劉 昆， 徐嘉萍， 于天聰， 李婷玉， 韓成龍， 楊 巍*

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030)

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梯度堆肥添加對(duì)黑土理化性質(zhì)的影響

劉 昆1， 徐嘉萍1， 于天聰2， 李婷玉1， 韓成龍1， 楊 巍1*

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030)

[目的]揭示梯度堆肥添加對(duì)黑土理化性質(zhì)的影響。[方法]以黑農(nóng)35作為供試大豆品種，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)4個(gè)處理，分別為堆肥添加量1.5、3.0、6.0 kg/m2,以不添加堆肥作為對(duì)照，研究不同堆肥添加量對(duì)土壤含水量、pH、總氮(TN)、總磷(TP)、有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀含量以及大豆產(chǎn)量的影響。[結(jié)果]大豆的不同生長發(fā)育期及梯度堆肥添加均可提高土壤有機(jī)質(zhì)、TN、TP、速效磷和速效鉀的含量以及大豆產(chǎn)量。其中，1.5和3.0 kg/m2的堆肥投入量對(duì)有機(jī)質(zhì)、TN、TP、速效磷、速效鉀含量較對(duì)照均有一定的提升，但并未達(dá)到顯著水平，而堆肥投入量為6.0 kg/m2時(shí)，對(duì)土壤理化性質(zhì)的改善最為顯著。[結(jié)論]松嫩平原大豆生產(chǎn)中推薦堆肥添加量為6.0 kg/m2。

堆肥；大豆；土壤理化性質(zhì)

當(dāng)前，由于人類大規(guī)模的農(nóng)業(yè)活動(dòng)和對(duì)土壤資源的過度利用，土壤退化問題在全球范圍內(nèi)日益嚴(yán)峻。我國是受土壤退化影響最為嚴(yán)重的國家之一，全國土壤退化總面積達(dá)460 km2，占我國土地總面積的40%[1]。土壤退化導(dǎo)致的土壤理化性質(zhì)惡化、土壤肥力衰竭、土壤物理結(jié)構(gòu)破壞和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降等一系列生態(tài)問題，已成為影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要問題[2-3]。另一方面，隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)模化和集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，出現(xiàn)大量畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈等有機(jī)固體廢棄物的堆積和不合理利用現(xiàn)象[4-5]。因此，科學(xué)合理地利用有機(jī)固體廢棄物已經(jīng)成為畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展中面臨的重要問題之一[6-7]。

實(shí)踐證明，有機(jī)廢棄物的高溫堆肥化處理不僅使有機(jī)廢棄物無害化和資源化，同時(shí)也是修復(fù)退化土壤的有效途徑。堆肥是利用微生物將有機(jī)廢棄物(如農(nóng)作物秸桿和畜禽糞便)轉(zhuǎn)化為可溶性養(yǎng)分和腐殖質(zhì)的生物學(xué)過程[8]。與傳統(tǒng)的有機(jī)肥相比，堆肥更穩(wěn)定，緩釋性更強(qiáng)，肥料利用率更高[9]。因此，合理的堆肥施用對(duì)于維持和提高土壤肥力和生產(chǎn)力、改良退化土壤及實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。因此，筆者在黑龍江省哈爾濱市向陽農(nóng)場建立了“松嫩平原大豆農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)堆肥添加的響應(yīng)與反饋?zhàn)饔谩?長期定位研究平臺(tái)，探討梯度堆肥添加對(duì)黑土理化性質(zhì)的影響，以期為大豆農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)合理有效施用堆肥提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料供試大豆品種為黑農(nóng)35，播種密度為50 株/m2。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)該定位試驗(yàn)于2005年5月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)向陽試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4個(gè)處理，包括堆肥添加量分別為1.5 kg/m2(F1)，3.0 kg/m2(F2)和6.0 kg/m2(F3)，同時(shí)以不添加堆肥為對(duì)照(CK)，每處理4次重復(fù)。每小區(qū)面積為3 m × 3 m，各小區(qū)之間相隔 1 m 作為緩沖帶(圖1)，緩沖帶不施肥。施肥于2015年4月底播種前進(jìn)行。

1.3樣品采集與處理2015年6～8月分別進(jìn)行了3次樣品采集。在每處理小區(qū)內(nèi)隨機(jī)采集5份土壤樣品并混合為1份樣品。將樣品保存于冰盒內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣品處理。新鮮土壤樣品立刻進(jìn)行土壤含水量測(cè)定。其余土壤樣品置于通風(fēng)陰涼處風(fēng)干，風(fēng)干后的土壤樣品一部分通過1.00 mm篩，用于土壤pH、速效磷、速效鉀含量的測(cè)定；另一部分土壤樣品通過0.25 mm篩，用于土壤有機(jī)質(zhì)、總氮(TN)、總磷(TP)含量的測(cè)定。

1.4測(cè)定項(xiàng)目與方法2015年7～9月分別采集試驗(yàn)地各試驗(yàn)小區(qū)的土壤樣品，采用烘干法測(cè)定土壤含水量，采用電位測(cè)定法測(cè)定土壤pH，采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，采用半微量開氏法測(cè)定TN含量，采用高氯酸-硫酸法測(cè)定TP含量，采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提法測(cè)定速效磷含量，采用1 mol/L乙酸銨浸提法-火焰光度法測(cè)定速效鉀含量。

注：2、5、12、15 為CK，1、6、11、16 為 F1 處理(1.5 kg/m2堆肥)， 3、 8、10、13 為 F2 處理(3.0 kg/m2堆肥)，4、7、9、14 為 F3 處理(6.0 kg/m2堆肥)。Note：2, 5, 12 and 15 were CK; 1, 6, 11 and 16 were F1 treatment(1.5 kg/m2 compost); 3, 8, 10 and 13 were F2 treatment(3.0 kg/m2 compost); 4, 7, 9 and 14 were F3 treatment(6.0 kg/m2 compost).圖1　各試驗(yàn)處理的小區(qū)設(shè)計(jì)Fig.1　Plot design of each test treatment

1.5數(shù)據(jù)處理與分析利用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)檢驗(yàn)堆肥添加、大豆生長發(fā)育期和二者交互作用對(duì)土壤含水量、pH、有機(jī)質(zhì)、TN、TP、速效磷和速效鉀含量的影響。雙因素方差分析前，所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行了方差齊性檢驗(yàn)。雙因素方差分析后，采用Tukey’s HSD方法比較不同處理之間的差異。以上所有數(shù)據(jù)分析在SPSS 20.0中完成。

2　結(jié)果與分析

2.1堆肥添加對(duì)土壤含水量與pH的影響雙因素方差分析結(jié)果顯示，施用堆肥和不同生長發(fā)育期顯著影響土壤含水量(表1)。從圖2可見，在苗期，F(xiàn)3處理的土壤含水量最高，且顯著高于CK和F1處理；在開花期和成熟期，4個(gè)處理之間的土壤含水量差異不顯著。

施用堆肥對(duì)土壤pH的影響極為顯著，但是不同生長期及二者的交互作用對(duì)土壤pH并無顯著影響(表1)。從圖3可見，在苗期，F(xiàn)3處理的土壤pH最高，且顯著高于CK；在成熟期，F(xiàn)3、F2處理的土壤pH均顯著高于CK；在開花期，4個(gè)處理之間的土壤pH差異不顯著。

2.2堆肥添加對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2.1有機(jī)質(zhì)含量。 雙因素方差分析結(jié)果表明，施用堆肥顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)、TN和TP含量(表1)，不同生長期顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)和TN含量，但是二者的交互作用對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、TN和TP含量影響均不顯著。

表1　雙因素方差分析結(jié)果

注：不同柱上不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.圖2　不同處理土壤含水量比較Fig.2　Comparison of soil moisture contents among treatments

注：不同柱上不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.圖3　不同處理土壤pH比較Fig.3　Comparison of soil pH among treatments

從圖4可見，在苗期，與CK相比，F(xiàn)3處理顯著提高了有機(jī)質(zhì)含量的151.76%；與F2相比，F(xiàn)3處理顯著提高了有機(jī)質(zhì)含量的58.08%；與F1相比，F(xiàn)3處理顯著提高了有機(jī)質(zhì)含量的86.05%。在成熟期，與CK相比，F(xiàn)3處理顯著提高了有機(jī)質(zhì)含量的91.86%；與F2相比，F(xiàn)3處理顯著提高了有機(jī)質(zhì)含量的39.72%；與F1相比，F(xiàn)3處理顯著提高了有機(jī)質(zhì)含量的32.67%。而無論在苗期或成熟期，CK、F1、F2處理間差異不顯著。在花期，隨著施肥量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量也隨之顯著提高。

注：不同柱上不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.圖4　不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量比較Fig.4　Comparison of soil organic matter contents among treatments

2.2.2TN含量。從圖5可見，在苗期和花期，隨著施肥量的增加，土壤TN含量也隨之顯著提高，以F3處理的TN含量最高[苗期：(2.67 ± 0.34) g/kg，花期：(2.15 ± 0.23) g/kg]。在成熟期，F(xiàn)3處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量[(2.23±0.47) g/kg]分別顯著高出CK、F1、F2處理86.00%、47.03%和37.93%，而CK、F1、F2處理之間差異不顯著。

注：不同柱上不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.圖5　不同處理土壤TN含量比較Fig.5　Comparison of total nitrogen contents among treatments

2.2.3TP含量。從圖6可見，土壤TP含量在不同的生長發(fā)育期表現(xiàn)出一致的趨勢(shì)。苗期、花期和成熟期，土壤TP含量均以F3處理最高，分別為(0.96±0.05)、(0.85±0.17)和(0.90±0.19 )g/kg。并且F3處理的土壤TP含量顯著高于CK(苗期：78.23%,花期：99.34%，成熟期：94.29%)、F1(苗期：74.62%，花期：58.76%,成熟期：60.15%)和F2處理(苗期：52.59%，花期：34.86%，成熟期：50.06%)，而CK、F1、F2處理之間差異不顯著。

注：不同柱上不同小寫字母表示在處理間在0.05水平差異顯著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.圖6　不同處理土壤TP含量比較Fig.6　Comparison of total phosphorus contents among treatments

2.2.4速效磷和速效鉀含量。施用堆肥、大豆的不同生長發(fā)育期及二者的交互作用均顯著影響土壤中速效磷和速效鉀的含量(表1)。

從圖7可見，在苗期，土壤速效磷含量隨著施肥量的增加顯著增加，且F3處理的速效磷含理高達(dá)(269.93±61.17) mg/kg，同時(shí)顯著高于CK、F1、F2處理。與CK相比，F(xiàn)1、F2、F3處理的土壤速效磷含量分別提高了302.71%、569.73%和1 313.23%。從圖8可見，在苗期，F(xiàn)3處理的土壤速效鉀含量最高，達(dá)(985.92±420.64) mg/kg，同時(shí)顯著高于CK、F1、F2處理，但是CK、F1、F2處理之間差異不顯著。與CK相比，F(xiàn)1、F2、F3處理的土壤速效鉀含量分別提高了48.95%、134.27%和482.25%。

從圖7、8可見，在花期，土壤速效磷和速效鉀含量均以F3處理最高，分別為(129.44±47.88)和(494.12±151.59) mg/kg。同時(shí)，F(xiàn)3處理的速效磷和速效鉀含量均顯著高于CK、F1處理，且CK、F1、F2處理之間差異不顯著。與CK相比，F(xiàn)1、F2、F3處理的土壤速效磷含量分別提高了204.00%、496.08%和999.34%，土壤速效鉀含量分別提高了26.22%、64.48%和175.16%。

隨著大豆生長發(fā)育階段的推移，土壤速效磷和速效鉀含量顯著降低，在成熟期速效磷和速效鉀含量均降至最低。在成熟期，土壤速效磷和速效鉀含量同樣以F3處理最高，分別為(43.64±18.32)和(385.28±85.68) mg/kg。F3處理的速效磷和速效鉀含量均顯著高于CK、F1、F2處理，且CK、F1、F2處理間差異不顯著。與CK相比，F(xiàn)1、F2、F3處理的土壤速效磷含量分別提高了188.43%、259.22%和806.38%，速效鉀含量分別提高了24.56%、38.41%和115.28%。

注：不同柱上不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.圖7　不同處理的速效磷含量比較Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.

注：不同柱上不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.圖8　不同處理的速效鉀含量比較Fig.8　Comparison of available potassium contents among treatments

注：不同柱上不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.圖9　不同處理的大豆產(chǎn)量比較Fig.9　 Comparison of soybean yields among treatments

2.3堆肥添加對(duì)大豆產(chǎn)量的影響從圖9可以看出，施用堆肥對(duì)大豆產(chǎn)量影響不顯著，CK、F1、F2、F3處理間無顯著差異。

3　討論

(1)前人研究表明，堆肥在改善土壤理化性質(zhì)、保持水分、調(diào)節(jié)土壤溫度、提高作物產(chǎn)量等方面均有著不可替代的作用[8,10-12]。該研究表明，施用堆肥提高了土壤有機(jī)質(zhì)、TN、TP、速效磷和速效鉀含量。同樣，胡誠等[13]研究發(fā)現(xiàn)，長期施用堆肥顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)、TN、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，且與土壤微生物量碳呈極顯著相關(guān)。另外，黃繼川等[14]研究表明，施用堆肥顯著增強(qiáng)了土壤酶活性，同時(shí)土壤脲酶和過氧化氫酶與土壤含水量、土壤TN和土壤有機(jī)碳含量之間呈顯著正相關(guān); 多酚氧化酶與土壤pH呈顯著正相關(guān)[15]。綜上，施用堆肥后不僅促進(jìn)了微生物活動(dòng)，還促進(jìn)了土壤酶活性。因此，堆肥可能通過增加土壤中微生物量和土壤酶活性來達(dá)到增加土壤的養(yǎng)分含量，提高土壤肥力的目的。

(2)筆者研究發(fā)現(xiàn)，6.0 kg/m2的堆肥施用量對(duì)改善土壤理化性質(zhì)效果最為顯著。與對(duì)照相比，高強(qiáng)度施用堆肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、TN、TP、速效磷和速效鉀含量均達(dá)顯著性水平。而低強(qiáng)度和中強(qiáng)度施肥水平土壤的有機(jī)質(zhì)、TN、TP、速效磷、速效鉀含量較對(duì)照處理均有一定提升，但并未達(dá)到顯著水平。葛春輝等[16]研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀隨施用堆肥量的增加而增加，土壤肥力明顯提高；劉國偉[17]研究發(fā)現(xiàn)，隨著有機(jī)肥施入量的增加，不僅土壤TN含量增加，其他速效成分也均隨之增加。筆者研究表明，土壤各養(yǎng)分參數(shù)具有隨著堆肥投入量的增加而增加的規(guī)律，還發(fā)現(xiàn)在較低的堆肥施肥投入水平下對(duì)土壤肥力改善效果不大。

(3)由于大豆各時(shí)期對(duì)養(yǎng)分需求不同，在作物不同生長階段土壤理化性質(zhì)也呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律。其中，速效磷和速效鉀含量在苗期最高，隨著大豆的生長發(fā)育階段推移，土壤速效磷和速效鉀含量顯著降低，在成熟期均降至最低。這說明從開花期至成熟期大豆積累更多的TN、TP、TK，因此，在開花期和成熟期對(duì)土壤速效養(yǎng)分需求量大。

4　結(jié)論

該研究表明，施用堆肥和大豆的不同生長期顯著影響土壤含水量、土壤有機(jī)質(zhì)、TN、速效磷、速效鉀含量。在不同施肥強(qiáng)度中，1.5和3.0 kg/m2的堆肥投入量下，土壤有機(jī)質(zhì)、TN、TP、速效磷、速效鉀含量均較對(duì)照有一定的提升，但并未達(dá)到顯著水平；而當(dāng)堆肥投入量達(dá)到6.0 kg/m2時(shí)，對(duì)土壤理化性質(zhì)的改善最為顯著。因此，施用堆肥能夠達(dá)到改善黑土肥力的目的，在一定范圍內(nèi)堆肥投入量越大，改善效果越好。

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Effects of Gradient Compost Addition on Physical and Chemical Properties of Black Soil

LIU Kun1, XU Jia-ping1, Yu tian-cong2, YANG Wei1*et al

(1.College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang 150030;2.College of Agronomy,Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang 150030)

[Objective] To reveal the effects of gradient compost addition on the physical and chemical properties of black soil.[Method] With Heinong 35 as the tested soybean variety, we adopted the completely randomized block design.There were in all four treatments, which were 1.5, 3.0 and 6.0 kg/m2compost treatments and no compost treatment.Effects of compost dosage on soil moisture content, pH, total nitrogen, total phosphorus, organic matter, available phosphorus and available potassium were researched.[Result] Gradient compost enhanced the soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available phosphorus, available potassium and soybean yield during all growth stages.Among them, 1.5 and 3.0 kg/m2compost input increased the organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available phosphorus and available potassium in certain degrees, but did not reach significant level.However, 6.0 kg/m2compost was the most significant in improving soil physical and chemical properties.[Conclusion] The 6.0 kg/m2compost is recommended in soybean production in Songnen Plain.

Compost; Soybean; Soil physical and chemical properties

國家自然科學(xué)基金(31500426)。

劉昆(1994- )，男，黑龍江哈爾濱人，本科生，專業(yè)：農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境。*通訊作者，講師,博士,從事土壤微生物學(xué)研究。

2016-07-04

S 155.2+7

A

0517-6611(2016)24-147-04