胡雅　张卫华　马增辉

摘要：针对宅基地新复垦土壤耕作层养分含量低、保水保肥性能差的问题，在氮磷钾肥料平衡施用的前提上，通过田间定位试验，研究冬小麦生长季添加粉煤灰（TC）、有机肥（TF）、熟化剂（TS）、熟化剂+粉煤灰（TSC）、粉煤灰+有机肥（TFC）、熟化剂+有机肥（TSF）对复垦土壤硝态氮运移、累积情况与作物产量的影响。结果表明：添加熟化剂+有机肥和熟化剂+粉煤灰的处理能够促进表层撒施氮肥转化为硝态氮，添加有机肥易导致硝态氮向土壤深层运移，而添加粉煤灰则会减弱这一过程。熟化剂+有机肥处理在小麦生长初期耕作层能够储备较多的硝态氮，为后期小麦生长提供氮素。随着时间的推移，添加单一改良材料土壤较添加复合改良材料土壤硝态氮累积效应更为明显。添加有机肥和熟化剂在复垦生土熟化过程中对小麦增产有重要作用，有机肥能有效减少小麦空秆率，提高成穗数，粉煤灰在土壤熟化过程中对小麦增产作用不大，添加熟化剂+有机肥是处理宅基地复垦土壤熟化较为优良的改良方法。

关鍵词：复垦土壤；有机肥；粉煤灰；熟化剂；硝态氮

中图分类号： S153.6 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）19-0302-04

收稿日期：2017-03-15

基金项目：陕西省重点科技创新团队计划项目（编号：2016KCT-23）。

作者简介：胡 雅（1990—），女，陕西商洛人，硕士，助理工程师，主要从事土地工程、土壤水肥调控、土地信息化研究。E-mail：Huya0403@163.com。 宅基地复垦是指依据土地利用总体规划、土地整理复垦开发规划，对依法取得的利用效益不高或废弃的宅基地复垦为耕地的行为[1]。工程复垦过程中采用的工程治理措施主要是挖塌填实或剥离表土，新复垦土地中耕作层土壤大多是未经过生物作用和腐殖化过程的自然土[2]，其生土裸露、土壤贫瘠、养分含量低、保水保肥性能差，这种情况加剧了人地、人粮矛盾，制约经济发展。因此，对废弃宅基地进行复垦熟化已经迫在眉睫。

土壤熟化剂是含有作物所需的各种微量元素，无毒、无污染，对生土、瘠薄、板结土壤有较强的熟化、改良作用的无机胶体，它的主要有效成分是硫酸亚铁。施用土壤熟化剂可通过直接和间接效应，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，疏松土壤，提高土壤养分，改善土壤结构和土壤水分环境。柳燕兰等研究表明，施用土壤熟化剂可改善土壤理化性状，提高作物产量[3]。

粉煤灰含有多种植物所需的营养成分，如镁、钾、硼等，其颗粒大小不等、形状不一，内有蜂窝状结构[4]。粉煤灰施入土壤，可以明显改善土壤结构，且能降低容重，增加孔隙度，提高地温，缩小膨胀率，增强微生物活性，为土壤养分转化、保湿保墒、水肥气热协调创造良好生态环境[5-6]。粉煤灰的物理性质与沙壤土相似，因此根据质地改良原则，施用适量的粉煤灰对黏土、沙土等均可起到改良作用，以改良黏土的效果为好。

施用有机肥能够为农作物提供比较全面的养分，保持土壤中微量元素平衡，促进微生物繁殖，降低重金属污染风险，维持和提高地力进而增加产量。有研究表明，有机肥氮代替50%化肥氮可促进作物氮吸收及氮转移，有机肥+无机肥+菌肥可显著提高土壤硝态氮含量[7-8]。

单一添加改良材料改善土壤质量的方法历史比较悠久，并取得不少成果，但可能带来理化生性质不平衡的问题，不同改良材料造成不同程度的负面影响，因此，采用改良材料配合施用正成为研究热点。国内关于有机肥、粉煤灰、熟化剂对不同地区、不同类型土壤氮素硝化作用影响的研究较多[9-10]，但是针对宅基地复垦土壤，不同改良材料单施与配合施用的情况下，硝态氮变化情况的研究较为少见。本试验以宅基地复垦1年的重建土壤为供试对象，通过田间试验研究不同改良材料对土壤硝态氮的影响机制，结合作物产量分析复垦土壤的肥力提升技术，以期为宅基地复垦土壤熟化方法及农业可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验设置于陕西省渭南市富平县杜村镇褚源村。该区属暖温带半湿润气候，年平均降水量472.97 mm，7—9月降水量占全年降水量49%，年蒸发量为1 000～1 300 mm，无霜期225 d，年平均气温13.40 ℃，夏季最高气温41. 80 ℃，冬季最低气温-22 ℃，年光能辐射总量518.6 ～535.0 kJ/cm2。

1.2 试验设计

试验于2015年6月开始，为模拟项目实施区废弃宅基地整治还田的土地状况，试验小区规格为2 m×2 m，在原位试验土壤向下挖掘30 cm的基础上，回填厚度为30 cm的生土，容重控制在1.5～1.6 g/cm3，试验所用生土是来自澄城县浴子河村废弃宅基地拆旧土。

将改良材料均匀施在地表，人工混合均匀。陕西山地丘陵地区空心村多为碱性土壤（pH值一般在8.4～8.7之间），选择施用主要成分为硫酸亚铁的熟化剂，当地有较多工厂，粉煤灰来源较为方便。试验改良材料选用有机肥、熟化剂和粉煤灰，采用单一和两两交叉混合的方式，设计出7组试验，且每组试验重复3次，试验设计见表1。

试验小区于2015年10月20日种植冬小麦，品种为小偃22，播种量105 kg/hm2，根据播前土壤养分含量，播种时施磷酸二铵750 kg/hm2、尿素600 kg/hm2。

1.3 样品采集与处理

于2015年11月13日、2015年12月22日和2016年3月11日在各试验小区进行样品采集，0～105 cm土层分层取土，每隔15 cm采集1个土样，采用3点混合的方法， 将混合

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel对数据、图表进行处理，采用SPSS（PASW Statistics 18）统计分析软件对数据进行统计分析，LSD法进行多重比较。endprint

2 结果与讨论

2.1 不同改良材料硝态氮垂直剖面分布

以第一季冬小麦生长季硝态氮分布为例，分析不同改良材料下硝态氮垂直剖面分布。由图1可以看出，土壤垂直方向30 cm深度处为各处理硝态氮含量变化转折点。

2015年11月13日，施肥过后24 d，各处理硝态氮沿深度方向呈现出先增大后减小的趋势，在30 cm处产生峰值，且上层差异最大，随着土壤深度的增加其差异逐渐降低。0～15 cm 土层，硝态氮含量TSF>TSC>TS>T0>TFC>TF>TC；15～30 cm土层，硝态氮含量TSF>TSC> T0>TFC，TSF硝态氮含量46.32 mg/kg，TS、TF、TC与T0硝态氮含量差异不大。说明在小麦生育早期添加熟化剂+有机肥和熟化剂+粉煤灰较单施改良材料能够促进表层撒施氮肥转化为硝态氮，这是因为熟化剂和有机肥相互配合使土壤结构疏松，加速微生物新陈代谢活动，有利于硝态氮快速转化[5，8]，有机肥能活化土壤中潛在养分，能极大地提高土壤生物多样性和土壤生物学活性[11]，氮素固持在微生物体内免遭流失。30～105 cm 土层各处理间硝态氮含量除TSF处理硝态氮含量较高外，其他处理均较低，且各处理间差异不大。

2015年12月22日，施肥过后63 d，0～15 cm土层各处理间硝态氮含量无显著差异，与苗期测定结果相比，15～30 cm 土层，TSF、TSC与T0硝态氮含量无显著增加，TC、TS、TF硝态氮含量有明显提升，这可能是由于12月初降雨将表层硝态氮向下冲洗，复合改良材料较单一改良材料土壤保水效果好，硝态氮运移量较小。土壤垂直剖面上TF与TSF硝态氮含量分布总体表现出4个分区（即硝态氮增大区、硝态氮减小区、硝态氮二次增大区、硝态氮二次减小区），呈现出“S”形分布曲线，土壤剖面上层硝态氮集中分布区减小，在土壤剖面深层出现一个相对较小的硝态氮二次集中分布区[12-13]。TF累积峰分别出现在30 cm土层和75 cm土层，且TF较TSF“S”曲线靠右， 说明单施有机肥较施用熟化剂 +有

机肥易导致硝态氮向土壤深层运移。由于粉煤灰颗粒级配与土壤存在显著差异，即表层土与充填基质的孔隙差别大，而颗粒本身具有强吸附能力[14]，保水能力强，故TC处理30 cm以下土层沿深度方向硝态氮含量逐渐减少。

2016年3月11日，施肥过后143 d，小麦处于拔节期，对土壤水分和氮素的需求量巨大。0～15 cm土层硝态氮含量与越冬前土壤硝态氮含量差异不大，而15～30 cm土层硝态氮含量大幅度降低，平均含量由40.42 mg/kg降低至 10.56 mg/kg，这是因为小麦分蘖后根系集中分布在30 cm及以上土层，受土壤蒸发和作物吸收的影响，部分硝态氮在毛细管力作用下随水分向表层迁移，部分硝态氮满足作物对氮素的需求。T0、TS、TSC在45 cm土层处产生累积峰，TC、TFC在60 cm土层处产生累积峰，TF、TSF硝态氮累积峰降低至90～105 cm，峰值位置下移，说明添加熟化剂较添加粉煤灰较添加有机肥易导致硝态氮向深层运移，减少土壤对作物后期的氮供应能力。这种现象在不发生大型降雨与大量灌水条件下，累积至土壤深层的硝态氮可以作为下一季作物氮素利用的后备资源，如果发生较大降雨灌溉，这些硝态氮向更深层次迁移，淋失至根系以外成为作物不可利用氮，也成为土壤氮素污染源[15]。

2.2 不同改良材料0～30 cm土层硝态氮累积量

硝态氮累积总量表征土壤可被作物利用的氮素数量[16]。土壤0～30 cm土层硝态氮累积量反映了土壤耕作层对作物的供氮能力，以2015年冬小麦生长季0～30 cm土层硝态氮累积量为例，分析不同改良材料下土壤硝态氮累积与变化情况，结果见图2。

苗期，0～30 cm土层硝态氮累积量TSF处理最高，累积量为138.61 mg/kg。单施改良材料TC、TF、TS处理与T0无显著差异，复合改良材料TSF >TSC> TFC，且TFC、TSC与T0存在显著差异，TSF和TSC分别较T0高出59.3 mg/kg和19.05 mg/kg。说明熟化剂+有机肥处理在小麦生长初期耕作层能够储备较多的硝态氮，为后期小麦生长提供氮素。

越冬期0～30 cm土层硝态氮累积量单施改良材料TF、TS、TC较T0分别提高了36%、29%、21%，复合改良材料TSF、TSC、TFC较T0分别提高38%、18%、10%，TSF累积量最高，为118.78 mg/kg。说明随着时间的推移施用单一改良材料土壤较施用复合改良材料土壤硝态氮累积效应提升更快。

拔节期0～30 cm土层硝态氮累积量较越冬期急剧减少，与越冬期硝态氮累积量相比，单施改良材料处理平均减少73.04 mg/kg，施用复合改良材料处理平均减少 63.29 mg/kg。TF、TSF处理与T0存在显著性差异，其他处理无显著性差异。说明改良材料中有机肥对0～30 cm土层硝态氮累积没有显著效果。

2.3 不同改良材料对冬小麦产量的影响

改良材料中含有丰富的植物必需或有益的矿质营养，不仅改变土壤理化性质，还为作物提供生长所需的营养元素，能够刺激或促进作物生长，其改良结果最终体现在作物产量上。本研究施用不同配方的土壤改良材料不同程度上提高了作物产量。不同改良材料对冬小麦产量及其构成因素的影响见表2。

无改良措施的对照小麦产量最低，仅4 269 kg/hm2。施用有机肥+熟化剂能够显著提升小麦产量，TSF较T0增产 1 413 kg/hm2，较其他改良材料处理产量提高了14%～28%。单施改良材料时，产量TF>TS>TC，施用复合改良材料时，产量TSF>TFC>TSC，可见有机肥和熟化剂在生土熟化过程中对小麦增产有重要作用。此外，单施粉煤灰与施用熟化剂+粉煤灰处理小麦产量差异较小，说明粉煤灰在土壤熟化过程中对小麦增产作用不大。endprint

2.4 硝态氮累积量与小麦产量的关系

在其他条件相对一致情况下，硝态氮累积量可以表征土壤的供氮水平，硝态氮累积量高者，冬小麦产量必高，硝态氮累积量与产量存在显著的正相关关系。为验证此结论，确定不同土层深度硝态氮对冬小麦产量的贡献，计算了0～30 cm、0～75 cm、0～105 cm土层的硝态氮累积量，拟合了冬小麦收获后不同土层深度硝态氮累积量与产量的关系，结果见表3。

表3 不同土层深度硝态氮累积量与产量及其组成的相关系数

产量及组成生育期0～30 cm0～75 cm0～105 cm穗数苗期0.2810.4280.444越冬期0.7430.7270.812* 拔节期0.5340.6920.864* 穗粒数苗期0.680.4830.472 越冬期0.262-0.262-0.060 拔节期0.229-0.505-0.097 千粒质量苗期-0.293-0.201-0.221 越冬期-0.052-0.147-0.018 拔节期-0.24-0.552-0.410 产量苗期0.6870.6610.672 越冬期0.6980.3640.577 拔节期0.6040.4210.734

各层次硝态氮累积量与冬小麦穗数有一定的正相关关系，在小麦生长后期0～105 cm土层呈现显著正相关，随着生育期的进展，相关系数先增大后减小。浅层硝态氮累积量与穗粒数呈正相关，深层硝态氮累积量与穗粒数在生长后期呈负相关，0～105 cm土层在越冬期和拔节期无线性相关关系。各层次硝态氮累积量与千粒质量呈负相关，相关性较弱，随着生育期的进展，相关系数先减小后增大。各层次硝态氮累积量与产量呈正相关，随着深度的增加，相关系数先减小后增大。这表明硝态氮累积量大的土层能提供更丰富的氮素，对小麦产量贡献大，但并不是整个生育期都能够利用全部的氮素，相对而言，苗期0～30 cm土层硝态氮累积量对产量及其组成影响最大。

3 结论

施用熟化剂+有机肥和熟化剂+粉煤灰较单施改良材料能够促进表层撒施氮肥转化为硝态氮。施有机肥易导致硝态氮向土壤深层运移，而施粉煤灰则会减弱这一过程。

施用熟化剂+有机肥在小麦生长初期耕作层能够储备较多的硝态氮，为后期小麦生长提供氮素。随着时间的推移，施用单一改良材料土壤较施用复合改良材料土壤硝态氮累积效应更为明显。

施用有机肥和熟化剂在复垦生土熟化过程中对小麦增产有重要作用，有机肥能有效减少小麦空秆率，提高成穗数，粉煤灰在土壤熟化过程中对小麦增产作用不大，施用熟化剂+有机肥是宅基地复垦土壤熟化较为优良的改良方法。

硝态氮累积量与冬小麦穗数有一定的正相关关系；与千粒质量呈负相关，相关性较弱；与产量呈正相关，随着深度的增加，在0～75 cm、0～105 cm土层相关系数先减小后增大。

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