组合调理剂对南方低丘新垦耕地肥力质量提升效果研究.pdf
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1、2023,45(4)DOI:10.13836/j.jjau.2023092Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensishttp:/江西农业大学学报 组合调理剂对南方低丘新垦耕地肥力质量提升效果研究丁志峰,陈宇航,徐秋桐,章明奎*(浙江大学 环境与资源学院,浙江 杭州 310058)摘要:【目的】南方丘陵地区新垦耕地普遍存在有机质偏低、结构不良、氮磷钾等养分不足及水肥气热不协调等问题,采用单一调理剂难以全面改善其肥力质量。【方法】以浙江省衢州市新耕的低丘红砂田和黄筋泥田(分别代表砂质和黏质土壤)为例,采用矿物(膨润土、硅藻土)、结构调理剂(聚丙烯酰胺)
2、、有机物料(生物质炭、泥炭、商品有机肥)和石灰石粉等多种调理剂组合,通过田间小区试验探讨利用组合调理剂对南方低丘新造耕地土壤肥力的综合改良效果。【结果】与不施用调理剂的对照比较,矿物、结构调理剂、有机物料和石灰石粉等不同调理剂组合均有助于新造耕地土壤肥力质量的提高,但不同组合方式对耕地土壤肥力因素的影响也有较大的差异。矿物材料和结构调理剂主要改善了土壤物理性状,降低土壤容重,提高土壤中水稳定性团聚体的数量和饱和持水量,增加土壤的透水性;其中,膨润土的施用还可明显增加了红砂田的CEC,硅藻土的施用轻微降低了黄筋泥田的CEC。生物质炭、泥炭、商品有机肥等3类有机物料对改善土壤性状有明显的差异,降低
3、土壤容重与增加土壤有机碳和饱和导水率的效果由高到低依次为:生物质炭、泥炭、商品有机肥,但高量施用生物质炭或泥炭可能会对土壤有机碳的品质产生负影响(降低了腐殖质碳占有机碳的比例)。提高土壤水稳定性团聚体与增加土壤全磷、全氮、碱解氮、速效磷的效果由高到低依次为:商品有机肥、生物质炭、泥炭;提高土壤饱和持水量的效果以泥炭为最佳,其次为生物质炭。施用生物质炭和泥炭对增加红砂田CEC的效果好于施用商品有机肥。另外,石灰石粉和生物质炭的施用可明显提高土壤pH值;石灰的施用可在一定程度上提高土壤保肥性,轻微增加红砂田的导水率和改善土壤养分的有效性。土壤改良的经济效益是一次投入多年获益,其效益是长期性和持久性
4、的,投入当年一般为负收益。【结论】综合土壤质量变化数据和作物产量及产投比较,考虑到生物质炭和泥炭成本较高,认为南方丘陵区新垦耕地土壤改良应在组合施用矿物、结构调理剂和石灰石粉的同时,以商品有机肥与生物质炭(或泥炭)配合施用为宜。关键词:新垦低丘耕地;复合调理剂;矿物材料;结构调理剂;有机物料;石灰石粉;肥沃耕层中图分类号:S156;S158 文献标志码:A 开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1000-2286(2023)04-0994-12Effect of Combined Conditioner on Improving Fertility Quality of Newly
5、 Cultivated Land in Southern Low HillsDING Zhifeng,CHEN Yuhang,XU Qiutong,ZHANG Mingkui*(College of Environmental and Resource Sciences,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)收稿日期:20230125 修回日期:20230415基金项目:浙江省“尖兵”“领雁”研究攻关计划项目(2022C02036)和国家自然科学基金面上项目(42271047)Project supported by“Pioneer”and“Lea
6、ding Goose”R&D Program of Zhejiang(2022C02036)and National Natural Science Foundation of China(42271047)作者简介:丁志峰,硕士生,orcid.org/0009-0009-0710-851X,;通信作者:章明奎,教授,博士,主要从事土壤地理与土壤质量管理研究,orcid.org/0000-0002-6563-0949,。丁志峰,陈宇航,徐秋桐,等.组合调理剂对南方低丘新垦耕地肥力质量提升效果研究 J.江西农业大学学报,2023,45(4):994-1005.DING Z F,CHEN Y H,
7、XU Q T,et al.Effect of combined conditioner on improving fertility quality of newly cultivated land in southern low hillsJ.Acta agriculturae universitatis Jiangxiensis,2023,45(4):994-1005.第 4 期丁志峰等:组合调理剂对南方低丘新垦耕地肥力质量提升效果研究Abstract:ObjectiveThere are many deficiencies in newly reclaimed red soil farm
8、land,such as low organic matter,poor structure,insufficient nutrients and uncoordinated water,fertilizer,gas and heat.It is difficult to improve the fertility quality of newly reclaimed red soil farmland comprehensively by using a single conditioner.MethodTaking the newly cultivated paddy field on r
9、ed sandstone soil and paddy field on quaternary red soil(representing sandy soil and clayey soil,respectively)in low hilly region as examples,this study adopts minerals(bentonite,diatomite),structural improvers(polyacrylamide),organic materials(biomass charcoal,peat,commercial organic fertilizer)and
10、 limestone powder as a combination of conditioners and a field plot experiment was conducted to investigate the comprehensive improvement effect of different compound conditioners on the fertility indexes of newly cultivated red soil.Result Compared with the non-application of conditioners,different
11、 combinations of conditioners,such as minerals,structural modifiers,organic materials and limestone powder,were helpful to improve the fertility quality of newly reclaimed red soils,but the effects of the different combinations on the fertility of the cultivated land were different.In general,the ap
12、plication of minerals and structural conditioners was mainly to improve soil physical properties,reduce soil bulk density,increase the number of water-stable aggregates and saturated water holding capacity,and increase soil water permeability.The application of bentonite could increase the CEC of pa
13、ddy field on red sandstone soil,and the application of diatomite could slightly reduce the CEC of paddy field on quaternary red soil.Biomass charcoal,peat,commercial organic fertilizer and other three kinds of organic materials were significantly different in improving soil properties.The effects of
14、 reducing soil bulk density and increasing soil organic carbon and saturated water conductivity decreased in the order of biomass carbon peat commercial organic fertilizer,but high application of biomass carbon or peat might have a negative impact on the quality of soil organic carbon(i.e.,reducing
15、the proportion of humus carbon in organic carbon).The effects of improving water stability aggregates and increasing total phosphorus,total nitrogen,alkaline hydrolysis nitrogen,available phosphorus decreased in the order of commercial organic fertilizer biomass charcoal and peat.The peat had the be
16、st effect of increasing saturated water holding capacity,followed by biomass charcoal.The effect of applying biomass charcoal and peat on increasing CEC in paddy field on red sandstone soil was better than that of applying commercial organic fertilizer.In addition,the application of lime and biomass
17、 charcoal could significantly improve the soil pH value.The application of lime could improve the soil fertility to a certain extent,slightly increased the water conductivity of red sandstone soil and improved soil available nutrients.The economic benefits of soil conditioner involved multiple years
18、 of investment,with long-term and persistent benefits.The economic benefits of soil conditioner in the current year were generally negative.ConclusionBased on soil quality change data,crop yield,the ratio of output to input and the high cost of biomass charcoal and peat,it is suggested that the comb
19、ination of minerals,structural conditioners and limestone powder should be applied in the improvement of newly reclaimed red soils,while the combination of commercial organic fertilizers and biomass charcoal(or peat)should be applied.Keywords:newly reclaimed low hilly farmland;compound conditioner;m
20、ineral materials;structural conditioner;organic materials;limestone powder;fertile tillage layer【研究意义】土壤肥力的形成是自然成土因素与人为活动共同作用的结果,不同土壤类型的肥力特征存在区域差异,当这些土壤被开垦为农业用地时常常存在一个或多个限制因素影响农作物的正常生长。为了最大限度地满足农作物的正常生长,以获得高产稳产,通过土壤改良和土壤培肥消除以上限制因素就成为日常耕地管理的重要内容1-2。【前人研究进展】土壤改良是指排除影响农作物生长和引起土壤低产等不利因素,改善土壤性状、提高土壤肥力,为农
21、作物创造良好的土壤环境条件的一系列技术措施的统称3-5。过去几十年,国家实施标准粮田建设、中低产田改造、土地整治、沃土工程、农业综合开发、测土配方施肥等项目6-9,都涉及土壤改良。由于各地气候、地形、成土母质、利用方式的不同,限制耕地 995江 西 农 业 大 学 学 报第 45 卷生产力的因素也有较大的差异,常见的低产类型包括瘠薄型、干旱缺水型、坡耕地型、渍涝型、盐碱型、酸化型、污染型、风沙型等10-11。从治理对象来看,土壤改良包括直接改土法(即通过改变土壤来改良土壤)和间接改土法(即通过改变环境来改良土壤)二类;从实现途径上,土壤改良包括水利土壤改良、工程土壤改良、生物土壤改良、耕作土壤
22、改良、化学土壤改良等方法12。不同区域耕地的低产成因类型差异较大,改造所需技术也不尽相同。近年来,应用土壤调理剂提升土壤质量已成为土壤改良的主要途径13-15,主要通过改良土壤的物理、化学和生物性质,使其更适宜于作物生长16-17。中国南方丘陵地区耕地需求与建设占用的矛盾日益尖锐,开垦低丘红壤是这一地区补充耕地的重要来源。但由于低丘新开垦耕地土壤存在表土太薄、有机质偏低、死土裸露、结构不良、氮磷钾等养分不足及水肥气热不协调等众多的问题18-21,因此,新开垦的农田在正常农业利用前必须经过长期的改良与培肥,如何快速培肥熟化是红壤开垦成败的关键。【本研究切入点】以往在进行土壤改良时,多重视单一肥力
23、指标或单一技术的应用22-26,针对南方低丘新垦耕地土壤众多的肥力问题且地力较低的耕地的综合改良技术明显不足,迫切需要发展土壤有机质数量与品质兼顾、土壤降酸与增(加对酸的)缓(冲能力)同步考虑、土壤化学与物理性状同等对待、土-水-肥一体化管理的快速协同发展的培肥技术。【拟解决的关键问题】本研究拟通过田间小区试验探讨利用组合调理剂对南方低丘新耕土壤肥力质量的综合改良效果,为快速熟化低丘新造耕地土壤提供依据。1 材料与方法1.1供试土壤和调理剂试验在浙江省衢州市2类质地不同的新垦低丘耕地上进行,试验地015 cm土壤性状见表1。2处新垦耕地垦造前均为荒坡地,主要生长杂草和灌木。试验用调理剂包括膨润
24、土、硅藻土、石灰石粉、生物质炭、泥炭、聚丙烯酰胺、商品有机肥,均为市售产品。其中,生物质炭由小麦秸秆在350 下厌氧烧制;所用矿物(膨润土、硅藻土)具有保肥和改良土壤结构的作用;聚丙烯酰胺为结构调理剂和保水剂16;商品有机肥、泥炭、生物质炭具有改良结构和提供养分的作用;石灰石粉具有降酸的作用。经测定,生物质炭中有机碳含量为53.4%,全氮含量为3.3 g/kg,pH 10.2,含Ca、K和P分别为14.4,22.5,13.3 g/kg;商品有机肥含有机碳为37.5%,全氮为18.34 g/kg,pH 6.22,含Ca、K和P分别为11.40,21.23,16.38 g/kg;泥炭含有机碳为40
25、.6%,全氮为7.34 g/kg,pH 7.12,含Ca、K和P分别为3.12,1.47,0.38 g/kg,pH 7.2。1.2试验设置试验在浙江省衢州市龙游县进行,试验地位于典型的亚热带地区,年平均气温 17.5,年降水量 1 400 mm。设小区试验,小区面积4.50 m2。根据砂土和黏土的特点及室内培养试验,2种土壤的处理略有不同,分别设8个处理,3个重复。砂壤土处理:(1)对照(CK1):不施调理剂;(2)膨润土+聚丙烯酰胺+商品有机肥(MPC1);(3)膨润土+聚丙烯酰胺+泥炭(MPM1);(4)膨润土+聚丙烯酰胺+生物质炭(MPB1);(5)膨润土+聚丙烯酰胺+1/2商品有机肥+
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