有机无机肥配施对科尔沁沙地衬膜稻田沙土理化特性的影响

宋桂云，王 云，范 富，张庆国，侯迷红，孙德智，萨如拉

(内蒙古民族大学农学院， 内蒙古 通辽 028042)

科尔沁沙地地处北方典型的农牧交错区，是典型的生态脆弱带，对全球变化的影响很大[1-2]。随着人类活动强度的增加和范围的扩大，造成北方地区农牧交错带逐渐北移，大面积土地利用方式的改变和地表植被覆盖的减少，使得以风沙活动为主导外营力的沙漠化过程得以发展[3-4]。近几年，处于科尔沁沙地腹地的通辽市不断探索沙地开发的新技术、新模式，把沙地衬膜水稻开发种植作为沙区少数民族地区保护生态环境，增加粮食产量，提高农牧民收入的重要举措[5-6]。沙地衬膜种稻不仅从根本上解决了沙害和漏水漏肥的弊端，同时又是自然资源开发利用的新途径，达到促进低湿沙地集约性农业生产发展的目的，对于促进我国沙地治理具有重要意义[7]。大面积的沙地开垦为农田后，对沙地土壤理化性质将有重要的影响[8-9]，在科尔沁沙地荒漠化治理与改善土壤质地方面，以往的研究多从林地和草地植被恢复角度展开[10-12]，而防止沙地衬膜稻田土壤沙化方面的研究鲜见报道。通过有机无机肥配施和采用免耕/保护性耕作，可以减少农田土壤 CO2净排放量，起到稳定、增加土壤有机质的作用。有机无机肥配施下农田表土有机碳含量每年增加0.05～0.29 g·kg-1[13-15]。因此，如何在开垦和农业生产的同时，防止科尔沁沙地荒漠化扩大，成为当前亟待解决的问题。本文通过有机无机肥配施对科尔沁沙地土壤理化性质影响的研究，为科尔沁沙地的治理、土壤地力恢复，制定和防治沙漠化政策提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

土壤样品采自内蒙古通辽市科尔沁左翼后旗海斯改苏木和努尔谷台镇。科尔沁左翼后旗地处东经121°30′～123°42′，北纬42°40′～43°42′，位于科尔沁沙地腹地，是科尔沁沙地衬膜水稻的主要栽培地之一，有“沙稻之乡”的美称。该旗有流动和半流动沙丘64.13万hm2，境内有大小河流11条，地处中温带亚湿润边缘地区，属温带大陆性季风气候。四季明显，春季多风干燥，夏季炎热多雨，秋季凉爽短促，冬季寒冷漫长。年平均气温5.8℃，≥10℃的年积温为2 900℃～3 400℃，无霜期为130～150 d，年平均降水量为451.1 mm。

1.2 试验设计及方法

1.2.1 土样采集 试验土样于2014年收获后，取未开垦沙地(衬膜前沙土)和有机无机肥配1年、5年、10年衬膜稻田沙土，5点梅花式取耕层土壤(0～20 cm)样品1 kg左右带回实验室，保鲜或风干处理后，分别测定沙土机械组成、全氮、全磷、全钾、铵态氮、硝态氮、有机质、速效磷、速效钾和CEC等的含量。

1.2.2 试验设计 试验处理设：未开垦沙地(衬膜前沙土)为对照(CK)，衬膜1年(A1)、5年(A2)、10年(A3)稻田沙土，其中A1、A2和A3采用有机无机肥配施，施肥量及施肥方式为：氮肥折合成纯氮为250 kg·hm-2，施氮模式“稳前、攻中、优后”(基肥∶蘖肥∶穗肥∶保花促粒肥=2.5∶3.5∶2∶2)；磷肥折合成P2O5为100 kg·hm-2，钾肥折合成K2O为105 kg·hm-2，磷肥和钾肥做基肥和拔节肥两次施入，各占50%，有机肥施用量为15 000 kg·hm-2，有机肥为当地农民普遍用的粪肥(配料：羊粪+土杂物，其中N含量为0.48%，P2O5含量为0.51%，K2O含量为0.43%)，有机肥做基肥一次性施入，具体设计见表1。

表1 试验设计方案

1.3 测定项目和分析方法

按常规方法分别测定土壤理化指标：容重的测定采用环刀一质量法；机械组成采用简易比重计法；全氮采用半微量开氏法；全磷采用NaOH熔融-钼锑抗比色法；全钾采用NaOH熔融-火焰光度法；铵态氮采用KCl浸提-蒸馏法；硝态氮采用酚二磺酸比色法；有机质采用重铬酸钾一外加热法；速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提一钼锑抗比色法；pH采用电位法(水∶土=5∶1)；速效钾采用1 mol·L-1中性NH4OAc浸提一火焰光度法；CEC采用乙酸钠一火焰光度法[16]。

1.4 数据分析

试验所得数据用Excel 2003软件和DPS 2003软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 有机无机肥配施对科尔沁沙地衬膜稻田沙土物理性质的影响

土壤容重和孔隙度是土壤的重要物理性质，影响到土壤孔隙大小的分配和土壤水、肥、气、热的协调[17]。由表2可知，随着有机无机肥配施的时间延长，沙土容重下降，与CK相比，A1、A2和A3土壤容重分别下降了0.63%、3.17%和3.80%，CK和A1与A2和A3之间差异达到了极显著水平(P<0.01)。土壤孔隙度的变化与容重相反，衬膜10年的稻田沙土孔隙度最大，达到46.64%，未开垦沙地土壤孔隙度最小，为43.23%。与CK相比，A1、A2和A3沙土孔隙度分别增加了2.15%、4.83%和7.89%。说明随着有机无机肥配施时间延长，沙土容重减小，孔隙度增大，增强了土壤微生物的活动，有利于沙土中养分和有机物的转化，为作物生长创造适宜的环境。另外，有机无机肥配施对沙土pH影响不大，衬膜10年沙的pH为8.39，比CK低0.05，各处理间差异未达到显著水平(P>0.05)。

表2 有机无机肥配施对科尔沁沙地衬膜稻田沙土容重、孔隙度和pH的影响

注：“A，B，C，D”和“a，b，c，d”代表1%和5%水平的显著差异，下同。

Note: “A, B, C, D” and “a, b, c, d” respectively show significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, the same as the following.

2.2 有机无机肥配施对科尔沁沙地衬膜稻田沙土机械组成的影响

根据国际制土壤质地分类标准，对科尔沁沙地衬膜稻田沙土各粒级土粒含量进行了分析(表3)，结果表明，CK、A1、A2及A3处理主要由粒径为2～0.02 mm沙粒组成，0.02～0.002 mm的粉粒和<0.002 mm的粘粒含量相对较低。和CK相比，A1、A2和A3处理沙粒(2～0.02 mm)含量分别下降了1.33%、4.53%和7.72%，各处理间差异达显著水平(P<0.05)；粉粒(0.02～0.002 mm)的含量分别上升了4.44%、11.32%和21.53%；粘粒的含量分别增加了0.28、1.08和1.76倍，粉粒和粘粒含量各处理间差异均达到极显著水平(P<0.01)。随着粉粒和粘粒的增多，沙土养分含量增加，沙土保水、保肥性提高，土壤抗侵蚀能力增强[14]，表明沙地衬膜种稻对于防风固沙起到一定作用。沙地增施有机肥，可以使沙土细化，在一定程度上可以改变沙土过“散”的特性。

2.3 有机无机肥配施对科尔沁沙地衬膜稻田沙土全量养分的影响

土壤全氮、全磷、全钾是土壤肥力的一项重要指标，含量高低对土壤供肥力的影响较大。从表4可以看出，随着有机无机肥配施的时间延长，衬膜稻田沙土中全氮、全磷、全钾含量提高，且A3、A2与A1或CK之间差异达到极显著水平(P<0.01)，CK和A1之间差异不显著。有机无机肥配施10年后，沙土中全氮、全磷、全钾由原来的0.48、0.50 g·kg-1和7.31 g·kg-1(CK处理)增加到0.89、0.56 g·kg-1和9.35 g·kg-1(A3处理)，即和CK相比，沙土中全氮、全磷和全钾的含量分别增加了85.42%、12.00%和27.91%。表明随着有机无机肥配施的时间延长，衬膜稻田沙土中全量养分含量增加，沙土的供肥能力增强。

表3 有机无机肥配施对科尔沁沙地衬膜稻田沙土机械组成的影响

2.4 有机无机肥配施对科尔沁沙地衬膜稻田沙土化学性质的影响

衬膜稻田沙土有机质A1、A2和A3含量比CK分别高0.12，2.23，4.06 g·kg-1，各处理之间达极显著差异(P<0.01)(表5)。铵态氮A1、A2和A3含量分别比CK高0.74，1.86 mg·kg-1和3.21 mg·kg-1，各处理之间差异达到显著水平(P<0.05)。由于施入稻田化肥中氮素养分以尿素和铵态氮为主，但是衬膜稻田大部分处于干湿交替的状态，铵态氮硝化后转化为硝态氮，所以衬膜稻田沙土中含有部分硝态氮。A1、A2和A3硝态氮含量分别比CK高0.25，5.11 mg·kg-1和9.21 mg·kg-1，各处理之间差异均达显著水平(P<0.05)。沙地衬膜稻田沙土速效磷含量很低，各处理均低于5 mg·kg-1，属于严重缺磷。随着有机无机肥配施的时间延长，衬膜稻田沙土中速效磷含量增加，A1、A2和A3速效磷的含量分别比CK增加了7.19%，16.34%和71.90%，各处理差异达到极显著水平(P<0.01)。沙地衬膜稻田A1、A2和A3处理速效钾的含量比CK处理分别增加了2.49，8.28 mg·kg-1和16.30 mg·kg-1，各处理间差异达显著水平(P<0.05)(表5)。土壤阳离子交换量是土壤供肥和保肥力的一项重要指标，其含量高低基本代表土壤可以吸收养分的数量。沙土阳离子交换量低，保水保肥性差。从表5中可以看出，随着有机无机肥配施的时间延长，沙土阳离子交换量增加，A1、A2、A3处理CEC含量分别比CK高0.22、4.39和6.31 cmol(+)·kg-1，A3、A2与A1或CK处理间差异达到极显著水平(P<0.01)，CK和A1之间差异不显著。随着沙土阳离子交换量的增加，沙土保肥性能增强，从而减轻沙土漏水、漏肥的特性。

表4 有机无机肥配施对科尔沁沙地衬膜稻田沙土全氮、全磷和全钾的影响

表5 有机无机肥配施对科尔沁沙地衬膜稻田沙土化学特性的影响

3 讨 论

沙土类特点是沙粒含量多，粉粒和粘粒含量少，机械组成粗，所以沙土大孔隙多小孔隙少，总孔隙度小；养分和有机质含量低，胶结物质贫乏，养分吸收性弱，保水保肥能力差，通透性强，易漏水、漏肥。科尔沁沙地衬膜稻田通常为免耕，行间插秧，所以作物残茬分解、农家肥大量施入等导致沙土有机质含量增加。有机质的粘结力和粘着力都比沙土强，而比粘粒弱，施用有机肥可以克服沙土过沙的缺点；有机质还可以改善土壤结构状况，使土壤松紧度、孔隙状况、吸收性能都得到改善，从而提高土壤肥力[17-18]。另外，当地农牧民施用的农家肥通常为羊粪及垫圈物积制而成，而垫圈物为黏土或草木灰，所以当农家肥连年大量施入后，导致沙土中粉粒和粘粒的含量逐年增多。所以，沙地衬膜水稻的种植，在以施用无机肥为主的前提下，应该注重有机肥的施用，这样既能保证水稻高产，又提高土壤肥力，逐步将沙土改良成更好的土壤。研究中发现，地膜有一定的寿命，随着种植水稻时间延长，稻田保水能力明显下降，衬膜当年稻田积水现象明显，而三年后的稻田则几乎无水可积。从长远考虑，种植沙地衬膜水稻，是改良土壤、发展旱作水浇地的重要途径之一[19-20]。

关于衬膜种稻对沙土理化性状的影响报道很少。吴祥云等[21]指出，固林沙地开垦为农田后，在一定程度和范围内会导致土壤养分含量特别是速效养分氮含量显著降低，土壤颗粒的粗化(沙化)，且这种趋势随着开垦年限的增加而加重。赵哈林等[22]指出，通过合理的施肥和灌溉可以使科尔沁沙地农田中速效养分和有机质含量增加，增加土壤通透性，改善沙土性状。刘仁涛等[23]进一步指出，科尔沁沙地对水浇农田实行保护性耕作和精细管理，有利于沙地土壤环境的改善和生态系统恢复。本研究发现，科尔沁沙土最初有机质含量为3.93 g·kg-1，CEC为3.14 cmol(+)·kg-1，沙土容重为1.58 g·cm-3，孔隙度为43.23%，采用有机无机肥配施10年后，有机质和CEC含量分别比CK增加了1.03倍和2.01倍，同时沙土容重降低3.80%，孔隙度增加7.89%，沙粒含量降低了7.72%，粉粒和粘粒的含量分别增加了21.53%和1.76倍。所以采用有机无机肥配施，提高了科尔沁沙地衬膜稻田沙土保水和保肥能力，有利于提高土壤质量，减轻沙地退化，为今后沙地旱作奠定坚实基础，与赵哈林等的研究结果一致。总之，沙地衬膜水稻采用有机无机肥配施的方式有利于科尔沁沙地的改良和农业的可持续发展。

4 结 论

本研究发现，随着有机无机肥配施的时间延长，沙土容重下降，孔隙度上升，粉粒和粘粒的含量增多，沙土物理性状改善；同时沙土有机质和CEC含量增加，沙土保水、保肥及缓冲能力提高，土壤肥力增强。沙土表层氮、磷和钾养分含量提高。同时粘粒矿物含量增多。总之，沙地衬膜水稻的开发和种植是适合于科尔沁沙地农业可持续发展的有效耕作措施，有利于沙漠化治理和沙地生态系统的改善。

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