





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (19): 3829-3842.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.010
尹泽润1(
), 盛浩1(
), 刘鑫1, 肖华翠1, 张丽娜1, 李源钊1, 田宇1, 周萍2(
)
收稿日期:2022-11-10
接受日期:2023-02-14
出版日期:2023-10-01
发布日期:2023-10-08
通信作者:
联系方式:
尹泽润,E-mail:yinzerun123@163.com。
基金资助:
YIN ZeRun1(
), SHENG Hao1(
), LIU Xin1, XIAO HuaCui1, ZHANG LiNa1, LI YuanZhao1, TIAN Yu1, ZHOU Ping2(
)
Received:2022-11-10
Accepted:2023-02-14
Published:2023-10-01
Online:2023-10-08
摘要:
【目的】为明确双季稻酸紫泥田土壤健康对连续单施有机肥、石灰的响应规律,验证不同土壤健康评价方法在水稻土健康评价中的适应性、敏感性及筛选敏感指示指标。【方法】选取长江中下游植稻区双季稻酸紫泥田作为研究对象,基于配对试验设计的原则,设置对照和处理田块,研究连续6年单施有机肥、石灰后,土壤物理、化学、生物学共24项指标的变化规律,应用康奈尔土壤健康评价(CASH)、Haney土壤健康测试(HSHT)及主成分分析结合最小数据集(MDS),构建综合土壤健康指数,评估土壤健康的响应差异。【结果】与对照相比,单施有机肥的土壤容重、紧实度、微团聚体(<0.25 mm)含量分别显著下降14%、25%和32%,0.5—1 mm团聚体、铵态氮、活性有机碳、水溶性有机碳和氮、土壤呼吸与柠檬酸盐可浸提蛋白含量分别显著上升100%、37%、54%、21%、44%、59%和8%,最小数据集(MDS)、康奈尔土壤健康(CASH)、2015、2018及Ward实验室(SHS)版本的Haney土壤健康测试(HSHT)指数,分别显著提高75%、20%、42%、95%和55%(P<0.05);与对照相比,连续石灰处理土壤的紧实度、微团聚体、水溶性有机氮和pH分别显著上升44%、22%、61%和0.57个单位,但0.5—1 mm团聚体、有效态锌含量和土壤呼吸分别显著下降39%、14%和52%,MDS、CASH和SHS HSHT指数分别显著下降59%、15%和47%(P<0.05)。【结论】连续6年单施有机肥和石灰后,总体上对双季稻酸紫泥田的土壤健康分别产生了正面和负面作用。土壤健康指数无法反映本试验土壤的总镉累积量及其有效性的变化,镉超标水稻土健康评价方法仍有待开发。
尹泽润, 盛浩, 刘鑫, 肖华翠, 张丽娜, 李源钊, 田宇, 周萍. 双季稻酸紫泥田土壤健康对连续单施有机肥、石灰的响应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3829-3842.
YIN ZeRun, SHENG Hao, LIU Xin, XIAO HuaCui, ZHANG LiNa, LI YuanZhao, TIAN Yu, ZHOU Ping. Response of Paddy Soil Health to Continuous Amendments of Organic Fertilizer and Lime Separately Under Double-Cropping Rice Fields[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(19): 3829-3842.
表2
双季稻田连续6年单施有机肥和石灰后土壤物理性质"
| 处理 Treatment | 容重 Bulk density (g·cm-3) | 有效含水量 Available water capacity (g·g-1) | 紧实度 Soil hardness (kg·cm-2) | 土壤团聚体组分 Soil aggregate fractions (%) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1—2 mm | 0.5—1 mm | 0.25—0.5 mm | <0.25 mm | ||||
| 有机肥对照 Organic fertilizer-CK | 1.05±0.16a | 0.24±0.04a | 12.2±1.6a | 12.8±5.3a | 17.1±5.5b | 24.4±6.4b | 45.7±10.0a |
| 有机肥 Organic fertilizer | 0.90±0.09b | 0.25±0.05a | 9.2±1.8b | 13.2±4.2a | 25.9±5.5a | 26.5±5.9a | 34.5±10.2b |
| 石灰对照 Lime-CK | 0.93±0.06a | 0.24±0.06a | 10.2±2.3b | 17.3±1.9a | 27.6±5.8a | 18.2±5.3a | 36.9±3.1b |
| 石灰 Lime | 0.98±0.13a | 0.20±0.06a | 14.7±2.2a | 16.3±6.3a | 16.8±2.7b | 22.0±8.1a | 45.0±2.2a |
表3
双季稻田连续6年单施有机肥和石灰后土壤化学性质"
| 处理 Treatment | pH | 铵态氮 Ammonium N (mg·kg-1) | 有效磷 Olsen-P (mg·kg-1) | 速效钾 Extractable K (mg·kg-1) | 交换态镁 Exchangeable Mg (mg·kg-1) | 有效态锌 Available Zn (mg·kg-1) | 有效态铁 Available Fe (mg·kg-1) | 有效态锰 Available Mn (mg·kg-1) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 有机肥对照 Organic fertilizer-CK | 5.5±0.1b | 11.9±1.5b | 30.8±4.3a | 109±20a | 186±32a | 3.9±1.4a | 108±12a | 15.1±1.3a |
| 有机肥 Organic fertilizer | 5.7±0.2a | 16.2±2.7a | 29.4±6.5a | 113±40a | 175±32a | 4.1±1.6a | 101±9a | 18.2±2.8a |
| 石灰对照 Lime-CK | 5.7±0.1b | 9.8±3.1a | 27.9±6.5b | 114±29a | 176±41a | 3.9±0.3a | 118±9a | 9.0±3.8a |
| 石灰 Lime | 6.2±0.2a | 11.9±2.9a | 39.1±4.7a | 115±31a | 179±38a | 3.4±0.2b | 105±22a | 10.8±2.8a |
表4
土壤健康影响因子的荷载矩阵、Norm值及主成分因子筛选"
| 指标 Index | PCA1 | PCA2 | PCA3 | PCA4 | PCA5 | PCA6 | 分组 Groups | Norm | 最小数据集 Minimum data set |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 物理指标 Physical indicator | |||||||||
| 紧实度 Penetration resistance | 0.51 | 0.56 | 0.21 | -0.36 | 0.30 | -0.07 | 2 | 0.00 | |
| 有效含水量 Available water capacity | 0.89 | -0.09 | -0.27 | 0.16 | 0.10 | -0.05 | 1 | 2.45 | |
| 容重 Bulk density | 0.77 | 0.45 | 0.19 | -0.02 | 0.31 | -0.07 | 1 | 2.34 | |
| 水稳性团聚体 Wet aggregate stability | |||||||||
| 1—2 mm | 0.33 | -0.56 | -0.07 | 0.60 | 0.16 | 0.14 | 4 | 1.83 | |
| 0.5—1 mm | 0.46 | 0.12 | 0.56 | 0.65 | 0.06 | -0.15 | 4 | 1.95 | 是 Yes |
| 0.25—0.5 mm | 0.24 | 0.69 | -0.36 | -0.51 | -0.12 | 0.06 | 2 | 2.00 | |
| <0.25 mm | 0.64 | 0.61 | 0.25 | 0.24 | 0.09 | -0.04 | 1 | 2.28 | |
| 化学指标 Chemical indicator | |||||||||
| pH | -0.57 | -0.01 | -0.53 | 0.33 | 0.32 | -0.32 | 1 | 1.99 | |
| 铵态氮 Ammonium N | 0.10 | 0.74 | -0.23 | -0.07 | -0.40 | 0.16 | 2 | 2.05 | |
| 有效磷 Olsen-P | 0.24 | -0.38 | -0.65 | 0.18 | -0.01 | 0.38 | 3 | 1.76 | |
| 速效钾 Extractable K | -0.52 | 0.58 | 0.04 | 0.21 | 0.13 | 0.20 | 2 | 1.96 | |
| 有效态锌 Available Zn | 0.81 | 0.25 | -0.20 | -0.19 | 0.15 | 0.37 | 1 | 2.34 | |
| 交换态镁 Exchangeable Mg | -0.80 | 0.38 | 0.27 | 0.10 | 0.09 | 0.35 | 1 | 2.40 | |
| 有效态铁 Available Fe | -0.08 | 0.16 | 0.35 | 0.39 | 0.46 | 0.67 | 6 | 1.43 | 是 Yes |
| 有效态锰 Available Mn | 0.19 | -0.41 | 0.55 | 0.19 | -0.39 | -0.12 | 3 | 1.63 | |
| 污染指标 Pollution indicator | |||||||||
| 总镉Total Cd | -0.63 | 0.14 | 0.69 | -0.10 | 0.01 | 0.15 | 3 | 2.19 | |
| DTPA浸提镉 DTPA-Cd | -0.78 | 0.56 | 0.06 | 0.06 | -0.06 | 0.14 | 1 | 2.44 | |
| 交换态镉 Exchangeable Cd | -0.53 | 0.57 | -0.31 | 0.09 | 0.37 | -0.31 | 2 | 2.11 | |
| 生物学指标 Biological indicator | |||||||||
| 土壤有机质 Soil organic matter | 0.92 | 0.09 | -0.02 | -0.12 | 0.12 | 0.04 | 1 | 2.46 | 是 Yes |
| 活性有机碳 Soil active organic C | 0.43 | 0.82 | -0.23 | 0.37 | 0.11 | -0.16 | 2 | 2.19 | 是 Yes |
| 水溶性有机碳 Water extractable organic C | -0.27 | 0.65 | -0.32 | 0.29 | -0.49 | -0.08 | 2 | 1.93 | |
| 水溶性有机氮 Water extractable organic N | -0.04 | 0.15 | -0.70 | 0.58 | -0.23 | 0.01 | 3 | 1.76 | |
| ACE蛋白 Autoclaved citrate extractable protein | 0.51 | 0.18 | 0.27 | 0.18 | -0.71 | 0.25 | 5 | 1.83 | 是 Yes |
| 土壤呼吸 Soil respiration | 0.09 | 0.39 | 0.74 | 0.24 | -0.06 | -0.36 | 3 | 1.82 | 是 Yes |
| 特征值 Eigenvalue | 7.08 | 5.14 | 3.85 | 2.36 | 1.86 | 1.46 | |||
| 贡献率 Contribution rate(%) | 29.50 | 21.44 | 16.03 | 9.84 | 7.75 | 6.10 | |||
| 累积贡献率 Cumulative Contribution rate(%) | 29.50 | 50.93 | 66.96 | 76.80 | 84.55 | 90.65 |
| [1] |
张桃林. 守护耕地土壤健康支撑农业高质量发展. 土壤, 2021, 53(1): 1-4.
|
|
|
|
| [2] |
朱永官, 李宝值, 吝涛. 培育健康土壤,助力乡村振兴. 科技导报, 2021, 39(23): 54-58.
|
|
|
|
| [3] |
韩明会, 李保国, 张丹, 李颖. 再生农业: 基于土地保护性利用的可持续农业. 中国农业科学, 2021, 54(5): 1003-1016. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.05.012.
|
|
|
|
| [4] |
张俊伶, 张江周, 申建波, 田静, 金可默, 张福锁. 土壤健康与农业绿色发展: 机遇与对策. 土壤学报, 2020, 57(4): 783-796.
|
|
|
|
| [5] |
司绍诚, 吴宇澄, 李远, 涂晨, 付传城, 骆永明. 耕地和草地土壤健康研究进展与展望. 土壤学报, 2022, 59(3): 625-642.
|
|
|
|
| [6] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.08.259 |
| [7] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2018.01.030 |
| [8] |
李鑫, 张文菊, 邬磊, 任意, 张骏达, 徐明岗. 土壤质量评价指标体系的构建及评价方法. 中国农业科学, 2021, 54(14): 3043-3056. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.14.010.
|
|
|
|
| [9] |
doi: 10.2136/sssaj2018.09.0338 |
| [10] |
doi: 10.1002/saj2.v84.5 |
| [11] |
doi: 10.1016/j.still.2019.104382 |
| [12] |
doi: 10.1016/j.ecoenv.2019.109903 |
| [13] |
doi: 10.1016/j.jenvman.2010.05.011 pmid: 20538406 |
| [14] |
薛毅, 尹泽润, 盛浩, 马颢榴, 周清, 宋达清, 张杨珠. 连续4 a施有机肥降低紫泥田镉活性与稻米镉含量. 环境科学, 2020, 41(4): 1880-1887.
|
|
|
|
| [15] |
doi: 10.1016/j.envpol.2021.118566 |
| [16] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.151026 |
| [17] |
李源钊, 盛浩, 尹泽润, 肖华翠, 薛毅, 周萍. 双季稻田土壤微生物群落对连续5年施有机肥和石灰的响应差异. 土壤通报, 2022, 53(2): 482-491.
|
|
|
|
| [18] |
doi: 10.1007/s11104-021-05004-w |
| [19] |
|
| [20] |
doi: 10.1016/S1002-0160(21)60047-4 |
| [21] |
doi: S0269-7491(17)35028-5 pmid: 29753245 |
| [22] |
doi: S0045-6535(18)30643-X pmid: 29655105 |
| [23] |
|
| [24] |
doi: 10.1016/j.still.2021.105137 |
| [25] |
doi: 10.1016/j.geoderma.2015.12.007 |
| [26] |
廖抒蔚, 孔维凤, 梁嫦娥, 王腊梅, 李坤桐, 王纯, 仝川. 湿地土壤水稳性团聚体结构和稳定性研究进展. 湿地科学, 2021, 19(5): 623-628.
|
|
|
|
| [27] |
doi: 10.1016/0016-7061(91)90053-V |
| [28] |
李烜桢, 骆永明, 侯德义. 土壤健康评估指标、框架及程序研究进展. 土壤学报, 2022, 59(3): 617-624.
|
|
|
|
| [29] |
doi: 10.1016/j.ecoenv.2021.112621 |
| [30] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.135927 |
| [31] |
doi: 10.1016/j.envpol.2018.04.024 |
| [32] |
朱永官, 彭静静, 韦中, 沈其荣, 张福锁. 土壤微生物组与土壤健康. 中国科学: 生命科学, 2021, 51(1): 1-11.
|
|
|
|
| [33] |
doi: 10.1016/j.geoderma.2020.114742 |
| [34] |
doi: 10.1016/j.geoderma.2020.114394 |
| [35] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2022.108708 |
| [1] | 黄少辉, 杨慧敏, 杨军芳, 杨文方, 聂浩亮, 张静, 邢素丽, 王敬霞, 杨云马, 贾良良. 磷肥长期施用对石灰性褐土团聚体中磷形态及磷酸酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(5): 943-955. |
| [2] | 陈均权, 马驰远, 胡鑫, 李朵, 郭艳琦, 刘灿, 周凯, 郑太辉. 有机无机肥配施调控红壤稻田土壤肥力、生态化学计量特征及产量[J]. 中国农业科学, 2025, 58(23): 4952-4966. |
| [3] | 谢海鹏, 林俊旭, 刘勇, 麦贤俊, 罗丰, 王学武, 谢文, 李少卡, 孔祥义, 吴小燕. 施用不同有机肥对贝莱斯芽孢杆菌SD13防控豇豆枯萎病的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4405-4420. |
| [4] | 李月琪, 麻仲花, 苏明, 刘昊, 马风兰, 马小英, 李涛, 李清云, 张丹, 刘吉利, 吴娜. 不同耕作方式下盐碱地玉米光合物质生产能力对有机肥用量的响应[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 3872-3889. |
| [5] | 方娅婷, 赵剑, 盛倩男, 李凯旭, 王祥华, 张洋洋, 朱俊, 丛日环, 陆志峰, 李小坤, 任涛, 鲁剑巍. 长期化肥和有机物料投入对稻油轮作作物产量和养分利用的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(16): 3164-3177. |
| [6] | 卜容燕, 程文龙, 武际, 唐杉, 李敏, 鲁剑巍, 纪根学, 王慧, 朱睿, 蒋发辉, 汤萌萌, 韩上. 有机肥无机肥配施结合深耕提升稻油轮作系统生产力和养分利用效率[J]. 中国农业科学, 2025, 58(16): 3178-3189. |
| [7] | 张鑫瑶, 王萍, 刘亚龙, 汪景宽. 不同植稻年限土壤酶活性及其化学计量特征[J]. 中国农业科学, 2025, 58(13): 2604-2613. |
| [8] | 杜嘉琪, 张紫薇, 王若飞, 黎星, 郭红艳, 杨硕, 冯成, 何堂庆, Giri Bhoopander, 张学林. 有机肥替代化肥与丛枝菌根真菌互作对砂姜黑土和潮土N2O排放的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(1): 101-116. |
| [9] | 宋雅荣, 常单娜, 周国朋, 高嵩涓, 段廷玉, 曹卫东. 解磷细菌活化水稻土中低品位磷矿粉的效果与机制[J]. 中国农业科学, 2024, 57(6): 1102-1116. |
| [10] | 马荣辉, 杨武杰, 于蕾, 杨泽龙, 王健, 郭跃升. 山东省作物秸秆和畜禽粪尿有机肥资源现状及替代化肥潜力分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(4): 721-739. |
| [11] | 高慧珊, 李根明, 张进财, 姬广兴, 李青松. 河南省畜禽粪便同效当量替代化肥供需平衡分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(23): 4746-4760. |
| [12] | 栗海鹏, 杜武焰, 吴涵茜, 张杰, 孟会生, 洪坚平, 徐明岗, 郝鲜俊, 高文俊. 不同有机肥对煤矿复垦区土壤养分及细菌群落结构的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(16): 3207-3219. |
| [13] | 张小琴, 尹昌, 李政, 唐旭, 李艳, 吴春艳. 长期施肥对水稻土典型氨氧化菌和全程氨氧化菌种群活性和丰度的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(14): 2803-2814. |
| [14] | 杨文辉, 罗灏程, 董二伟, 王劲松, 王媛, 刘秋霞, 黄晓磊, 焦晓燕. 长期不同施肥和深翻对玉米高粱轮作体系作物钾利用及土壤钾形态的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(12): 2390-2403. |
| [15] | 王宇, 宋一凡, 张荣, 牟海萌, 孙丽芳, 付凯霞, 武紫君, 黄青青, 徐应明, 李鸽子, 王永华, 郭天财. 土壤施用钝化剂与复合微生物肥对冬小麦镉积累的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(1): 126-141. |
|
||