張 艷， 劉彥伶， 李 渝， 黃興成， 張雅蓉， 張文安， 蔣太明

(1.貴州大學 農(nóng)學院， 貴州 貴陽 550025； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學院 土壤肥料研究所， 貴州 貴陽 550006； 3.農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測實驗站， 貴州 貴陽 550006； 4.貴州省農(nóng)業(yè)科學院 茶葉研究所， 貴州 貴陽 550006)

0 引言

【研究意義】土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤物理性質(zhì)是土壤質(zhì)量的重要組成部分[1]；土壤物理性質(zhì)不僅影響土壤保肥和供應(yīng)水肥的能力，對調(diào)控土壤氣熱狀況和地表徑流也具有重要作用；土壤肥力的發(fā)展與演變是一個長期的過程。黃壤黏粒含量高，干時堅硬，濕時黏閉，耕性和通透性差，易旱易澇，物理性狀差是黃壤肥力水平較低的主要原因，采用長期定位試驗研究施肥對土壤肥力的影響比短期試驗更加準確可靠，具有重要的生產(chǎn)指導意義[2-3]?！厩叭搜芯窟M展】大量研究表明，長期施用有機肥可降低土壤容重、改善土壤機械組成、提高土壤孔隙度和持水能力，進而改善土壤的物理特性。但由于試驗條件的差異，長期施用化肥對物理性狀影響結(jié)果不盡一致。長期施用化肥，栗褐土[3]和紅壤[4]物理性質(zhì)呈變劣趨勢，黃潮土[5]和棕壤[6]物理性質(zhì)一定程度上得到改善。原因可能是土壤基礎(chǔ)肥力、施肥水平以及作物生長狀況不同所致。黃壤是西南地區(qū)典型的地帶性土壤，其中，以貴州分布面積最大，全國25.30%的黃壤分布在貴州，占貴州土壤面積的46.40%，是貴州省農(nóng)業(yè)用地的主要土壤類型。【研究切入點】關(guān)于長期施肥對土壤化學性質(zhì)和生物學性質(zhì)方面已有研究報道[7-10]，但對土壤物理性狀影響方面的研究相對不足，有待進行長期定位試驗研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以黔中黃壤為研究對象，通過長期定位試驗方法，研究長期施用化肥與有機肥黃壤土壤質(zhì)地、容重、孔隙度、最大持水量、田間持水量、固相率、液相率、氣相率和三相比偏離值等的變化，明確不同施肥措施的綜合培肥效果，為貴州黃壤區(qū)土壤改良與合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于貴州省貴陽市花溪區(qū)貴州省農(nóng)業(yè)科學院內(nèi)(106°07′E，26°11′N)，地處黔中黃壤丘陵區(qū)，平均海拔1 071 m，年均氣溫15.3℃，年均日照時數(shù)1 354 h，相對濕度75.5%，全年無霜期270 d，年降雨量1 100～1 200 mm。土壤類型為黃壤類黃泥土，成土母質(zhì)為三疊系灰?guī)r與砂頁巖風化物。黃壤長期施肥定位試驗始于1995年，試驗開始前耕層(0～20 cm)土壤肥力為有機質(zhì)43.6 g/kg，全氮2.05 g/kg，全磷0.99 g/kg，全鉀10.7 g/kg，堿解氮167.0 mg/kg，有效磷17.0 mg/kg，速效鉀109.0 mg/kg，pH 6.70。

1.2 材料

1.2.1 肥料 化肥：尿素(含N 46.0%)，貴州赤天化桐梓化工有限公司；過磷酸鈣(含P2O512.0%)，貴州開磷有限責任公司；氯化鉀(含K2O 60%)，中國化工建設(shè)有限公司。有機肥：供試有機肥為農(nóng)家牛廄肥。

1.2.2 儀器 BT-9300ST全自動激光粒度儀，丹東百特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 試驗設(shè)計 采用大區(qū)對比試驗設(shè)計，小區(qū)面積340 m2(35.7 m×5.6 m)，選取長期施肥定位試驗中的5種施肥模式，即5個處理：對照(CK)，不施肥；NPK處理，施氮、磷、鉀肥；1/4M+3/4NP處理，施1/4有機肥+3/4氮、磷肥；1/2M+1/2NP處理，施1/2有機肥+1/2氮、磷肥；M處理,施有機肥；不同處理施肥量見表1。

表1 不同施肥模式的施肥量

氮肥按幼苗肥-大喇叭口肥40%∶60%的比例分2次追施，磷鉀肥和有機肥作基肥一次性施用。種植制度為玉米-冬閑，冬季翻耕炕田。試驗過程中不使用除草劑和殺蟲劑等化學農(nóng)藥，所有處理除施肥差異外，其他農(nóng)事活動均一致。

1.3.2 樣品采集 由于長期定位試驗小區(qū)面積較大并未設(shè)置重復，研究將試驗地沿長邊三等分，設(shè)置3個調(diào)查取樣重復小區(qū),于2019年9月玉米收獲后采用“S”形5點取樣法，采用標準體積為100 cm3環(huán)刀采集0～20 cm土壤樣品，將采集土樣經(jīng)去除根系后帶回室內(nèi)風干備用。

1.3.3 指標測定 測定指標主要有土壤最大持水量(%)、田間持水量(%)、土壤自然含水量(%)、土壤容重(g/cm3)、土壤粒徑(mm)、土壤總孔隙度(%)、毛管孔隙度(%)、非毛管孔隙度(%)、固相率(%)、液相率(%)、氣相率(%)和三相比偏離值(R)。

1) 最大持水量。參照文獻[11]的方法，將裝有濕土的環(huán)刀，揭去上、下底蓋，僅留一墊有濾紙的帶網(wǎng)眼的底蓋，放入平底盤，注入并保持盆中水層的高度至上沿為止，使其吸水達24 h，此時土壤中所有毛管孔隙及非毛管孔隙都充滿水分，蓋上上、下底蓋，水平取出后立即稱量計算土壤最大持水量(%)。

2) 田間持水量。參照文獻[11]的方法，將上述稱量后的環(huán)刀，揭去上、下底蓋，繼續(xù)放入鋪有干砂平底盤中，保持24 h，此時環(huán)刀中土壤的水為毛管懸著水，蓋上上、下底蓋，水平取出后立即稱量并計算土壤田間持水量(%)。

3) 土壤容重及土壤自然含水量。環(huán)刀樣品在105℃烘干后測定土壤容重，鋁盒樣品在相同溫度下烘干測定土壤自然含水量，其中土壤比重取值為2.65。

4) 土壤粒徑。參照國際制分類方法，按照粒徑(d)大小將土壤顆粒分為3類：砂粒，粒徑為0.02～2.00 mm；粉粒，粒徑為0.002～0.02 mm；黏粒，粒徑<0.002 mm。不同粒徑土壤均按照土壤物理性質(zhì)[12]采用激光粒度儀測定。

土壤總孔隙度=(1-容重/比重)×100%

毛管孔隙度=土壤自然含水量×土壤容重×100%

非毛管孔隙度=土壤總孔隙度-毛管孔隙度

式中，R為所測定土壤樣品三相比與理想狀態(tài)下土壤三相比的偏離值，X為所測土壤固相值，Y為所測土壤液相值，Z為所測土壤氣相值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2016和SPSS 20對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，處理間差異性采用鄧肯新復極差法(Duncan)檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期施用化肥及有機肥的土壤質(zhì)地

從圖1看出，不同處理土壤黏粒、砂粒和粉粒不同質(zhì)地的變化。黏粒：不同處理為15.31%～20.41%，依次為NPK>CK>1/4M+3/4NP>1/2M+1/2NP>M；NPK較CK提高，有機肥及有機肥配施處理黏粒含量較CK和NPK均降低，M降幅最大；M顯著低于其余處理，NPK與CK間差異不顯著，二者顯著高于1/4M+3/4NP和1/2M+1/2NP，1/4M+3/4NP與1/2M+1/2NP間差異不顯著。粉粒：不同處理為62.58%～63.81%，各處理粉粒含量接近，差異均不顯著。砂粒：不同處理為16.30%～21.87%，依次為M>1/2M+1/2NP>1/4M+3/4NP>CK>NPK；NPK較CK降低，有機肥及有機肥配施處理較CK和NPK砂粒含量均增加，M增幅最大；M顯著高于其余處理，1/2M+1/2NP顯著高于1/4M+3/4NP，CK與NPK顯著低于其余處理，但二者間差異不顯著。可見，長期施用有機肥能在一定程度上改善土壤質(zhì)地狀況。

2.2 長期施用化肥及有機肥土壤的容重及孔隙度

從表2可知，不同處理土壤容重及孔隙度的變化。土壤容重：CK最大，為1.23 g/cm3；NPK其次，為1.20 g/cm3；M最小，為1.06 g/cm3；有機肥及有機肥配施處理較CK和NPK均降低；CK與NPK差異不顯著，二者顯著高于其余處理；M顯著低于其余處理，1/2M+1/2NP與1/4M+3/4NP間差異不顯著。土壤總孔隙度：M最大，為59.9%；1/4M+3/4NP其次，為56.5%；CK最小，為53.4%；有機肥及有機肥配施處理較CK和NPK均增加；M顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，1/2M+1/2NP與1/4M+3/4NP間差異不顯著，二者顯著高于NPK。毛管孔隙度：M最大，為52.1%；1/4M+3/4NP其次，為46.9%；CK最小，為42.8%；M顯著高于其余處理，CK與NPK間差異不顯著，二者顯著低于其余處理，1/2M+1/2NP與1/4M+3/4NP間差異不顯著。非毛管孔隙度：NPK最大，為11.0%；CK其次，為10.6%；M最小，為7.8%；有機肥及有機肥配施處理較CK和NPK均下降；M顯著低于其余處理，NPK顯著高于1/4M+3/4NP，CK、NPK、1/2M+1/2NP間和CK、1/2M+1/2NP、1/4M+3/4NP間差異不顯著?？梢?，施用有機肥尤其是單施有機肥可顯著降低土壤容重和增加土壤的孔隙度。

表2 長期施用化肥及有機肥處理土壤的容重及孔隙度

2.3 長期施用化肥及有機肥土壤的持水性能

從圖2看出，不同處理土壤最大持水量和田間持水量的變化。土壤最大持水量：M最大，為56.45%；CK最小，為43.30%；各施肥處理較CK均提高；M顯著高于其余處理，CK與NPK間差異不顯著，二者顯著低于1/2M+1/2NP和1/4M+3/4NP，1/2M+1/2NP與1/4M+3/4NP間差異不顯著。田間持水量：M最大，為43.14%；CK最小，為37.11%；各施肥處理較CK均提高。M顯著高于其余處理，CK顯著低于1/2M+1/2NP，CK、NPK、1/4M+3/4NP間和NPK、1/4M+3/4NP、1/2M+1/2NP間差異均不顯著?？梢?，施用有機肥可顯著改善土壤的持水性能，有機肥施用量越高效果越好。

圖2 長期施用化肥及有機肥處理土壤的最大持水量及田間持水量

2.4 長期施用化肥及有機肥土壤的三相率及三相比偏離值

從表3可知，不同處理土壤固相率、液相率、氣相率和三相比偏離值的變化。固相率：CK最高，為46.6%；NPK其次，為45.2%；M最低，為40.1%；各施肥處理較CK均降低；CK顯著高于其余處理，M顯著低于其余處理，NPK顯著高于1/4M+3/4NP和1/2M+1/2NP，1/4M+3/4NP與1/2M+1/2NP間差異不顯著。液相率：不同處理為44.9%～46.4%，各處理間差異不顯著。氣相率：M最高，為14.1%；1/4M+3/4NP其次，為11.5%；CK最低，為7.6%；M顯著高于其余處理，CK顯著低于除NPK外的其余處理，CK與NPK間、NPK與1/2M+1/2NP間、1/4M+3/4NP與1/2M+1/2NP間差異均不顯著。三相比偏離值：NPK最大，為27.58；CK其次，為27.35；1/4M+3/4NP最小，為24.90；有機肥及有機肥配施處理較CK和NPK均下降；NPK與CK間差異不顯著，二者顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著。可見，施用有機肥可調(diào)節(jié)土壤三相比，提高土壤氣相率并降低土壤固相率，進而增大土壤通透性。

表3 長期施用化肥及有機肥處理土壤的三相率及三相比偏離值

3 討論

黃壤質(zhì)地粘重，土壤容重偏高已成為制約黃壤區(qū)作物生長的限制因子之一。長期施用化肥，栗褐土[3]和紅壤[4]物理性質(zhì)呈變劣趨勢，黃潮土[5]和棕壤[6]物理性質(zhì)一定程度上得到改善。研究結(jié)果表明，長期施用有機肥可降低土壤黏粒含量和土壤容重，土壤孔隙度增加和持水性能改善，土壤固相率降低和氣相率提高，使土壤固-液-氣三相比更適宜，因此，應(yīng)重視黃壤有機肥的施用。研究結(jié)果表明，不同處理土壤黏粒含量為15.31%～20.41%，有機肥及有機肥配施處理均較CK和NPK減少；不同處理土壤容重為1.06～1.23 g/cm3，有機肥及有機肥配施處理均較CK和NPK降低；不同處理土壤總孔隙度為53.4%～59.9%，各施肥處理均較CK和NPK增加。與在砂姜黑土[13]、潮土[14]和塿土[15]等的研究結(jié)果一致。土壤田間持水量與土壤有機質(zhì)呈顯著正相關(guān)，提高土壤有機質(zhì)含量可提高土壤田間持水量[16]。貴州降水分配不均，夏旱災(zāi)害嚴重，提高土壤持水性能對作物增產(chǎn)具有重要意義。研究結(jié)果表明，不同處理最大持水量和田間持水量分別為43.30%～56.45%和37.11%～43.14%，有機肥及有機肥配施處理均較CK和NPK提高。單施有機肥或有機無機配施土壤三相比偏離值和固相率降低，土壤氣相率提高，使土壤三相比相對較理想。其原因可能是有機物料增加，土壤有機質(zhì)含量明顯增多，導致土壤中有機無機復合體增加，有利于形成較大的孔隙度，促進土壤團聚作用[8,17-19]。且施用有機肥土壤砂粒含量增加和黏粒含量減少，土壤孔隙度增加，進而土壤通透性和土壤持水性能提高[20-21]。

4 結(jié)論

長期施用有機肥可降低黃壤的黏粒含量和容重，其孔隙度增加和持水性能改善，土壤固相率降低和氣相率提高，土壤固-液-氣三相比更適宜，生產(chǎn)上應(yīng)重視黃壤有機肥的施用。