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为了追求经济效益最大化,西南城郊大量施用化肥、农药和进行蔬菜连作,使土壤长期处于超负荷产出状态,造成耕地土壤的营养失调,营养元素的利用率和有效性均降低;在连作条件下,由于作物(蔬菜)和栽培措施的均一性,导致土壤中特定物质的累积或消耗,单一作物根系的代谢产物及分泌物的渐进积累影响了土壤微生物群落及酶活性,造成土壤生态环境劣变。本文在水旱轮作的基础上,通过不同有机肥(稻草B、蘑菇渣C、油菜杆E以及稻草蘑菇渣联合堆肥D)和厢宽沟深组合(厢宽m×沟深cm:2×30、2×40、3×30、3×40、4×30、4×40)处理,实现N、P阻控及土壤自我调节能力的提升,从而提高土壤质量,确保土地资源高质高效地利用,对城郊高效环保农业生产技术体系的完善,缓解当前高化肥和连作引起的土壤退化等问题有重要意义。
同时,目前对于土壤质量方面的研究主要集中在土壤质量现状的调查和分析、土壤质量评价的理论、方法和指标体系、土壤质量变化的原因、土壤质量动态监测与预测预警及对策等方面。对土壤质量保持与提高的途径及其关键技术研究不足。特别的是缺少一套适用于西南水稻土的土壤质量评价指标体系。本文通过对水作和旱作不同处理下的土壤质量指标进行分析,建立了适合研究区域的土壤质量评价指标体系,将土壤质量评价与土壤质量提升技术有机的结合起来,对土壤质量评价相关研究工作的完善以及农业与环境的可持续发展有重要意义。
本文通过研究,取得了以下主要结论:
1.水作不同有机肥对土壤质量指标的影响差异显著
有机肥处理在一定程度上改善了容重和质地等物理特性,同时,显著地提高了土壤有机质和速效养分含量,各有机肥处理中,又以蘑菇渣的效果最为明显,稻草和蘑菇渣联合堆肥次之,单施稻草的提升效果最差。各项环境指标中,有机肥虽然提高了重金属的总量,但是显著降低了有效重金属含量,其中蘑菇渣处理的土壤有效态重金属含量最低,分别比对照低了68.2%和25.1%,这与蘑菇能有效吸收重金属有关。不同有机肥处理的土壤微生物数量及群落多样性较常规施肥均有显著提高,在各有机肥处理中,蘑菇渣处理的土壤细菌和放线菌数量最高,分别比对照提高了127.3%和133.3%,其群落结构多样性和土壤酶活性也高于其他有机肥处理。
2.早作不同厢宽沟深对土壤质量指标的影响明显
厢宽沟深组合4×40下土壤含水量最高、容重最低,对土壤物理状况的改善最为明显;厢宽沟深组合2×40下土壤全氮含量最低,厢宽沟深组合4×40次之,同时,其处理下的碱解氮含量最低;厢宽沟深组合3×30土壤全磷含量最低,而4×40土壤有效磷含量最高。厢宽沟深组合2×30处理下土壤重金属含量较高,微生物数量、多样性及酶活性较低,对植株的生长不利;相反,4×40处理下土壤重金属和真菌含量较低,细菌、放线菌、微生物多样性及酶活性较高,对植株生长有利。
3.构建了西南城郊水稻土土壤质量评价指标体系
将水旱轮作农田土壤系统分为物理、肥力、环境、健康四个子系统,物理子系统由含水量、容重、粘粒等指标组成;肥力子系统由有机质、全N、全P、全K、碱解氮、有效P、有效K、pH、阳离子交换量(CEC)指标组成,其直接供给植株养分,满足植株的生长需要;环境子系统由总Cd、有效Cd、总Pb、有效Pb等组成,其功能主要是反映土壤受污染状况;健康子系统则是由细菌、放线菌、真菌、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、脱氢酶、多酚氧化酶指标组成,其功能主要是对物理、肥力、环境子系统起到支撑和调节的作用。
4.采用模糊数学单因素评价模型进行了土壤质量评价
通过计算,有机肥处理后的土壤物理质量、肥力质量、环境质量、健康指数均有显著的提升。土壤物理质量C>D>E>B>A;肥力质量C>E>B>D>A;环境质量D>E>C>B>A:土壤健康C>B>D>E>A。其中,蘑菇渣处理(C)后的土壤物理质量指数、肥力质量指数和土壤健康指数均最高。有机肥处理后的土壤综合质量显著高于对照,不管是加乘法还是加权综合法所计算的土壤质量综合指数均是C>D>E>B>A,蘑菇渣处理(C)获得的指数最高,相对于其他有机肥更能有效地提升土壤质量。总体上来看,厢宽沟深组合4×40处理后的土壤物理质量、肥力质量、环境质量和土壤健康指数均较高。随着厢宽的增加土壤综合质量呈现上升的趋势,沟深40cm的综合质量均比沟深30cm高,厢宽沟深组合4×40处理获得的土壤综合质量指数最高,相对于其他处理更能有效地提升土壤质量。