崔增團，郭世乾，趙 凡

(1.甘肅省耕地質(zhì)量建設(shè)管理總站， 甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省榆中縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心， 甘肅 榆中 730100)

甘肅省土壤有機質(zhì)提升技術(shù)模式對土壤耕層養(yǎng)分影響初探

崔增團1，郭世乾1，趙 凡2

(1.甘肅省耕地質(zhì)量建設(shè)管理總站， 甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省榆中縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心， 甘肅 榆中 730100)

對甘肅省11個地區(qū)的75個對比試驗點實施土壤有機質(zhì)提升技術(shù)模式前后的土壤有機質(zhì)進行差異顯著性假設(shè)測驗及土壤樣本頻數(shù)分布變化特點分析，研究表明：秸稈及綠肥還田后與還田前比較，土壤有機質(zhì)平均增加0.569 g·kg-1,增加4.43%，11個地區(qū)土壤有機質(zhì)含量在秸稈或綠肥還田后與還田前的差異顯著性假設(shè)測驗中，10個地區(qū)達到顯著水平。全省各試驗點秸稈與綠肥還田的作物產(chǎn)量較對照增產(chǎn)率在-1.74%～15.4%之間，平均為5.2%。有機質(zhì)與全氮，有效磷、CEC和全磷有穩(wěn)定的正相關(guān)關(guān)系，伴隨著有機質(zhì)的提高，土壤有效磷、全磷和CEC有同步提高的趨勢。全省各點秸稈及綠肥還田后與還田前土壤有機質(zhì)及對照的土壤有機質(zhì)含量頻數(shù)分布呈偏態(tài)的正態(tài)分布，其峰偏向較大數(shù)值，說明有機質(zhì)提升措施實施后，秸稈及綠肥還田的土壤有機質(zhì)增加的樣點較對照田多且集中度高。結(jié)果表明，秸稈及綠肥還田等措施增加土壤有機質(zhì)及耕層養(yǎng)分含量，提高土壤肥力的效果明顯。

有機質(zhì)；秸稈還田 ；土壤肥力因子；差異顯著性假設(shè)測驗

我國自2005年在全國開始聯(lián)合實施測土配方施肥資金補貼項目。在實施這一項目的過程中發(fā)現(xiàn)，大部分農(nóng)田土壤有機質(zhì)嚴重偏低！土壤有機肥投入不足,加上化肥的大量施用及部分地區(qū)的粗放經(jīng)營與管理,導致耕地土壤中有機質(zhì)含量減少,土壤板結(jié),土壤肥力日趨下降[1]，土地得不到休養(yǎng)生息，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)惡化，嚴重制約了我國糧食產(chǎn)量的進一步提高并已威脅到我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。但另一方面，隨著作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種的不斷推廣和復種指數(shù)的提高,對土壤肥力水平也提出了更高的要求。針對這些情況，2006年開始實施有機質(zhì)提升試點補貼項目及耕地質(zhì)量保護與提升行動，全面加強耕地質(zhì)量建設(shè)與保護工作。2010年甘肅省成為實施土壤有機質(zhì)提升補貼資金項目省，甘肅省農(nóng)業(yè)用地率較低，并且土壤養(yǎng)分含量低，土地瘠薄，耕地中低產(chǎn)田數(shù)量大，占總耕地的80%以上，高于全國10個百分點；耕地土壤有機質(zhì)含量低于20 g·kg-1的面積占82.5%[2]，說明土壤有機質(zhì)還比較缺,主要原因是在長期的耕種過程中，重用輕養(yǎng) ，作物從土壤中攜出的養(yǎng)分量呈現(xiàn)逐年增加，而以農(nóng)家肥、綠肥、秸稈還田等形式歸還的養(yǎng)分循環(huán)不容樂觀，有機肥投入嚴重不足。耕地質(zhì)量逐年下降。但是，甘肅省可供利用的有機肥資源并不缺乏，有機肥資源總量13 405.3 萬t，而施用量5 846.43萬t，利用率僅為43.6%，其中秸稈還田利用率總體上是16.5%，處于較低利用水平[1]?？梢婇_發(fā)和充分利用有機養(yǎng)分資源，解決耕地養(yǎng)分匱乏，特別是平衡養(yǎng)分，提升土壤有機質(zhì)有著現(xiàn)實的基礎(chǔ)和重要的意義。而有機質(zhì)在改善土壤結(jié)構(gòu)、保持水分、防止土壤侵蝕和退化、保持和提供植物養(yǎng)分及土壤肥力中發(fā)揮著重要的作用，是土壤的重要組成成分[3-6]。左右著土壤肥力水平，也是土壤質(zhì)量、肥力、可持續(xù)利用的重要衡量與評價指標之一[7-8]。在土壤肥力、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面均起著極其重要的作用[7]。所以說有機質(zhì)有不可替代的功能。對于大多數(shù)耕種土壤來說，培肥的中心環(huán)節(jié)就是保持和提高土壤有機質(zhì)。為此，針對全省耕地質(zhì)量現(xiàn)狀，依托農(nóng)業(yè)部有機質(zhì)提升試點補貼和耕地質(zhì)量保護與提升項目，在甘肅全省實施了秸稈還田、種植綠肥等地力培肥綜合性有機質(zhì)提升模式，同時設(shè)計了不同模式與傳統(tǒng)常規(guī)耕作模式的對比試驗示范，研究全省不同生態(tài)類型區(qū)土壤有機質(zhì)及土壤養(yǎng)分指標動態(tài)變化情況及全省的總體特點。匯集的全省各點結(jié)果數(shù)據(jù)集可視其為代表相應總體的較大樣本，代表甘肅省及類似條件下的相應總體，對這樣一個較大樣本的特點的分析研究對有機質(zhì)提升項目進一步實施和效果評價具有一定的借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

自然地理生態(tài)條件。甘肅省地處中國中西部，南北地形狹長，地處黃土高原、內(nèi)蒙古高原和青藏高原的交匯處、西秦嶺山地邊緣。地貌特征復雜，山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁，類型齊全，交錯分布。全省大體分為隴南山地、隴東黃土高原、中部干旱山區(qū)、甘南高原、河西走廊、祁連山地等6大農(nóng)業(yè)片區(qū)。從東南到西北包括了北亞熱帶，濕潤區(qū)到高寒區(qū)、干旱區(qū)的各種氣候類型，年平均氣溫在0℃～14℃之間，年日照時數(shù)2 487.5 h。地域差異性大，跨度大[9]。試驗點分布于甘肅全境，分別在甘肅省有地域代表性的11個市、縣，共75個試驗點。

1.2 試驗設(shè)計

為了探索不同類型生態(tài)地區(qū)開展有機質(zhì)提升的有效技術(shù)模式，驗證不同有機質(zhì)提升技術(shù)模式對土壤有機質(zhì)的影響，試驗根據(jù)不同生態(tài)類型區(qū)種植作物及耕作制度等特點，在能代表當?shù)刂饕寥李愋?、主要種植作物主栽區(qū)域，分別設(shè)置A1、A2及CK(對照)三種處理模式，每個試驗點按當?shù)刈魑锓N植情況選擇A1或A2與CK(對照)兩個處理，三次重復。

A1：農(nóng)作物秸稈還田模式。在當季作物收獲后，對作物根茬和秸稈通過機械粉碎并添加發(fā)酵菌劑后翻耕，使之與土壤充分混合以加速秸稈發(fā)酵腐熟礦化速度。

A2：綠肥種植模式。結(jié)合試驗區(qū)常規(guī)的輪作方式和作物布局，種植綠肥。采用①套種技術(shù)(麥田套種綠肥，麥肥共生，秋后三個月長草，生產(chǎn)一茬秋綠肥，形成麥、綠肥輪茬)。②復種技術(shù)(麥收后復種綠肥作物)。③間種技術(shù)(在玉米行間間作、套種綠肥，分期割青或收籽)。④混種技術(shù)(在機械化作業(yè)為主體的條件下，小麥與綠肥籽混合播種，深淺均勻，利于扎根保苗)。

CK：(對照)無秸稈或綠肥還田。

同一試驗點不同模式處理與CK(對照)在同一地塊，對照田和處理田隨機排列。除秸稈或綠肥還田模式與對照不同外，其余兩者地力條件、種植作物及其他耕作管理措施均相應一致，農(nóng)作物秸稈還田模式對照田(CK)的作物秸稈移出耕地。綠肥種植模式的對照田無綠肥種植。還田秸稈或綠肥為當季種植作物秸稈。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)整理分類：數(shù)據(jù)按對比樣本分為B1、B2 、B3。

B1：有機質(zhì)提升項目實施前的土壤有機質(zhì)含量背景值。

B2：各試驗點對照的有機質(zhì)含量結(jié)果。

B3：實施有機質(zhì)提升技術(shù)模式(秸稈還田及種植綠肥還田處理)后的土壤有機質(zhì)含量。

2010年項目實施時在已確定的試驗地取土樣，以測定土壤背景值。2011年作物收獲后按試驗設(shè)計實施秸稈還田及種植綠肥還田。2012年作物收獲后分別在試驗地取土樣檢測不同處理與對照地土壤養(yǎng)分的相關(guān)項目。初步選擇1年期限的原因，是由于進入土壤有機物質(zhì)在第1個月到第3或第5個月分解最快，以后逐漸變慢，一年后趨于穩(wěn)定[9]。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 土壤樣品采集 2010年項目實施時在甘肅省的75個示范試驗點的地塊取0～20 cm耕層土壤樣品分析容重、有機質(zhì)、全氮、有效磷、全磷、速效鉀、緩效鉀、全鉀、pH值、CEC值。每區(qū)“S”形選取點采樣，取5～7個點，混合均勻后風干，依次過1 mm、0.25 mm篩，按“四分法”縮分，每個混和土樣最后保留1 kg左右?guī)Щ厥覂?nèi)風干、磨碎、過篩備用。項目實施前的基礎(chǔ)背景土壤樣本為B1，秸稈與綠肥還田處理土壤樣本為B3，對照田(CK)土壤樣本為B2。

1.3.2 土壤樣品檢驗測定 測定土壤有機質(zhì)(K2Cr2O7外加熱法)，活性有機碳(KMnO4氧化法)，全氮(半微量開氏法)，全磷(NaOH熔融-鉬銻抗比色法)，全鉀(NaOH熔融-火焰光度法)，堿解氮(堿解擴散法)，速效磷(Olsen法)，速效鉀(NH4OAc浸提-火焰光度法)，陽離子交換量CEC(乙酸鈉浸提-火焰光度法)，等土壤化學、生物學指標。另于2012年10月作物收獲后用環(huán)刀采集0～10 cm、0～20 cm土壤樣品測定土壤容重[8]。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法 數(shù)據(jù)分析采用成對數(shù)據(jù)假設(shè)測驗[10]。以各地區(qū)選擇的具有代表性的每個試驗點的處理與土壤背景值為成對數(shù)據(jù)，每個地區(qū)的試驗點的有機質(zhì)提升項目實施前的土壤養(yǎng)分結(jié)果和有機質(zhì)提升項目實施后的土壤化驗結(jié)果組成成對樣本，按成對數(shù)據(jù)進行假設(shè)測驗，確定其間的差異顯著性，以判定這些指標的變化程度。由于同一配對內(nèi)兩個供試單位條件接近，而不同配對間的條件差異又可通過同一配對的差數(shù)予以消除，因而可以控制試驗誤差，具有較高的精確度。相關(guān)及回歸分析采用Microsoft Excel軟件和DPS系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同地區(qū)試驗點秸稈及綠肥還田對土壤有機質(zhì)的影響的差異顯著性分析

不同地區(qū)實施土壤有機質(zhì)提升技術(shù)模式后(B3)及對照(B2)的土壤有機質(zhì)含量平均值與實施土壤有機質(zhì)提升技術(shù)模式前的土壤有機質(zhì)含量基準背景值(B1)進行比較(表1)，各地區(qū)試驗點B2與B1相比增幅在-3.483%～3.468%之間，增幅不明顯，天水、慶陽、金昌三地下降0.23%～3.48%，其他地區(qū)增加0.07%～4.91%。B3與B2相比增幅在0～9.72%之間，說明實施土壤有機質(zhì)提升技術(shù)模式后的處理土壤有機質(zhì)含量也較對照增加。B3與B1相比較增幅最高，在0.3%～13.73%之間。有機質(zhì)平均增加0.02～1.9 g·kg-1。對各個地區(qū)試驗點(B3)與(B1)進行成對樣本假設(shè)測驗的結(jié)果來看，11個地區(qū)中除蘭州地區(qū)的差異未達顯著水平外，其他地區(qū)均達顯著水平。實施土壤有機質(zhì)提升技術(shù)模式后(B3)與實施前土壤有機質(zhì)含量背景值(B1)相比增幅明顯。增幅以隴南市最高，各地增幅差異較大，這與各地間氣候、土壤、耕作等因素差異大有關(guān)。秸稈在土壤中腐殖化及有機質(zhì)的礦化與環(huán)境氣候、土壤條件有密切關(guān)系。本省東南端的隴南地區(qū)，包括隴南山地北部濕潤、半濕潤暖溫帶和南部濕潤北亞熱帶，自然植被茂密，降水及氣溫均高于全省其他地區(qū)，高溫高濕相配合，土壤微生物活動旺盛，還田的作物秸稈腐殖化速度快，有機質(zhì)增加率高于其他地區(qū)。天水地區(qū)雖與隴南相鄰，但自然植被覆蓋度很低，降水量低于隴南地區(qū)，還田的作物秸稈在土壤中腐殖化程度低于隴南地區(qū)。位于隴東黃土高原的慶陽、平?jīng)鰞傻貐^(qū)氣候干旱自然植被稀疏，加之土壤結(jié)構(gòu)性不良，不利于作物秸稈在土壤中腐殖化，土壤有機質(zhì)含量較低。蘭州、定西地區(qū)位于黃土高原西部，是甘肅干旱地區(qū)所在，降水量比隴東黃土高原還少，農(nóng)田基本都為旱作，土壤中秸稈腐殖化較慢。白銀市試驗地為灌溉地，土壤水分較中部干旱區(qū)的耕地有保障，利于秸稈的腐化分解[11]。河西三地區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)土壤肥沃，地形平坦，施肥量相對較多，以種植綠肥還田為主，農(nóng)田灌溉使土壤有水分保障，還田作物秸稈在土壤中腐殖化程度較高。但位于河西地區(qū)的金昌市土壤有機質(zhì)大面積處于較缺和中等狀況，而且較缺面積在擴大[12]。張掖武威地區(qū)高于酒泉地區(qū)，這一點與1993年的土壤普查結(jié)果相近[9]。全省各個試驗點所在地由于水熱條件等氣候類型差異較大，還田秸稈在土壤中腐殖化及有機質(zhì)增加的程度差別較大。但總體都呈增加的趨勢，且與還田前的土壤背景值比較其有機質(zhì)增幅除蘭州試驗點外，均達到顯著水平。這說明在氣候復雜性和特殊性明顯的甘肅省不同地區(qū)實施秸稈及綠肥還田對提升土壤有機質(zhì)的作用是肯定的。

表1 實施土壤有機質(zhì)提升技術(shù)模式前后土壤有機質(zhì)差異顯著性分析結(jié)果

注：B1：有機質(zhì)提升項目實施前的土壤有機質(zhì)含量背景值。B2：各試驗點對照的有機質(zhì)含量結(jié)果。B3：實施有機質(zhì)提升技術(shù)模式(秸稈還田及種植綠肥還田處理)后的土壤有機質(zhì)含量。下同。

Note: B1: Background values of soil organic matter content before the implementation of SOM enhancing project. B2: Soil organic matter content in the control in each test site. B3: Soil organic matter content after the implementation of SOM enhancing technology (straw and green manure returning). The same below.

注：圖中數(shù)據(jù)點上的誤差線表示B2、B3與B1相比有機質(zhì)增加百分率，不同箭頭方向表示增減方向。

Note: The error bars and different arrow directions indicate the increase or decrease percentage of B2 and B3 compared with B1.

圖1 11個生態(tài)區(qū)域的土壤有機質(zhì)含量

Fig.1 The content of soil organic matter in 11 ecological regions

2.2 土壤有機質(zhì)與各養(yǎng)分指標的相關(guān)性分析

對全省不同地區(qū)及匯總的土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)集進行有機質(zhì)與各養(yǎng)分指標間的相關(guān)分析，探討通過土壤有機質(zhì)提升技術(shù)措施的實施，土壤有機質(zhì)的變化對其他土壤養(yǎng)分的影響。從不同地區(qū)土壤有機質(zhì)與各養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)來看(表2)，與土壤有機質(zhì)相關(guān)顯著的養(yǎng)分指標有容重、全氮、有效磷、速效鉀、pH、CEC。各地表現(xiàn)不一，白銀市、武威市有機質(zhì)與pH呈負相關(guān)關(guān)系。 對全省全部樣點匯總的大樣本資料計算得來的相關(guān)系數(shù)結(jié)果顯示，有機質(zhì)與全氮，有效磷、CEC和全磷正相關(guān)關(guān)系顯著。伴隨著有機質(zhì)的提高，土壤全氮、有效磷、全磷和CEC有同步提高的趨勢，這與以往的研究結(jié)果相近[13]。有機質(zhì)是土壤全氮的主要載體，土壤有機氮占土壤全氮的95%以上，二者之間具有很高的相關(guān)性[14]。土壤氮素含量的區(qū)域分布與土壤有機質(zhì)的區(qū)域分布有很大一致性[9]。土壤有機質(zhì)與有效磷、全磷同步提高正相關(guān)的原因主要是還田秸稈含有大量的P2O5，通過秸稈還田歸還土壤有關(guān)[1]，由于磷肥一般施在根際附近，一般傳統(tǒng)耕作對照處理在作物收獲后幾乎將所有秸稈和根茬移出土壤，這樣就使一部分有效磷隨作物秸稈和根茬的移出而流失。而秸稈還田使得根茬隨還田措施歸還于土壤，增加土壤有效磷，同時土壤有機質(zhì)含量增加，不僅能增加有機磷，而且能減少磷的固定，提高土壤磷的有效性[13]。有機質(zhì)與速效鉀相關(guān)顯著，這與玉米秸稈含有的大量鉀素通過秸稈還田歸還土壤有關(guān)。土壤鉀主要通過秸稈輸出，但秸稈作為有效資源，可以經(jīng)過還田循環(huán)利用。土壤陽離子交換量(CEC)與有機質(zhì)也呈顯著正相關(guān)，(CEC)與土壤有機質(zhì)及黏粒含量等有關(guān)，有機質(zhì)含量高，CEC隨之升高[15]。楊世琦等研究黃土高原生態(tài)系統(tǒng)演替進程中土壤有機質(zhì)和pH值變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)土壤中有機質(zhì)增加,pH值減小[16]。閆洪亮等研究秸稈深還田2 a后能夠顯著提高東北半干旱區(qū)土壤有機質(zhì)含量，降低土壤pH值[17]。這與本研究的結(jié)果一致。

表2 不同地區(qū)土壤有機質(zhì)與各養(yǎng)分指標的相關(guān)系數(shù)矩陣

注(Note)：P<0.05，**P<0.01。

2.3 秸稈及還田綠肥有機物量對土壤有機質(zhì)的影響

各地區(qū)試驗還田秸稈及綠肥為當季種植作物的全量秸稈，還田時測定秸稈的總量、干重與水分含量。有機質(zhì)與還田秸稈干重、鮮重、秸稈水分含量、秸稈有機物量的相關(guān)系數(shù)分別為-0.13、0.09、0.27*、-0.19，有機質(zhì)與還田秸稈干重、鮮重、秸稈有機物量相關(guān)不顯著，這有可能與當年還田的秸稈總量超出了土壤腐化分解的能力，土壤僅能腐化分解部分秸稈有關(guān)。土壤有機質(zhì)與秸稈的含水量相關(guān)達顯著水平，這說明含水量高的秸稈腐熟分解比含水量低的秸稈容易，腐解速度快，更有利于增加土壤有機質(zhì)。因為，秸稈腐解時土壤微生物、土壤酶類需要一定水分條件，秸稈含有一定的水分更利于其在土壤中腐解，即較新鮮的秸稈還田效果好于干秸稈。據(jù)馬玉琳 、王永鵬研究[18-19],一般每公頃秸稈粉碎翻壓還田不超過4 500 kg，最多不超過7 500 kg (干重),秸稈含水量為60%～80%，還田效果較好，對玉米的生長發(fā)育及其產(chǎn)量沒有不利影響。否則，會影響秸稈在土壤中的分解速度及作物產(chǎn)量。這與本文的結(jié)果相近。據(jù)崔增團，孫大鵬等[20]研究，甘肅省幾個監(jiān)測點的土壤有機質(zhì)的增加與秸稈還田有關(guān)。大部分農(nóng)田SOM含量與有機質(zhì)輸入呈線性相關(guān)[21]。在華北地區(qū)，還田7 500 kg·hm-2玉米秸稈, 或配合施用化肥，土壤有機碳有盈余，而秸稈未還田耕作層土壤有機質(zhì)則會虧損，虧損有機質(zhì)約占原有機質(zhì)的0.98%～1.39%[22]。趙凡等[13]對連續(xù)7年玉米秸稈還田保護性耕作跟蹤研究，秸稈還田可以持續(xù)提高土壤有機質(zhì)，土壤有機質(zhì)增加3.9 g·kg-1，增幅23.4%，年均增加3.9%, 增幅明顯,同時提高土壤耕層氮、磷、鉀含量。據(jù)宮亮等[23]研究，玉米秸稈直接還田的施入量應為當年生產(chǎn)量的30%～50%。施入過多的玉米秸稈土壤有機質(zhì)的增長率降低。從本研究中甘肅省各點還田秸稈量與有機質(zhì)相關(guān)不顯著來看，雖然秸稈還田是增加土壤有機質(zhì)含量、提高耕地質(zhì)量和發(fā)展生態(tài)農(nóng)牧業(yè)的有效措施,但是不能忽視,如果還田數(shù)量過大、粉碎程度不夠、翻壓質(zhì)量不好和土壤含水量不足等,秸稈就不能充分腐解,繼而會影響作物播種的質(zhì)量、出苗及苗期生長[24]。所以，各地區(qū)最適宜的秸稈還田量還有待進一步研究。

2.4 有機質(zhì)提升技術(shù)措施對作物產(chǎn)量的影響

全省各地區(qū)秸稈與綠肥還田的作物產(chǎn)量較對照增產(chǎn)率在-1.74%～15.4%之間，平均為5.2%。95%置信區(qū)間4.45%～5.96%，變異系數(shù)0.6304，標準差0.0328。由表3、圖2可以看出， 11個地區(qū)的秸稈與綠肥還田的作物產(chǎn)量均較對照增產(chǎn)3.09%～8.58%。糧食單產(chǎn)水平與耕地土壤有機質(zhì)水平密切相關(guān)，作物產(chǎn)量是土壤肥力狀況間接的綜合表現(xiàn)，作物產(chǎn)量的高低在一定程度上反映了土壤肥力的高低。因此，作物產(chǎn)量常被作為驗證土壤肥力評價結(jié)果準確性的依據(jù)[15，25]。秸稈及綠肥還田提高了土壤有機質(zhì)含量，利于長期養(yǎng)分的涵養(yǎng)和提高土壤的潛在養(yǎng)分供給能力，具有良好的土壤效應，生物效應和農(nóng)田效應[15，25]。據(jù)趙凡等[13]在榆中縣連續(xù)7年秸稈還田耕地研究的結(jié)果表明，土壤有機質(zhì)增加3.902 g·kg-1，增幅23.365%，年均增加3.894%，增幅明顯。增產(chǎn)率隨還田年限呈有極限值的逆模型曲線變化。作物增產(chǎn)率在2.63%～6.08%。據(jù)王應等研究[26]，玉米秸稈還田具有顯著的增產(chǎn)增收節(jié)支效果,據(jù)多點試驗觀察與統(tǒng)計分析,玉米秸稈還田3年的地塊可比未還田的對照每公頃平均增產(chǎn)玉米525 kg,增產(chǎn)率7.2%；還田6年比未還田的對照增產(chǎn)720 kg,增產(chǎn)率10%；還田9年比未還田對照公頃增產(chǎn)1 215 kg,增產(chǎn)率16.5%。孟凡喬的研究結(jié)果表明,高產(chǎn)條件下土壤有機質(zhì)與作物產(chǎn)量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系[21]。作物產(chǎn)量與土壤有機質(zhì)之間的顯著關(guān)系表明,即使在外部化肥投入水平較高、灌溉水平較好、土壤理化性狀較好的農(nóng)田,土壤有機質(zhì)仍然是控制土地生產(chǎn)力的重要條件之一。

近年來，我國100多個5年以上的定位試驗研究表明，秸稈還田與不還田比較，平均增產(chǎn)率為12.8%[26]。從大量資料數(shù)據(jù)來看秸稈還田由于改善了土壤的理化性狀，增加了有機質(zhì)和各種養(yǎng)分含量，在各種作物上均表現(xiàn)出增產(chǎn)效益。大多數(shù)研究都表明秸稈及綠肥還田能提高作物產(chǎn)量[9]，但由于不同作物對養(yǎng)分的吸收、攜帶量不同,不同的種植方式對土壤有機質(zhì)含量的影響不同[14，27]。毋庸置疑,土壤有機質(zhì)對作物生長所具有的直接作用和間接作用是客觀存在的,但其作用會因為不同地域、不同土壤管理方式及不同的氣候條件而有所不同。

表3 不同地區(qū)土壤有機質(zhì)提升技術(shù)實施前后對作物產(chǎn)量的影響/(kg·667m-2)

2.5 不同模式土壤樣本有機質(zhì)含量的頻數(shù)分布分析

為了探討甘肅全省土壤有機質(zhì)在有機質(zhì)提升措施實施前后，土壤有機質(zhì)總體分布變化的特點，對兩個樣本進行頻數(shù)分布對比分析。

從圖3～圖6及表4可以看出，3種樣本分布呈偏態(tài)的正態(tài)分布。3種樣本的土壤有機質(zhì)偏度系數(shù)均為負值，偏度為負,則表示與標準正態(tài)分布相比,其峰偏向較大數(shù)值。峰度為正,則表示與標準正態(tài)分布相比,其分布相對尖銳,數(shù)據(jù)大多集中于平均數(shù)附近，形成高窄尖峭峰。偏度系數(shù)絕對值：B3>B2(CK)>B1，峰度系數(shù)：B3>B1>B2(CK)，B2(CK)數(shù)據(jù)分布與B3和B2相比，峰度變小，峰態(tài)變得較為平坦寬闊，偏度較B3和B1偏左，峰偏向雖然為負，但峰位置的數(shù)值較B3和B1明顯變小。

注：為了便于作圖比較，圖中果樹的產(chǎn)量為實際產(chǎn)量的1/10。Note: In order to facilitate the comparison, the yield of fruit trees in the figure is 1/10 of real yield.

圖2 不同地區(qū)土壤有機質(zhì)提升技術(shù)實施前后作物產(chǎn)量的變化

Fig.2 Contrast of crop yield before and after the implementation of SOM enhancing technology in different regions

圖3 秸稈及綠肥還田前樣本有機質(zhì)頻次數(shù)分布圖

Fig.3 The sample frequency distribution of organic matter before straw and green manure returning

表4 土壤有機質(zhì)含量數(shù)據(jù)分布的基本特征參數(shù)

圖4 秸稈及綠肥還田后樣本有機質(zhì)頻次數(shù)分布圖

Fig.4 The sample frequency distribution of organic matter after straw and green manure returning

圖5 對照田樣本有機質(zhì)含量頻次數(shù)分布圖

Fig.5 The sample frequency distribution of organic matter in the control field

圖6 三種樣本有機質(zhì)含量箱線圖

Fig.6 The boxplot of organic matter content in three types of samples

這與箱線圖(圖6)的結(jié)果一致。土壤有機質(zhì)的含量多少決定于其年生成量和年礦化量的相對大小，當兩者相等時有機質(zhì)含量將保持不變，當大于礦化量時有機質(zhì)將逐漸增加， 反之將逐漸降低[28]。對照田土壤樣本有機質(zhì)分布峰態(tài)的變化較大原因可能是由于秸稈及綠肥還田前的基礎(chǔ)土壤有機質(zhì)通過礦化分解被栽培作物吸收后， 未能得到及時補充， 生成量小于礦化量， 使得作物收獲后土壤中有機質(zhì)含量總體下降所致。而秸稈及綠肥還田的土壤， 雖然同樣也有礦化分解與作物吸收消耗， 但由于還田秸稈及綠肥的腐解補充， 生成量大于礦化量， 使得各點土壤有機質(zhì)總體上下降不明顯， 平均值還略有增加， 樣本分布峰態(tài)偏向較大值且較大值較集中， 峰態(tài)高窄尖峭。B2(CK)對照田樣本有機質(zhì)分布峰態(tài)變得較為平坦寬闊， 峰位置的數(shù)值較B3和B1明顯變小。

3 結(jié) 論

1) 在甘肅省不同地區(qū)實施土壤有機質(zhì)提升技術(shù)模式后與實施土壤有機質(zhì)提升技術(shù)模式前的土壤有機質(zhì)含量基準背景值相比較，增幅在0.30%～13.73%之間。有機質(zhì)平均增加0.02～1.9 g·kg-1。對各個地區(qū)試驗點成對樣本假設(shè)測驗的結(jié)果來看，11個地區(qū)中除蘭州地區(qū)外，其他地區(qū)均達顯著水平。說明秸稈、綠肥還田可以穩(wěn)定的增加土壤有機質(zhì)，這與其他人的研究結(jié)果一致。

不同地區(qū)及全省土壤有機質(zhì)與其他土壤肥力因子的相關(guān)性與以往的研究結(jié)果基本相近，土壤全氮、全磷、有效磷、CEC與有機質(zhì)呈正相關(guān)，與pH值呈負相關(guān)。

2) 從本研究中甘肅省各點還田秸稈量與有機質(zhì)相關(guān)不顯著來看，雖然秸稈還田增加土壤有機質(zhì)含量，但是不能忽視還田的有機物量并非越多越好，如果還田數(shù)量過大、粉碎程度不夠、翻壓質(zhì)量不好和土壤含水量不足等,秸稈就不能充分腐解,繼而會影響提升土壤有機質(zhì)的效果。從本研究及他人的研究結(jié)果來看，一般每公頃秸稈粉碎翻壓還田不超過4 500 kg，最多不超過7 500 kg(干重),秸稈含水量為60%～80%即較新鮮的秸稈還田效果較好，對玉米的生長發(fā)育及其產(chǎn)量沒有不利影響。

3) 全省11個地區(qū)的秸稈與綠肥還田的作物產(chǎn)量較對照增產(chǎn)率在-1.74%～15.4%之間，平均為5.2%。糧食單產(chǎn)水平與耕地土壤有機質(zhì)水平密切相關(guān)，秸稈及綠肥還田提高了土壤有機質(zhì)含量，利于長期養(yǎng)分的涵養(yǎng)和提高土壤的潛在養(yǎng)分供給能力，提高了作物的產(chǎn)量，而作物產(chǎn)量的提高,反過來又可以增加土壤根系有機物質(zhì)的分泌,增加土壤作物殘茬和根的有機質(zhì)輸入和通過秸稈還田歸還到土壤的有機物質(zhì)數(shù)量，從而提高土壤有機質(zhì)的含量[13]，形成可持續(xù)的良性循環(huán)。

4) 通過對甘肅全省土壤有機質(zhì)在有機質(zhì)提升措施實施前后的樣本進行總體頻數(shù)分布分析，對比分布變化的特點，可知實施土壤有機質(zhì)提升技術(shù)措施后全省土壤樣本有機質(zhì)分布峰態(tài)偏向較大值且較大值較集中，峰態(tài)高窄尖峭。說明樣本中土壤有機質(zhì)含量值較大的觀察值增加，B2(CK)對照田樣本有機質(zhì)分布峰態(tài)變得較為平坦寬闊，峰位置的數(shù)值較B3和B1明顯變小。

5) 作為本研究區(qū)域的甘肅省地域差異性大，跨度大，氣候特點具有一定的代表性，在全省較大范圍的取樣其樣本來源具有大樣本(極差較大，樣本量大)特點。因此，進一步的試驗研究有待增加對比試驗點和土壤肥力指標。以便得到更加全面的研究結(jié)果。

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Influences of technology patterns of enhancing soil organic matter on soil nutrients in Gansu Province

CUI Zeng-tuan1, GUO Shi-qian1, ZHAO Fan2

(1.CultivatedLandQualityandConstructionManagementStationofGansu,Lanzhou,Gansu730020,China;2.Agri-techExtensionCenterofYuzhongCounty，Yuzhong，Gansu730100，China)

With the data from 75 comparison test sites in 11 regions in Gansu Province, the significant difference hypothesis test and frequency distribution characteristics of soil samples were conducted to evaluate the changes of soil nutrients before and after the implementation of soil organic matter (SOM) enhancing technology. The results showed that the soil organic matter after straw and green manure returning was increased by 0.569 g·kg-1in average, and the increase rate was 4.43%. Among the 11 regions, 10 reached significant level in the significant difference hypothesis test of soil organic matter content before and after straw or manure returning. Compared with control, the crop yield under straw and manure returning was increased by -1.74% to 15.4%, or 5.2% in average. There was a stable positive correlation between organic matter and total nitrogen, available phosphorus, CEC as well as total phosphorus, thus soil available phosphorus, total phosphorus and CEC tended to increase along with the increase of soil organic matter. The content of soil organic matter in all the comparison test sites showed a partial state of normal distribution, and the peak was partial to high value, so there were more soil samples with increased organic matter under the treatment of straw and green manure returning compared with that under control. Therefore, the measure of straw and green manure returning could increase the content of organic matter and nutrients in plough layer, and improve soil fertility obviously.

organic matter; straw returning; soil fertility; significant difference hypothesis test

1000-7601(2017)02-0134-09

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.02.21

2015-10-15基金項目：甘財農(nóng)〔2010〕208號

崔增團(1963—),男，陜西華陰人，推廣研究員，主要從事農(nóng)業(yè)節(jié)水和土壤肥料技術(shù)的應用推廣和研究。

趙 凡(1963—)，男，甘肅榆中人，高級農(nóng)藝師，主要從事土壤肥料及旱作農(nóng)業(yè)研究。E-mail:bmszhaofan@163.com。

S158.3

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