棉粕對不同類型鹽漬化土壤團聚體中碳氮含量的影響

孟春梅　王開勇　張開祥　馬宏秀　李宗飛

摘要：鹽漬化導致土壤中養分流失、土壤結構被破壞，是阻礙新疆綠洲農業向前發展的一個主要原因。本研究采用田間試驗和室內分析相結合的方法，研究棉粕對不同類型鹽漬化（NaCl鹽漬化、Na2CO3鹽漬化）土壤團聚體碳氮含量的影響，并通過測定土壤中各粒級團聚體中碳氮含量探究其變化。結果表明：小粒級團聚體（<0.25mm、0.25～2.00mm）中有機碳含量高于大粒級（2.01～5.00mm）團聚體中碳含量，全氮含量則相反。兩種鹽漬化土壤施入棉粕后可以減少2.01～5.00mm大粒級團聚體比例，增加小粒級團聚體比例，不同含量氯化鈉鹽漬化+棉粕處理的土壤團聚體中碳氮含量增加幅度大于不同含量碳酸鈉鹽漬化+棉粕處理，小粒級團聚體中有機碳含量和大粒級團聚體中全氮含量是影響鹽漬化壤養分的主要因子。

關鍵字：棉粕;鹽漬化土壤;碳氮含量;團聚體

中圖分類號：S156.4+4

文獻標識碼：A

文章編號：1000-4440（2019）02-0307-06

作為西北地區的農用地儲備區的新疆，鹽漬化土地分布較廣且種類多，其中農用灌區內高達32%的土地屬于鹽漬化土地，由于新疆特有的地理、氣候、灌溉方式、人為活動和水資源條件的限制等因素導致新疆次生鹽漬化土地面積不斷增多，從而阻礙了新疆農業的發展進度，這也使得更多研究者關注新疆鹽漬化改良與治理工作[2]。用生物改良劑進行鹽漬化土壤改良已經成為近些年來關注的熱點，土壤鹽漬化改良中土壤生物改良劑包括棉粕.葵粕等粕類。新疆作為中國最大的商品棉基地，棉花產量不斷增長的同時帶動了棉粕數量的穩定增加[3]。棉粕現主要用于飼料，但由于棉粕中營養構成不均衡及抗營養因子而限制其使用[4]，棉粕作為棉花的一部分可作有機肥施入鹽漬化土壤，改善土壤結構并對其碳氮含量變化產生一定影響，從而影響農作物根系的生長環境。有機質是土壤團聚體形成的重要媒介，不同土壤粒級團聚體在養分的吸收與轉換能力.上也是不同的[5]。

很多學者都對不同物質改良鹽堿土壤進行了大量研究[6-14]。潘保原等對酒糟改良鹽堿：土壤進行了研究，指出施用酒糟可以很好地改良鹽漬化土壤，降低堿地的土壤pH值，增加碳氮含量及降低土壤堿化度，1hm2鹽堿地只需60t廢棄酒糟就可改良成土質疏松，莊稼長勢好的良田。施用不同的改良劑均可以使鹽漬化土壤理化性質有所改善，施用有機肥進行改良可以使土壤中有機質含量相應提高[15]由于不同地域及不同利用方式而導致土壤有機碳、全氮在團聚體中分布存在一定差異，有機碳、全氮含量隨團聚體粒徑的增大而減小，大團聚體中有機碳、全氮含量顯著低于微團聚體[5，16]。通過田間小區試驗，模擬鹽漬化土壤，系統研究棉粕對不同類型鹽漬化土壤團聚體碳氮含量的影響對于改良鹽漬化土壤，更好地利用鹽漬化土壤資源具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2016年在石河子大學農學院試驗站（44°18'42.37"N，86°08'20.72"E）進行，試驗土壤為灌溉灰漠土，土壤質地為重壤，耕層土壤基礎理化性質為pH7.76，陽離子交換量（CEC）16.25cmol/kg、有機碳7.70g/kg、全氮0.76g/kg、堿解氮0.06g/kg速效磷0.02g/kg速效鉀0.25g/kg。

改良劑棉粕的常規養分含量（17]為：干物質90.00%、粗纖維10.50%、無氮浸出物28.90%、粗灰分6.00%、總磷1.04%、有效磷0.26%、鉀1.16%、鎂0.40%、鐵263.00mg/kg、銅14.00mg/kg、鋅55.50mg/kg、錳18.70mg/kg、硒0.15mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗共設7個處理，分別為：對照（CK，常規施肥）、低鹽+棉粕處理（LNZ，NaCl4g/kg+棉粕1500g/kg）、中鹽+棉粕處理（MNZ，NaCl8g/kg+棉粕3000kg/km2）、高鹽+棉粕處理（HNZ，NaCl12kg/km2+棉粕6000kg/km？）、低堿+棉粕處理（LNJ，Na2CO，4g/kg+棉粕1500kg/km2）、中堿+棉粕處理（MNJ，Na2CO38g/kg+棉粕3000kg/km2）、高堿+棉粕處理（HNJ，Na2CO312g/kg+棉粕6000kg/km2）。每小區的土壤質量為0～20.0cem土層的土壤質量。供試作物為棉花，在試驗的前一年用NaCl和Na2CO，對試驗區土壤預先進行鹽漬化處理，棉花播種前30d將棉粕均勻撒施于土壤中并進行翻埋，提前腐熟。試驗小區面積5m2，小區間距1.5m，每個處理重復3次，共21個小區。試驗采用滴灌模式，一膜兩管四行，膜距40cm，行距20cm?；瘜W肥料按氮（N）300kg/km2、磷（P2O3）225kg/km2、鉀（K2O

2 結果與分析

2.1 棉粕對不同鹽漬化土壤中團聚體組成的影響

由表1可知兩種鹽漬化土壤施入棉粕后均可使大粒級團聚體（2.01～5.00mm）減少，小粒級團聚體（<0.25mm，、0.25～2.00mm）增加。這說明施用棉粕可使有利于養分儲存的粒級團聚體比例增加，使大粒級團聚體比例下降。碳酸鈉+棉粕處理相對于氯化鈉+棉粕處理，各粒級團聚體變化不明顯，尤其是2.01～5.00mm團聚體變化不大。

2.2 棉粕對不同鹽漬化土壤團聚體中有機碳含量的影響

由圖1和圖2可知，在0～20.0cm土層中，高鹽+棉粕處理’下小粒級團聚體中有機碳含量高于高堿+棉粕處理，最大差值達到1.51g/kg，比對照增加21.10%，低堿+棉粕處理各粒級團聚體中有機碳含量均高于低鹽+棉粕處理。這說明棉粕對高含量氯化鈉鹽漬化土壤有機碳含量的影響大于高含量碳酸鈉鹽漬化土壤，而棉粕對低含量碳酸鈉鹽漬化土壤有機碳含量的影響大于低含量氯化鈉鹽漬化土壤。低堿+棉粕處理、中堿+棉粕處理、高堿+棉粕處理間小粒級團聚體中有機碳含量差異不顯著。20.1～40.0cm土層土壤團聚體中有機碳含量分布規律與0～20.0cm土層基本-致，但有機碳含量高于0～20.0cm土層。

2.3 棉粕對不同鹽漬化土壤團聚體中全氮含量的影響

由圖3和圖4可見，低鹽+棉粕處理、中鹽+棉粕處理高鹽+棉粕處理間各粒級團聚體中全氮含量有所差異，各粒級團聚體中全氮含量隨土壤粒級增加而增加，2.01～5.00mm粒級團聚體中全氮含量最高。各粒級團聚體中全氮含量在低堿+棉粕處理、中堿+棉粕處理、高堿+棉粕處理間相差不大。不同含量鹽+棉粕處理各粒級團聚體中全氮含量高于不同含量堿+棉粕處理，最大差值達到0.12g/kg。0～20.0cm土層各粒級團聚體中全氮含量低于20.1～40.0cm土層。各粒級團聚體中全氮含量的分布規律與有機碳分布規律有一致的地方也有差異的地方，不同粒級中有機碳含量存在差異，全氮含量也必然存在差異[20]。

2.4 不同鹽漬化土壤施用棉粕后團聚體各指標主成分分析

主成分分析和聚類分析是在多種領域中經常采用的多個變量間相關性的多元統計方法，從而更好地反應事物的本質和進行分類[21-22]。由圖5、圖6可知0～20.0em和20.1～40.0cm土層不同鹽堿+棉粕處理土壤團聚體指標的主成分1（PC1）及主成分2（PC2）的總方差之和分別為77.00%和75.07%，基本能反應大部分鹽堿+棉粕處理團聚體指標大部分信息。由圖5可知在0～20.0cm土層中對照、低堿+棉粕處理和高堿+棉粕處理歸為一類，中堿+棉粕處理、中鹽+棉粕處理歸為一類，高鹽+棉粕處理歸為一類，低鹽+棉粕處理歸為一類。由圖6可知，在20.1～40.0cm土層中高鹽+棉粕處理為一類，低堿+棉粕處理、中堿+棉粕處理、高堿+棉粕處理處理歸為一類，對照歸為一類，低鹽+棉粕處理及中鹽+棉粕處理歸為一類。不同土層團聚體指標間的相關關系（表2）可知，在0～20.0cm土層中，PC1與<0.25mm粒級團聚體中有機碳含量、0.25～2.00mm粒級團聚體中有機碳含量及2.01～5.00mm.粒級團聚體中全氮含量呈極顯著正相關（P<0.01），與<0.25mm團聚體含量、<0.25mm粒級團聚體中全氮含量、0.25～2.00mm粒級團聚體中全氮含量呈顯著正相關，PC2與大部分指標的相關性呈現不顯著。20.1～40.0cm土層土壤團聚體指標的主成分分析結果與0～20.0cm土層基本一致，這說明在不同鹽堿+棉粕處理下小團聚體（<2.00mm）對碳養分的吸附保持能力以及大團聚體（2.01～5.00mm）對氮素養分的吸附保持能力是影響土壤性質主要因子。

）135kg/km2于播種前作為基肥一次性施入（常規施肥），4月30日播種，10月2日收獲。

1.3 樣品采集

于棉花收獲期分別采集0～20.0cm、20.1～40.0cm土層原狀土樣，每個小區采3點混合，置于塑料盒中，帶回室內自然風干，用于碳氮養分含量測定。在取土和運輸過程中盡量減少對土樣不必要的搬動，以免破壞土壤團聚體。室內沿自然紋路輕輕掰成小土塊，除去新生體及動植物殘體后自然風干[18]，然后采用干篩法分離出<0.25mm、0.25～2.00mm、2.01～5.00不同粒級團聚體，測定各土層不同粒級團聚體所占比例以及不同粒級團聚體中全氮和有機碳含量。

1.4 指標測定方法

土壤有機碳含量測定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法[9];土壤全氮含量測定采用H2SO4-H2O2消煮，凱氏法[19]

3 討論

生物有機物質輸入土壤，可以增加形成團聚體的重要膠結物質的數量（[23]，從而使得土壤團聚體結構狀況得到改善。王雙磊[24]等研究發現棉花秸稈還田3年后，可使土壤中大團聚體含量明顯提高，使<0.25mm微團聚體含量有所下降，使得農田土壤中小團聚體由于有機物質的膠結作用向大團聚體轉化，促進了農田土壤結構的改善。然而本研究結果表明，棉粕施入氯化鈉鹽漬化棉田可使2.01～5.00mm粒級大團聚體含量下降，而棉粕施入碳酸鈉鹽漬化棉田2.01～5.00mm粒級大團聚體含量無明顯變化，且<0.25mm、0.25～2.00mm粒級土壤團聚體含量在鹽+棉粕處理和堿+棉粕處理下均基本增加，其原因可能是氯化鈉和碳酸鈉對土壤顆粒的分散作用較強，而棉粕作為有機物質其膠結作用較小，導致與其他研究者的結果有所差異。

不同粒級的團聚體對土壤中碳氮的供給轉化能力不同[25]。研究結果表明隨著土壤粒級的遞減，其團聚體中有機碳含量遞增[26]，而<0.053mm粒徑中有機碳含量則最低[27]。其原因或許與土壤本身的差異性有關，土壤中膠結物數量差異導致團聚體形成的差異。普遍認為有機質含量較高而黏粒和氧化鐵鋁含量較低的土壤中，有機質則在團聚體形成中占主導地位，相反則主要靠黏粒的內聚力及鐵鋁氧化物的膠結作用[28-30]。本試驗結果表明，高鹽+棉粕處理的小粒級團聚體中有機碳的含量最高，大粒級團聚體中最低，而在堿+棉粕處理中，隨著土壤粒級的增加，團聚體中有機碳含量也隨之增加，其原因可能是在堿+棉粕處理中，有機物質施入土壤后，碳元素易被大團聚體固持[3]。本研究顯示20.1～40.0cm土層土壤團聚體中有機碳含量高于0～20.0cm耕作層，這與張萌[32]的研究結果相反，其原因可能由于土壤中鹽堿表聚33和施入棉柏時的翻耕作用，有機質下移。目前，對于施入有機物質后對土壤團聚體中全氮含量分布的研究較少，有研究結果表明，隨著生物碳施入量的增加，土壤各粒級團聚體中全氮含量也會相應增加[34]，這與本研究結果一致，即隨著棉粕施用量的增加，各粒級團聚體中全氮含量也隨之增加。有機碳含量在較小粒級團聚體中最高，全氮含量則在大粒級團聚體中最高。主成分分析結果表明，小粒級團聚體中有機碳、大粒級團聚體中全氮是影響土壤性質的主要因子。

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