田土壤的培肥效果

非腐解有机物对新修梯（条）田土壤的培肥效果

陈炳东¹　王生录¹　周广业²　崔云玲¹　严小龙²

（1甘肃省农科院土肥所　甘肃兰州　730070；2平凉地区农科所　甘肃平凉　744000）

摘要：在新修梯（条）田黑垆土上进行的20年秸秆还田定位试验和黄绵土施用非腐解玉米秸秆盆栽试验结果一致表明，秸秆直接施用较腐熟土粪更能显著提高土壤松结合态腐殖质和土壤五碳糖、六碳糖的含量。连年施用秸秆后，松结合态腐殖质达到腐殖质总量的30%左右，松紧腐殖质比值接近1∶1；土壤中与有机质分解转化密切相关的脲酶、转化酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性较施化肥和粪肥显著增加；同时秸秆有活化土壤磷素和减缓磷吸附固定的作用。因此，施用非腐解有机物是快速提高梯田土壤有机质，加快土壤腐殖质更新，增产稳产，保证农业持续发展的重要培肥措施之一。

关键词：梯田；土壤培肥；松结合态腐殖质；酶活性；磷素形态

农田是一个开放度极高的系统，不论种植何种作物，其生物产量的60%～80%，甚至90%将移出土壤界外，而作物所吸收的养分大部分或绝大部分由土壤提供，故土壤培肥是保护和提高土壤肥力实现农业可持续发展战略的重要措施之一。甘肃省每年新修梯田面积5.4万hm²左右，甘肃省现有梯田面积已达133万hm²以上，梯田建设作为改善甘肃旱区农业基本生产条件的主要措施，其面积将会进一步扩大。因此，快速培肥提高梯田土壤肥力水平，使新修梯田发挥增产增收作用，是目前农业科技工作的主要任务之一。

在过去以有机肥料为主的时代，人们普遍认为非腐解有机物碳氮比值过高，直接施用由于非腐解有机物进入土壤初始分解时土壤微生物吸取土壤中可给态养分，特别是氮素，常使土壤处于“氮饥饿”状态。现代农业通过大量施用化学肥料来供给作物较充足的可给态养分，并且调节了土壤中的C/N，这就为非腐解有机物直接施用提供了技术条件，国内外已有人大量报道证明，非腐解有机物可快速提高土壤肥力。姜岩等运用14C标记的追综试验证实，施用非腐解的玉米根茬和玉米秸秆可明显增多土壤重组有机质中的松结合态腐殖质及松结合态胡敏酸含量，这“意味着土壤中已渐老化的腐殖质获得某种程度的更新”^[1]。谭世文指出：“土壤肥力或许可能从这起始的快速分解作用的产物中获得某些好处”^[2]。非腐解有机物施入土壤既为土壤微生物提供了丰富的碳源和能源，改善了土壤生态环境条件，同时也增加了土壤生物活性^[3,10]。这就加速和调节了土壤中的植物营养物质，改善了土壤腐殖质的组成状况，因而增加了土壤的保肥能力，使土壤中养分免遭淋失和挥发^[4,5,6]。在借鉴国内外有关研究成果的基础上，我们在利用非腐解有机物对新修梯（条）田土壤的快速培肥过程中，对土壤碳、磷及生物活性的循环转化进行了研究，现将结果报告如下。

注：本文发表于《土壤通报》，2001,32（6）：262～266.

1　试验材料和方法

田间试验设在甘肃省泾川县高平农场，土壤为黑垆土，1976年修整条田，1977年匀地一年，1978年开始进行长期定位试验，设4个处理：①不施肥；②每年施N90kg+P₂O₅75kg/hm²；③每年施土粪75 000kg/hm²；④每年施N90kg+秸秆（粉碎）3750kg/hm²+隔年施P₂O₅75kg/hm²，每处理667m²，采取小麦、玉米轮作的方式。秸秆施入土层15～20cm深（机）翻，玉米为9月初施，小麦为7月初施。盆栽试验土壤选自静宁县八里乡小山村马圈山新修梯田，土壤为黄绵土。1998年在机修梯田多点取0～20cm土样混匀装盆。设5个处理：①N90kg+P₂O₅75kg/hm²；②土粪75000kg/hm²；③N90kg+P₂O₅75kg/hm²+秸秆（粉碎）4500kg/hm²；④N90kg+P₂O₅75kg+秸秆（粉碎）7500kg/hm²；⑤以不施肥的土壤作对照；用20×20瓦氏盆，每盆装土10kg，肥料按耕作层土重225×10⁴kg/hm²计算加入，每处理重复5次，种植作物第一茬为谷子，第二茬黄豆，每盆留苗均为4株。分别于田间试验第12年（1990）和第20年（1998）作物收获后及盆栽试验谷子、黄豆生长的不同时间取土样测定土壤腐殖质组成，无机P形态组成、酶活性及五碳糖、六碳糖含量。供试土壤基本性状见表1。分析方法：土壤腐殖组成、五碳糖、六碳糖按《土壤有机质研究法》中所述方法测定^[7]，无机P形态按蒋柏藩、顾益初改进方法分析，土壤酶活性按《土壤肥力研究方法》提供的方法测定^[8]。

表1　供试土壤基本性状

2　结果与讨论

2.1　非腐解有机物对土壤松结合态腐殖质的影响

非腐解有机物施入土壤后，形成了较大数量的新生的腐殖物质。由表2结果看出：田间试验第12年后测定，不施肥的处理土壤松结合态腐殖质占重组有机碳的14.5%，施NP化肥的处理占15.2%，施土粪处理占17.2%，施玉米秸秆处理占22.6%；当田间试验进行到第20年后测定时，对应处理土壤松结合态腐殖质占重组有机碳的比例分别为12.1%、16.7%、20.1%和29.1%，无论是第12年或是第20年的结果均以施玉米秸秆处理土壤松结合态腐殖质占重组有机碳的比例为最高，土粪和NP化肥处理次之，同时可看出，随着试验的年限延长，其比例不断增大，尤其施玉米秸秆的处理。这说明，非腐解有机物明显增进了土壤的“新鲜”有机质的更新过程。从（图1）可看出，新修梯田黄绵土施入玉米秸秆后，松结合态腐殖质数量在不同分解时期均有较大幅度的增加，在施后90天时达到分解高峰期。施土粪处理虽较施NP化肥处理松结合态腐殖质数量大幅度提高，但各时期都低于施玉米秸秆。姜岩等^[1]认为，松结合态腐殖质数量的增多，意味着土壤中已渐老化的腐殖质获得某种程度的更新^[1]，而施用非腐解的玉米秸秆较施腐熟土粪松结合态腐殖质明显增多，表明土壤肥力得到培肥。因此，土壤有机质培肥不仅是补充、保持和提高土壤有机质，更为重要的是通过有机物的施用，不断更新土壤中已渐老化了的腐殖物质，从而保持地力常新。

表2　黑垆土长期施肥对土壤腐殖质组成的影响（g/kg）

图1　玉米秸秆不同分解时期黄绵土松结合态府殖质的变化

2.2　非腐解有机物对土壤碳水化合物和酶活性的影响

碳水化合物对土壤肥力具有多方面的作用。研究表明，分离出的多糖具有较腐殖质更为强大的团聚土壤颗粒的能力；在有机物含量低的土壤中，它可能是形成水稳性团聚体的主要胶结剂^[7]。另外，碳水化合物是土壤微生物的能源物质。因此，它的性状与土壤的生物化学活性，以及与土壤有机质的分解与转化相关联的生物化学反应密切相关。由于酶促反应是土壤中生物化学过程的主要作用，因此我们测定了与土壤中有机质转化密切相关的几种土壤酶活性的变化及易分解碳水化合物（如五碳糖、六碳糖）的含量，用以说明非腐解有机物对土壤生物化学过程的影响。

在田间定位试验20年后测定（表3），黑垆土土壤施土粪和玉米秸秆处理，五碳糖（PEN）和六碳糖（HEX）及土壤脲酶、转化酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性都较不施肥和施氮磷化肥大幅度增加，而且施秸秆又较施土粪明显提高。这一结果说明，施有机肥不仅保持了较高的有机质数量，而更主要的是加速了土壤生物化学进程，促进了物质转化的速率，从而保持和更新了土壤有机质的质量。

表3　长期施肥对黑垆土土壤碳水化合物和酶活性的影响

图2　黄绵土不同施肥处理土壤六碳糖的变化

图3　黄绵土不同施肥处理土壤五碳糖的变化

图4　黄绵土不同施肥处理土壤脲酶活性的变化

图5　黄绵土不同施肥处理土壤转化酶活性的变化

新修梯田黄绵土施入玉米秸秆不同分解时期测定结果（图2，3，4，5，6，7）表明，施玉米秸秆较施腐熟土粪土壤五碳糖、六碳糖及酶活性明显提高。这是由于非腐解有机物在土壤中分解时，易分解碳水化合物增多，加速了微生物繁殖，出现了土壤生物活性的高峰，从而加速了土壤腐殖质及营养元素的更新。因此，土壤有机培肥的目的或土壤培肥的作用之一就是要不断地改善土壤中碳水化合物的质量和维持较高的土壤微生物活性，从而降低有机质的老化程度。

2.3　非腐解有机物对土壤磷的影响

对黑垆土施肥20年后耕层土样和黄绵土施肥120天时无机P的形态组成进行的分析结果表明（表4）。黑垆土和黄绵土施用磷肥后，Ca₂-P、Ca₈-P、A l-P、Fe-P含量都显著增加，尤以Ca₈-P增加幅度最大。说明化肥和有机肥施入土壤后，形成Ca-P，也形成相当数量的A l-P和Fe-P，即进行着Ca-P体系和A l-P、Fe-P体系两方面的转化，而在这两方面的转化中Ca₈-P起主导作用^[11]。在黑垆土长期定位试验中，不施肥区土壤无机P下降幅度较大，施用非腐解的玉米秸秆时Ca₂-P、Ca₈-P、A l-P和Fe-P含量明显高于施腐熟土粪处理，当然秸秆处理还包括隔年施用磷肥的效果。但Ca₁₀-P的含量秸秆处理不仅显著低于土粪处理，也低于施NP化肥的处理。这种情况在黄绵土盆栽试验120天时的测定中也同样存在。黄绵土施腐熟土粪后，在Ca₂-P、Ca₈-P、A l-P和Fe-P含量增加的同时，Ca₁₀-P含量也增加11mg/kg左右，而秸秆处理虽然因配施P₂O₅使Ca₂-P、Ca₈-P、A l-P和Fe-P大幅度增加，但Ca₁₀-P增加不明显。同时，该处理对作物活性较高的Ca₂-P含量高于NP化肥和土粪处理。这是非腐解有机物分解释放出有机酸活化了土壤磷素和有机物分解产生的碳水化合物掩敝了吸附位，减少了磷的吸附固定造成的^[9，10]。另外，由表4还可看出，施秸秆+NP肥时，土壤无机P总量低于NP化肥处理，而有机P的含量恰好相反。这是由于秸秆本身不仅提供了有机磷化合物，而且秸秆分解使土壤微生物大量繁殖，而微生物又对无机P有“生物固定”作用所致^[11]。

2.4　非腐解有机物对作物产量的影响

从表5产量结果看出，不论是田间长期定位试验多年平均产量，还是盆栽试验当年增产效果，施用非腐解的玉米秸秆配合NP化肥处理，都较施腐熟土粪和单施NP化肥显著增产。黄绵土盆栽试验不但第一季谷子增产显著，而且第二季黄豆因NP化肥和土粪处理肥效下降，使秸秆处理增产幅度较第一季还大。可见，直接施用非腐解有机物后，因其分解比较缓慢，故肥效比较长，有利于作物持续高产。

3　结论及建议

新修梯田施用非腐解的作物秸秆，具有快速提高土壤腐殖质的质量和活性，增加土壤五碳糖、六碳糖含量，加速土壤生物化学过程，加快土壤中物质循环的进程。同时，非腐解有机物还有活化土壤磷素、减少无机磷吸附固定的功效，这对于提高石灰性土壤磷肥的有效性有极重要的生产实际意义。甘肃省秸秆资源粗略估计每年接近1000万t，如果每年用1/3的秸秆资源直接用于梯田培肥，则现有梯田每hm²平均可保证2250kg秸秆，秸秆含有机碳37%以上，相当于每hm²投入有机质3%的土粪肥450 000kg。秸秆一般就地取材，既减少了大量的积造和运输用工，还能保证秸秆的养分归还土壤，减少了有机肥积制堆放过程中的有效养分和有益微生物的损失。因此，秸秆还田可快速提高梯田有机质水平、保持土壤有机质平衡、维持地力常新、提高土壤综合肥力，具有巨大的生态效益。

表4　施肥对土壤无机磷形态组成的影响　（mg/kg）

表5　不同施肥处理作物产量

注：表中相同字母之间表示差异不显著，小写字母代表5%差异水准，大写字母代表1%差异水准。