許劍敏，洪堅(jiān)平，梁利寶

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

我國煤炭資源的分布面積很廣，約占我國土地總面積的5.7%，其中，約96%的為井工開采，約4%的為露天開采[1]。礦產(chǎn)資源在被獲取的同時(shí)會(huì)引發(fā)大量的土地塌陷，由于大規(guī)模的煤炭開采，對土地資源和生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞，特別是井工開采造成的礦區(qū)大面積地表沉陷，使耕地面積減少、地下水資源破壞、水土流失加劇、土壤肥力下降、生態(tài)環(huán)境惡化。因此，在控制煤炭使用量的同時(shí)，也必須通過土地復(fù)墾將被破壞的土地恢復(fù)利用，從而來緩解人地矛盾、改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用[2-4]。

國內(nèi)外許多研究[5-6]表明，氮肥施用方式和數(shù)量對作物產(chǎn)量和氮肥利用率有顯著的影響。土地復(fù)墾后，因地面沉陷導(dǎo)致的上下土層交換顛倒，破壞了原始土壤層次，使得土壤持水、保肥等物理特性變得更差，且有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等主要營養(yǎng)成分含量較低，土壤肥力恢復(fù)較慢。土壤的氮含量是土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)，對土壤肥力的影響很大，如何去提高復(fù)墾土壤中氮的含量及作物對復(fù)墾土壤氮的利用是個(gè)關(guān)鍵問題。

本試驗(yàn)主要研究晉城塌陷礦區(qū)復(fù)墾土壤在不同培肥處理下氮素形態(tài)的變化規(guī)律，旨在為改善復(fù)墾土壤肥力、尋找合適復(fù)墾培肥模式及生產(chǎn)實(shí)踐中科學(xué)合理地利用土壤氮素和指導(dǎo)氮素肥料的施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2009，2010年在山西省晉城市北石店鎮(zhèn)大張村進(jìn)行。該區(qū)由于長期井工采煤，導(dǎo)致了耕地大面積塌陷，塌陷深度為50～150 cm，復(fù)墾時(shí)，地表以混推模式為主，利用挖深墊淺、就地平整法復(fù)墾，同時(shí)連續(xù)2 a種植玉米進(jìn)行培肥熟化。玉米品種為澤玉41號，土壤類型為石灰性褐土，供試菌劑為從礦區(qū)當(dāng)?shù)厣形此莸氖焱林蟹蛛x的功能性微生物（包括6株解磷微生物、4株固氮微生物、3株解鉀微生物）和當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢微生物經(jīng)拮抗試驗(yàn)后，混合、擴(kuò)大培養(yǎng)，經(jīng)草炭吸附、晾干成菌肥，每克菌肥所含活性有益菌≥108個(gè)，草炭含N2.01%，P2O52.44%，K2O1.22%。供試土壤的基本理化性狀如表1所示。

表1 供試土壤的基本理化性狀

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)施肥處理：（1）不施肥（CK）；（2）化肥（N）；（3）有機(jī)肥（M）；（4）有機(jī)肥＋化肥（N＋M）；（5）有機(jī)肥＋化肥＋菌肥（N＋M＋F）?；蕿槟蛩兀∟ 46%）和過磷酸鈣（P2O512%）；有機(jī)肥為雞糞，養(yǎng)分含量為N 1.24%，P2O50.95%，K2O 1.02%；各施肥處理中施入等量養(yǎng)分（氮和磷），即每公頃施 N 120 kg，P2O590 kg，菌肥每公頃施300 kg。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)小區(qū)面積為200 m2，每個(gè)處理重復(fù)3次，共15個(gè)小區(qū)。

1.3 測定方法

土壤全氮采用半微量開氏法測定；微生物氮采用氯仿熏蒸法測定；可溶性有機(jī)氮（SON）為可溶性總氮和無機(jī)氮含量之差。

土壤NH4+-N和NO3--N的測定：稱取新鮮土壤5.00 g，用0.01 mol/LCaCl2浸提（液土比為5∶1），在水浴恒溫振蕩機(jī)（溫度25℃，頻率170 Hz）振蕩1 h，過濾，采用德國AA3流動(dòng)分析儀測定濾液的NO3--N和NH4+-N含量。

可溶性總氮（TSN）的測定：將測定無機(jī)氮（NH4+-N和NO3--N）所用的濾液用0.45 μm的濾膜再次過濾，采用過硫酸鉀氧化法測定濾液的可溶性總氮含量，其中，氧化劑采用0.15 mol/L的NaOH和3%過硫酸鉀（K2S2O8）配比，高壓鍋0.5 h氧化后，采用紫外分光光度法測定[7-8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同培肥處理對塌陷復(fù)墾土壤0～20 cm土層全氮含量的影響

從表2可以看出，連續(xù)復(fù)墾2 a后，復(fù)墾土壤全氮含量較復(fù)墾前有一定提高。在復(fù)墾第1年（2009年），苗期各培肥處理間差異不顯著，但均與CK差異顯著，比CK提高了10.0%～16.7%；拔節(jié)期，處理N＋M的全氮含量最高，處理N，N＋M＋F和M與CK之間差異不明顯；灌漿期，處理N＋M＋F，N＋M，M與處理N和CK之間差異顯著?？傮w看，處理N＋M的全氮含量在整個(gè)生育期都較高，在苗期、拔節(jié)期、灌漿期分別比CK高出16.7%，9.7%，10.3%。復(fù)墾第2年（2010年），玉米生育期內(nèi)不同培肥處理復(fù)墾土壤的全氮含量較上一年都有一定的增幅；生育期內(nèi)，處理M，N＋M，N＋M＋F與CK之間差異顯著，N＋M，N＋M＋F和M處理間的差異不顯著，但與單施無機(jī)肥處理差異顯著，這與上一年趨勢一致。連續(xù)2 a復(fù)墾土壤的全氮含量由大到小順序?yàn)椋河袡C(jī)肥與無機(jī)肥配施（N＋M）＞有機(jī)肥、無機(jī)肥與菌肥配施（N＋M＋F）＞單施有機(jī)肥（M）＞單施無機(jī)肥（N）＞對照（CK）。

表2 不同培肥處理對塌陷復(fù)墾玉米土壤0～20 cm全氮的影響 mg/kg

研究結(jié)果表明，有機(jī)肥與化肥配合施用是提高土壤全氮肥力的重要措施。這主要是因?yàn)橛袡C(jī)肥的施用不僅直接增加了土壤全氮的含量，而且提高了土壤的保氮能力。單施化肥處理的土壤全氮含量略高于不施肥處理，這是由于施用氮肥提高了作物根茬和根系分泌物的量，亦增加了歸還土壤的有機(jī)氮量[9-13]。

2.2 不同培肥處理對塌陷復(fù)墾土壤0～20 cm土層微生物氮含量的影響

從表3可以看出，復(fù)墾第1年，玉米生育期內(nèi)復(fù)墾土壤微生物氮含量各培肥處理較CK有不同程度的增加，且差異顯著。玉米生育期內(nèi)，M處理相對于CK提高了13.8%～27.0%，N處理相對于CK提高7.6%～20.3%，N＋M處理相對于CK提高12.9%～37.5%，N＋M＋F處理相對于CK提高30.5%～39.8%?？梢悦黠@看出，施有機(jī)肥的處理好于單施N處理和CK，N＋M＋F處理在玉米生育期內(nèi)微生物氮含量最高，且與其他處理差異顯著。復(fù)墾第2年，微生物氮含量平均比上一年高14.0%，與上一年趨勢一致。各培肥處理的土壤微生物氮含量由大到小的順序?yàn)椋河袡C(jī)肥、無機(jī)肥與菌肥配施（N＋M＋F）＞有機(jī)肥與無機(jī)肥配施（N＋M）＞單施有機(jī)肥（M）＞單施無機(jī)肥（N）＞對照（CK）。

表3 不同培肥處理對塌陷復(fù)墾玉米土壤0～20 cm微生物氮的影響 mg/kg

含有機(jī)肥處理的微生物氮含量要明顯高于無機(jī)肥處理，這是因?yàn)槲⑸飳κ┤氲墓坛峙c釋放，主要受施入的碳和氮所支配；有機(jī)、無機(jī)肥可以為微生物提供豐富的碳源、氮源和能源及微量元素，合適的C/N，為其大規(guī)模生長繁殖創(chuàng)造了有利條件。并且增加土壤微生物數(shù)量的同時(shí)，也增加了對氮的固持，礦質(zhì)氮被微生物固定，微生物氮也相應(yīng)增加。隋躍宇等[14]就有關(guān)不同施肥制度對小麥生育期土壤微生物量的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，化肥配施有機(jī)肥更能促進(jìn)土壤微生物活性，土壤微生物量比不施肥和僅施化肥處理顯著增加。長期單施化肥導(dǎo)致微生物的碳源不足，降低了生物固持能力，因此，該處理的微生物氮較低。而N＋M＋F處理中微生物含量最高，主要是菌肥中含有的大量微生物經(jīng)擴(kuò)繁后導(dǎo)致微生物種類、數(shù)量劇增，微生物氮含量自然會(huì)升高，說明有機(jī)肥和無機(jī)肥配施能有效地提高土壤氮素的礦化量、供氮量以及氮肥的利用率和在土壤中的生物固持能力[15]。

2.3 不同培肥處理對塌陷復(fù)墾土壤0～20 cm土層可溶性有機(jī)氮含量的影響

從表4可以看出，在玉米生長期內(nèi)，不同施肥處理之間基本上都以灌漿期的土壤可溶性有機(jī)氮含量最高。

表4 不同培肥處理對塌陷復(fù)墾玉米土壤0～20 cm可溶性有機(jī)氮含量的影響 mg/kg

復(fù)墾第1年，玉米生育期內(nèi)復(fù)墾土壤可溶性有機(jī)氮含量各培肥處理較CK有不同程度增減，且差異顯著?？扇苄杂袡C(jī)氮的含量以N＋M＋F處理最高，M，N＋M處理次之，單施N肥的條件下可溶性有機(jī)氮含量明顯低于對照。Murphy等[16]在小麥肥料試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，每年施用144 kg/hm2無機(jī)態(tài)氮后，土壤中可溶性有機(jī)氮含量顯著低于對照。Appel等[17]報(bào)道，施用氮肥未增加土壤可溶性有機(jī)氮的含量。復(fù)墾第2年，可溶性有機(jī)氮含量為5.35～19.88 mg/kg，平均值為12.75 mg/kg，比第1年平均高出16.87%。在玉米整個(gè)生育期，N＋M＋F處理效果最好，M次之，N處理明顯低于CK，且差異比上一年更為明顯。土壤中可溶性有機(jī)氮含量從大到小順序?yàn)椋河袡C(jī)肥、無機(jī)肥與菌肥配施（N＋M＋F）＞單施有機(jī)肥（M）＞有機(jī)肥與無機(jī)肥配施（N＋M）＞單施無機(jī)肥（N）＞對照（CK）。復(fù)墾第1年可溶性有機(jī)氮含量為4.57～15.39 mg/kg，平均值為 10.91 mg/kg，Chapman 等[18]研究認(rèn)為，可溶性有機(jī)氮的來源包括有機(jī)質(zhì)分解的中間產(chǎn)物、施入的有機(jī)肥料、微生物和根系代謝產(chǎn)物、分泌物等，由微生物將不可溶解性氮轉(zhuǎn)化為可溶性有機(jī)氮。因此，含有機(jī)肥處理的微生物氮含量要高于單施N處理，N＋M＋F中施入的微生物菌肥可增加微生物的含量，從而可快速增加可溶性有機(jī)氮的含量。從生長季節(jié)來看，灌漿期可溶性有機(jī)氮含量最高，這是由于隨著氣溫的升高，微生物活動(dòng)逐漸頻繁，加速了可溶性有機(jī)氮的生成。

3 結(jié)論

連續(xù)2 a施肥的復(fù)墾土壤的全氮、微生物氮和可溶性有機(jī)氮含量都有明顯提高。其中，N＋M處理對復(fù)墾土壤全氮含量增幅最為明顯，比對照增加了9.7%～16.7%，N＋M與N＋M＋F處理間差異不顯著；N＋M＋F處理對復(fù)墾土壤微生物氮和可溶性有機(jī)氮含量增幅最為明顯，比對照分別增加了30.5%～60.4%，0.2%～33.0%。各培肥處理與對照差異顯著。菌肥的加入對復(fù)墾土壤改良有一定的效果。

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