长期耕作活动对大庆和绥化地区黑土理化性质的影响

黑龙江农业科学２０２３(４):１８Ｇ２３H e i l o n g j i a n g A g
r i c u l t u r a l S c i e n c e s h t t p ://h l j n y k x ．h a a s e p
．c n D O I :１０．１１９４２/j
．i s s n １００２Ｇ２７６７．２０２３．０４．００１８张雷,邱路凡,皇甫辉远,等．长期耕作活动对大庆和绥化地区黑土理化性质的影响[J ]．黑龙江农业科学,２０２３(４):１８Ｇ２３．
长期耕作活动对大庆和绥化地区黑土
理化性质的影响
张㊀雷１,邱路凡１,皇甫辉远１,张文珍２,顾㊀月１,张㊀曼１
(１．东北石油大学地球科学学院,黑龙江大庆１６３３１８;２．
辽宁奥克化学股份有限公司,辽宁辽阳１１１０００
)摘要:我国东北黑土区面积广阔,是我国粮食的重要生产区.而黑土区包含黑土㊁黑钙土㊁草甸土等多种土壤,为深化研究黑土区的土壤性质,实现因地制宜保护黑土区的策略,采集了大庆市和绥化市不同地区耕地和非耕地的黑土㊁草甸土,通过实验分析了个２２点位土样的６个理化性质指标.结果表明,在１１个取样地区中,耕地p H 普遍低于非耕地,其中肇源地区耕地p H 为７．８１,与非耕地相比下降了１．３５
;干物质含量中,除红岗地区外,耕地干物质含量均较非耕地有一定程度的上升,望奎地区干物质含量上升最多,为１．８７个百分点;
有机碳含量中,所有地区耕地均高于非耕地,大同耕地有机碳含量最高,为６７．６７g k g －１,本文非耕地增加了２５．２６g k g －１
;
全氮含量中,耕地含量均小于非耕地,绥棱非耕地含量最高,为３６９９．１１m g k g －１
,
耕地相比非耕地降低了１５２０．２８m g k g －１
;
全磷㊁全钾中,耕地含量均不同程度高于非耕地.综上可知,长期的化肥施用导致该地区土壤中已经有明显的磷㊁钾元素富集,且有较明显的土壤酸化和一定程度的土壤板结.当地政府应当及时调
整政策,鼓励农民施用有机肥,缓解土壤质量的恶化.关键词:黑土区;耕地;土壤理化性质;土壤肥力
收稿日期:２０２２Ｇ１１Ｇ１０
基金项目:国家自然科学基金(４１８７７４８９
).第一作者:张雷(１９８２－),男,博士,教授,从事土壤地下水污染与修复技术研究.E Ｇm a i l :z h l e i １６２＠１２６．c o m .
㊀㊀黑土这个词最初来源于东北农民平时的称
呼,指的是土壤肥沃而黑土层的厚度大于一犁深
的暗黑色土壤[１]
,有学者又将富含有机质的暗色
表层土壤统称为黑土.现在所说的黑土,对应于
美国土壤系统划分中的软土[
２]
.东北黑土区是世界四大黑土区之一,是我国重要的粮食生产基地,其大规模开发历史较短.近年伴随着我国人口急剧增加㊁科学技术迅猛发展㊁农民在耕作时有机肥
使用量逐年减少[３Ｇ５
],各种含氮㊁磷㊁钾的化肥使用
量逐年增多,使得黑土利用程度超过了它的形成
速度[６Ｇ８]
.过量的氮㊁磷㊁钾元素富集在黑土中,有
机质相对含量持续下降,从而使黑土退化严重,种
植的农作物的质量和产量都有所下降[
９Ｇ１０
].长期性频繁地机械耕作不利于土壤胶体的产生,降低土壤保水性,加上降水及一些黑土处在丘陵地形和漫岗地区等,造成黑土区土壤侵蚀较为严重,耕作腐蚀已经成为该地土壤腐蚀的重要方式,这些问题都是牵制农牧业可持续的关键因素之一.据
调查,在全球范围内每一年大约是６００万h m
２
新土地因土壤衰退而失去生产主力,土地退化会危
害全世界土地资源总数的３０％[１
１]
.大庆市地处中国东北松嫩平原中部,黑龙江省
西部,是一座以石油㊁石化和高科技产业著称的新兴城市.根据２０１０年大庆市土地利用变更调查统
计数据,全市土地总面积为２１２１８７２．６７h m ２
,其中耕地面积为６３０３３４．３５h m
２
,占总土地面积和农用地面积的２９．７１％,而由于常年过度耕种以及化学农药的使用,大庆地区黑土土壤退化严重,
耕种面积持续减少.
因此,为了探究耕作对于黑土化学性质的具体影响,对大庆及其周边地区的耕地和非耕地土壤进行取样和化学成分的测试分析.通过实地检测各个地区耕地㊁非耕地土壤的p H ㊁有机碳含量㊁全氮㊁总磷㊁全钾含量并进行对比,分析耕作与施肥对土壤性质的具体影响,以期为黑土退化现状提供实际证据,依此制定黑土保护措施,及改变农耕管理的有效策略.
１㊀材料与方法
１．１㊀材料
１．１．１㊀土样㊀本次研究的土壤主要来自大庆耕地与大庆市龙凤湿地非耕地㊁大庆周边沿安肇新河在肇州㊁大同㊁红岗㊁肇源㊁安达分别采集了耕地
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４期
㊀㊀张㊀雷等:
长期耕作活动对大庆和绥化地区黑土理化性质的影响㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀与非耕地的０~３０c m 表层土样,同时也采集了绥化地区的青岗㊁绥棱㊁望奎㊁明水㊁海伦耕地与非耕地０~３０c m 表层土样.本次研究样品采集的所有点位参见图１和图２.
图１㊀
黑土耕地采样点位
图２㊀黑土非耕地采样点位
１．１．２㊀主要仪器和试剂㊀P e r k i n E l m e rA a n a l y
s t ２００原子吸收分光光度计;７５２N 紫外可见分光光度计,上海精密仪器仪表有限公司;P G S Ｇ３E 型
p
H 计,上海仪电科学仪器有限公司;D G G Ｇ９０５３A 型电热恒温鼓风干燥箱,上海森信实验仪器有限公司;S X ２Ｇ５Ｇ１２箱式电阻炉,天津市中环实验炉有限公司.
化学试剂使用了氢氟酸㊁硼酸㊁高氯酸㊁盐酸㊁硝酸㊁硫酸㊁硫酸汞㊁抗坏血酸㊁重铬酸钾等,纯度均为分析纯.
１．２㊀方法１．２．１㊀土样处理㊀将采集到的富含有机质的黑色泥土地土壤样品放在通风橱里自然风干后,研磨,分别用１００目㊁６０目㊁１８目的土壤筛过筛,密封保存备用.
１．２．２㊀测定项目及方法㊀主要对采集到的土壤
样品进行土壤理化性质分析,主要是测定土壤样品的p H ㊁
土壤中水溶性盐含量㊁用称重法计算土壤中干物质和水分含量㊁用氢氟酸消解法测定土壤中全钾含量㊁用碱熔Ｇ钼锑抗分光光度法测定土壤样品中总磷含量㊁用凯氏定氮法测定了土壤的全氮含量㊁用重铬酸钾氧化法Ｇ分光光度法测定土壤中有机碳含量,具体检测方法参见表１.
表１㊀土壤分析方法
序号检测项目单位
检测方法１有机碳含量g k g
－１H J ６１５－２０１１２干物质含量
％
H J ６１３－２０１１３全氮m g k g －１H J ７１７－２０１４４全钾g k g
－１G B９８３６－８８
５总磷m g k g
－１H J ６３２－２０１１６
p
H N Y /T１３７７－２００７
１．２．３㊀数据分析㊀采用E x c e １２０１０进行原始数据的整理与分析,使用S P S S２６．０软件进行数据
分析,显著性水平０．０５,用O r i g
i n １８．０软件作图.２㊀结果与分析
２．１㊀土壤p H
如图３所示,大庆及其周边地区土壤盐碱化严重,大部分土壤p H 都在８以上.本研究发现非耕地的p H 均值为８．３９,耕地的p H 均值为７ ５６.通过对比同一地区耕地与非耕地的p H 可以看出,非耕地的p H 普遍比耕地高,
其中肇源地区耕地p H 为７．８１,与非耕地相比下降了１ ３５,是所有地区中下降最多的,仅青岗地区耕地p H 轻微上升,结合当地环境分析可能与耕作方式与类型相关
.
图３㊀黑土耕地与非耕地p H 对比
９
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㊀㊀㊀㊀㊀黑㊀龙㊀江㊀农㊀业㊀科㊀学４期
２．２㊀土壤的干物质含量
如图４所示,采样地区总体上耕地的干物质含量大于非耕地,即耕地含水量小于非耕地,仅有红岗地区耕地干物质含量低于非耕地,肇州耕地干物质含量最高,为９７．６６％.相差最大的望奎耕地比非耕地含水量低了１ ８７个百分点,这很有可能是长期的耕种影响了黑土的物理结构,造成土壤板结等问题,从而导致土壤水分的流失,降低了土壤的保水能力
.
图４㊀黑土耕地与非耕地干物质含量对比
２．３㊀土壤有机碳含量
如图５所示,耕地的有机碳含量基本都高于非耕
地,大同地区耕地有机碳含量最高,为６７．６７g k g －１
,
肇源地区非耕地有机碳含量最低,为１０．６９g k g －１
,
大同地区耕地与非耕地有机碳含量差异最大,相差
２５．２６g k g －１
.本次采集的土壤深度为０~３
０c m ,证实了保护性耕作能使土壤表层的有机碳富集.
大庆地区的有机碳含量都低于绥化地区,表明黑
土肥力流失,土壤退化较为严重,迫切需要采取秸秆还田等固碳措施
.
图５㊀黑土耕地与非耕地有机碳含量对比
２．４㊀土壤全氮、
总磷及全钾含量２．４．１㊀全氮㊀如图６所示,
非耕地土壤的全氮含量明显高于耕地土壤,增幅在９．８６％~５２．１６％之间,
绥棱地区非耕地全氮含量最高,为３６９９．１１m g k g －１
,
安达地区耕地全氮含量最低,为７５６．４１m g k g －１
,
耕地与非耕地全氮含量差异最大的是绥棱地区,
相差１５２０．２８m g k g －１
,并且耕作对绥化地区黑钙土的全氮含量影响明显大于大庆地区
.
图６㊀黑土耕地与非耕地全氮含量对比
２．４．２㊀总磷㊀如图７所示,
耕地土壤的总磷含量均高于非耕地,最高的为海伦,增加了７６．５３％,这显然是长期施用含磷化肥导致的,总磷含量最
高的是绥棱地区,为６６３４．３２m g k g －１
,最低的是肇州地区,为９８４．３４m g k g －１
.此外,
大庆地区黑土全磷含量也明显低于绥化地区
.
图７㊀黑土耕地与非耕地总磷含量对比
０
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４期
㊀㊀张㊀雷等:
长期耕作活动对大庆和绥化地区黑土理化性质的影响㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２．４．３㊀全钾㊀如图８所示,全钾含量最高的是肇源耕地,为４．９１g k g －１
,
含量最低的是明水非耕地,为２．３９g k g －１
.耕地土壤的全钾含量均高
于非耕地土壤,增幅最小的是海伦,增加了０．１％,最多的为肇源,增加了１．８９％,这是长期耕作施用的化肥中含钾导致的,并且大庆地区的钾含量增量普遍高于绥化地区
.
图８㊀黑土耕地与非耕地全钾含量对比
３㊀讨论
土壤p H 是土壤的一个重要化学指标,
土壤p
H 会影响各种养分的周转循环以及土壤微生物多样性和群落结构的变化,被认为是可以间接衡
量土壤肥力水平的重要参数之一[
１２Ｇ１３
].许多研究表明,采用不同耕作方式㊁不同施肥方法都有可能导致土壤酸化或盐碱化,是土壤发生退化的标
志之一[
１４Ｇ１７]
.目前已有学者研究了不同耕作方法对土壤
p
H 的影响,本研究针对黑土是否被耕作,研究其对黑土p H 的影响,大庆及其周边地区是土壤盐碱化较为严重的区域,大部分土壤p H 都在８以上.本研究检测发现非耕地的p H 均值为
８．３９,耕地的p H 均值为７．５６,
基本符合地区实际情况.通过对比同一地区耕地与非耕地的p
H ,可以看出非耕地的p H 普遍比耕地高.这说明长期的耕种导致了黑土的酸化,改变了土壤的性质,影响内部微生物活性.因此需要使用更为合理的耕作方式和施肥方案,预防土壤进一步酸化.
土壤中有气㊁液㊁固三相,液相是土壤最敏感的一相.土壤中的水分极易受到气象㊁植被或人为活动的影响,从而对其内部的微生物结构和生
长的农作物产生影响[
１８Ｇ１９]
.许多研究分析了秸秆还田㊁膜覆盖或各种耕作方式对土壤含水量的影响,但耕作对黑土含水量影响的研究较少.总体上耕地的含水量小于非耕地,这很有可能是长期的耕种影响了黑土的物理结构,造成土壤板结等问题,从而导致土壤水分的流失,降低了土壤的保水能力.
土壤有机碳含量是反映人为活动对土壤质量
影响的一个重要指标[２０]
.B r o w n 等[２
１]的研究表明耕作对土壤有机碳含量有一定的影响,但不耕
作对土壤有机碳含量的增加并不明显.陈娟[
２２
]的研究得出保护性耕作能使土壤表层的有机碳富集.黑土最显著的特性就是极高的有机质含量.耕地的有机碳含量基本都高于非耕地,而本次采集的土壤深度为０~３０c m ,验证了保护性耕作能使土壤表层的有机碳富集的结论.这说明合理的耕种方式是能改善土壤的质量的,合理的土壤固
碳对于土壤和大气的整体碳分布具有重要意义.大庆地区的有机碳含量都低于绥化地区,说明大庆地区黑土肥力流失,土壤退化较为严重,迫切需要采取秸秆还田等固碳措施.
氮㊁磷㊁钾是土壤中最重要的３种营养元素,
它们是作物生长的必要元素.土壤中的氮㊁磷㊁钾含量主要受到肥料种类和耕种方式的影响.非耕地中的氮㊁磷㊁钾活性一般高于耕地,土壤深松也能明显提高氮㊁磷㊁钾的利用率
[２３Ｇ２５]
.长期的化
肥施用导致该地区土壤中已经有明显的P ㊁K 元
素富集,且有较明显的土壤酸化和一定程度的土壤板结.当地政府应当及时调整政策,鼓励农民施用有机肥,缓解土壤质量的恶化.
４㊀结论
本研究通过采集大庆市和绥化市不同地区耕地和非耕地的黑土㊁草甸土,分析了个２２点位土样的６个理化性质指标,得出:(１)耕作活动使黑土发生了酸化,这会导致土壤微生物结构破坏,土壤内养分循环出错,土壤肥力流失,建议混合施用有机肥和无机肥,抑制土壤酸化;(２)耕作活动能在一定程度上使有机碳在表层土富集,但大庆地区的黑土有机碳含量明显偏低,亟需因地制宜的
１
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固碳措施保持黑土的肥力;(３)长期耕作施用的肥料使大量的氮㊁磷㊁钾残留在土壤中,应进行合理的肥料施用与保护性耕作配合,提高氮㊁磷㊁钾的有效利用率.
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E N GCG．E f f e c t o f c o n s e r v a t i o n t i l l a g e p r a c t i c e s o ns o i l p h o s p h o r u sn u t r i t i o ni na na p p l e
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E f f e c t s o fL o n gＧT e r mT i l l a g eA c t i v i t i e s o nP h y s i c a l a n dC h e m i c a l
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g C i t y
a n dS u i h u aC i t y w e r ec o l l e c t e d,a n ds i x p h y s i c a l a n dc h e m i c a l p r o p e r t y i n d e x e so f２２s i t es o i l s a m p l e sw e r e
a n a l y z e d t h r o u g h e x p e r i m e n t s．T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e p Ho f c u l t i v a t e d l a n dw a s g e n e r a l l y l o w e r t h a n t h a t
o f n o nＧc u l t i v a t e d l a n d i nt h e１１s a m p l i n g a r e a s,a n dt h e p H o f c u l t i v a t e dl a n di nZ h a o y u a na r e aw a s７．８１, w h i c hw a s１．３５l o w e r t h a n t h a t o f n o nＧc u l t i v a t e d l a n d．I n t h e d r y m a t t e r c o n t e n t,e x c e p tH o n g g a n g a r e a,t h e
d r y m a t t
e r c o n t e n t o
f c u l t i v a t e d l a n dd e c r e a s e d t o a c e r t a i n e x t e n t,a n d t h e d r y m a t t e r c o n t e n t o fW a n
g k u i a r e a
d e c r e a s e db y１．８７％a t m o s t．T h eo r g a n i cc a r b o nc o n t e n ti na l lc u l t i v a t e dl a n d w a sh i g h e rt h a nt h a ti n
n o nＧc u l t i v a t e d l e n d．T h eh i g h e s t o r g a n i c c a r b o nc o n t e n t i nD a t o n g c u l t i v a t e d l a n dw a s６７．６７g k g－１,w h i c h
i n c r e a s e db y２５．２６g k g－１c o m p a r e dw i t hn o nＧc u l t i v a t e d l e n d．T h e c o n t e n t o f t o t a l n i t r o g e n i n c u l t i v a t e d l a n dw a s
l o w e r t h a n t h a t i nn o nＧc u l t i v a t e d l a n d,a n dt h eh i g h e s t c o n t e n t i nn o nＧc u l t i v a t e dl a n d w a s３６９９．１１m g k g－１i n S u i l i n g,w h i c hw a s１５２０．２８m g k g－１l o w e r t h a n t h a t i n c u l t i v a t e d l a n d．T h e c o n t e n t o f t o t a l Pa n d t o t a lKi n
c u l t i v a t e
d l a n dw a sh i g h
e r t h a n t h a t i nn o nＧc u l t i v a t e d l a n d．I n c o n c l u s i o n,l o n gＧt e r mc h e m i c a l
f e r t i l i z e r a p p l i c a t i o n
h a d r e s u l t e d i n s i g n i f i c a n t e n r i c h m e n t o f Pa n dKe l e m e n t s i n t h e s o i l i n t h i s a r e a,a n d o b v i o u s s o i l a c i d i f i c a t i o n
a n d s o i l c o m p a c t i o n t oac e r t a i ne x t e n t．T h e l o c a l g o v e r n m e n t s h o u l da d j u s t i t s p o l i c i e s i nt i m e t oe n c o u r a g e
f a r m e r s t o a p p l y o r
g a n i c f e r t i l i z e r s t o a l l e v i a t e t
h e d e t e r
i o r a t i o no f s o i l p h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s．
K e y w o r d s:b l a c ks o i l a r e a;c u l t i v a t e d l a n d;s i o l p h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s;s o i l f e r t i l i t y
(上接第４页)
S e l e c t i o no fM a i z eV a r i e t i e s f o rG r a i n M e c h a n i c a lH a r v e s i n g
i n t h eT h i r dA c c u m u l a t e dT e m p e r a t u r eZ o n e s
o fH e i l o n g j i a n g P r o v i n c e
L I U H u i d i,L IT i n g f e n g,G U OJ i a n h u a
(C r o p sD e v e l o p m e n tR e s e a r c h I n s t i t u t e,H e i l o n g j i a n g A c a d e m y o fL a n dR e c l a m a t i o nS c i e n c e s,J i a m u s i１５４００７,C h i n a)
A b s t r a c t:I no r d e r t o p r o m o t e t h em a i z e g r a i nm e c h a n i c a l h a r v e s t i n g i n t h e t h i r d a c c u m u l a t i v e t e m p e r a t e z o n e o f
H e i l o n g j i a n g P r o v i n c e,a ne x p e r i m e n ta b o u tc u l t i v a rs e l e c t i o n w a sc a r r i e do u t i n８５２F a r m o fH e i l o n g j i a n g i n
２０２１．T h e g r o w t h a n dd e v e l o p m e n t p r o c e s s,a g r o n o m i c t r a i t s,g r a i n m o i s t u r e c o n t e n t a t h a r v e s t i n g w a s２８．０％,y i e l d
a n dh a r v e s t q u a l i t y o f d i f f e r e n tm a i z e c u l t i v a r sw e r e a n a l y z e d．T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e p e r i o do fT i a n h e２w a s
１１５d a y s,t h e l o d g i n g r a t ew a s１．３３％,g r a i n m o i s t u r ec o n t e n t a th a r v e s t i n g,y i e l dw a s１０４２５．８k g h a－１,
a n d t h e y i e l di n c r e a s e d
b y３．７２％
c o m p a r e
d w i t ht h ec o n t r o l．T h ei m p u r i t y r a t
e w a s０．７０％,t h e g r a i n
b r e a k a g e r a t ew a s４．５８％,a n d y i e l d l o s s r a t ew a s０．６７％,w h i
c hw e r e l o w e r t h a n t h e n a t i o n a l s t a n
d a r d o f l
e s s
t h a n２ ５％(G B/T２１９６２－２０２０)．T h e c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s s h o w e dt h a tT i a n h e２h a da l o wl o d g i n g r a t e,
g r a i nm o i s t u r e c o n t e n t,g r a i n i m p u r e r a t e,g r a i nb r o k e n r a t e,a n dah i g h y i e l d．I t i s t h e s u i t a b l em a i z e r a r i e t y
f o rm e c h a n i c a l
g r a i n
h a r v e s t
i n g i n t h e t h i r da c c u m u l a t i v e t e m p e r a t e z o n e o fH e i l o n g
j i a n g P r o v i n c e．
K e y w o r d s:m a i z e;g r a i nm e c h a n i c a l h a r v e s t i n g;v a r i e t y s e l e c t i o n
３２
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