郭 晉，周懷平，楊振興，解文艷，劉志平，高佳妮，呂倩倩

（1.山西大學(xué)生物工程學(xué)院，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030031）

土壤微量元素在作物生長過程中起著不可或缺的作用，其含量、形態(tài)分布和有效性不僅與成土過程及成土母質(zhì)等自然因素有關(guān)，同時還受到施用肥料、耕作制度以及種植作物等人為因素的影響[1-3]。李志軍等[4]研究表明，長期施用氮、磷化肥后，關(guān)中土壤有效鋅、有效銅含量接近虧缺；劉恩科等[5]對褐潮土研究也表明，長期施用氮、磷化肥可明顯降低0～20 cm 土壤中的有效銅、有效鋅的含量，而有機(jī)肥與化肥配施可明顯提高0～20 cm 土壤中各微量元素的有效態(tài)含量。但針對長期不同施肥對微量元素有效性影響在褐土中的相關(guān)研究還比較少。

本研究以27 a 長期定位試驗為基礎(chǔ)，探討長期不同施肥對褐土微量元素有效性的影響，旨在為調(diào)控土壤微量元素養(yǎng)分以及作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供指導(dǎo)性意見。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地選擇在山西省壽陽縣宗艾村國家旱作農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)試驗區(qū)。該試驗區(qū)年平均氣溫7.6 ℃，大于10 ℃積溫3 400 ℃，海拔1 130 m，干燥度1.3，無霜期135～140 d，多年平均降雨量501.1 mm，且年際變化率較大，屬于半濕潤偏旱區(qū)。試驗土壤為褐土性土壤，土層較厚、地勢平坦，且質(zhì)地為輕壤。1992 年春試驗前基礎(chǔ)土樣0～20，20～40 cm 土層理化性質(zhì)列于表1。

表1 基礎(chǔ)土樣的理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

1992 年春開始進(jìn)行長期施肥試驗，到2018 年歷時27 a。試驗采用磷、氮、有機(jī)肥3 因素4 水平正交設(shè)計，共設(shè)9 個處理：不施肥對照（N0P0M0）、4 個不同氮磷化肥配施處理（N1P1M0、N2P2M0、N3P3M0、N4P4M0）、3 個 有 機(jī) 肥 無 機(jī) 肥 配 施 處 理（N2P1M1、N3P2M3、N4P2M2）和單施高量有機(jī)肥處理（N0P0M6）。小區(qū)面積為66.7 m2，試驗均采取隨機(jī)排列，不設(shè)重復(fù)。本次試驗所用肥料包括氮肥、磷肥與農(nóng)家肥3 類，其中，氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為普通過磷酸鈣（含P2O514%），農(nóng)家肥為腐熟廄肥（有機(jī)質(zhì)90.5～127.3 g/kg、有效Cu 36.01 mg/kg、有效Zn 176.19 mg/kg）。每年秋季，在耕翻時將肥料一次性施入，不同施肥處理的施肥量列于表2。

表2 不同施肥處理施肥量 kg/hm2

田間管理按大田豐產(chǎn)要求進(jìn)行，一年一季玉米，4 月15—28 日播種，9 月20 日至10 月10 日收獲。1992—1995 年種植品種為煙單14 號、1996—2002 年種植品種為晉單34 號、2003—2011 年種植品種為強(qiáng)盛31 號，密度為5.20 萬～5.25 萬株/hm2；2012—2017 年種植品種為晉單81 號、2018 年品種為大豐30，密度為6.60 萬株/hm2。

1.3 測定項目及方法

測定項目包括1992 年基礎(chǔ)土樣以及1996，2001，2006，2011，2016，2018 年0 ～40 cm 土 層 和2018 年秋收后0～100 cm 土層中有效Cu、Zn 的含量。有效Cu、Zn 含量測定采用DTPA- AAS 法。稱取2 g 土樣于50 mL 塑料瓶中，用20 mL DTPA 浸提，過濾；過濾后的濾液用原子吸收分光光度計直接進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析采用Excel 2007 軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理下有效Cu、 有效Zn 含量年際變化特征

2.1.1 0～20 cm 土層有效Cu 含量年際變化 與1992 年基礎(chǔ)土樣相比，2018 年0～20 cm 土層有效Cu 含量不施肥及氮磷化肥配施處理均有所降低，N0P0M0、N1P1M0、N2P2M0、N3P3M0、N4P4M0處 理 分 別 降低27.69%，32.05%，32.82%，30.18%，30.62%；有機(jī)無機(jī)肥配施處理N2P1M1、N4P2M2分別下降5.59%，15.46%，N3P2M3處理上升5.31%；單施高量有機(jī)肥處理上升幅度最大，達(dá)27.13%，且隨著有機(jī)肥施入量的增加，土壤中有效Cu 含量由降低轉(zhuǎn)為升高。

在長期施肥試驗進(jìn)行10 a 以后，即2001 年后0～20 cm 土層有效Cu 含量在不同施肥處理間差異性變大，與不施肥及氮磷化肥配施處理相比，施有機(jī)肥處理開始有大幅度提升；在2011 年以后，不同施肥處理有效Cu 含量均呈現(xiàn)大幅度下降趨勢。與不施肥處理相比，氮磷化肥配施處理有效Cu 含量在不同處理間差異性較小，整體呈下降趨勢；有機(jī)無機(jī)肥配施及單施高量有機(jī)肥處理有效Cu 含量均有所提高，且隨有機(jī)肥施入量的增加有效Cu 含量逐漸增加（表3）。

表3 1992—2018 年0～20 cm 土層有效Cu 含量年際變化 mg/kg

2.1.2 0～20 cm 土層有效Zn 含量年際變化 與1992 年基礎(chǔ)土樣相比，2018 年0～20 cm 土層有效Zn 含量不施肥及氮磷化肥配施處理中，N3P3M0處理下降4.07%，N0P0M0、N1P1M0、N2P2M0、N4P4M0處理分別提升64.40%，0.20%，57.73%，11.60%；有機(jī)無機(jī)肥配施及單施高量有機(jī)肥處理有效Zn 含量均有所提升，N2P1M1、N3P2M3、N4P2M2、N0P0M6處理分別提升205.47%，542.20%，268.60%，882.73%，且隨著有機(jī)肥施入量的增加，0～20 cm 土層有效Zn 含量呈現(xiàn)上升趨勢（表4）。

表4 1992—2018 年0～20 cm 土層有效Zn 含量年際變化 mg/kg

2.2 不同施肥處理對有效Cu、有效Zn 剖面的影響

2.2.1 0～100 cm 有效Cu 含量剖面分布 2018 年有效Cu 含量在0～100 cm 土層剖面上，各不同施肥處理均表現(xiàn)為0～20 cm 土層有效Cu 含量較高，20～60 cm 土層有所降低，60～100 cm 土層含量變化幅度較小，不同施肥對0～60 cm 土層的影響相對較大，對60～100 cm 土層的影響相對不明顯。與不施肥處理相比，氮磷化肥配施處理有效Cu 含量在不同土層中分布規(guī)律均相似；有機(jī)無機(jī)肥配施和單施高量有機(jī)肥處理中有效Cu 含量在0～60 cm土層的上升幅度加大，且有效Cu 含量隨著有機(jī)肥施入量的增加呈現(xiàn)增加的趨勢，60～100 cm 土層有效Cu 含量與N0P0M0相比差異性較小。施用有機(jī)肥可以提高有效Cu 含量，而氮磷肥對其影響較?。▓D1，2）。

2.2.2 0～100 cm 有效Zn 含量剖面分布 2018 年有效Zn 含量在0～100 cm 土層剖面上，不同施肥僅對0～20 cm 土層有效Zn 含量影響較大，對20～100 cm 深層土壤影響較小，在20～100 cm 土層有效Zn 含量及變化幅度均較小。在0～20 cm 土層，與不施肥處理相比，氮磷化肥配施處理差異性較小，有降低的趨勢；有機(jī)無機(jī)肥配施及單施高量有機(jī)肥處理有大幅度的提升，其增加趨勢與有機(jī)肥施入量呈正相關(guān)（圖3，4）。施用有機(jī)肥可以大幅度提高0～20 cm 土層有效Zn 含量，而對較深層土壤影響較?。坏谆逝涫Ω魍翆佑行n 含量影響均較小。

3 結(jié)論與討論

3.1 有效Cu、有效Zn 含量的變化

本研究表明，與1992 年基礎(chǔ)土樣相比，2018 年0～20 cm 土層有效Cu 含量不施肥及氮磷化肥配施處理有所降低，長期氮磷化肥配施對土壤有效Cu 的消耗較明顯[6-8]。有機(jī)無機(jī)肥配施處理，隨著有機(jī)肥施入量的增加，土壤中有效Cu 含量由降低轉(zhuǎn)為升高，這與宇萬太等[9]的研究結(jié)果相一致，與不施肥處理相比，有機(jī)肥的施入向土壤中帶去了大量的Cu。參照國內(nèi)外分級標(biāo)準(zhǔn)[10-13]，按照極低、低、中、高、極高的等級劃定對土壤有效態(tài)微量元素含量進(jìn)行分等定級，目前土壤中有效Cu 含量仍處于較高水平，其中高量有機(jī)肥與無機(jī)肥配施及單施高量有機(jī)肥已經(jīng)達(dá)到很高水平。

與不施肥處理相比，0～20 cm 土層由于施用有機(jī)肥而提高了有效Cu 含量，而氮磷化肥配施變化幅度較小，在長期施肥試驗進(jìn)行10 a 以后，0～20 cm土層有效Cu 含量在不同施肥處理間差異性變大，施有機(jī)肥處理提升幅度較大；在2011 年以后，不同施肥處理有效Cu 含量均呈現(xiàn)大幅度下降趨勢。主要原因可能是由于自2012 年開始更換玉米品種，且種植密度有所增加，氮磷化肥配施處理作物攜出量增加和投入量不足的綜合結(jié)果。

與1992 年基礎(chǔ)土樣相比，2018 年0～20 cm 土層有效Zn 含量不施肥及氮磷化肥配施處理中，N3P3M0處理略有降低，其他處理均有不同程度的提高；有機(jī)無機(jī)肥配施及單施高量有機(jī)肥處理有效Zn 含量均有較大幅度提升，隨著有機(jī)肥施入量的增加，0～20 cm 土層有效Zn 含量上升幅度增大，這與任順榮等[14]的研究結(jié)果相一致，主要是由于有機(jī)肥中有效Zn 含量較多。

在長期施肥試驗進(jìn)行10 a 以后，施有機(jī)肥處理有效Zn 含量提升幅度較大。與不施肥處理相比，氮磷化肥配施處理不同處理間差異性較小，整體呈下降趨勢，有機(jī)無機(jī)肥配施及單施高量有機(jī)肥處理有效Zn 含量均有所提高。主要是由于有機(jī)肥中有效Zn 的含量較高，而氮磷化肥配施處理土壤中攝入的有效Zn 含量較少，從而促進(jìn)植物生長，并且增加了植物能夠攜出的微量元素含量[15-16]。參照國內(nèi)外分級標(biāo)準(zhǔn)，目前土壤中氮、磷化肥配施處理有效Zn含量處于較低水平，而有機(jī)無機(jī)肥配施處理有效Zn 含量均屬于較高水平。

3.2 0～100 cm 有效Cu、 有效Zn 含量剖面分布特征

2018 年有效Cu 含量在0～100 cm 土層剖面上，對于0～60 cm 土層而言，不同施肥處理的影響較大，但60～100 cm 土層影響不明顯。與不施肥處理相比，氮磷化肥配施處理有效Cu 含量在不同土層中分布規(guī)律均相似；有機(jī)無機(jī)配施和單施高量有機(jī)肥處理有效Cu 含量在0～60 cm 土層提升幅度較大，且隨著有機(jī)肥施入量的增加，有效Cu 含量也逐漸增加。韓曉日等[17]在棕壤上進(jìn)行長期定位試驗，結(jié)果表明，不同施肥處理土壤pH 和有機(jī)質(zhì)含量變化對土壤有效銅含量無明顯作用，這與本研究結(jié)果不同。其原因可能是由于近年來飼料添加劑的應(yīng)用使工廠化養(yǎng)殖場的畜禽排泄物中Cu 的含量增高。

2018 年有效Zn 含量在0～100 cm 土層剖面上，不同施肥處理僅對0～20 cm 土層有效Zn 含量影響較大，與不施肥處理相比，氮磷化肥配施處理有效Zn 含量有降低的趨勢，不同處理間差異性較小，目前0～20 cm 土層有效Zn 含量處于較低水平；有機(jī)無機(jī)肥配施及單施高量有機(jī)肥處理有效Zn 含量上升幅度較大，0～20 cm 土層有效Zn 含量處于較高水平。而不同施肥處理對20～100 cm 深層土壤影響較小，在20～100 cm 土層有效Zn 含量變化幅度較小，這與孫繼坤等[18]、金星耀等[19]的研究結(jié)果相同，可能是由于0～20 cm 土層有效Zn 含量受作物及施肥的影響較大，而深層土壤有效Zn 含量可能與耕作方式及土壤本身有關(guān)。而合理的微量元素施入則有利于玉米產(chǎn)量的提高，這與張中星等[20]的田間試驗研究結(jié)果一致。