不同还田材料对空心村整治后土壤肥力的影响

张 露, 魏 静

(1.陕西省土地工程建设集团， 陕西 西安 710075； 2.陕西地建土地工程技术研究院，陕西 西安 710075； 3.国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室, 陕西 西安 710075)

中国作为一个农业大国，加之难利用地和未利用地较多，耕作方式粗放，所以耕地局势日益紧张。农村废弃宅基地复垦为农用地是增加耕地数量的方式之一。将废弃宅基地复垦为新增耕地，对其肥力有一定的要求。土壤肥力是农业可持续发展的基础资源，培肥是维持和提高农业土壤肥力水平最主要的措施之一。土壤熟化就是在人为主导作用下，土壤肥力的不断提高[1]。熟化土壤的方式有很多[2-4]，目前，在矿区复垦培肥上的研究较多[5]，有学者指出，采取化肥加有机肥加菌肥的方式对采煤塌陷区进行复垦培肥，其效果最佳[6]。但对空心村复垦为农用地后耕地质量的研究甚少，在空心村的研究方面主要集中在政策和经济上[7-11]。废弃宅基地整治后的土壤由于结构不良、养分物质含量较低等因素，导致土壤肥力不高、农作物产量相对偏低。为进一步确定合理的土壤快速熟化措施，以全面改善空心村整治后的生产条件，促进土地资源的合理利用和社会的可持续发展，本文拟通过添加还田材料来探索提高复垦地肥力的有效措施，并评估材料还田后土壤的肥力特征，以期为空心村的高效整治提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验小区建设

试验小区设置以空心村土地整治工程为背景，模拟空心村废弃宅基地整治还田状况，将地表30 cm的土层剥离后，回填30 cm厚的土场土壤，且还田材料主要施用和混合于0—30 cm土层。试验小区设在陕西省富平县国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室富平中试验基地，建设时首先将表层30 cm土壤剥离，小区周围砌墙，高度为40 cm，其中10 cm露出地表，小区呈南北走向，建有两排实验田，两排之间为2个重复，中间间隔0.8 m的水泥路面，每排有7个处理，具体处理方式见表1。每个处理为边长2 m的正方形田块。随后将生土回填，回填之前将地面刮毛，回填厚度为30 cm，容重控制在1.1～1.3 g/cm3，培肥材料均匀施用在回填土中，需人工混合均匀。

1.2 试验方案设计

表1 空心村整治还田试验设计

1.3 作物种植管理

于2015年6月15日播种夏玉米，2015年10月5日收获；于2015年10月12日播种冬小麦，2016年6月2日收获；2016年6月5日播种夏玉米，2016年10月6日收获。共开展了三季农作物的种植。经历3季作物的种植后(夏玉米—冬小麦—夏玉米)，在土壤剖面0—105 cm每15 cm分层采样测定其养分含量。玉米品种为先玉335，播种量为60 000株/hm2，穴播，所有处理在播种前均配施复合肥10 kg/hm2；小麦品种为长武134，播种量为225 kg/hm2，播种前施复合肥10 kg/hm2。覆土后作物种植前试验小区土壤0—105 cm剖面上每土层的基本物理性质如表2所示。

表2 研究区试验小区剖面土壤基本物理性质

1.4 指标测定方法

有效磷：0.5 mol/L NaHCO3浸提比色法测定；速效钾：采用NH4Ac浸提火焰光度法测定；全氮：2 mol/L的KCI溶液浸提(水土比为5∶1)，用凯氏定氮仪测定；有机质：重铬酸钾外加热方法测定。

2 结果与分析

2.1 还田后土壤有效磷的变化趋势

从表3可以看出，在覆土后未进行作物种植时，其生土的有效磷含量极低，均不超过4 mg/kg，但经玉米—小麦—玉米三季作物种植过后，在不同处理、不同土壤剖面上有效磷含量发生了较大变化，土壤剖面0—105 cm平均有效磷含量在各处理下均比作物种植前有所升高，各处理下有效磷含量增加顺序为:TSF>TF>TS>TFC>TC>TSC>T0，且土壤剖面有效磷含量在土层0—60 cm处作物种植前与种植后存在显著性差异(p=0.05)，而差异性在60—105 cm土层处则不显著(p=0.05)。覆土的30 cm土层在TSF处理下相对无培肥措施(T0)有效磷含量增加254.49%，在0—105 cm土壤剖面上相对增加146.37%。

表3 研究区不同还田材料对剖面土壤有效磷的影响

2.2 还田后土壤速效钾的变化趋势

从表4可以看出，在覆土后还没进行作物种植时，其生土的速效钾含量较低，均不超过80 mg/kg，但经玉米—小麦—玉米三季作物种植过后，在不同处理、不同土壤剖面上有效磷含量，特别是覆土的0—30 cm土层处发生了较大变化，土壤剖面0—105 cm平均速效钾含量在各处理下均比作物种植前有所升高，各处理下速效钾含量增加顺序为:TSF>TS>TSC>TC>TF>TFC>T0，且土壤剖面速效钾含量在土层0—15 cm和土层30—45 cm处作物种植前与种植后存在显著性差异(p=0.05)，而在其他土层处差异性不显著(p=0.05)。覆土的30 cm土层在TSF处理下相对无培肥措施(T0)速效钾含量增加19.13%，在0—105 cm土壤剖面上相对增加14.01%。

2.3 还田后土壤全氮的变化趋势

从表5可以看出，在覆土后还没进行作物种植时，其生土的全氮含量较低，均不超过0.2 g/kg，但经玉米—小麦—玉米三季作物种植过后，在不同处理、不同土壤剖面上有效磷含量，在75 cm以上土层均发了显著性变化。土壤剖面0—105 cm平均全氮含量在各处理下均比作物种植前有所升高，各处理下全氮含量增加多少的顺序为TSC>TSF>TFC>TC>TS >TF>T0。覆土的30 cm土层在TSC处理下相对无培肥措施(T0)全氮含量增加29.63%，在0—105 cm土壤剖面上相对增加27.06%。

表4 研究区不同还田材料对剖面土壤速效钾的影响

表5 研究区不同还田材料对剖面土壤全氮的影响

2.4 还田后土壤有机质的变化趋势

从表6可知，覆土后还没进行作物种植时，生土有机质含量最大值6.2 g/kg，最小值4.1 g/kg，经玉米—小麦—玉米三季作物种植过后，在不同处理、不同土壤剖面上有机质含量发生了一定的变化，只有土层15—30 cm种植前的有机质含量与不同作物处理种植后的存在显著性差异(p=0.05)，土壤剖面0—105 cm平均有机质含量在各处理下均比作物种植前有所升高，各处理下有机质含量增加顺序为:TF>TFC>TSF>TSC>TS>T0>TC。覆土的30 cm土层在TF处理下相对无培肥措施(T0)有机质含量增加247.47%，在0—105 cm土壤剖面上相对增加42.63%。

表6 研究区不同还田材料对剖面土壤有机质的影响

3 讨 论

从土壤剖面上来看，随着深度的增加还田材料对土壤养分的影响逐渐降低，且土壤深度越深，则同一层各处理间的差异性越小，这和高亚军等[12]的研究结果相似。现在大多数对还田材料的研究主要集中在秸秆上，其他还田材料的研究较少。有关于秸秆还田的研究指出，秸秆用于还田对于土壤微生物具有一定影响，能明显提高其生物量碳和活性，但这种作用主要对土壤表层0—10 cm起作用[13]，秸秆还田也能提高小麦的穗数，从而使小麦增产[14]。同时，李硕等[15]指出，秸秆还田可显著提高土壤的总有机碳、活性有机碳和总有机碳储量，双季还田后的总有机碳、活性有机碳和总有机碳储量显著高于单季还田和双季不还田的对应量，且这种作用主要发生在耕层0—20 cm，这和本研究的结果相似，本研究是在玉米—小麦—玉米三季作物连续种植后测定的土壤养分含量，说明几季轮作的耕种方式对土壤养分的改善有一定的促进作用。

秸秆还田也存在一些弊端，如玉米的秸秆在还田后，其腐解过程需要吸收土壤中原有的水分和氮、磷营养元素，与作物竞争水肥，影响作物的出苗率，不利于壮苗和作物的生长发育，严重的甚至减产[16-17]。在秸秆还田时前处理不当，如还田块太大或有丝状纤维产生，则会造成秸秆不容易腐烂，影响种子播撒，甚至出现水分损失等问题[18]。再就是秸秆还田后一些病原菌重新回到土壤中，加重了作物幼苗期的病虫害危机[19]。本研究采用选取一定的还田材料(改良剂FeSO4，有机肥鸡粪，粉煤灰)用于空心村整治复垦耕地的还田处理，从而筛选出最佳还田材料，通过研究可以证实这些还田材料的添加确实对空心村整治后土壤养分环境的改善有一定的作用，但活性有机碳，微生物群落等情况与施肥种类、量的多少直接相关。有研究指出，土壤活性有机碳与土壤全氮之间呈极显著相关[20-21]，微生物的群落多样性在很大程度上反映了土壤有机碳库的转化情况[22-23]。对这些异变指标的监测及还田材料是如何影响这些指标的变化还需进一步开展相关试验研究。

蔡健等[24]通过采用秸杆覆盖和玉米间作大豆耕种两种方式对农村废弃宅基地复垦的研究指出，在这2种还田方式下不仅可以提高地温，保水蓄肥，而且还能增加土壤腐殖质的含量，改善土壤理化性质，对土壤培肥效果良好。许广波等[25]通过机械手段，如精耕细作、合理灌溉也能促进土壤的熟化。所以，探索作物新的栽培种植模式，对农村废弃宅基地的复垦和合理利用土地资源，促进社会主义新农村建设具有重要的现实意义。

4 结 论

空心村整治还田中最优的土壤养分提升方案为处理TSF，即空心村整治为农用地后，经生土覆土，添加改良剂(FeSO4)和有机肥(鸡粪)，土壤剖面养分在玉米—小麦—玉米三季作物种植过后增加迅速，对空心村整治后生土熟化促进效果明显。