萬玉潔　陳瑤　李道林

摘 要：耕作層不僅影響耕地的質量水平還是農作物生長的重要基礎。目前，國內建設占用耕地時耕作層沒有得到有效的保護，一部分原因是耕作層保護的技術不完善，而表土剝離是保護耕作層的一個有效措施。因此，該文針對耕作層在剝離后儲存期間的土壤進行培肥技術研究，通過設置3個試驗小區(qū)，進行表土培肥試驗，研究培肥后剝離土壤的有機質變化情況。研究結果顯示：3個試驗小區(qū)的4個處理中，土壤的有機質含量總體呈下降趨勢，添加培肥均是有利于土壤有機質的積累；對于長時間的堆放，豬糞培肥效果最好；其次是秸稈培肥，秸稈加菌肥效果最差。對于丘陵和山地試驗小區(qū)，豬糞培肥效果最好；在平原試驗小區(qū)，秸稈和豬糞均有利于有機質的積累。

關鍵詞：表土剝離；培肥；有機質

中圖分類號 S157 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）07-56-05

Abstract：The tillage layer not only affects the quality level of the cultivated land，but also is the important foundation for the growth of the crops.At present，the domestic construction of the occupation of cultivated land farming layer has not been protected effectively.Part of reasons is that magnetism protection technology is not perfect，and topsoil stripping is conservation tillage layer of a effective measures.Therefore，based on soil magnetism after stripping during storage of soil fertilizer application technology research，by setting the three experimental plot，surface soil fertilizer experiment was carried out，the fertilizer after stripping changes of soil organic matter.The results showed that： three experimental plots of four treatments，soil organic matter content was generally tended to decrease，add fertilization were conducive to the accumulation of soil organic matter； for a long time stacking，pig manure fertilizer effect was the best，followed by cornstalk fertilization，straw and fertilizer effect of the worst.In hills and mountain plot experiment，pig manure fertilizer effect was best； in the plain plots，straw and pig manure were conducive to the accumulation of organic matter.

Key words：Stripping status；Fertilizer application；Organic matter

1 引言

有機質主要儲存在土壤表層中，是評價土壤肥力的一個重要指標，也是表征土壤質量的一個重要因子。建設占用地的耕作層土壤剝離后，有著十分重要的用途，如可用來毀損地的整理復耕用土、土地整治和高標準基本農田項目的土壤改良、土壤補充、開墾項目的土層增厚和土壤改良等用途。然而，目前在建設用地時，用地單位對于挖出來的耕作層土壤處理方式，要么將其浪費，隨意處理，要么將其用作棄土填方工程，對資源的浪費極大。表土剝離是近年來土地整理項目中亟待開發(fā)并推廣至全國的一個保護耕地資源的項目，其原理是將耕地表層土壤剝離出來，再原地和異地用于土地整治。為了減少對環(huán)境的破壞，以及減少對農業(yè)生產的威脅，在耕地資源日見匱乏、人地矛盾日漸突出、農田污染加劇的背景下，開展耕地表層土壤剝離再利用工作具有非常重要的現(xiàn)實意義[1]。如今，表土剝離工作得到許多國家的重視。國外的表土剝離工作開展較早，且已形成了較為成熟的方法和制度[2]，國內除少數(shù)省份開展表土剝離工作較早而得到比較完備的成果外，其他省份都或多或少的正在開啟這項工作，但并未形成一套完整的技術方案及制度。其中，培肥是表土剝離長期工作中一個非常重要的環(huán)節(jié)。土壤有機質是表征土壤質量的重要因子，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的重要“源”與“匯”[3-4]。在培肥方面，經過先輩們的長期研究，實踐結果表明合理培肥可以改善土壤的基本理化性狀[5-7]。劉允芬等研究[8]認為氣溫、地溫與土壤碳排放有明顯的正相關性。溫度和水分在短期內對土壤有機碳和易氧化有機碳的影響差異不顯著，但土壤溫度和水分變化能影響土壤有機碳的含量，低溫度低水分條件有利于土壤有機碳的存在[9]。但迄今為止，在開展的表土剝離工作中，剝離的表土大多都是直接覆土后進行培肥，在儲存期間也只是簡單的播種無污染草籽而對具體的培肥未做過多描述。本文通過在安徽省巢湖和宿州設置試驗小區(qū)，對試驗小區(qū)的耕地表土進行剝離，對剝離后儲存的表土進行自然培肥、秸稈培肥、秸稈加菌肥培肥以及豬糞培肥，在分析了土壤有機質與地形、土壤容重、成土母質、質地等之間的相關關系，得到剝離土壤的有機質養(yǎng)分變化情況，并為農業(yè)土壤提供剝離后的土壤是否需要培肥提供依據。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況 安徽省地形有平原、丘陵和山地，平原與丘陵、低山相間排列，地形呈現(xiàn)多樣性。長江和淮河自西向東橫貫全境，巢湖位于安徽中部，全省大致可分為5個自然區(qū)域：淮北平原、江淮丘陵、皖西大別山區(qū)、沿江平原和皖南山區(qū)。安徽地處暖溫帶與亞熱帶過渡地區(qū)，氣候溫暖濕潤，四季分明，光熱水資源豐富且雨熱同季。

2.2 試驗設計 2014年9月，騰空試驗區(qū)，讓其自然變干；2014年10月18～19日，在巢湖市欄桿鎮(zhèn)石門村的2個試驗小區(qū)（一個代表丘陵區(qū)；一個模擬山地區(qū)：山地是在在巢湖欄桿鎮(zhèn)石門村尋找的一個與山地環(huán)境相似的低山丘陵區(qū)的耕地，用于模擬山地培肥特性。）進行堆土培肥實驗；2014年10月27日，在宿州市埇橋區(qū)朱仙莊鎮(zhèn)鎮(zhèn)西村的試驗小區(qū)（代表平原區(qū)）進行堆土培肥實驗。

2.2.1 試驗小區(qū)設置 試驗小區(qū)設置為100m2的剝土區(qū)，儲存之土壤堆成底寬3.0m、高1.5m、頂寬1.5m的長條梯形型土堆，土堆長共計9.5m（其中試驗小區(qū)總共8m，分為4個部分每個部分長2.0m長，包含兩頭各0.75m、共1.5m的斜坡長度），土堆按順序安排關培肥措施，小區(qū)之間用防滲漏塑料薄膜隔離，四周修建排水溝。

2.2.2 培肥設計 每個試驗小區(qū)分對照試驗和培肥試驗。整個培肥實驗周期為6個月，每隔2個月進行取樣一次（表1）。

2.2.3 樣品采集 每隔2個月用取土工具從上到下均勻采集土樣，四分法后約取1 000g土壤樣品，以及初期未培肥的土樣1 000g，將土樣帶回實驗室風干、研磨、待化驗；未剝離前，原土采集方法——采用多點混合取農化樣，多余的用四分法舍棄；培養(yǎng)期采樣——分別在每個試驗小區(qū)，采集全斷面樣品，混合、四分法獲得化驗樣約1 000g。備注：第一次采樣時已對為開始培肥的土壤容重進行了測定，丘陵、山地、平原3個試驗小區(qū)平均值分別為：1.376g/cm3、1.334 g/cm3、1.258 g/cm3。

2.2.4 樣品測定 豬糞和土壤有機質測定方法：重鉻酸鉀容量法-外加熱法[10]。

3 結果與分析

3.1 丘陵試驗小區(qū)不同培肥方式，有機質含量隨著時間的變化規(guī)律 從圖1中可以看出：隨著時間的增加，丘陵試驗區(qū)的有機質的含量總體是下降的。有機質含量的變化趨勢是：除豬糞培肥外其他3種培肥方式的土堆有機質含量變化情況為大致為減少—增加—減少，10月到12月土堆有機質含量大量減少，12月到2月有機質含量略微增加，2月到4月有機質含量略微減少；而豬糞培肥的土堆有機質含量在10月到12月略有增加，12月到4月一直在逐漸降低。從培肥開始到培肥結束4種培肥方式的土堆有機質含量全部降低，分別減少了4.091、2.750、5.751、4.319，所占百分比為15.76%、10.59%、22.15%、16.63%，秸稈+菌肥這種處理方式的有機質減少最多，減少比例為22.15%，添加秸稈的處理方式有機質減少最少，減少比例為10.59%。

對于丘陵試驗小區(qū)，在有機質變化曲線上看出，有機質含量是添加秸稈>自然培肥>秸稈加菌肥，添加秸稈增加了土壤碳庫的輸入，而自然培肥因沒有額外的有機質輸入所以總量上較加秸稈少。在有機質消耗方面，自然培肥和添加秸稈中，添加秸稈會增加微生物的活動量，進而將秸稈轉化為土壤有機質，同時也會消耗一部分有機質作為自身能源，因總量較自然狀況下高，所以在變化過程中，有機質含量一直高于自然培肥。在添加秸稈和菌肥的情況下，菌肥會大大增加土壤微生物的總量，雖然添加了秸稈，提高了土壤有機質庫的總量，但是因微生物量的增加，土壤有機質的消耗量也大大增加，致使有機質含量比自然狀況下低。添加豬糞的處理中，因豬糞是經過動物消化分解的殘渣，加入到土壤中很容易就轉化為土壤有機質，所以在加入豬糞的短期內有機質含量迅速上升。在后期菌肥的作用下微生物量增加，消耗大量的有機質，使總量降低。

3.2 山地試驗小區(qū)不同培肥方式，有機質含量隨著時間的變化規(guī)律 從圖2中可以看出：在變化趨勢中，隨著時間的增加，山地地區(qū)4種培肥方式的土堆有機質含量變化情況各不相同。10月到12月，除豬糞培肥外，其他3種培肥方式土堆有機質含量大量減少，豬糞培肥土堆有機質含量上升；12月到次年2月，自然培肥、秸稈+菌肥土堆有機質含量略微增加，豬糞培肥與秸稈培肥有機質含量降低；2月到4月，豬糞培肥有機質含量趨于穩(wěn)定，其他3種培肥方式土堆有機質的含量略微減少。從培肥開始到培肥結束四種培肥方式的土堆有機質含量全部降低，分別減少了3.593、3.533、4.304、1.434，所占百分比為18.76%、18.44%、22.47%、7.49%，秸稈+菌肥這種處理方式的有機質減少最多，減少比例為22.47%，添加豬糞的處理方式有機質減少最少，減少比例為7.49%。

對于山地試驗小區(qū)，從有機質變化曲線上看出，有機質含量是添加豬糞>添加秸稈>秸稈加菌肥>自然培肥。添加豬糞的處理中，因豬糞是經過動物消化分解的殘渣，加入到土壤中很容易就轉化為土壤有機質，所以在加入豬糞的短期內有機質含量迅速上升。在后期菌肥的作用下微生物量增加，消耗大量的有機質，使總量降低，但山地地區(qū)的豬糞中有機質含量較高，隨著時間的增長，有機質的含量也在緩慢上升。在初期添加秸稈的處理下降速率小于添加秸稈和菌肥的處理。因為添加秸稈加菌肥會大大增加土壤微生物的總量，會使有機碳分解速率加快，但是隨著時間的增長，微生物的量是一定的，有機質含量在緩慢上升，但是到達一定的時間，秸稈和菌肥分解的有機碳小于微生物分解的量，土堆中的有機質含量快速下降。而添加秸稈的處理，初期秸稈分解有機碳的速率較慢，土堆有機質含量在下降；隨著時間的增長，秸稈在分解，但小于微生物分解的量，所以土堆中的有機質含量一直緩慢下降。自然培肥因沒有額外的有機質輸入所以總量上較其他培肥少。

3.3 平原試驗小區(qū)不同培肥方式，有機質含量隨著時間的變化規(guī)律 從圖3中可看出，在變化趨勢中，隨著時間的增加，平原地區(qū)4種培肥方式的土堆有機質含量變化情況為緩慢減少，自然培肥土堆中2月到4月有機質含量大量減少，添加豬糞培肥土堆中有機質在2月后增加，但仍低于背景值。從培肥開始到培肥結束4種培肥方式的土堆有機質含量全部降低，分別減少了5.891、4.484、5.320、3.655，所占百分比為31.57%、24.03%、28.51%、19.58%，自然培肥這種處理方式的有機質減少最多，減少比例為31.57%，添加豬糞的處理方式有機質減少最少，減少比例為19.58%。

對于平原試驗小區(qū)，在有機質變化曲線上看出，有機質含量是自然培肥>添加秸稈>秸稈加菌肥，添加秸稈增加了土壤碳庫的輸入，而自然培肥因沒有額外的有機質輸入所以總量上較加秸稈少。平原地區(qū)土壤較山地和丘陵肥沃，土壤微生物總量高，添加秸稈提高了土壤的碳氮比，促進微生物的繁殖。在有機質消耗方面上，自然培肥和添加秸稈中，添加秸稈會增加微生物的活動量，進而將秸稈轉化為土壤有機質，同時微生物量增加也會增加有機質的消耗，因總量較自然狀況下略低。添加秸稈和菌肥的情況下，菌肥會大大增加土壤微生物的總量，雖然添加了秸稈，提高的土壤有機質庫的總量，但是因微生物量的增加，土壤有機質的消耗量也大大增加，致使有機質含量比自然狀況下低。在添加豬糞的處理中，因豬糞經過動物消化分解的殘渣，加入到土壤中很容易就轉化為土壤有機質，所以隨加入豬糞的時間的增長有機質含量逐漸上升。在后期菌肥的作用下微生物量增加，消耗大量的有機質，使總量降低。

3.4 不同的培肥方式，3個試驗小區(qū)有機質含量隨著時間的變化規(guī)律 從圖4、圖5、圖6、圖7中可以看出：對于不同的培肥方式，3個試驗小區(qū)的有機質含量均是呈下降趨勢。從培肥開始到培肥結束：自然培肥的有機質含量丘陵、山地、平原3個試驗小區(qū)分別減少了4.091、3.593、5.891，所占百分比為15.76%、18.76%、31.57%，平原地區(qū)土壤有機質減少比例最多，為31.57%，丘陵土壤有機質減少比例最少，為15.76%；秸稈培肥分別減少了2.750、3.533、4.484，所占百分比為10.59%、18.44%、24.03%，平原地區(qū)土壤有機質減少比例最多，為24.03%，丘陵土壤有機質減少比例最少，為10.59%；秸稈加菌肥培肥分別減少了5.751、4.304、5.320，所占百分比為22.15%、22.47%、28.51%，平原地區(qū)土壤有機質減少比例最多，為28.51%；豬糞培肥分別減少了4.319、1.434、3.655，所占百分比為16.63%、7.49%、19.58%。

有機質含量總體上是丘陵試驗小區(qū)>山地試驗小區(qū)>平原試驗小區(qū)。對于同一種培肥，不同試驗小區(qū)的土堆有機質含量整體是呈下降趨勢的，但下降的速率不同，由于表土層的剝離，會使得原有土壤變松，類似于旱地耕作，會使得原有有機質因為激發(fā)效應而降低。丘陵試驗小區(qū)是由下面黃土母質發(fā)育而來的黃褐土，山地試驗小區(qū)是由巖石風化物發(fā)育而來的粗骨土，平原試驗小區(qū)是由第四紀河湖相沉積物發(fā)育而來的砂姜黑土。丘陵、山地試驗小區(qū)都是在長期耕種后形成的水稻土，而平原試驗小區(qū)是在長期種植小麥形成的旱作土。據沈陽農業(yè)大學觀測，旱作土壤施新新鮮豬糞，其腐殖系數(shù)為27.5%，而水稻土為38.4%。武婕[11]也研究得到灌溉水田土壤有機質平均含量最高，旱地最低。這說明水稻土有機質含量總體上是高于旱作土的。丘陵試驗小區(qū)處于地勢較為平緩的地區(qū)，排灌條件好；而山地試驗小區(qū)處于地勢較高地段，不受地下水影響，水源不足，且容易造成水土流失。因此盡管添加不同培肥，有機質含量總體上依然是丘陵試驗小區(qū)>山地試驗小區(qū)>平原試驗小區(qū)。

4 結論與討論

（1）綜上所述：土壤類型、土壤成土母質、質地以及溫度都對土壤中有機質的含量有很大影響。對于3個試驗小區(qū)，4個處理土堆的有機質含量是總體是呈下降趨勢，添加培肥均是有利于土壤有機質的積累；對于長時間的堆土，豬糞培肥效果最好，其次是秸稈培肥，秸稈加菌肥效果最差。對于丘陵和山地試驗小區(qū)，豬糞培肥效果最好；在平原試驗小區(qū)，秸稈和豬糞均有利于有機質的積累。通過以上研究可以為耕作層堆放保護與培肥措施提供參考建議，為表土剝離工作的進展提供技術參考。

（2）討論3個試驗小區(qū)土壤的有機質含量整體呈下降趨勢，這與土壤碳庫的輸出大于輸入有關?？缀昝鬧12]研究得出土壤有機質增加或減少歸結于農田的碳素的平衡。而土壤有機碳的變化可能是因為表土層的剝離，會使得原有土壤變松，類似于旱地耕作，會使得原有有機質因為“激發(fā)效應”而降低。黃文昭等學者[13-14]研究，土壤中新添加的有機碳能影響土壤有機碳的礦化，引發(fā)正的或負的激發(fā)效應。王志明[15]等通過研究，發(fā)現(xiàn)秸稈加入量的增多會使土壤原有碳的分解速率提高。這就可能導致添加培肥處理后基本都是下降的其中一個原因。

由于地形影響土壤水熱條件和成土物質的再分配，不同的地形位置土壤特性有很大的差異，并且影響土壤中養(yǎng)分的含量。寧茂岐[16]研究得到不同地形條件下土壤肥力性質有很大的差異，在丘陵山地區(qū)對土壤養(yǎng)分管理是可行的。丘陵、山地、平原這3種地形的在同一種培肥方式下有機質含量各不相同，這與其自身的有機質含量有關；而在添加了不同的培肥方式的情況下，這3種地形的有機質含量也變化頗大，這可能與其本身存在的微生物量有關，微生物量不同，對有機質的分解有很大影響。這與臧逸飛[17]的研究相符。武婕[11]研究得到土壤類型、耕層質地等都對土壤有機質有明顯的影響。丘陵、山地的試驗小區(qū)都是在長期耕種后形成的水稻土，水稻土有利于有機質的積累，并且腐殖系數(shù)要高于旱作土壤。而平原試驗小區(qū)是由第四紀河湖相沉積物發(fā)育而來的砂姜黑土，在長期種植小麥等作物而形成了旱作土。這就可能導致丘陵、山地試驗小區(qū)的有機質含量從總體上高于平原試驗小區(qū)。

在處理中也發(fā)現(xiàn)有機質的含量受溫度的影響較大。除豬糞處理外，3種地形的曲線基本上都是在10～12月份，有機質下降速率最高，在12月至次年2月或略微上升或下降速率降慢，2～4月緩慢下降。因10～12月份氣溫較12月至次年2月高，微生物活動頻繁，消耗的有機質大于自身降解產生的有機質量，使總量降低，微生物在低溫下降低了代謝速度，消耗量下降，有機質呈積累狀態(tài)，2～4月亦是積累小于消耗狀態(tài)，有機質總量降低。所以可能在相對低溫狀態(tài)下降低微生物的代謝速率，有利于土壤有機質的總量積累，這與國秀麗[9]的研究也相符。

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（責編：張長青）