再生農業水化學能對砒砂巖養分激活效應
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摘要：本文從常見的環境因素水分出發，研究了在不同干濕環境下砒砂巖中N、P、K營養元素釋放及激活的機理。結果表明，水分在活化土壤元素時有著積極的作用，長期干燥和干濕交替條件下，全氮、有效磷和速效鉀含量在培養的210d中元素吸收與釋放并存，但整體呈增加趨勢；在長期水淹條件下，全氮和速效鉀含量在培養的210d中整體呈增加趨勢，但有效磷含量下降。本文研究結果可為水在再生農業中的應用研究提供參考。
關鍵詞：水分；砒砂巖；再生農業；全氮；有效磷；速效鉀；養分激活
再生農業是指利用自然界自我治療和修復的能力來重建土壤健康、增加植物抗性，使農業自然資源不斷再生利用。目前，再生農業措施主要有覆蓋作物、多種作物輪作、輪牧、免耕或使用堆肥、糞肥、天然肥料和改良劑（不用有機方法中禁止的合成物質）等。這種生產形式具有高度的內在經濟和生物穩定性，對農場或耕地以外的環境影響最小。土體養分元素的激活已成為土地工程領域的研究熱點，其在提高養分利用率、減少環境污染和勞動力投入等方面較普通肥料具有明顯的優勢[1-2]。因此，如何利用自然界已存在的介質對土體養分元素進行激活，從而達到再生農業的目的，是亟待解決的問題。本文從常見的環境因素水分出發，研究在不同干濕環境下砒砂巖中N、P、K營養元素釋放及激活的機理。為了不使用農藥和其他農用化學品，力圖在最少依賴不可更新資源的轉化過程中，為日益增長的人口提供食物。
1材料與方法
1.1試驗設計
供試土壤選擇砒砂巖，風干過2mm篩，將10次樣品獨立裝瓶，每個燒杯裝樣品200g。試驗設置長期干燥、長期水淹和干濕交替等3個處理，每個處理設3個重復。長期干燥處理條件下，所有土樣在烘箱內進行培養，溫度設置為40℃；長期水淹處理條件下，所有土樣在實驗室常溫下培養，水面維持高于土樣2cm，將燒杯蒙上保鮮膜，減少蒸發，保持土樣處于飽和厭氧環境，每天記錄溫度；干濕交替處理條件下，所有土樣水淹與干燥培養時間各為總培養時間的1/2，干燥培養在烘箱內進行，水淹在實驗室內進行。
1.2指標測定
前6次每隔15d取樣1次，后4次每隔30d取樣1次。取回來的土樣分別過1mm篩和0.149mm篩，過1mm篩的土用來測定土壤有效磷和速效鉀含量，過0.149mm篩的土樣用來測土壤全氮含量。測定方法依據鮑士旦[3]主編的第三版《土壤農化分析》土壤有效磷的測定方法,為0.5mol/LNaHCO3浸提比色法；土壤速效鉀的測定方法為NH4Ac浸提火焰光度法；土壤全氮測定方法為半微量凱氏法。
1.3數據處理
數據處理與繪圖均采用Excel2020。
2結果與分析
2.1全氮含量變化
由圖1可知，砒砂巖在長期干燥處理下全氮含量在前45d呈增加趨勢，而在45~75d呈降低趨勢，75~150d呈先增加后減少趨勢。最低值出現在第15天，為0.16g/kg；最高值出現在第120天，為0.21g/kg，較第15天增加了23.8%。長期干燥對土壤氮素礦化有著重要影響[4-5]，本研究中砒砂巖含量隨著干燥時間的增加而升高，其原因可能是長期干燥增加了氨態氮、硝態氮及游離氨基酸的含量，從而使土壤中全氮含量增加。長期淹水下，在15~75d時，全氮由0.17g/kg增加至0.21g/kg，出現了釋放；但是在75~180d，由0.21g/kg降低至0.18g/kg，在第210天又開始增加。由此可知，水淹下全氮呈現出階段性的增加與降低。淹水會導致土壤氮素損失增強，主要是因為氮素的反硝化脫氮損失[6]。干濕交替下，全氮含量在前45d出現降低，45~90d升高，90~150d降低，150~210d升高。最低點出現在第45、120、150天，為0.17g/kg；最高值出現在第210天，為0.21g/kg。
2.2有效磷含量變化
由圖2可知，砒砂巖在長期干燥下，有效磷含量在培養初期第15天時含量最低，為5.7mg/kg；第120天時，達到最大值為7.4mg/kg，增加29.8%，在此期間有磷的釋放；而后有效磷含量開始降低，第210天為6.9mg/kg。長期干燥下有效磷吸收與釋放并存，但總體表現為增加趨勢。砒砂巖在長期水淹下，有效磷呈現降低的趨勢，培養初期第15天時為8.2mg/kg；培養末期第210天時為5.4mg/kg，降低了34.1%。砒砂巖在干濕交替下，有效磷含量最低值出現在培養的第60天為6.5mg/kg；最高值出現在培養的第90天，為8.3mg/kg；干濕交替期間既有磷的吸收也有磷的釋放。干濕交替下，土壤中的磷素會被釋放出來，其化學形態變得活潑[7]，從而使土壤中有效磷的含量增加。
2.3速效鉀含量變化
由圖3可知，砒砂巖在長期干燥下，速效鉀含量呈增加的趨勢，在培養初期第15天為112mg/kg，培養末期第210天時為151mg/kg，增加了34.8%。砒砂巖在長期水淹下，速效鉀含量總體呈增加的趨勢，最低值出現在培養初期第15天，為109mg/kg；最大值出現在培養點的第60天，為131mg/kg，增加了20.2%；但在培養末期第210天為125mg/kg，與培養初期第15天相比，增加了14.7%。砒砂巖在干濕交替下，速效鉀含量呈現出先增加后減少的趨勢，在培養初期第15天為126mg/kg；但是在培養的第45天，為143mg/kg，增加了13.5%；而后開始減少。可能是由于鉀被還原，亞鐵、亞錳相對較多，置換出土壤吸附的鉀離子，造成鉀離子活化[8]，從而導致土壤速效鉀含量增高。李夢尋等[9]以北京褐土為研究對象，發現恒濕時土壤速效鉀含量較高，其隨著干濕交替頻率的增加也可能會有所增加。
3結論
本研究發現，水分對活化土壤元素有著積極的作用。砒砂巖在長期干燥和干濕交替條件下，全氮、有效磷和速效鉀含量在培養的210d中元素吸收與釋放并存，但整體呈增加趨勢；在長期水淹條件下，全氮和速效鉀含量在培養的210d整體呈增加趨勢，但有效磷含量下降。
作者：程杰 單位：陜西省土地工程建設集團有限責任公司
