胡雅　張衛(wèi)華　馬增輝

摘要：針對(duì)宅基地新復(fù)墾土壤耕作層養(yǎng)分含量低、保水保肥性能差的問題，在氮磷鉀肥料平衡施用的前提上，通過田間定位試驗(yàn)，研究冬小麥生長(zhǎng)季添加粉煤灰（TC）、有機(jī)肥（TF）、熟化劑（TS）、熟化劑+粉煤灰（TSC）、粉煤灰+有機(jī)肥（TFC）、熟化劑+有機(jī)肥（TSF）對(duì)復(fù)墾土壤硝態(tài)氮運(yùn)移、累積情況與作物產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：添加熟化劑+有機(jī)肥和熟化劑+粉煤灰的處理能夠促進(jìn)表層撒施氮肥轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，添加有機(jī)肥易導(dǎo)致硝態(tài)氮向土壤深層運(yùn)移，而添加粉煤灰則會(huì)減弱這一過程。熟化劑+有機(jī)肥處理在小麥生長(zhǎng)初期耕作層能夠儲(chǔ)備較多的硝態(tài)氮，為后期小麥生長(zhǎng)提供氮素。隨著時(shí)間的推移，添加單一改良材料土壤較添加復(fù)合改良材料土壤硝態(tài)氮累積效應(yīng)更為明顯。添加有機(jī)肥和熟化劑在復(fù)墾生土熟化過程中對(duì)小麥增產(chǎn)有重要作用，有機(jī)肥能有效減少小麥空稈率，提高成穗數(shù)，粉煤灰在土壤熟化過程中對(duì)小麥增產(chǎn)作用不大，添加熟化劑+有機(jī)肥是處理宅基地復(fù)墾土壤熟化較為優(yōu)良的改良方法。

關(guān)鍵詞：復(fù)墾土壤；有機(jī)肥；粉煤灰；熟化劑；硝態(tài)氮

中圖分類號(hào)： S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2017）19-0302-04

收稿日期：2017-03-15

基金項(xiàng)目：陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2016KCT-23）。

作者簡(jiǎn)介：胡 雅（1990—），女，陜西商洛人，碩士，助理工程師，主要從事土地工程、土壤水肥調(diào)控、土地信息化研究。E-mail：Huya0403@163.com。 宅基地復(fù)墾是指依據(jù)土地利用總體規(guī)劃、土地整理復(fù)墾開發(fā)規(guī)劃，對(duì)依法取得的利用效益不高或廢棄的宅基地復(fù)墾為耕地的行為[1]。工程復(fù)墾過程中采用的工程治理措施主要是挖塌填實(shí)或剝離表土，新復(fù)墾土地中耕作層土壤大多是未經(jīng)過生物作用和腐殖化過程的自然土[2]，其生土裸露、土壤貧瘠、養(yǎng)分含量低、保水保肥性能差，這種情況加劇了人地、人糧矛盾，制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，對(duì)廢棄宅基地進(jìn)行復(fù)墾熟化已經(jīng)迫在眉睫。

土壤熟化劑是含有作物所需的各種微量元素，無毒、無污染，對(duì)生土、瘠薄、板結(jié)土壤有較強(qiáng)的熟化、改良作用的無機(jī)膠體，它的主要有效成分是硫酸亞鐵。施用土壤熟化劑可通過直接和間接效應(yīng)，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，疏松土壤，提高土壤養(yǎng)分，改善土壤結(jié)構(gòu)和土壤水分環(huán)境。柳燕蘭等研究表明，施用土壤熟化劑可改善土壤理化性狀，提高作物產(chǎn)量[3]。

粉煤灰含有多種植物所需的營養(yǎng)成分，如鎂、鉀、硼等，其顆粒大小不等、形狀不一，內(nèi)有蜂窩狀結(jié)構(gòu)[4]。粉煤灰施入土壤，可以明顯改善土壤結(jié)構(gòu)，且能降低容重，增加孔隙度，提高地溫，縮小膨脹率，增強(qiáng)微生物活性，為土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、保濕保墑、水肥氣熱協(xié)調(diào)創(chuàng)造良好生態(tài)環(huán)境[5-6]。粉煤灰的物理性質(zhì)與沙壤土相似，因此根據(jù)質(zhì)地改良原則，施用適量的粉煤灰對(duì)黏土、沙土等均可起到改良作用，以改良黏土的效果為好。

施用有機(jī)肥能夠?yàn)檗r(nóng)作物提供比較全面的養(yǎng)分，保持土壤中微量元素平衡，促進(jìn)微生物繁殖，降低重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，維持和提高地力進(jìn)而增加產(chǎn)量。有研究表明，有機(jī)肥氮代替50%化肥氮可促進(jìn)作物氮吸收及氮轉(zhuǎn)移，有機(jī)肥+無機(jī)肥+菌肥可顯著提高土壤硝態(tài)氮含量[7-8]。

單一添加改良材料改善土壤質(zhì)量的方法歷史比較悠久，并取得不少成果，但可能帶來理化生性質(zhì)不平衡的問題，不同改良材料造成不同程度的負(fù)面影響，因此，采用改良材料配合施用正成為研究熱點(diǎn)。國內(nèi)關(guān)于有機(jī)肥、粉煤灰、熟化劑對(duì)不同地區(qū)、不同類型土壤氮素硝化作用影響的研究較多[9-10]，但是針對(duì)宅基地復(fù)墾土壤，不同改良材料單施與配合施用的情況下，硝態(tài)氮變化情況的研究較為少見。本試驗(yàn)以宅基地復(fù)墾1年的重建土壤為供試對(duì)象，通過田間試驗(yàn)研究不同改良材料對(duì)土壤硝態(tài)氮的影響機(jī)制，結(jié)合作物產(chǎn)量分析復(fù)墾土壤的肥力提升技術(shù)，以期為宅基地復(fù)墾土壤熟化方法及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)置于陜西省渭南市富平縣杜村鎮(zhèn)褚源村。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，年平均降水量472.97 mm，7—9月降水量占全年降水量49%，年蒸發(fā)量為1 000～1 300 mm，無霜期225 d，年平均氣溫13.40 ℃，夏季最高氣溫41. 80 ℃，冬季最低氣溫-22 ℃，年光能輻射總量518.6 ～535.0 kJ/cm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年6月開始，為模擬項(xiàng)目實(shí)施區(qū)廢棄宅基地整治還田的土地狀況，試驗(yàn)小區(qū)規(guī)格為2 m×2 m，在原位試驗(yàn)土壤向下挖掘30 cm的基礎(chǔ)上，回填厚度為30 cm的生土，容重控制在1.5～1.6 g/cm3，試驗(yàn)所用生土是來自澄城縣浴子河村廢棄宅基地拆舊土。

將改良材料均勻施在地表，人工混合均勻。陜西山地丘陵地區(qū)空心村多為堿性土壤（pH值一般在8.4～8.7之間），選擇施用主要成分為硫酸亞鐵的熟化劑，當(dāng)?shù)赜休^多工廠，粉煤灰來源較為方便。試驗(yàn)改良材料選用有機(jī)肥、熟化劑和粉煤灰，采用單一和兩兩交叉混合的方式，設(shè)計(jì)出7組試驗(yàn)，且每組試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

試驗(yàn)小區(qū)于2015年10月20日種植冬小麥，品種為小偃22，播種量105 kg/hm2，根據(jù)播前土壤養(yǎng)分含量，播種時(shí)施磷酸二銨750 kg/hm2、尿素600 kg/hm2。

1.3 樣品采集與處理

于2015年11月13日、2015年12月22日和2016年3月11日在各試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行樣品采集，0～105 cm土層分層取土，每隔15 cm采集1個(gè)土樣，采用3點(diǎn)混合的方法， 將混合

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel對(duì)數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行處理，采用SPSS（PASW Statistics 18）統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD法進(jìn)行多重比較。endprint

2 結(jié)果與討論

2.1 不同改良材料硝態(tài)氮垂直剖面分布

以第一季冬小麥生長(zhǎng)季硝態(tài)氮分布為例，分析不同改良材料下硝態(tài)氮垂直剖面分布。由圖1可以看出，土壤垂直方向30 cm深度處為各處理硝態(tài)氮含量變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

2015年11月13日，施肥過后24 d，各處理硝態(tài)氮沿深度方向呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，在30 cm處產(chǎn)生峰值，且上層差異最大，隨著土壤深度的增加其差異逐漸降低。0～15 cm 土層，硝態(tài)氮含量TSF>TSC>TS>T0>TFC>TF>TC；15～30 cm土層，硝態(tài)氮含量TSF>TSC> T0>TFC，TSF硝態(tài)氮含量46.32 mg/kg，TS、TF、TC與T0硝態(tài)氮含量差異不大。說明在小麥生育早期添加熟化劑+有機(jī)肥和熟化劑+粉煤灰較單施改良材料能夠促進(jìn)表層撒施氮肥轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，這是因?yàn)槭旎瘎┖陀袡C(jī)肥相互配合使土壤結(jié)構(gòu)疏松，加速微生物新陳代謝活動(dòng)，有利于硝態(tài)氮快速轉(zhuǎn)化[5，8]，有機(jī)肥能活化土壤中潛在養(yǎng)分，能極大地提高土壤生物多樣性和土壤生物學(xué)活性[11]，氮素固持在微生物體內(nèi)免遭流失。30～105 cm 土層各處理間硝態(tài)氮含量除TSF處理硝態(tài)氮含量較高外，其他處理均較低，且各處理間差異不大。

2015年12月22日，施肥過后63 d，0～15 cm土層各處理間硝態(tài)氮含量無顯著差異，與苗期測(cè)定結(jié)果相比，15～30 cm 土層，TSF、TSC與T0硝態(tài)氮含量無顯著增加，TC、TS、TF硝態(tài)氮含量有明顯提升，這可能是由于12月初降雨將表層硝態(tài)氮向下沖洗，復(fù)合改良材料較單一改良材料土壤保水效果好，硝態(tài)氮運(yùn)移量較小。土壤垂直剖面上TF與TSF硝態(tài)氮含量分布總體表現(xiàn)出4個(gè)分區(qū)（即硝態(tài)氮增大區(qū)、硝態(tài)氮減小區(qū)、硝態(tài)氮二次增大區(qū)、硝態(tài)氮二次減小區(qū)），呈現(xiàn)出“S”形分布曲線，土壤剖面上層硝態(tài)氮集中分布區(qū)減小，在土壤剖面深層出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)較小的硝態(tài)氮二次集中分布區(qū)[12-13]。TF累積峰分別出現(xiàn)在30 cm土層和75 cm土層，且TF較TSF“S”曲線靠右， 說明單施有機(jī)肥較施用熟化劑 +有

機(jī)肥易導(dǎo)致硝態(tài)氮向土壤深層運(yùn)移。由于粉煤灰顆粒級(jí)配與土壤存在顯著差異，即表層土與充填基質(zhì)的孔隙差別大，而顆粒本身具有強(qiáng)吸附能力[14]，保水能力強(qiáng)，故TC處理30 cm以下土層沿深度方向硝態(tài)氮含量逐漸減少。

2016年3月11日，施肥過后143 d，小麥處于拔節(jié)期，對(duì)土壤水分和氮素的需求量巨大。0～15 cm土層硝態(tài)氮含量與越冬前土壤硝態(tài)氮含量差異不大，而15～30 cm土層硝態(tài)氮含量大幅度降低，平均含量由40.42 mg/kg降低至 10.56 mg/kg，這是因?yàn)樾←湻痔Y后根系集中分布在30 cm及以上土層，受土壤蒸發(fā)和作物吸收的影響，部分硝態(tài)氮在毛細(xì)管力作用下隨水分向表層遷移，部分硝態(tài)氮滿足作物對(duì)氮素的需求。T0、TS、TSC在45 cm土層處產(chǎn)生累積峰，TC、TFC在60 cm土層處產(chǎn)生累積峰，TF、TSF硝態(tài)氮累積峰降低至90～105 cm，峰值位置下移，說明添加熟化劑較添加粉煤灰較添加有機(jī)肥易導(dǎo)致硝態(tài)氮向深層運(yùn)移，減少土壤對(duì)作物后期的氮供應(yīng)能力。這種現(xiàn)象在不發(fā)生大型降雨與大量灌水條件下，累積至土壤深層的硝態(tài)氮可以作為下一季作物氮素利用的后備資源，如果發(fā)生較大降雨灌溉，這些硝態(tài)氮向更深層次遷移，淋失至根系以外成為作物不可利用氮，也成為土壤氮素污染源[15]。

2.2 不同改良材料0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量

硝態(tài)氮累積總量表征土壤可被作物利用的氮素?cái)?shù)量[16]。土壤0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量反映了土壤耕作層對(duì)作物的供氮能力，以2015年冬小麥生長(zhǎng)季0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量為例，分析不同改良材料下土壤硝態(tài)氮累積與變化情況，結(jié)果見圖2。

苗期，0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量TSF處理最高，累積量為138.61 mg/kg。單施改良材料TC、TF、TS處理與T0無顯著差異，復(fù)合改良材料TSF >TSC> TFC，且TFC、TSC與T0存在顯著差異，TSF和TSC分別較T0高出59.3 mg/kg和19.05 mg/kg。說明熟化劑+有機(jī)肥處理在小麥生長(zhǎng)初期耕作層能夠儲(chǔ)備較多的硝態(tài)氮，為后期小麥生長(zhǎng)提供氮素。

越冬期0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量單施改良材料TF、TS、TC較T0分別提高了36%、29%、21%，復(fù)合改良材料TSF、TSC、TFC較T0分別提高38%、18%、10%，TSF累積量最高，為118.78 mg/kg。說明隨著時(shí)間的推移施用單一改良材料土壤較施用復(fù)合改良材料土壤硝態(tài)氮累積效應(yīng)提升更快。

拔節(jié)期0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量較越冬期急劇減少，與越冬期硝態(tài)氮累積量相比，單施改良材料處理平均減少73.04 mg/kg，施用復(fù)合改良材料處理平均減少 63.29 mg/kg。TF、TSF處理與T0存在顯著性差異，其他處理無顯著性差異。說明改良材料中有機(jī)肥對(duì)0～30 cm土層硝態(tài)氮累積沒有顯著效果。

2.3 不同改良材料對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

改良材料中含有豐富的植物必需或有益的礦質(zhì)營養(yǎng)，不僅改變土壤理化性質(zhì)，還為作物提供生長(zhǎng)所需的營養(yǎng)元素，能夠刺激或促進(jìn)作物生長(zhǎng)，其改良結(jié)果最終體現(xiàn)在作物產(chǎn)量上。本研究施用不同配方的土壤改良材料不同程度上提高了作物產(chǎn)量。不同改良材料對(duì)冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響見表2。

無改良措施的對(duì)照小麥產(chǎn)量最低，僅4 269 kg/hm2。施用有機(jī)肥+熟化劑能夠顯著提升小麥產(chǎn)量，TSF較T0增產(chǎn) 1 413 kg/hm2，較其他改良材料處理產(chǎn)量提高了14%～28%。單施改良材料時(shí)，產(chǎn)量TF>TS>TC，施用復(fù)合改良材料時(shí)，產(chǎn)量TSF>TFC>TSC，可見有機(jī)肥和熟化劑在生土熟化過程中對(duì)小麥增產(chǎn)有重要作用。此外，單施粉煤灰與施用熟化劑+粉煤灰處理小麥產(chǎn)量差異較小，說明粉煤灰在土壤熟化過程中對(duì)小麥增產(chǎn)作用不大。endprint

2.4 硝態(tài)氮累積量與小麥產(chǎn)量的關(guān)系

在其他條件相對(duì)一致情況下，硝態(tài)氮累積量可以表征土壤的供氮水平，硝態(tài)氮累積量高者，冬小麥產(chǎn)量必高，硝態(tài)氮累積量與產(chǎn)量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。為驗(yàn)證此結(jié)論，確定不同土層深度硝態(tài)氮對(duì)冬小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，計(jì)算了0～30 cm、0～75 cm、0～105 cm土層的硝態(tài)氮累積量，擬合了冬小麥?zhǔn)斋@后不同土層深度硝態(tài)氮累積量與產(chǎn)量的關(guān)系，結(jié)果見表3。

表3 不同土層深度硝態(tài)氮累積量與產(chǎn)量及其組成的相關(guān)系數(shù)

產(chǎn)量及組成生育期0～30 cm0～75 cm0～105 cm穗數(shù)苗期0.2810.4280.444越冬期0.7430.7270.812* 拔節(jié)期0.5340.6920.864* 穗粒數(shù)苗期0.680.4830.472 越冬期0.262-0.262-0.060 拔節(jié)期0.229-0.505-0.097 千粒質(zhì)量苗期-0.293-0.201-0.221 越冬期-0.052-0.147-0.018 拔節(jié)期-0.24-0.552-0.410 產(chǎn)量苗期0.6870.6610.672 越冬期0.6980.3640.577 拔節(jié)期0.6040.4210.734

各層次硝態(tài)氮累積量與冬小麥穗數(shù)有一定的正相關(guān)關(guān)系，在小麥生長(zhǎng)后期0～105 cm土層呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，隨著生育期的進(jìn)展，相關(guān)系數(shù)先增大后減小。淺層硝態(tài)氮累積量與穗粒數(shù)呈正相關(guān)，深層硝態(tài)氮累積量與穗粒數(shù)在生長(zhǎng)后期呈負(fù)相關(guān)，0～105 cm土層在越冬期和拔節(jié)期無線性相關(guān)關(guān)系。各層次硝態(tài)氮累積量與千粒質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性較弱，隨著生育期的進(jìn)展，相關(guān)系數(shù)先減小后增大。各層次硝態(tài)氮累積量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，隨著深度的增加，相關(guān)系數(shù)先減小后增大。這表明硝態(tài)氮累積量大的土層能提供更豐富的氮素，對(duì)小麥產(chǎn)量貢獻(xiàn)大，但并不是整個(gè)生育期都能夠利用全部的氮素，相對(duì)而言，苗期0～30 cm土層硝態(tài)氮累積量對(duì)產(chǎn)量及其組成影響最大。

3 結(jié)論

施用熟化劑+有機(jī)肥和熟化劑+粉煤灰較單施改良材料能夠促進(jìn)表層撒施氮肥轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。施有機(jī)肥易導(dǎo)致硝態(tài)氮向土壤深層運(yùn)移，而施粉煤灰則會(huì)減弱這一過程。

施用熟化劑+有機(jī)肥在小麥生長(zhǎng)初期耕作層能夠儲(chǔ)備較多的硝態(tài)氮，為后期小麥生長(zhǎng)提供氮素。隨著時(shí)間的推移，施用單一改良材料土壤較施用復(fù)合改良材料土壤硝態(tài)氮累積效應(yīng)更為明顯。

施用有機(jī)肥和熟化劑在復(fù)墾生土熟化過程中對(duì)小麥增產(chǎn)有重要作用，有機(jī)肥能有效減少小麥空稈率，提高成穗數(shù)，粉煤灰在土壤熟化過程中對(duì)小麥增產(chǎn)作用不大，施用熟化劑+有機(jī)肥是宅基地復(fù)墾土壤熟化較為優(yōu)良的改良方法。

硝態(tài)氮累積量與冬小麥穗數(shù)有一定的正相關(guān)關(guān)系；與千粒質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性較弱；與產(chǎn)量呈正相關(guān)，隨著深度的增加，在0～75 cm、0～105 cm土層相關(guān)系數(shù)先減小后增大。

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