施肥对土壤肥力的影响研究

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摘 要：对同一地块的土壤采用无机肥、有机-无机混施、有机肥、不施肥4种方式进行施肥；3个月后检测土壤中pH、有机质、全氮及有效氮、全磷及有效磷、全钾及速效钾等肥力指标，结果表明：施用有机肥不仅可明显提高土壤有机质含量，增强土壤的保肥能力，减少土壤中N、P、K等养分流失，还可有助于保持土壤酸碱稳定性；施用无机肥，虽然可提高土壤中N、P、K等养分含量，但会造成土壤酸化，有机质矿化损失等负面影响。

关键词：土壤肥力； 氮磷钾； 有机质

中图分类号： S156 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160132003

土壤质量包括肥力质量、环境质量与健康质量，其中土壤肥力质量是土壤最重要的特征。我国土壤肥力质量整体较低，耕地土壤有机质含量低于1%的面积占26%，56%耕地缺钾，约50%以上缺微量元素，70%～80%耕地养分不足，中低产面积比重大，占总面积的2/3[1]。而四川省人多地少，土地以山地丘陵为主，中低产田比重大，肥料利用率低，存在重用轻养等问题。另外，受土地利用过度、耕作管理不当等影响，水土流失、酸化等土壤退化现象较为严重[2]。因此，基于该区的气候、土壤、生物特点，研究不同施肥方式下土壤肥力变化对解决世界类似地区土地环境和退化问题也有重要的借鉴作用[3]。本实验在总结以前研究的基础上，通过3种不同施肥模式研究施肥对四川宜宾市土壤氮、磷、钾含量的影响，以期为土壤科学管理和施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验方案

本试验为小区处理改良试验，试验地位于四川省宜宾市翠屏区，地貌类型以丘陵为主，土壤类型为发育于白垩系夹江组红紫色砂岩的紫色土，红紫泥土属。该类型土壤由于母质以砂岩为主，发育形成的土壤黏粒含量较低，土壤团聚体含量较少，土壤的肥力水平较差。土样的基本理化性质如表1所示。

试验共设4个处理，分别为：不施肥的对照处理；只施无机肥；无机肥和有机肥混施；只施有机肥，有机肥为农家肥，是由猪粪肥和绿肥等共同腐熟制成。每处理的试验小区面积为14 m2（2m×7m），各小区采用随机排列的方式，中间用水泥挡板将各个小区隔开。施肥方式采用一次性基肥处理。各处理施肥量详见表2。

1.2 样品的采集与分析

各小区处理撂荒培养3个月后，分别采集土样测定其基本肥力状况：pH、有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷、速效钾。样品的采集方法为：分别于各试验小区内按“S”形线路随机定位，避免主观误差多点采集表层（0～20 cm）土壤。充分混匀后取500g，剔除石砾和植物根茎，风干后过筛并制成20目土壤样品，作为该小区的分析测试土样备用。

土壤pH测定采用电位计法（土水比1：2.5），有机质采用重铬酸钾容量法，土壤全氮测定采用半微量开氏定氮法，全磷的测定采用NaOH熔融-钼蓝比色法，全钾测定采用NaOH熔融-火焰光度计法，有效氮采用碱解扩散法，有效磷采用NaHCO3提取-钼蓝比色法，速效钾采用NH4Ac提取-火焰光度计法。具体操作方法参照《土壤农业化学分析方法》[4-5]进行。

2 结果与分析

2.1 施肥方式对土壤pH和有机质含量影响

土壤酸碱度是衡量土壤肥力的重要指标，各种农作物均有适合其生长的最适宜pH，超过这个适宜pH范围便会对植物产生毒害。自然条件下，土壤pH主要受土壤的风化程度中H+和Al3+的释放速度和一些涉及生物和非生物的氧化还原反应中H+迁移转化所影响。近年来由于人类活动导致的土壤酸化加速受到广泛关注，主要包括工业生产和汽车尾气导致的大气酸沉降、农业生产的不合理施肥及耕作管理[6]。本研究中，各施肥处理培养后土壤pH值如图1所示。对照处理土壤的pH值为5.6，无机肥（pH= 5.4）和无机肥-有机肥混施处理（pH=5.5）的土壤pH低于对照处理，有机肥处理土壤的pH值最高（pH= 5.6）。已有大量研究认为过量施入氮肥后其硝化作用产生的H+被认为是土壤加速酸化的主要原因[7]。而有机质施入土壤后其含有的-OH和-COOH等有机官能团能对土壤中的Al3+产生络合作用，从而使由Al3+水解产生的H+含量减少，使土壤pH升高，但是-OH和-COOH等有机官能团又能解离出H+导致土壤pH降低[8]。因此，化学氮肥的施用能导致土壤酸化，而有机肥对土壤酸碱性存在双重作用。各处理土壤pH值的变化均较小，差异均不显著，这可能由于土样的培养时间较短和土壤本身抵御酸碱变化的缓冲能力造成的。

土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分。其中含有大量的N、P、K、Ca、Mg、S、Fe等植物营养元素和一些微量元素。土壤有机质经矿化后释放大量的营养元素为植物生长提供养分；而有机质的腐殖化过程又能合成腐殖质，达到保存养分的作用[9]。各处理中（图2），单独施用无机肥后土壤有机质含量相对于不施肥的对照处理略有降低。而无机肥-有机肥混施和单独施用有机肥处理后，土壤有机质含量均有极显著的提高。无机肥-有机肥混施处理的土壤有机质含量是不施肥处理的1.8倍，只施有机肥处理的土壤有机质含量是不施肥处理的3.2倍。这是由于有机肥是土壤有机质的主要外源，因此施入有机肥后能显著的提高土壤的有机质含量。只施无机肥增加了土壤的氮素含量而造成土壤C/N比失调，使微生物和植物对碳源的需求增加，反而加速了土壤有机质的矿化损失。

2.2 施肥方式对土壤氮素含量的影响

土壤中的氮素根据存在形态可分为有机态氮和无机态氮2种，其总和为土壤的全氮含量。土壤有机态氮可占土壤全氮含量的90%以上，主要包括结构简单的游离氨基酸和酰胺、蛋白质和氨基糖等水解性有机氮、胡敏酸氮和富里酸氮等非水解性有机氮。土壤无机态氮主要为铵态氮和硝态氮，以及少量的氮气和亚硝态氮。全氮中能被作物及时吸收利用的那部分氮称为速效氮，主要包括铵态氮、硝态氮及一些氨基酸和酰胺态氮[10]。

由图3可以看出，各种施肥处理均能增加土壤全氮和有效氮含量。其中，单独施用无机肥的土壤全氮含量均值为0.722 g/kg，无机肥和有机肥混施处理的全氮含量均值为1.40 g/kg，只施用有机肥处理的土壤全氮含量均值为2.90 g/kg，3种施肥处理的土壤全氮含量是不施肥的对照处理（0.628 g/kg）的1.1、2.2和4.6倍。各处理的土壤有效氮含量分别为：41.3 mg/kg（不施肥）、76.2 mg/kg（无机肥）、98.3 mg/kg（无机肥+有机肥）和164 mg/kg（有机肥），有机肥处理对土壤有效氮含量的提升效果最佳。试验中施入土壤的无机肥包括铵态氮和酰胺态的尿素。其中铵态氮能被植物直接吸收利用，此外，铵态氮还能被带负电的土壤胶体因静电作用而吸附在土壤表面，不易遭受淋失。酰胺态在土壤中以分子态存在，可与土壤胶体间通过氢键作用而被土壤吸附[11]。酰胺态氮通过脲酶的水解作用产生铵盐从而被植物吸收利用，其肥效比铵态氮和硝态氮迟缓。因此，土壤中施入化学肥料后能提高土壤的全氮和速效氮含量。有机肥中含有丰富的氮素养分，如猪粪的氮素含量可达3%（干重）以上[12]，因此能显著的提高土壤中的全氮和速效氮含量。

2.3 不同施肥方式对土壤磷素含量的影响

土壤中全磷含量受土壤成土母质、土壤发育程度、有机质含量和熟化度的影响而存在差异。从形态和组成上可分为有机磷和无机磷。有机磷包括磷脂和核酸等有机物含磷物质，来源于动植物残体、微生物和有机肥料，大部分需要经过微生物活动转变为无机磷才能被植物吸收利用，土壤中的有机磷主要源于外源输入。土壤无机磷主要为各种磷酸盐，包括土壤溶液中的磷（碱金属和碱土金属的磷酸盐）和固相磷酸盐（磷酸钙、镁、铁、铝等），以及土壤固相上的吸附态磷[13]，无机磷含量占土壤全磷含量的大部分。各种形态的磷素中，只有正磷酸盐能被植物吸收利用，被称为有效磷。各种施肥处理均能增加土壤全磷和有效磷的含量（表3）。施用有机肥处理后，土壤全磷和有效磷含量增加最多，分别是不施肥处理的4.5倍和13.2倍。而无机肥和有机肥混施处理土壤全磷和有效磷含量为不施肥处理的2.0和6.8倍。单独施用无机肥处理的土壤全磷和有效磷相对于对照处理的增幅最小，是不施肥处理全磷和有效磷含量的1.1和3.9倍。有机肥中含磷化合物主要包括白、磷脂、植素、磷酸腺苷、核酸及其降解产物，除小部分可被作物吸收利用以外，其余均要通过有机肥料的腐解作用才能成为有效养分[14]。通过施用有机肥能显著的提高土壤的磷素含量。

2.4 施肥方式对土壤钾素含量的影响

钾是植物最为重要的营养元素之一，其主要生理作用表现在促进酶的活化、提高光合效率和同化产物的运输、促进蛋白质和脂肪的合成，维持细胞膨压，增加植物抗性等[14]。植物只能吸收K+，而土壤中的钾多以矿质态存在，不能被植物直接利用。部分存在于层状硅酸盐矿物层间的钾可被半径相似的离子置换出来后可被植物吸收利用。只有被土壤胶体吸附的钾和水溶态的钾可被植物直接吸收利用，称为速效钾。土壤的钾素含量受母质影响较大，发育于紫色母岩的紫色土由于成土时间较短，土壤含钾矿物比较丰富[15-16]。试验结果表明（图4），不施肥处理的土壤全钾和速效钾含量就达18.4g/kg和78.5mg/kg，土壤钾素含量丰富。各种施肥处理中，除施用有机肥处理的土壤全钾与不施肥的对照处理差异不大外，其余各施肥处理均能是土壤的全钾和速效钾含量相对于不施肥处理有一定的提高。只施无机肥处理对土壤的全钾（21.8g/kg）和速效钾（165 g/kg）含量提高最多，其次为无机肥和有机肥混施处理，其全钾和速效钾含量分别为18.9 g/kg和143 g/kg。施用含钾化学肥料能对土壤钾素起到快速的补充。有机肥中的钾素主要以无机盐的形式存在，能增加土壤速效钾含量，但由于有机肥中钾盐的含量相对较少，对土壤钾素的增加效果不如氮素和磷素明显[17]。

3 结 论

施用有机肥不仅可明显提高土壤有机质含量，增强土壤的保肥能力，减少土壤中N、P、K等养分流失，还可有助于保持土壤酸碱稳定性；施用无机肥，虽然可提高土壤中N、P、K等养分含量，但可造成土壤酸化，有机质矿化损失等负面影响。

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作者简介：张正安（1978-），男，硕士，讲师，主要从事环境土壤改良研究；许泽宏（1966-），男，四川省泸州市人，硕士，副教授，主要从事环境土壤改良研究。