態(tài)脆弱區(qū)［1－2］。本文采用野外種植和實驗室測定相結(jié)合的研究方法［3］，在長武王東溝修建實驗小區(qū)（2m×2m），每個小區(qū)用磚塊砌筑間隔，小區(qū)內(nèi)填50cm生土（來源于附近荒地）模擬棄土場，小區(qū)內(nèi)種植植物。7種植物在不施肥、施有機肥和秸稈處理下均能明顯降低棄土場0－20cm土壤容重、提高孔隙度，改善棄土場土壤物理結(jié)構(gòu)，有利于棄土場的土壤肥力改良。綜合以上數(shù)據(jù)，秸稈對土壤0－20 cm土層容重和孔隙度的改善效果明顯優(yōu)于不施肥和施有機肥處理，三種處理方式下0－10cm土層的容重和孔隙度情況優(yōu)于10－20cm土層。土壤的物理性狀主要包括土壤溫度、土壤水分、土壤容重、孔隙度以及團粒結(jié)構(gòu)等，而容重和孔隙度是表征土壤物理性質(zhì)的重要指標之一，它們與土壤的團粒結(jié)構(gòu)、土壤松緊、以及土壤腐殖質(zhì)含量息息相關(guān)［4］，同時也對土壤中的水、肥、氣、熱等資源的含量和供應狀況有影響。因此，研究土壤容重和孔隙度對于評價土壤的肥力也是十分必要的。

1 對0－10cm土層容重和孔隙度的影響分析

土層容重是指單位容積原狀土壤干土的質(zhì)量，通常以g／cm3表示［5］；孔隙度是指單位容積土壤中孔隙所占的百分率，即土壤固體顆粒間孔隙的百分率。土壤總孔隙度包括毛管孔隙及非毛管孔隙［6］。由圖1可以看出，不同處理下植物土壤容重的變化規(guī)律不同。在不施肥處理中，除沙打旺（1．36g／cm3）和黑麥草（1．33g／cm3）容重略微大于對照，紫花苜蓿（1．32g／cm3）與對照相同，其他各植物容重值與對照相比均有所降低，容重值最低為白三葉（1．22g／cm3），比對照降低0．1 g／cm3。該處理下按照各植物容重值由小到大的順序排列為：白三葉＜紅豆草＜小冠花＜草木樨＜紫花苜蓿＜黑麥草＜沙打旺，平均容重值為1．29g／cm3，較對照降低0．03g／cm3。觀察圖2，各植物在不施肥處理下孔隙度的變化規(guī)律與容重相反，沙打旺（48．82%）和黑麥草（49．69%）孔隙度略微低于對照，紫花苜蓿（50．17%）接近對照值，其他各植物孔隙度與對照相比均有所增加，孔隙度最大為白三葉（54．02%），比對照提高3．96%。將該處理下各植物的孔隙度由大到小的順序排列為：白三葉＞紅豆草＞小冠花＞草木樨＞紫花苜蓿＞黑麥草＞沙打旺，平均孔隙度為51．39%，比對照增加1．33%。

圖1 不同施肥下各植物0－10cm土層容重值

以上研究數(shù)據(jù)說明種植植物對于降低土壤容重和提高土壤孔隙度有積極的作用。豆科植物根系較多，在土壤中生長、穿插，能夠促進土壤中的團粒結(jié)構(gòu)的形成，使土壤變得疏松多孔，提高土壤的滲透性能，防止土壤板結(jié)，從而降低土壤的容重、提高土壤的孔隙度，改善土壤的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤水肥氣熱等資源，進而增強土壤的保水保肥能力，有利于作物的生長。

圖2 不同施肥下各植物0－10cm土層孔隙度值

各植物在施肥處理下容重值大小順序為：白三葉＜沙打旺＜黑麥草＜草木樨＜紅豆草＜ 紫花苜蓿＜小冠花，平均容重值是1．27g／cm3，比對照降低0．05g／cm3，比不施肥處理下平均值降低0．02g／cm3。該處理下的容重值最小為白三葉，與不施肥處理下相同，仍為1．22g／cm3；最大值為小冠花1．31g／cm3，比對照值低0．01g／cm3。沙打旺與黑麥草在施肥后的土壤容重明顯降低，沙打旺降低0．13g／cm3、黑麥草降低0．06 g／cm3，說明施肥條件下更有利于沙打旺和黑麥草對土壤容重的改變。觀察圖2中各植物在施肥處理下土壤孔隙度的情況，其變化規(guī)律與容重相反，將其按照由大到小的順序排列為：白三葉＞沙打旺＞黑麥草＞草木樨＞紅豆草＞紫花苜蓿 ＞小冠花，平均孔隙度為51．94%，比對照增加1．88%，比不施肥處理的平均值增加0．55%。該處理下孔隙度最大為白三葉（53．89%），比對照增加3．83%；最低為小冠花（50．43%），比對照增加0．37%。

總體來看施肥處理下各植物的土壤容重均小于對照，其平均值也比不施肥處理降低0．02 g／cm3；土壤孔隙度均高于對照值，比不施肥處理的平均值增加0．55%。說明土壤中施加有機肥后，有利于土壤容重的減小和孔隙度增加。施有機肥能夠使土壤保持疏松狀態(tài)，促進土壤結(jié)構(gòu)體的形成，降低土壤容重，提高土壤孔隙度，使土壤的通氣性增強，從而能很好的改良棄土場土壤的物理性狀，有利于提高土壤的保水保肥能力，促進植物的生長，進而能更好的改良棄土場土壤肥力狀況。

施秸稈處理后各植物的土壤容重情況見圖1，觀察得知除白三葉變化不明顯外，其余各植物較前兩種處理均有明顯的降低，沙打旺降低幅度最大，其容重值為1．02g／cm3，比對照降低0．3 g／cm3，比不施肥處理降低0．34g／cm3，比施肥處理降低0．2g／cm3，說明施秸稈能更進一步促進沙打旺對土壤容重的改良。該處理下各植物土壤容重由小到大為：沙打旺＜小冠花＜紅豆草＜草木樨＜白三葉＜黑麥草＜紫花苜蓿，各植物平均值為1．17g／cm3，較對照降低0．15g／cm3，較不施肥降低0．12g／cm3，較施有機肥降低0．1g／cm3。由圖2觀察得知，除白三葉外，施秸稈處理下種植各植物的土壤孔隙度較另外兩種處理均有明顯的提高，孔隙度大小順序為：沙打旺＞小冠花＞紅豆草＞草木樨＞白三葉＞黑麥草＞紫花苜蓿，該處理下土壤孔隙度平均值為55．93%，比對照高5．87%，比不施肥處理高4．54%，比施肥處理高3．99%。

由以上數(shù)據(jù)來看，秸稈的施入對棄土場土壤容重和孔隙度的改良有明顯的效果。在棄土場土壤改良中施入秸稈，能降低土壤容重、提高土壤孔隙度，使土壤物理性狀得到改善，進而有利于植物生長，這對于棄土場的植被恢復有著十分重要的意義。

2 對10－20cm土層容重和孔隙度的影響分析

圖3中不施肥處理下種植各植物的土壤容重值，從小到大順序為：小冠花＜白三葉＜沙打旺＜黑麥草＜紅豆草＜紫花苜蓿＜草木樨，小冠花明顯低于其他植物，為1．22g／cm3，比對照降低0．17g／cm3；草木樨在該處理下的容重值最大值，1．34g／cm3，比對照小0．05g／cm3。該處理下種植各植物的平均容重為1．31g／cm3，低于對照，但是比該處理0－10cm土層容重值增加0．02 g／cm3。各植物在不施肥處理下的土壤孔隙度與容重變化規(guī)律相反，小冠花＞白三葉＞沙打旺＞黑麥草＞紅豆草＞紫花苜蓿＞草木樨，小冠花的孔隙度最大，為53．79%，比對照增加6．24%。該處理平均孔隙度為50．71%，比對照高3．16%，比0－10cm土層低0．68%。綜合以上數(shù)據(jù)表明，不施肥處理下各植物對10－20cm土層容重和孔隙度的改善仍然起到了作用，但是改善效果低于0－10cm土層。這可能是由于植物種植時間較短，根系還未能全部伸展到土壤10－20cm土層內(nèi)，因此對該層土壤物理結(jié)構(gòu)的改善作用亞于對0－10cm土層的作用，其后續(xù)改善作用還有待于進行長期的實驗研究。

圖3 不同施肥下各植物10－20cm土層容重值

施有機肥處理下所有植物土壤容重均小于對照，其大小順序為：紅豆草＜紫花苜蓿＜小冠花＜白三葉＜沙打旺 ＜ 黑麥草＜草木樨，平均容重值是1．35g／cm3，比對照降低0．04g／cm3，比不施肥處理下平均值增加0．04g／cm3。該處理下的容重值最小為紅豆草，為1．31g／cm3，比對照值低0．08g／cm3；最大值為草木樨1．38g／cm3，比相同處理下0－10cm土層容重增加0．09 g／cm3。相比不施肥處理，沙打旺與黑麥草施有機肥后的0－10cm土層容重值明顯降低，但是在10－20cm土層反而增加，只有紅豆草和紫花苜蓿比不施肥處理略有降低。

觀圖4中各植物在有機肥處理下孔隙度情況，將其按由大到小順序排列為：紅豆草＞紫花苜蓿＞小冠花＞白三葉＞沙打旺＞黑麥草＞草木樨，平均孔隙度為49．08%，比對照增加1．53%，比不施肥處理的平均減少1．63%。該處理下孔隙度最大為紅豆草（50．38%），比對照增加2．83%；最低為草木樨（50．43%），比對照增加0．42%。

圖4 不同施肥下各植物10－20cm土層孔隙度值

總體來看施有機肥處理下種植各植物的土壤容重仍然小于對照，孔隙度均高于對照，但是與不施肥處理相比容重增加0．04g／cm3、孔隙度降低1．63%；與施肥處理下0－10cm土層相比容重增加0．08g／cm3、孔隙度降低2．86%，說明施肥對10－20cm土層的容重和孔隙度改良仍有效果，但是比0－10cm土層的效果差。

施入秸稈后各植物的土壤容重由小到大依次為：草木樨＜小冠花＜黑麥草＜紅豆草＜紫花苜蓿＜沙打旺＜白三葉，平均容重值為1．25g／cm3，較對照降低0．14g／cm3，較不施肥降低0．06 g／cm3，較施肥降低0．1g／cm3，較相同處理下0－10cm土層容重增加0．08g／cm3。除白三葉和小冠花外，其余各植物較不施肥處理有明顯的降低；7種植物施入秸稈后10－20cm土層容重值均明顯低于施肥處理。秸稈處理條件下各植物孔隙度平均值為52．82%，比對照高5．27%，比不施肥處理高2．11%，比有機肥處理高3．74%。種植各植物的土壤孔隙度大小順序為：草木樨＞小冠花＞黑麥草＞紅豆草＞紫花苜蓿＞沙打旺＞白三葉。

由以上數(shù)據(jù)來看，秸稈的施入對棄土場10－20cm土層土壤容重和孔隙度的改良效果仍然優(yōu)于不施肥和施肥處理，但是比0－10cm土層效果差。在棄土場土壤改良中施入秸稈，能有效改善土壤的物理性狀，降低土壤容重、提高土壤孔隙度，從而有利于棄土場的植被恢復。

3 結(jié)論

綜合分析三種處理方式下種植各植物土壤的容重和孔隙度情況，在種植白三葉、草木樨等7種作物的條件下，不施肥、施有機肥、施秸稈均能明顯降低棄土場0－20cm土壤容重、提高孔隙度，改善棄土場土壤物理結(jié)構(gòu)，有利于棄土場的土壤肥力改良。秸稈對土壤0－20cm土層容重和孔隙度的改善效果優(yōu)于不施肥和施有機肥處理，三種處理方式下0－10cm土層的容重和孔隙度情況優(yōu)于10－20cm土層。

在0－10cm土層：不施肥處理下種植各植物土壤的容重和孔隙度平均值分別為1．29g／cm3、51．39%，相比對照變化為，容重降低0．03 g／cm3、孔隙度增加1．33%；施有機肥處理下各植物容重和孔隙度平均值分別為1．27g／cm3、51．94%，相比對照變化為，容重降低 0．05 g／cm3、孔隙度增加1．88%，相比不施肥處理容重降低0．02g／cm3、孔隙度增加0．55%；施秸稈處理下各植物的土壤容重和孔隙度平均值分別為1．17g／cm3、55．93%，相比對照變化為，容重降低0．15g／cm3、孔隙度增加5．87%，相比不施肥容重降低0．12g／cm3、孔隙度增加4．54%，相比施肥容重降低0．1g／cm3、孔隙度增加3．99%。

在10－20cm土層：不施肥處理下各植物的土壤容重和孔隙度平均值分別為1．31g／cm3、50．71%，相比對照變化為，容重降低0．08 g／cm3、孔隙度增加3．16%；施肥處理下各植物的土壤容重和孔隙度平均值分別為1．35g／cm3、49．08%，相比對照變化為，容重降低0．04g／cm3、孔隙度增加1．53%，相比不施肥處理容重增加0．04g／cm3、孔隙度降低1．63%；施秸稈處理下各植物的土壤容重和孔隙度平均值分別為1．25 g／cm3、52．82%，相比對照變化為，容重降低0．14 g／cm3、孔隙度增加5．27%，相比不施肥容重降低0．06g／cm3、孔隙度增加2．11%，相比施肥容重降低0．1g／cm3、孔隙度增加3．74%。

［1］李永紅，高照良，彭珂珊．中國耕地資源保護與可持續(xù)利用研究［M］．北京：中國言實出版社，2011．

［2］侯曉杰，汪景寬，李世朋．不同施肥處理與地膜覆蓋對土壤微生物群落功能多樣性的影響［J］．生態(tài)學報，2007（2）：12－15．

［3］李成亮，孔宏敏，何園球．施肥結(jié)構(gòu)對旱地紅壤有機質(zhì)和物理性質(zhì)的影響［J］．水土保持學報，2004（6）：112－114．

［4］曾路生，高巖，李俊良，等．壽光大棚土壤團聚體中交換性鹽基離子組成與土壤團聚性關(guān)系［J］．水土保持學報，2011（5）：114－118．

［5］陳義群，董元華，王輝．不同農(nóng)業(yè)措施對草莓連作土壤微生物群落特征的影響［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學，2011（25）：112－114．

［6］徐海．旱地農(nóng)田土壤營養(yǎng)協(xié)調(diào)疲勞癥及其發(fā)生機理［D］．楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2011．