黑钙土和风黏土的土壤有机质和氮磷钾变异特征

黑钙土和风黏土的土壤有机质和氮磷钾变异特征

梨树县位于吉林省中部和南部，地理位置为42494346n和123453012430e，总面积为27.9万hm。属于温带半湿润大陆性季风气象,年平均气温为5.8℃,常年≥10℃积温3046.8℃·d,年平均日照时数2698.5h,年平均降水量577.2mm,无霜期为152d。地势东南高,西北低,东南部为丘陵,中部为波状平原,北部为冲积平原。2009年梨树县作物生长季5～9月降水偏少,仅为287.3mm,比作物生长季5～9月的多年平均降水量减少175.8mm,形成了严重的春旱、伏旱、秋吊等农业气象灾害。2010年和2011年作物生长季的降水量达到583.2、432.8mm,积温为3166.5℃和2958.1℃,雨热同季,有利于农作物生长发育。为了探明自第二次土壤普查以来,吉林省梨树县黑钙土和风沙土有机质和氮、磷、钾的变异特征,以及在2007年实施秸秆全覆盖还田耕作技术后,对两种土壤类型有机质和氮、磷、钾的影响。我们于2009—2011年在梨树县高家村的黑钙土和付家街村的风沙土上连续3年进行定位取样,测定土壤中的有机质和碱解氮、有效磷、速效钾,现将试验结果报道如下。1材料和方法1.1对不同土壤类型的采样本研究以1982年梨树县第2次土壤普查为背景,采样点的选择以梨树县土壤志为依据,于2009—2011年连续3年在作物收获后,对以典型黑钙土为主要土壤类型的高家村和以风沙土为主要土壤类型的付家街村的土壤进行定点跟踪采样,累计采样543个。土壤样品取自耕层0～20cm,土样以“S”形路线布点采样。采样集中在40m×40m范围内相对中心位置的典型地块,选择5个样点进行混合。1.2土壤样品的预处理样品采集回来后,置于吉林师范大学气象学与气候学实验室,剔除土壤样品中的植物根系、昆虫残体、石块等,自然风干,风干后的土样经研磨,过1mm的筛备用。1.3碱解氮和有效磷的测定土壤有机质采用烘箱加热-重铬酸钾容量法;碱解氮采用碱解扩散法测定;有效磷采用0.5mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾采醋酸铵浸提-原子吸收法测定。2结果与分析2.1第二次土壤普查后梨树土壤养分的时间变化对2009—2011年梨树县高家村和付家街村的土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的测定结果的平均值用公式(1)、(2)进行统计,与1982年第二次土壤普查的数据进行比较,进一步分析第二次土壤普查后,梨树县土壤养分的时间变化趋势。令α为普查值,β为监测值,得出α与β的数学关系式:由公式(1)得出1982—2011年高家村和付家街村土壤养分年变化速率值的表达公式:式中,x表示年变化速率,若x为正值,则表示土壤养分多年来是递增的,若为负值则表示递减;n为监测至普查的间隔年限。监测结果见表1。2.2土壤有机质含量情况土壤有机质作为土壤供肥能力的标志之一,其含量与土壤肥力水平呈正相关。在同等气候条件下,有机质含量主要受土壤质地、人为耕作管理措施、利用方式等因素的影响。高家村土壤类型为黑钙土,土壤质地为粘壤土。1982年高家村土壤有机质含量为1.80%,2009—2011年有机质含量的平均值为2.15%,比1982年增加0.35%,年变化速率x分别为0.39%、0.80%、0.78%,x>0(表1)。第二次土壤普查时,梨树县的耕作管理措施为秸秆留低茬,秸秆收割后运回农户家,用于烧火做饭和取暖用,土壤有机质主要靠施用有机肥来补充。2007年以来,推广秸秆全覆盖还田免耕技术增加土壤有机质,2009—2011年3年间其含量呈现为递增的变化规律。付家街村土壤类型为风沙土,土壤质地为砂土。付家街村取样耕地原来为草地,1982年刚刚开垦为农田,多年积累在土壤中的有机质分解矿化的比减少,有机质含量比较高,随着农业耕作年限的增加,沙土中的有机质逐渐矿质化,而补充给土壤的有机质很少,使有机质含量逐渐减少,2009—2011年付家街村土壤有机质平均含量为1.03%,比1982年1.41%减少0.38%,年变化速率x分别为-2.16%、-1.3%、-0.32%,x<0(表1)。2008年开始实施秸秆全覆盖还田免耕技术,2009—2011年3年间有机质含量逐年增加。2.3土壤肥力现状梨树县近年来随着高产品种的应用及栽培水平的提高,粮食产量不断增加,作物需氮量越来越大,氮肥投入逐年增加,使土壤氮库得到补充,碱解氮的含量也逐渐升高。1982年高家村黑钙土的土壤碱解氮为59.4mg/kg,处于Ⅴ级缺乏水平(表2),2009—2011年碱解氮平均含量为96.15mg/kg,达到土壤肥力Ⅲ级中等标准,是1982年的1.6倍,年变化速率x分别为2.03%、1.58%、1.70%,x>0。1982年付家街村风沙土碱解氮含量为24.40mg/kg,处于Ⅵ级极度缺乏状态,2009—2011年碱解氮平均含量为49.74mg/kg,达到土壤肥力Ⅴ级标准,是1982年的2倍,但仍处于较缺乏的状态,而其年变化速率x分别为3.14%、2.82%、2.06%,x>0(表1)。2.4选择合适的肥料、秸秆等有机质还田方式,提高有效磷含量梨树县第二次土壤普查土壤严重缺磷,施用磷肥增产效果明显,农户重视磷肥施用,并取得了显著的效果,土壤有效磷含量显著增加。2009—2011年高家村土壤有效磷平均含量为49.23mg/kg,是1982年的22.4倍,从1982年Ⅵ级极缺乏水平上升到Ⅰ级极其丰富的状态,年变化速率x分别为12.08%、12.86%、11.58%,x>0。2009—2011年付家街村有效磷平均含量为42.41mg/kg,是1982年的32倍,由Ⅵ级极缺乏水平上升到Ⅱ级丰富的水平,年变化速率x分比为15.66%、13.20%、12.26%,x>0(表1)。施用有机肥料和秸秆等有机质还田,可以提高土壤有效磷含量,其主要机制是可以降低土壤吸附、增加磷解吸;有机物质矿化分解时,产生有机酸和腐殖质酸能加强土壤矿质养分的溶解;有机质能络合金属离子,减少其对磷的固定,活化土壤中难溶性磷;土壤有机质在适宜的条件下矿化产生有效磷,提高有效磷的含量。梨树县2007年开始实施秸秆全覆盖还田措施,增加了土壤有机质,也提高了土壤有效磷的含量。2.5年变化速率第二次土壤普查以来使用方便的钾肥逐渐取代了草木灰和炕洞土等传统肥料,使土壤中速效钾的含量增大。1982年高家村土壤速效钾含量为122.8mg/kg,处于肥力标准的Ⅲ级中等水平,2009—2011年的平均值达到319.22mg/kg,达到肥力标准的Ⅰ级极丰富水平,比1982年增加2.6倍,年变化速率x分别为4.06%、3.25%、3.49%,x>0。付家街村2009—2011年土壤速效钾含量的平均值为161.24mg/kg,是1982年的2倍,速效钾由1982年的Ⅳ级较缺乏水平上升到Ⅲ级中等水平,年变化速率x分别为3.63%、2.44%、2.83%,x>0(表1)。3对土壤有机质含量的影响1982年第二次土壤普查时,梨树县高家村黑钙土和付家街村土壤有机含量较低,分别为1.80%和1.41%。高家村2007年、付家街村2008年开始推广秸秆全覆盖还田免耕技术补充土壤有机质,2009—2011年3年间土壤有机质含量逐年增加,但付家街3年的平均值仍然低于1982年土壤普查值,2008年实施秸秆全覆盖还田耕作技术,土壤有机质含量逐年增加。但秸秆在土壤中的矿化速率与土壤肥力有关,在不同土壤类型上存在差异。王旭东等认为玉米秸秆在中等肥力田块上矿化率高,是由于中肥力土壤本身的有机质质量分数相对较低,施用速效养分促进微生物对秸秆的分解;低肥力田块上矿化率低,是由于土壤速效氮含量低,土壤微生物数量较少及活性较低,减少了有机质的矿化率。本研究中,实施秸秆全覆盖还田免耕技术后,中等肥力的黑钙土2009—2011年有机质增加了0.25%,低肥力的风沙土2009—2011年有机质增加了0.49%。这与王旭东等的研究结果是一致的。土壤有机质含量的提高是一个渐进的过程,对于土壤有机质的培肥过程也遵循这一规律。氮肥施入农田后一部分被作物吸收,一部分残留在土壤中,其余的通过不同机制和途径损失。2009年梨树县在作物生长季遭受严重干旱,除了一部分氮素以氮挥发的形式损失以外,由于土壤湿度低,降低了农作物对氮的吸收利用,土壤氮素积累。2010年和2011年降水丰富,雨热同季,土壤墒情适宜,农作物生物量大,氮的吸收量增加,带走大量氮素,土壤中的碱解氮剩余较少,含量低于2009年。付家街村风沙土较黑钙土的有机质含量低,缓冲能力较弱,土壤保墒保肥能力差,干旱使土壤湿度较低,农作物吸收氮素较少,氮素主要以氨挥发的形式损失;水热条件较好时,除农作物吸收的氮以外,土壤氮素主要随降水,通过风沙土的高渗透强度而淋失。因此付家街村土壤碱解氮的含量整体小于高家村。1982—2011年高家村和付家街村土壤有效磷含量上升幅度较大。土壤有效磷含量的变化主要受施肥管理的影响,随着磷肥施肥量的增加,土壤有效磷的含量也有所增加。此外,土壤质地和降水对其有一定的影响。土壤通气条件好、高温有利于矿质磷的溶解,土壤中的磷素可通过地面径流、深层渗漏等途径损失。2009年的干旱一方面抑制了农作物对土壤有效磷的吸收利用,另一方面,降水较少,磷的淋失转移量减少,使有效磷在土壤中积累。2010年和2011年梨树县降水比较多,雨热同季,磷的有效增加,农作物生长旺盛,生物量大,吸收带走的磷素比较多。1982—2011年土壤速效钾含量变幅较大,高家村土壤速效钾由Ⅲ级中等水平上升到Ⅰ级极丰富水平,付家街村则由Ⅳ级较缺乏水平上升到Ⅲ级中等水平。施入土壤中的钾,移动性相对较大,当季利用率较高,在降水较多的情况下,钾元素在土壤中很容易淋失,一次大量施用钾肥,在降雨量大时常会引起钾的淋溶损失。2009年梨树县作物生长季降水少,减低了农作物对钾素的吸收,土壤速效钾含量相对较高,2010年和2011年降水较多,降水淋溶损失和作物从土壤中带走的钾素较多,导致其含量低于2009年。付家街村土壤以砂土为主,土壤钾含量低于高家村。本研究以第二次土壤普查为背景,对梨树县2009—2011年高家村黑钙土和付家街村风沙土两个典型土壤类型进行跟踪取样调查。2009年梨树县发生罕见的春旱、伏旱和秋吊,减少了农作