有机种植对土壤养分含量及物理特性的影响
摘 要：通过4年定位试验，对比研究了有机种植（OF）和常规种植（CF）对土壤养分含量及物理特性的影响。结果表明，与CF相比，OF显著提高了土壤有机碳、全氮和有效磷含量，显著降低了土壤全钾、速效钾含量;OF处理容重显著降低4.7%，土壤总孔度、有效孔度和有效水含量则分别增加5%、27%和32.8%;有效含水量与土壤有机碳、全氮、总孔隙度、有效孔隙呈显著相关，而有效孔隙与土壤有机碳、全氮、总孔隙度呈显著正相关。总之，以绿肥为主要肥源的有机种植模式，显著改善了土壤物理特性，有利于土壤磷素活化，但需要及时补施钾素。
关键词：水分特征曲线;土壤孔隙度;容重;养分
中图分类号 S152.4文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）12-0087-03
近些年来，化肥施用量的增加提升了土壤有效养分，提高了作物产量，对于保障国家粮食生产起到了重要作用。但长期施用化肥也可能会导致土壤酸化板结、土壤富盐碱化、地下水污染、地表水富营养化、土壤微生物多样性减少等农业生产和生态环境方面的问题，最终使作物减产、农产品品质降低[1-3]。传统的农家肥虽然能改善土壤结构和提升土壤功能，但也存在土壤、环境污染及劳动力短缺的问题。随着人们生活水平的提高，对绿色、无公害甚至有机农产品的需求逐年上升[4]，客观上要求农业生产中减施甚至不施化肥、同时寻找合适的替代肥源以提升农产品品质。
目前，随着有机农业在我国的迅猛发展，学者们在有机种植对生态环境的影响方面做了大量的研究。例如，汪润池等[5]研究发现，多年有机种植能显著降低土壤容重，增加土壤有机碳含量，提高土壤微生物活性。邱晓蕾等[6]研究认为，与常规种植相比，有机种植可增强有机碳稳定性、促进土壤固碳。王磊等[7]通过建立多指标评价体系，发现有机种植模式明显比常规种植土壤质量得到提高。但以上研究均以商品有机肥作为唯一或主要肥源，在实际生产中肥料成本投入较高，而以绿肥为主要肥源的相关研究较少。曹春霞等[8]研究发现，有机稻田埂比常规田埂更能为步甲、蚯蚓等土壤动物提供良好的栖息地，其对土壤特性的影响尚未见报道。
豫南是我国单季稻产区，大量的冬闲田可种植紫云英、苕子等绿肥作物培肥，进而大力发展有机稻产业。目前，关于绿肥配合化肥施用对化肥用量、土壤养分含量、碳氮固持、水稻产量的影响已有了大量的研究[9-11]，而绿肥为主要肥源的有机种植模式对土壤养分、物理特性及碳氮分布的影响还尚未见报道。为此，该研究通过有机种植和周边常规种植稻田土壤进行对比，探明有机种植对土壤养分含量及物理特性的影响，以期为有机稻田合理培肥及有机农业可持续发展提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料及试验设计 该定位试验位于信阳市潢川县川香家庭农场有机稻种植基地，种植制度为单季稻。该试验共设置常规种植模式（CF）和有机种植模式（OF）2个处理。常规种植为当地习惯种植模式，2种模式施肥、植保及作物信息如表1所示。
1.2 样品采集与测定 试验开展第4年后（2010—2013年）采集土壤样品。即2013年水稻收获后，采集0～15cm耕层原状混合土样，用饭盒带回实验室。先用手轻轻掰开直至全部通过过8mm筛，自然风干后采用湿筛法[12]分离团聚体。土壤全量氮磷钾及有效态氮磷钾依据《土壤肥料学》[13]测定。同时，用100cm3环刀采集原状土，用高速离心机法[14]测定土壤水分特征曲线，曲线测定完成后，用烘干法测得土壤容重。土壤水分特征曲线拟合为幂函数如下：
式中：q为质量含水量，%;S为土壤水吸力，MPa;a、b为方程拟合参数。依据方程计算出水吸力为0.03和1.5MPa时含水量，即为田间持水量和萎蔫含水量，有效水含量即为两者之差。根据土壤容重和土粒密度（取2.65g×cm-3）计算出土壤总孔隙度，再根据总孔隙度和有效水含量计算出有效孔度。
1.3 统计分析 用SPSS 19中T-test进行处理间显著性差异分析（p=0.05），用Pearson法对各参数进行相关性分析。
2 结果与分析
2.1 不同种植模式对土壤养分含量的影响 由表2可知，与常规种植模式（CF）相比，有機种植模式（OF）的有机碳和全氮含量分别提高68%、75%，全钾含量显著降低29%，全磷含量无显著变化。2个处理有效氮含量无显著差异，有机种植速效钾和有效磷含量分别比常规种植减少43%、增加1.2倍。说明有机种植能显著增加土壤碳氮固持、快速消耗土壤自身钾素、活化土壤磷素。
2.2 不同种植模式对土壤持水特性和孔隙状况的影响 由图1可知，与CF相比，OF处理水分特征曲线明显偏低，即当0OF（表3），但有效水含量OF比CF显著提高32.8%。由表3可知，OF处理的土壤有效孔度和总孔度比CF分别增加26.9%、5.0%，即OF处理中有效孔隙增速是总孔隙增速的5.4倍，说明有机种植能有效提高土壤有效孔隙数量。与CF相比，OF处理容重显著降低4.7%。
2.3 土壤各理化性质相关分析 由表4可知，土壤总孔隙度与有效孔度呈显著正相关，与全钾含量呈显著负相关;有效含水量与土壤有机碳、全氮、孔隙度呈显著正相关，与有效孔隙呈极显著正相关，与全钾、速效钾呈显著负相关;有效孔隙与土壤有机碳、全氮、总孔隙度呈显著正相关，与全钾、速效钾呈显著负相关。
3 结论与讨论
紫云英、苕子等豆科绿肥作为有机种植的主要肥源，翻压还田后可显著提高土壤和团聚体内全氮、有机碳含量，但需要及时补充土壤钾素，这与前人的研究结果一致[11]。与常规种植（CF）比，有机种植（OF）土壤全磷含量不变，有效磷显著提高。前人研究发现，与常规施肥相比，紫云英化肥配施或单施紫云英均显著地降低了有效磷含量[11]。这种差异的产生，除了受试验田环境和土壤本身性质影响外，还应与紫云英配施肥料来源不同、相互作用机制不同有关。因此，以紫云英等豆科绿肥作为培肥来源时，应重点考虑如何合理配施磷、钾肥。水分特征曲线是土壤主要的物理特性之一，它是土壤含水量随水吸力变化的曲线，在同一吸力下，曲线越高，表明土壤持水能力越强，反之土壤持水能力越弱[15]。研究表明，土壤持水能力的大小与土壤质地、孔隙分布，有机质含量等理化性质密切相关[16]。
由本次试验可知，与CF相比，OF处理土壤容重降低，总孔隙度增加5.0%，其中有效孔隙增加26.9%，有效水含量顯著提高。相关分析表明，有效含水量与有效孔隙度呈极显著正相关（r=0.871），与总孔隙呈显著相关（r=0.996），与土壤和0.25～2mm团聚体有机碳含量呈正相关，而土壤有效孔隙含量与有机碳呈显著正相关。说明该研究土壤持水能力大小主要取决于有效孔隙多少，同时受土壤有机碳含量影响，这与前人研究结果一致[11，16]。
综上，与常规种植相比，有机种植土壤能显著提高碳氮含量，应按照有机标准补施钾肥;另外，有机种植能明显改善土壤容重、有效孔隙、有效含水量等物理特性。因此，有机种植模式有利于改善土壤质量，实现土壤资源可持续利用。
参考文献
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（责编：张宏民）
