李 响，辛 刚

(黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163319)

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验地点位于黑龙江八一农垦大学教学科研基地，地处松嫩平原西部，属中温带大陆性季风气候区，年均气温3.5 ℃，无霜期130 d，有效积温2840 ℃。供试土壤为石灰性黑钙土，供试玉米品种为鑫钰2号。

1.2 试验设计

试验共设置5个处理，以不进行土层置换为对照(CK)，土层置换(T1)、土层置换+秸秆(T2)、土层置换+500 kg/667m2烘干鸡粪(T3)、土层置换+40 %理论磷肥施用量(T4)，不同处理具体施肥情况如表1所示。

土层置换的本质即将(30±10)cm的耕底层土壤和20 cm以下的耕层土壤进行置换。主要操作流程是：收割农作物后用机械灭茬耙平再进行土层置换。即采用小型挖土机将0～20和20～40 cm挖出分别堆放，然后先将0～20 cm的土壤填回，T2处理铺上秸秆，再将20～40 cm的土层铺于0～20 cm土层之上，铺平后进行施肥处理，起垄整成待播状态。

表1 不同处理下施肥情况

试验采用完全随机处理，单个小区面积为50 m2。试验持续3年(2016-2018年)，2016年各处理小区确定后试验排列不变。连续3年种植作物为玉米，采用根垄栽培，垄间距为65 cm，垄上单行种植，行长为10 m，种植密度为4000株/667m2，其他试验过程中的田间管理方式同大田。在不同时间段内，做基肥、拔节、穗肥施入的氮肥配比为40 %、30 %、30 %。氮肥的氮源为尿素(N，46 %)，施入量为 N 8 kg·667m-2；磷肥为过磷酸钙 (P2O5，17 %)，施入量为 P2O54 kg·667m-2；钾肥为硫酸钾(K2O，50 %)，施入量为 K2O 6 kg·667m-2。磷肥做基肥一次施入，钾肥 60 %做基肥施入、40 %做穗肥施入。

1.3 测定项目及方法

试验于2016年10月11日、2017年10月9日和2018年10月10日连续3年测定土层置换后的0～20 cm(上层土壤)、20～40 cm(下层土壤)的pH值和阴阳离子含量。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2016进行数据统计与作图、采用DPS7.05进行T检验方差。

2 结果与分析

2.1 土层置换对土壤阳离子的影响

土壤阳离子可以调节土壤次生盐渍化和连作障碍，有利于保持土壤质量。伴随着施肥处理方式的不断变化，K+、Ca2+、Na+、Mg2+的含量也存在较大的差异性。

如表2所示，0～20 cm土层，2016-2018年3年的各个处理中，水溶性钾含量T1、T2、T3、T4与CK均产生显著性差异。CK处理中，水溶性钾含量2016-2018年由15.28 mg/kg降低为12.66 mg/kg，呈现一个显著降低的趋势；T1与T4呈现一个显著增加的趋势；而T2、T3、T4则是先降低后增加，就2018年来看，T1、T2、T3、T4显著高于CK，T3水溶性钾含量最高为16.96 mg/kg，与CK相比含量增加了33.97 %。由此可见，0～20 cm的CK土壤水溶性钾离子含量呈现降低趋势，而土层置换后土壤水溶性钾离子含量呈现增加趋势，T3的水溶性钾离子含量最高，有利于植物进行钾离子的吸收。

20～40 cm土层中，2016-2018年3年的各个处理中，水溶性钾含量T1、T2、T3、T4与CK均产生显著性差异。T2的变化较大，2016年为25.70、11.82、14.26 mg/kg，这可能与秸秆中的可溶性钾离子释放有关。CK、T1、T3、T4呈现增加的趋势，2018年T2、T3、T4显著高于CK，T3水溶性钾含量最高为15.36 mg/kg，与CK相比含量增加了21.23 %。由此可见，20～40 cm的CK土壤水溶性钾离子含量呈现显著增加趋势，而土层置换后除了T2处理，T1、T3、T4处理土壤水溶性钾离子含量呈现增加趋势，T3的水溶性钾离子含量最高。

表2 不同处理对土壤水溶性钾离子含量的影响

表3 不同处理对土壤水溶性钠离子含量的影响

如表3所示，0～20 cm土层中，2016-2018年3年的各个处理中，水溶性钠离子含量T1、T2、T3、T4与CK均产生显著性差异。CK的钠离子含量为31.27、26.31、54.49 mg/kg，T1为6.59、36.45、46.18 mg/kg，CK与T1相比，呈现一个相反的趋势，说明土层置换后水溶性钠离子具有表聚性。就其同一处理的年份差异而言，CK处理中，水溶性钠离子含量2016-2018年由31.27 mg/kg降低为26.31 mg/kg再上升到54.49 mg/kg；T1处理中，水溶性钠离子含量由6.59 mg/kg上升为46.18 mg/kg，呈现一个快速增加的趋势；而T2、T3则是先降低后趋于稳定，T4是先增高后降低。T3处理的稳定性最好。

表4 不同处理对土壤水溶性钙离子、镁离子含量的影响

20～40 cm土层中，2016-2018年3年的各个处理中，水溶性钠离子含量T1、T2、T3、T4与CK均产生显著性差异。2016年T2的水溶性钠离子含量最高为117.70 mg/kg，其波动性较大，与其他处理达到极显著水平，CK的钠离子含量为26.72、19.54、15.09 mg/kg，低于0～20 cm的CK处理，进一步说明钠离子具有表聚性，T1、T2、T3、T4的土壤进行了土层置换，钠离子含量与CK相比呈现增长趋势，就各处理年份之间而言，T3钠离子含量变化较为稳定。

如表4所示，水溶性钙和镁对土壤团的成型具有十分重要的促进作用。在2016-2018年不管是0～20 cm还是20～40 cm土层，水溶性钙的含量更高。

0～20 cm土层中，水溶性钙离子与镁离子表现出了较大的一致性，其钙离子与镁离子含量T1、T2、T3、T4与CK均产生显著性差异。2016-2018年，钙离子中CK与T1表现为先升后降，T2表现为先降后升，T3、T4表现出持续降低。2018年T3的水溶性钙离子为172.27 mg/kg，显著低于其他处理，与对照相比降低了23.13 %。镁离子中CK、T1、T4表现为先升后降，T2表现为持续上升，T3表现出持续降低。2018年T3的水溶性镁离子为10.11 mg/kg，显著低于其他处理，与对照相比降低了41.93 %。

20～40 cm土层中，水溶性钙离子与镁离子表现规律不一致，其钙离子与镁离子含量T1、T2、T3、T4与CK均产生显著性差异。2016-2018年，钙离子中CK表现为持续下降，T1表现为持续上升，T2、T3、T4表现先降低后上升。2018年T3的水溶性钙离子为164.74 mg/kg与CK188.13 mg/kg相比，下降幅度为14.20 %，显著低于其他处理下降幅度。镁离子中CK、T1、T2、T3、T4均表现为先升后降。2018年T3的水溶性镁离子为9.88 mg/kg，显著低于其他处理，与对照相比降低了9.51 %。

由此可见，土层置换后，施用基肥并加施有机肥的处理(T3)对于水溶性钙镁离子的平衡具有较好的效果。

2.2 土层置换对土壤阴离子的影响

如表5所示，碳酸氢根离子土层之间的差异较小。0～20 cm土层中碳酸氢根离子以2016年T2处理的含量最高为1.31 mg/kg，显著高于CK处理。2018年则各个处理差异较小；总体而言，T3碳酸氢根离子3年的稳定性差别不大。20～40 cm土层随着时间的增加，各个处理中碳酸氢根离子变化较小，T3处理中2016-2018年3年变化不显著。由此可知，土壤置换在一定程度上会增加碳酸氢根离子，但增施不同肥源会起到平衡土壤酸碱度的作用，T3处理效果最好。

如表6所示，0～20 cm土层中，氯离子含量T1、T2、T3、T4与CK均产生显著性差异。2016-2018年，CK、T1、T4表现为剧烈上升后再迅速下降。T2表现为先降低后上升，T3表现为持续降低，2018年T3的氯离子为8.59 mg/kg，显著低于其他处理。20～40 cm土层中，氯离子含量各处理表现为持续降低，2018年T3的氯离子为9.44 mg/kg，显著低于对照。由此可见，T3对氯离子的持续抑制效果较为显著。

表5 不同处理对土壤碳酸氢根离子含量的影响

表6 不同处理对土壤氯离子含量的影响

如表7所示，0～20 cm土层中，硫酸根离子含量T1、T2、T3、T4与CK均产生显著性差异。2016-2018年，CK、T1、T2表现为持续上升趋势。T3、T4则是先上升后降低，2018年T1的硫酸根离子为59.75 mg/kg，显著高于对照及其他处理，T3的硫酸根离子为31.47 mg/kg，显著低于其他处理。

20～40 cm土层中，硫酸根离子含量CK、T1表现为先升后降。T2、T3、T4则是先降后升，2018年T1的硫酸根离子为53.85 mg/kg，显著高于对照及其他处理，2018年T3的硫酸根离子为24.70 mg/kg，显著低于其他处理，且与2016年的23.14 mg/kg无显著性差异，趋于稳定。

由此可知，土层置换有利于硫酸根离子的积累，但增施不同肥源反而抑制了土壤阴离子的积累，试验条件下，以T3处理最佳。

2.3 土层置换处理对土壤pH值的影响

土壤的酸碱度保持在一个相对稳定的状态具有十分重要的意义。这是因为其能够促使农作物增产。由图1可以看出，土壤置换加施基肥后，再加施秸秆、有机肥或化肥的处理对土壤酸碱度的影响较小。不管是0～20 cm还是20～40 cm土层中土壤pH值的整体变化不大，但只进行土层置换加施基肥(T1)处理呈先增加后降低趋势，在2017年时0～20 cm土层中pH值达到最大值为8.76，20～40 cm土层中pH值为9.86，显著高于对照处理，差异性显著，并呈现弱碱性。由此可知，土壤置换在一定程度上会增加土壤pH值，但增施不同肥源会起到平衡土壤酸碱度的作用。

3 讨 论

土壤阳离子是参与玉米的渗透作用和离子效应，可以调节土壤次生盐渍化和连作障碍，有利于保持土壤质量。朱宝国等[14]指出土层置换后表层土壤被翻入下层，下层土壤置换到表层养分含量低，必须依据土壤的含量成分来进行施肥才能满足植物的成长需求。本文通过土层置换与培肥两种措施来分析石灰性黑钙土的土壤盐基离子的影响，研究指出土壤水溶性钾离子、钠离子、钙离子以及镁离子的含量各层变化存在差异性。赵维俊等研究[15]认为土壤阳离子交换量随土层深度增加，土壤盐基离子交换性钾离子、钠离子、钙离子、镁离子含量随土层深度变化规律各不相同，交换性钾离子含量持续降低，其他3种的含量变化并不显著，这与论文中对照部分的可溶性钾离子随土层降低相一致。马宏秀等[16]关于盐渍化土壤团聚体的研究结论中侧面验证了土壤盐基离子交换规律，与本文结论存在部分差异在于本文在二者基础上研究更加深入，考虑了土层置换对不同深度盐基离子浓度的变化的影响，通过人为因素改变盐基离子分布规律，同时利用培肥方法提高土壤养分。有研究表明，化肥与有机肥配合施用能够有效增强土壤肥力，肥力提升要比单独施用化肥效果强[17-21]。这与本文的研究结果一致，盐基离子中的水溶性钾离子不论是0～20 cm还是20～40 cm，土层置换后添加基肥与鸡粪有机肥(T3)的处理水溶性钾离子含量最高，相比CK增加了33.97 %与21.23 %。钠离子CK与T1相比，呈现一个相反的趋势，说明土层置换后水溶性钠离子具有表聚性。这与黄尚书等[22]研究结果相一致，该学者通过对红壤坡地土壤钠离子研究发现，钠离子存在表聚性。钠盐积累过多时，容易造成土壤盐胁迫，锰、镁等离子溶淋消失，最终对作物产生毒害作用。本文研究发现水溶性Ca2+要比Mg2+的含量高，这与温军等[23]研究结果相一致，T3处理中，与对照相比降低了各个层面的土壤Ca2+、Mg2+含量，说明有机肥与化肥配施对于石灰性黑钙土起到了抑制性作用。

表7 不同处理对土壤硫酸根离子含量的影响

土壤阴离子可以调节土壤酸碱平衡，缓解土壤次生盐渍化和连作障碍，有利于保持土壤质量[24-25]，增施不同肥源会起到平衡土壤酸碱度的作用。植物对碳酸氢根离子的利用不仅能够增加植株对土壤无机碳的利用，还能够降低土壤的pH值，土壤氯离子的含量高低是检验土壤是否盐碱化的一个重要标准，土壤氯离子超标会引起土壤酸化，造成土壤板结[26]。在本研究条件下，土层置换与有机肥培肥处理的碳酸氢根离子、氯离子和水溶性钾离子与对照相比显著降低，而测定的土壤pH值显著降低，这与前人的研究结果一致[27-28]。同时本文在此基础上，提出观点，认为不管是0～20 cm还是20～40 cm土层中，土层置换会增加土壤碱性，难以通过土层置换来平衡土壤酸碱度，从而改善土壤环境；培肥技术能够弥补这一缺点，增施不同肥源会起到平衡土壤酸碱度的作用，土层置换结合有机肥供给可以显著改善土壤环境，并以增施500 kg/667m2烘干鸡粪处理的效果最佳，增加土壤肥力，能够为作物营造良好的土壤环境，适于推广应用。

4 结 论

(1)处理方式的不同，K+、Ca2+、Na+、Mg2+的含量与规律存在较大的差异性。2016-2018年3年的各个处理中，水溶性K+、Ca2+、Na+、Mg2+的含量T1、T2、T3、T4与CK均产生显著性差异。水溶性钾离子不论是0～20 cm还是20～40 cm，T3的处理水溶性钾离子含量最高，相比CK增加了33.97 %与21.23 %。

钠离子T3的含量0～20 cm为28.68、33.10、28.61 mg/kg，20～40 cm为36.32、17.43、36.90 mg/kg，随着年份的变化，T3处理钠离子变化趋于稳定。

在2016-2018年不管是0～20 cm还是20～40 cm土层，水溶性钙的含量更高。0～20 cm土层中，2018年T3的水溶性钙离子为172.27 mg/kg，显著低于其他处理，与对照相比降低了23.13 %。水溶性镁离子为10.11 mg/kg，显著低于其他处理，与对照相比降低了41.93 %。20～40 cm土层中，2018年T3的水溶性钙离子为164.74 mg/kg与CK 188.13 mg/kg相比，下降幅度为14.20 %，显著低于其他处理下降幅度。水溶性镁离子为9.88 mg/kg，显著低于其他处理，与对照相比降低了9.51 %。置换土层后，T3处理对于水溶性钙镁离子的平衡具有较好的效果。

总体而言，土层置换+基肥并施加有机肥(T3)处理效果最好，能够增加水溶性钾离子含量，平衡钠离子、碳酸氢根离子与pH酸碱性，降低钙离子、镁离子、硫酸根离子、氯离子含量。