張川等

摘要 理論分析和試驗表明，化肥超施將導致土壤退化。采取野外現場數據采集研究和取典型試驗區(qū)土樣帶回實驗室研究相結合的方式，對化肥超施造成土壤退化的機制進行研究。結果表明，試驗區(qū)化肥超施使得土壤有機質含量和速效磷含量超標，土壤團粒結構差，對于嚴重超標的土地，作物基本絕收。從近5年試驗區(qū)作物產量變化可以看出，隨著長期化肥超施，作物產量下降，土壤生產能力降低，土壤退化。

關鍵詞 化肥超施；土壤退化；有機質；速效磷；團粒

中圖分類號 S158.1 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）20-06594-03

Ultraapplied Fertilizers and Soil Degradation

ZHANG Chuan， LIANG Yuxiang et al （School of Chemical Engineering， Sichuan University， Chengdu， Sichuan 610065）

Abstract Theoretical analysis and experiments show that ultraapplied fertilizers will result in soil degradation. By using the field data collection and take soil samples in typical test area back to the lab， the mechanism of ultraapplied fertilizers on soil degradation was studied. The results showed that the test area makes fertilizer applied over soil organic matter content and available phosphorus content exceeded， poor soil aggregate structure， for seriously overweight land， crops basic crops. From the past five years， changes in crop yields can be seen from the test area， with the ultralongterm fertilizer applied， decline in crop yields， reduction of soil productivity and soil degradation.

Key words Ultraapplied fertilizers； Soil degradation； Organic matter； Available phosphorus； Aggregate

土壤是植物賴以生存的自然環(huán)境，也是農業(yè)生產的重要資源。隨著我國人口的迅速增加，對糧食的需求量不斷增大。施用化肥是提高糧食產量的有力手段?？茖W試驗和生產實踐表明，每施用1 kg化肥可增產糧食5～10 kg[1]。

近10年來，我國化肥的施用量增加接近1倍，但是糧食的總產量僅僅增加9.1%[5]。

大部分長期試驗表明，化肥投入有助于土壤有機碳含量的提高[6-8]。這是因為施用化肥能增加作物生物學產量，從而增加對土壤有機質的投入（根系、殘茬、落葉、根系分泌物等）[9]。有研究表明，單施氮肥會使土壤有效磷含量降低[10-12]。這是由于施氮量增加引起作物生物產量的提高，造成對土壤磷素吸收的增加[9]。在氮、鉀基礎上施用磷肥，土壤有效磷除滿足作物生長所需，每年稍有剩余[11]。磷肥無論單施或與其他無機肥配施均會增加土壤中磷素含量，若長期施用磷肥則將導致土壤變酸。

團聚體是形成良好土壤結構的物質基礎，能夠綜合地反映土壤整體的肥力狀況[13]。不同粒級的團聚體在營養(yǎng)元素的保持、供應及轉化能力等方面發(fā)揮著不同的作用[14]。Haynes等[15]指出，施用磷肥可以促進Al3+和Ca2+的黏結作用，從而促進團聚體的形成。劉中良等[16]也指出，施肥會減少>5 mm 的非團粒結構的數量，增加0.25～5.00 mm團聚體的含量，改善土壤的物理結構；土壤大團聚體中含有更多的全C、全N、全P，因此大團聚體對養(yǎng)分的保持有重要作用；施肥對速效養(yǎng)分含量的影響顯著，堿解氮含量隨粒級的減小而增加，有利于作物的吸收；肥料的施加使得小粒級團聚體對土壤養(yǎng)分儲量的貢獻率越來越突出，更利于養(yǎng)分的供給。

但是，由于對化肥的過分依賴，過施、濫施以及不合理的施用方法不可避免地對土壤產生負面影響，導致土壤退化[2，17]，直接威脅到農業(yè)生產的持續(xù)發(fā)展。

只要合理施用化肥，即使不施有機肥料，土壤也不會結塊[18]，但若長期施用化肥，會則使土壤pH降低[19]，當化肥超施時酸度增加較快，土壤酸度過大將造成土壤板結，通透性差，氧氣含量低[20]。Johnston等[21]指出，土壤酸化使得重金屬移動增強。夏立忠等[22]指出，大量施用化肥，易使保護地NO3-離子大量剩余與迅速累積，加速了土壤鹽積和次生鹽漬化。鹽分的過分積累會造成作物生理性干旱，甚至生理毒性物質的形成[23]。因此，化肥超施會使得土壤發(fā)生物理、化學、生物特性的退化，導致土壤肥力退化與生產力減退。

據統(tǒng)計，全球土壤退化面積達到1 965萬km2，其中，輕度退化僅占總退化面積的38%，退化形勢相當嚴峻[3]。因此，研究土壤退化在空間、時間上的進程與機理，分析影響土壤退化的人為因素，進而找到預防土壤退化、修復已退化土壤的辦法，具有十分重要的現實意義。目前，國內主要采用有機質、速效磷等經典參數對土壤退化的機理、過程、演變規(guī)律進行研究[4]。筆者對四川省自貢市貢井區(qū)生態(tài)園土壤的有機質、速效磷含量以及土壤的微觀團粒結構進行研究，對比實地考察的產量和化肥施入量，綜合分析土壤退化的特征和規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在四川省自貢市貢井區(qū)生態(tài)園進行。試驗地屬中亞熱帶濕潤季風氣候，平均氣溫17.5～18.0 ℃，日照1 150～1 200 h，降水1 000～1 100 mm。選擇成佳鎮(zhèn)、五寶鎮(zhèn)、白廟鎮(zhèn)以及龍?zhí)舵?zhèn)，進行土樣采集。這些農田均屬于生態(tài)種植基地，土質一般比較好。

1.2 試驗設計

設定20個處理。為了解不同施肥量對土壤中有機質和速效磷含量的影響以及與作物產量的關系，采用空白對照結合條件對照的方式進行測定。該試驗主要測定土壤有機質、速效磷和土壤團粒大小。

1.3 樣品采集及分析

采用S路線混合土壤采樣法，采集表層0～15 cm土樣，每個處理隨機取3個樣點，混合為一個土樣。將采回的土樣在實驗室風干，將風干后的土樣倒入鋼玻璃底的木盤上，用木棍研細，使之全部通過100目篩。用樣品袋將樣品裝好，密封，樣品袋上標簽須注明樣號、采樣日期和篩孔號。

土壤有機質和速效磷含量的測定采用國家標準方法[24-25]；團粒性大小采用在電子顯微鏡下觀察土樣的結構圖來進行對比測定。

1.4 數據分析 土壤中有機質含量按照有機碳含量的方式進行計算。

有機碳=

式中，待測液（mg/L）為從標準曲線上查得的待測液濃度； 待測液體積為50 ml；分取倍數為浸提液總體積（ml）占吸取浸出液體積（ml）的倍數（100/10）；烘干土重為風干土重乘以水分系數。

2 結果與分析

2.1 土壤有機質含量

由圖1可知，各處理土樣有機質含量因施肥量和施肥方式不同而不同。根據土壤養(yǎng)分分級表級別[26]劃分，測試土壤有機質含量都大于4%，有機質含量豐富。

圖1 不同施肥處理下土壤有機質含量

2.2 土壤速效磷含量

不同施肥處理下土壤速效磷含量如圖2所示。根據土壤養(yǎng)分分級表級別[26]劃分，測試土壤中1、6、13、18、19含量很低，為缺乏狀態(tài)；但是，大部分樣品速效磷含量豐富，以致于過剩。

圖2 不同施肥處理下土壤速效磷含量

2.3 土壤團粒結構

通過對比，選擇2個典型的土樣進行ESM和EDS分析，其中土樣1有機質含量豐富，磷含量缺乏，但產量上優(yōu)于其他土樣；而土樣12有機質含量和速效磷含量都相對很高，但基本絕收。

由圖3、4可知，土樣1的團粒結構較好，土壤結構為片狀，空隙較多，通透性好；土樣12的團粒結構很差，出現板結現象，空隙少，這樣的土壤就是嚴重退化后的現象。

圖3 電子顯微鏡下在mode SE為3 μm的結構圖

圖4 電子顯微鏡下在mode SE為20 μm的結構圖

2.4 蔬菜產量

由圖5可知，除了五寶鎮(zhèn)，其他鎮(zhèn)近5年蔬菜產量都逐年下降，其中土樣3、11、12、14的農田基本絕收。據觀察，這4種土樣的有機質含量和速效磷含量都非常高。

圖5 近5年蔬菜類產量的變化

綜合土樣有機質、速效磷含量、土樣團粒結構和近5年蔬菜類產量變化，可以看出所取土樣中化肥施用量基本超標，有部分土地嚴重超標，以致于蔬菜絕收?；食┦沟猛翗铀峄瘒乐兀亟饘匐x子聚集到作物根部，使得土壤結塊，造成缺氧，使得作物根系不發(fā)達，生長受阻。同時，因肥料濃度過大的“燒苗”現象，也是這塊土壤總是缺苗的原因。由實地調查結果可知，農民們使用的化肥大多是復合肥，N∶P2O5∶K2O為4∶3∶7，與我國農業(yè)化肥整體所需的N∶P2O5∶K2O 1.0∶（0.4～0.6）∶（0.2～0.3）的比例相比嚴重失衡，在施肥時也沒有注重化肥的比例。這更加導致土壤中N、P、K含量不平衡，土地生產能力降低，農作物產量降低，土壤退化。

3 結論

（1）當前土地的化肥施入量普遍超過國家規(guī)定的225 kg/hm2，導致土壤中有機質和速效磷含量過高。

（2）通過電子顯微鏡觀察土壤結構，發(fā)現有機質和速效磷含量過高的土壤結構很差，出現了板結現象，土壤團粒結構差。

（3）近5年，農作物產量下降。結合土壤養(yǎng)分含量的變化和實地調查的結果，確定了土壤退化的事實。

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