刘 昆， 徐嘉萍， 于天聪， 李婷玉， 韩成龙， 杨 巍*

(1.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江哈尔滨 150030；2.东北农业大学农学院，黑龙江哈尔滨 150030)



梯度堆肥添加对黑土理化性质的影响

刘 昆1， 徐嘉萍1， 于天聪2， 李婷玉1， 韩成龙1， 杨 巍1*

(1.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江哈尔滨 150030；2.东北农业大学农学院，黑龙江哈尔滨 150030)

[目的]揭示梯度堆肥添加对黑土理化性质的影响。[方法]以黑农35作为供试大豆品种，采用完全随机区组设计，共设4个处理，分别为堆肥添加量1.5、3.0、6.0 kg/m2,以不添加堆肥作为对照，研究不同堆肥添加量对土壤含水量、pH、总氮(TN)、总磷(TP)、有机质、速效磷、速效钾含量以及大豆产量的影响。[结果]大豆的不同生长发育期及梯度堆肥添加均可提高土壤有机质、TN、TP、速效磷和速效钾的含量以及大豆产量。其中，1.5和3.0 kg/m2的堆肥投入量对有机质、TN、TP、速效磷、速效钾含量较对照均有一定的提升，但并未达到显著水平，而堆肥投入量为6.0 kg/m2时，对土壤理化性质的改善最为显著。[结论]松嫩平原大豆生产中推荐堆肥添加量为6.0 kg/m2。

堆肥；大豆；土壤理化性质

当前，由于人类大规模的农业活动和对土壤资源的过度利用，土壤退化问题在全球范围内日益严峻。我国是受土壤退化影响最为严重的国家之一，全国土壤退化总面积达460 km2，占我国土地总面积的40%[1]。土壤退化导致的土壤理化性质恶化、土壤肥力衰竭、土壤物理结构破坏和农产品品质下降等一系列生态问题，已成为影响农业可持续发展及生态环境质量的重要问题[2-3]。另一方面，随着畜禽养殖规模化和集约化农业生产的发展，出现大量畜禽粪便和农作物秸秆等有机固体废弃物的堆积和不合理利用现象[4-5]。因此，科学合理地利用有机固体废弃物已经成为畜牧业和农业持续发展中面临的重要问题之一[6-7]。

实践证明，有机废弃物的高温堆肥化处理不仅使有机废弃物无害化和资源化，同时也是修复退化土壤的有效途径。堆肥是利用微生物将有机废弃物(如农作物秸杆和畜禽粪便)转化为可溶性养分和腐殖质的生物学过程[8]。与传统的有机肥相比，堆肥更稳定，缓释性更强，肥料利用率更高[9]。因此，合理的堆肥施用对于维持和提高土壤肥力和生产力、改良退化土壤及实现农业生产的可持续发展具有重要的理论意义和实际价值。因此，笔者在黑龙江省哈尔滨市向阳农场建立了“松嫩平原大豆农田生态系统对堆肥添加的响应与反馈作用” 长期定位研究平台，探讨梯度堆肥添加对黑土理化性质的影响，以期为大豆农田生态系统合理有效施用堆肥提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验材料供试大豆品种为黑农35，播种密度为50 株/m2。

1.2试验设计该定位试验于2005年5月在东北农业大学向阳试验站进行。试验设计为完全随机区组设计，4个处理，包括堆肥添加量分别为1.5 kg/m2(F1)，3.0 kg/m2(F2)和6.0 kg/m2(F3)，同时以不添加堆肥为对照(CK)，每处理4次重复。每小区面积为3 m × 3 m，各小区之间相隔 1 m 作为缓冲带(图1)，缓冲带不施肥。施肥于2015年4月底播种前进行。

1.3样品采集与处理2015年6～8月分别进行了3次样品采集。在每处理小区内随机采集5份土壤样品并混合为1份样品。将样品保存于冰盒内，带回实验室进行样品处理。新鲜土壤样品立刻进行土壤含水量测定。其余土壤样品置于通风阴凉处风干，风干后的土壤样品一部分通过1.00 mm筛，用于土壤pH、速效磷、速效钾含量的测定；另一部分土壤样品通过0.25 mm筛，用于土壤有机质、总氮(TN)、总磷(TP)含量的测定。

1.4测定项目与方法2015年7～9月分别采集试验地各试验小区的土壤样品，采用烘干法测定土壤含水量，采用电位测定法测定土壤pH，采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质含量，采用半微量开氏法测定TN含量，采用高氯酸-硫酸法测定TP含量，采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提法测定速效磷含量，采用1 mol/L乙酸铵浸提法-火焰光度法测定速效钾含量。

注：2、5、12、15 为CK，1、6、11、16 为 F1 处理(1.5 kg/m2堆肥)， 3、 8、10、13 为 F2 处理(3.0 kg/m2堆肥)，4、7、9、14 为 F3 处理(6.0 kg/m2堆肥)。Note：2, 5, 12 and 15 were CK; 1, 6, 11 and 16 were F1 treatment(1.5 kg/m2 compost); 3, 8, 10 and 13 were F2 treatment(3.0 kg/m2 compost); 4, 7, 9 and 14 were F3 treatment(6.0 kg/m2 compost).图1　各试验处理的小区设计Fig.1　Plot design of each test treatment

1.5数据处理与分析利用双因素方差分析(Two-way ANOVA)检验堆肥添加、大豆生长发育期和二者交互作用对土壤含水量、pH、有机质、TN、TP、速效磷和速效钾含量的影响。双因素方差分析前，所有数据均进行了方差齐性检验。双因素方差分析后，采用Tukey’s HSD方法比较不同处理之间的差异。以上所有数据分析在SPSS 20.0中完成。

2　结果与分析

2.1堆肥添加对土壤含水量与pH的影响双因素方差分析结果显示，施用堆肥和不同生长发育期显著影响土壤含水量(表1)。从图2可见，在苗期，F3处理的土壤含水量最高，且显著高于CK和F1处理；在开花期和成熟期，4个处理之间的土壤含水量差异不显著。

施用堆肥对土壤pH的影响极为显著，但是不同生长期及二者的交互作用对土壤pH并无显著影响(表1)。从图3可见，在苗期，F3处理的土壤pH最高，且显著高于CK；在成熟期，F3、F2处理的土壤pH均显著高于CK；在开花期，4个处理之间的土壤pH差异不显著。

2.2堆肥添加对土壤化学性质的影响

2.2.1有机质含量。 双因素方差分析结果表明，施用堆肥显著影响土壤有机质、TN和TP含量(表1)，不同生长期显著影响土壤有机质和TN含量，但是二者的交互作用对土壤有机质、TN和TP含量影响均不显著。

表1　双因素方差分析结果

注：不同柱上不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图2　不同处理土壤含水量比较Fig.2　Comparison of soil moisture contents among treatments

注：不同柱上不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图3　不同处理土壤pH比较Fig.3　Comparison of soil pH among treatments

从图4可见，在苗期，与CK相比，F3处理显著提高了有机质含量的151.76%；与F2相比，F3处理显著提高了有机质含量的58.08%；与F1相比，F3处理显著提高了有机质含量的86.05%。在成熟期，与CK相比，F3处理显著提高了有机质含量的91.86%；与F2相比，F3处理显著提高了有机质含量的39.72%；与F1相比，F3处理显著提高了有机质含量的32.67%。而无论在苗期或成熟期，CK、F1、F2处理间差异不显著。在花期，随着施肥量的增加，土壤有机质含量也随之显著提高。

注：不同柱上不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图4　不同处理土壤有机质含量比较Fig.4　Comparison of soil organic matter contents among treatments

2.2.2TN含量。从图5可见，在苗期和花期，随着施肥量的增加，土壤TN含量也随之显著提高，以F3处理的TN含量最高[苗期：(2.67 ± 0.34) g/kg，花期：(2.15 ± 0.23) g/kg]。在成熟期，F3处理的土壤有机质含量[(2.23±0.47) g/kg]分别显著高出CK、F1、F2处理86.00%、47.03%和37.93%，而CK、F1、F2处理之间差异不显著。

注：不同柱上不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图5　不同处理土壤TN含量比较Fig.5　Comparison of total nitrogen contents among treatments

2.2.3TP含量。从图6可见，土壤TP含量在不同的生长发育期表现出一致的趋势。苗期、花期和成熟期，土壤TP含量均以F3处理最高，分别为(0.96±0.05)、(0.85±0.17)和(0.90±0.19 )g/kg。并且F3处理的土壤TP含量显著高于CK(苗期：78.23%,花期：99.34%，成熟期：94.29%)、F1(苗期：74.62%，花期：58.76%,成熟期：60.15%)和F2处理(苗期：52.59%，花期：34.86%，成熟期：50.06%)，而CK、F1、F2处理之间差异不显著。

注：不同柱上不同小写字母表示在处理间在0.05水平差异显著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图6　不同处理土壤TP含量比较Fig.6　Comparison of total phosphorus contents among treatments

2.2.4速效磷和速效钾含量。施用堆肥、大豆的不同生长发育期及二者的交互作用均显著影响土壤中速效磷和速效钾的含量(表1)。

从图7可见，在苗期，土壤速效磷含量随着施肥量的增加显著增加，且F3处理的速效磷含理高达(269.93±61.17) mg/kg，同时显著高于CK、F1、F2处理。与CK相比，F1、F2、F3处理的土壤速效磷含量分别提高了302.71%、569.73%和1 313.23%。从图8可见，在苗期，F3处理的土壤速效钾含量最高，达(985.92±420.64) mg/kg，同时显著高于CK、F1、F2处理，但是CK、F1、F2处理之间差异不显著。与CK相比，F1、F2、F3处理的土壤速效钾含量分别提高了48.95%、134.27%和482.25%。

从图7、8可见，在花期，土壤速效磷和速效钾含量均以F3处理最高，分别为(129.44±47.88)和(494.12±151.59) mg/kg。同时，F3处理的速效磷和速效钾含量均显著高于CK、F1处理，且CK、F1、F2处理之间差异不显著。与CK相比，F1、F2、F3处理的土壤速效磷含量分别提高了204.00%、496.08%和999.34%，土壤速效钾含量分别提高了26.22%、64.48%和175.16%。

随着大豆生长发育阶段的推移，土壤速效磷和速效钾含量显著降低，在成熟期速效磷和速效钾含量均降至最低。在成熟期，土壤速效磷和速效钾含量同样以F3处理最高，分别为(43.64±18.32)和(385.28±85.68) mg/kg。F3处理的速效磷和速效钾含量均显著高于CK、F1、F2处理，且CK、F1、F2处理间差异不显著。与CK相比，F1、F2、F3处理的土壤速效磷含量分别提高了188.43%、259.22%和806.38%，速效钾含量分别提高了24.56%、38.41%和115.28%。

注：不同柱上不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图7　不同处理的速效磷含量比较Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.

注：不同柱上不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图8　不同处理的速效钾含量比较Fig.8　Comparison of available potassium contents among treatments

注：不同柱上不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。Note: Different lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图9　不同处理的大豆产量比较Fig.9　 Comparison of soybean yields among treatments

2.3堆肥添加对大豆产量的影响从图9可以看出，施用堆肥对大豆产量影响不显著，CK、F1、F2、F3处理间无显著差异。

3　讨论

(1)前人研究表明，堆肥在改善土壤理化性质、保持水分、调节土壤温度、提高作物产量等方面均有着不可替代的作用[8,10-12]。该研究表明，施用堆肥提高了土壤有机质、TN、TP、速效磷和速效钾含量。同样，胡诚等[13]研究发现，长期施用堆肥显著提高了土壤有机质、TN、碱解氮、有效磷、速效钾含量，且与土壤微生物量碳呈极显著相关。另外，黄继川等[14]研究表明，施用堆肥显著增强了土壤酶活性，同时土壤脲酶和过氧化氢酶与土壤含水量、土壤TN和土壤有机碳含量之间呈显著正相关; 多酚氧化酶与土壤pH呈显著正相关[15]。综上，施用堆肥后不仅促进了微生物活动，还促进了土壤酶活性。因此，堆肥可能通过增加土壤中微生物量和土壤酶活性来达到增加土壤的养分含量，提高土壤肥力的目的。

(2)笔者研究发现，6.0 kg/m2的堆肥施用量对改善土壤理化性质效果最为显著。与对照相比，高强度施用堆肥对土壤有机质、TN、TP、速效磷和速效钾含量均达显著性水平。而低强度和中强度施肥水平土壤的有机质、TN、TP、速效磷、速效钾含量较对照处理均有一定提升，但并未达到显著水平。葛春辉等[16]研究表明，土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾随施用堆肥量的增加而增加，土壤肥力明显提高；刘国伟[17]研究发现，随着有机肥施入量的增加，不仅土壤TN含量增加，其他速效成分也均随之增加。笔者研究表明，土壤各养分参数具有随着堆肥投入量的增加而增加的规律，还发现在较低的堆肥施肥投入水平下对土壤肥力改善效果不大。

(3)由于大豆各时期对养分需求不同，在作物不同生长阶段土壤理化性质也呈现明显的变化规律。其中，速效磷和速效钾含量在苗期最高，随着大豆的生长发育阶段推移，土壤速效磷和速效钾含量显著降低，在成熟期均降至最低。这说明从开花期至成熟期大豆积累更多的TN、TP、TK，因此，在开花期和成熟期对土壤速效养分需求量大。

4　结论

该研究表明，施用堆肥和大豆的不同生长期显著影响土壤含水量、土壤有机质、TN、速效磷、速效钾含量。在不同施肥强度中，1.5和3.0 kg/m2的堆肥投入量下，土壤有机质、TN、TP、速效磷、速效钾含量均较对照有一定的提升，但并未达到显著水平；而当堆肥投入量达到6.0 kg/m2时，对土壤理化性质的改善最为显著。因此，施用堆肥能够达到改善黑土肥力的目的，在一定范围内堆肥投入量越大，改善效果越好。

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Effects of Gradient Compost Addition on Physical and Chemical Properties of Black Soil

LIU Kun1, XU Jia-ping1, Yu tian-cong2, YANG Wei1*et al

(1.College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang 150030;2.College of Agronomy,Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang 150030)

[Objective] To reveal the effects of gradient compost addition on the physical and chemical properties of black soil.[Method] With Heinong 35 as the tested soybean variety, we adopted the completely randomized block design.There were in all four treatments, which were 1.5, 3.0 and 6.0 kg/m2compost treatments and no compost treatment.Effects of compost dosage on soil moisture content, pH, total nitrogen, total phosphorus, organic matter, available phosphorus and available potassium were researched.[Result] Gradient compost enhanced the soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available phosphorus, available potassium and soybean yield during all growth stages.Among them, 1.5 and 3.0 kg/m2compost input increased the organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available phosphorus and available potassium in certain degrees, but did not reach significant level.However, 6.0 kg/m2compost was the most significant in improving soil physical and chemical properties.[Conclusion] The 6.0 kg/m2compost is recommended in soybean production in Songnen Plain.

Compost; Soybean; Soil physical and chemical properties

国家自然科学基金(31500426)。

刘昆(1994- )，男，黑龙江哈尔滨人，本科生，专业：农业资源与环境。*通讯作者，讲师,博士,从事土壤微生物学研究。

2016-07-04

S 155.2+7

A

0517-6611(2016)24-147-04