高产农田土壤有机碳含量的时空差异

　　摘要：以松辽平原玉米带的农田土壤为研究对象，在田间调查采样的基础上，研究高产田与低产田土壤有机碳含量的时空差异。结果表明：在玉米收获后，高产玉米田土壤有机碳含量比播种前提高了5.2%，低产玉米田土壤有机碳含量比播种前降低了3.8%。在土壤剖面0～100cm范围内，高产玉米田土壤有机碳含量都要明显高于低产玉米田，高产农田土壤有机碳含量与土壤中氮、磷、钾等养分含量相关性较好。
　　关键词：玉米；土壤；有机碳；时空差异
　　基金项目：吉林省科技发展计划项目（20170101070JC）和吉林省大学生科技创新基金项目（2016-274）资助
　　中图分类号： S153.6 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.08.044
　　东北中部的松辽平原玉米带是我国重要的商品粮生产基地之一。长期以来，不合理的栽培管理模式导致土壤肥力退化问题日益严重，作物产量的提高受到极大制约[1，2]。其中，土壤有机碳含量的减少是土壤肥力下降的重要原因之一。土壤有机碳控制和影响其他物质或养分释放过程[3]，与氮、磷、钾等营养元素含量变化有着密切的关系。研究表明：氮素含量是限制植物生长发育与产量的首要因素[4]，土壤总氮与土壤有机碳呈极显著相关[5，6]。同时，不同地区、不同土壤深度、不同作物生育时期的土壤有机碳含量又存在明显差异，土壤有机碳密度和含量更多地集中于表层[7]，随着土壤深度的增加而减少[8]。本文通过研究高产与低产农田土壤有机碳时空变化，明确高产情况下土壤有机碳的分布情况和土壤有机碳与作物高产之间的关系，以期为作物产量的提高和农业生产力的提升提供理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 供试材料
　　供试土壤为黑土，分别于2011年4月（玉米播种前）与2011年10月（玉米收获后）采自吉林省梨树县高产高效竞赛农户的玉米田，采样深度分别为0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm。多点采集的土样经混匀、风干，过筛，待测。选6个高产农田（产量>14000kg/公顷）和6个低产农田（产量<10000kg/公顷），6个高产农田和6个低产农田的基本情况见表1。
　　1.2 测定方法
　　土壤有机碳含量的测定采用重铬酸钾容量法——外加热法；土壤碱解氮的测定采用碱解扩散法；土壤速效磷的测定采用NaHCO3浸提——钼锑抗比色法；土壤速效钾的测定采用NH4OAc浸提——火焰光度法。
　　1.3 数据处理与统计分析
　　数据处理采用Microsoft Excel 2007软件。统计分析采用DPS 7.05软件，Duncan新复极差法（SSR）进行多重比较，显著性水平为P<0.05。
　　2 结果与分析
　　2.1高产与低产玉米田土壤有机碳在时间上的差异
　　从表2可以看出，高产玉米田在玉米收获后，其土壤有机碳含量为7.87g/kg、碱解氮含量为121.0g/kg、速效钾含量为170.0g/kg，分别比播种前提高了5.2%、18.3%、4.6%，而玉米收获后的土壤速效磷含量为29.4g/kg，比播种前降低了21.2%；低产玉米田在玉米收获后，其土壤有机碳含量为6.77g/kg，速效磷为18.6g/kg，分别比播种前降低了3.8%和24.7%，而玉米收获后碱解氮含量为110.5g/kg、速效钾含量为146.5g/kg，分别比播种前提高了24.6%和54.7%。调查可知，有83.3%的高产农户在玉米的生长期间都进行了追肥，只有16.7%的低产农户在玉米的生长期间进行了追肥。2013年，陈延玲等对吉林省中部黑土区玉米亩产吨粮田的技术集成做了详细描述，所采取的高产培育措施包括优良品种选择、有机肥培肥地力、测土配方施肥、中后期滴灌追肥、适时晚收等[9]。由此可见，高产培育措施有利于提高土壤有机碳含量。
　　2.2 高产与低产玉米田土壤有机碳在空间上的差异
　　从表3和表4可以看出，高产与低产玉米田土壤有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾的含量不仅随土层深度有了变化，两者之间也存在很大差异。
　　随着土壤深度的增加，高产、低产玉米田土壤有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾的含量逐渐减小。在土壤深度为0～10cm时，高产玉米田有机碳含量为8.85g/kg、碱解氮含量为135.8mg/kg、速效磷含量为48.86mg/kg、速效钾含量为189.0mg/kg，分别比低产玉米田提高了13.8%、8.1%、77.7%、24.3%；在土壤剖面0～100cm范围内，高产玉米田土壤有机碳含量都要明显高于低产玉米田土壤：与低产玉米田相比，高产玉米田土壤有机碳含量提高幅度为13.8%～217.4%。
　　2.3 土壤有机碳水平与氮、磷、钾养分状况的相关性
　　经相关性分析得出，高产与低产玉米田土壤有机碳含量和碱解氮含量存在着极显著的相关性（r=0.9945**、0.9981**，p<0.01），高产玉米田、低产玉米田土壤有机碳含量与速效磷含量存在着显著的相关性（r=0.8139*、0.8579*，p<0.05），高产玉米田土壤有机碳含量和速效钾含量显著正相关（r=0.8450*，p<0.05），而在低产玉米田下两者没有相关关系（r=0.7213），但是从整体上看，随着土壤有机碳含量的增加，速效钾含量也有不断增加的趋势。
　　3结语
　　高产培育管理措施有利于农田土壤有机碳含量的提高，在时间和空间上高产玉米田均优于低产玉米田。在玉米收获后，高产玉米田土壤有机碳含量比播种前提高了5.2%，低产玉米田土壤有机碳含量比播种前降低了3.8%。在土壤剖面0～100cm范围内，高产玉米田土壤有机碳含量都要明显高于低产玉米田。经相关性分析得出，高产农田土壤有机碳含量与土壤中氮、磷、钾等养分含量相关性较好。
　　参考文献
　　[1]王鸿斌，赵兰坡，王淑华，等.吉林省超高产玉米田土壤理化环境特征的研究[J].玉米科学，2008，19（04）：152-157.
　　[2]李翠兰，张晋京，高强，等.松辽平原春玉米高产农田土壤有机碳特征[J].水土保持学报，2013，27（05）：160-163.
　　[3]蘇永中，赵哈林.土壤有机碳储量、影响因素及其环境效应的研究进展[J].中国沙漠，2002， 22（03）：220-228.
　　[4]王大铭，丛媛媛，陈亮.玉米氮素利用生理及分子机制研究进展[J].作物杂志，2013，（01）：13-17.
　　[5]许信旺，潘根兴，曹志红，等.安徽省土壤有机碳空间差异及影响因素[J].地理研究，2007，26（06）：1078-1079.
　　[6]丛日环.小麦—玉米轮作体系长期施肥下农田土壤碳氮相互作用关系研究[D].中国农业科学院，2012：61-70.
　　[7]苗正红.1980-2010年三江平原土壤有机碳储量动态变化[D].中国科学院大学，2013：22-23.
　　[8]李明明.黄土高原小流域土壤有机碳、氮时空变异与动态模拟研究[D].中国科学院大学，2013：6-8.
　　[9]陈延玲，高强，王贵满，等.吉林省中部黑土区玉米吨粮田技术集成[J].吉林农业科学，2013，38（02）：15-17.
　　作者简介：冯国忠，博士，讲师，研究方向：植物营养与肥料；马志明，在读本科生，研究方向：农业资源与环境；刘越，在读本科生，研究方向：农业资源与环境。
　　通讯作者：李翠兰，博士，副教授，研究方向：土壤生态与养分资源管理。

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