農業對黏粒礦物及養分的影響

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1黏粒礦物

黏粒礦物是生物和水與巖石的界面過渡帶，也是土壤形成的主要基質，其礦物種類組成，決定著土壤的基本特性。由于不同的黏粒礦物有著差異較大的比表面積、電荷和陽離子交換能力，對土壤養分的釋放和固定作用的影響較大，尤其對鉀的釋放。但隨著環境條件的變化，黏粒礦物組成也會發生一定的變化，從而影響土壤養分的吸持能力。2007年Barr6通過長期施鉀肥和黑麥草耗鉀試驗的研究，發現2：1黏土礦物的cg與鉀的施人具有顯著的相關性，并認為類伊利石層間礦物是鉀的存儲庫⋯。VeldeandPeck對經過83年長期不施肥和持續的農作條件下的土壤礦物研究，發現該土壤I／S混層礦物中的蒙脫石的含量增加_2l。Velde等I3】在研究自然草原發育的土壤剖面時，發現歷經800年發育的土壤表層以無序的伊利石I／S礦物為主，而在較深的部分則以蒙脫石I／S礦物為主，表明農業利用對土壤黏粒礦物組成和礦質營養元素的含量產生一定的影響。而鄭慶福等(2010)在對多年開墾利用的黑土的研究中發現，證實東北黑土中的黏粒礦物組成并不全是以蒙脫石為主，而是以S／I混成礦物為主，在不同作物利用下，會發生不同變化。在吉林種植玉米區域的黑土為S／I混成一伊利石一蛭石類型，而黑龍江種植大豆區域黑土主要以伊利石一S／I混成類型【4]，充分表明不同的耕作方式會對土壤黏粒礦物的組成發生重要影響，并與傳統上的認識(土壤黏粒礦物不會再短時間內發生改變)相悖。因此為了明確農業利用方式對土壤黏粒礦物組成和肥力的影響，故在2000年和2008年從東北黑土多點取樣分析，以其揭示傳統農業和現代農業對土壤黏粒礦物及土壤養分的影響。

2材料與方法

2．1樣品采集

樣品采集于2000年，是在東北黑土區內，沿黑龍江省和吉林省中部的京哈鐵路東西兩側，從南到北跨越5個緯度，取樣點經區域調研和GPS進行定位，確定6個取土點，2008年在此定位點繼續采樣，采集的黑土土樣，均勻混合，采用四分法留取1kg土樣，裝入經標記的自封塑料袋。

2．2土壤理化性質測定

有機質的測定：采用重鉻酸鉀法一外加熱法；速效鉀的測定：采用醋酸銨溶液浸提一火焰光度法測定；pH值的測定：采用電位法；離子交換量測定：采用乙酸銨法。

2．3XRD衍射分析

<2m黏粒的分離與提取：將耕層剔去粗的有機質殘體，用30％HO分解有機質后離心，加少量0．5mol／LNaOH溶液，調節懸液pH至膠體懸浮后，經超聲波法(21．5kHz，300mA，30min)分散后，根據Stoke原理所確定的沉淀時間提取小于2m黏粒，如此重復提取，直至懸液中不含小于2m黏粒為止I5_，其它粒級繼續用沉降法和篩分法提取，并分別定量求出各粒級的百分數。x射線分析：將<2m的黏粒經連二亞硫酸鈉一檸檬酸鈉一重碳酸鈉法f簡稱DCB法)脫鐵處理后【，分別制成鉀飽和定向試樣和鎂飽和定向試樣，制成定向試樣經自然風干處理后用x射線衍射儀(島津7000型)在CuKa輻射、Ni濾波器、40．0kV、30．0mA、步長為0．04o條件下測定，然后將鉀飽和定向試樣進行2次加熱處理(馬弗爐中300℃和550℃條件下加熱2h)和鎂飽和定向試樣進行甘油飽和處理后測試【7】。

2．4數據處理

所得數據主要利用SPSS18．0的單因素進行分析，然后用MDIJade5．0軟件采用9點光滑處理和進行匹配『8_，依據5種測試條件下獲得的XRD衍射譜進行疊加對比對黏土礦物進行鑒定。并計算了每個衍射峰的積分強度和峰高，應用沉積巖黏粒礦物相對含量x射線衍射分析方法在鎂飽和風干、鎂甘油飽和處理和加熱550℃處理的XRD衍射譜上對伊利石、蒙伊混層礦物、綠泥石、高嶺石和蒙脫石進行半定量計算。

3結果與分析

3．1東北黑土利用時間對土壤顆粒組成的影響

東北黑土經過8年的農業利用后，土壤的物理結構發生了顯著的變化。其中2008年黑土的0．002～0．02mm的粉粒含量較2000年極顯著降低(F=5．84>P。0=O．026)。砂粒也有所降低，表明土壤較大顆粒的風化較為強烈。但土壤黏粒含量增加并未達到顯著，這可能是因黑土水土流失所致。

3．2東北黑土利用時間對土壤顆粒化學性質的影響

通過可知，東北黑土經過8年的農業利用后，對土壤顆粒化學性質的影響均較為顯著。2008年東北黑土的含水量、CEC、交換性Ca、交換性Mg、鹽基飽和度、交換性酸、交換性鋁和交換性總酸均較2000年極顯著增加。2008年東北黑土的交換性K和Na較2000年極顯著減少。由此說明農業利用對黑土土壤的鉀、鈉淋失較為嚴重，土壤礦物水化程度提高，交換性鈣的富集率較高，由于無平衡離子的補充，土壤酸化程度嚴重。

3．3東北黑土利用時間對土壤養分的影響

2008年東北黑土全磷含量(TP1較2000年極顯著降低(F=22．44>P。．ol=0．001)，全鉀含量(TK)較2000年極顯著提高(r=15．4>P。．。=0．001)，速效氮(AN)較2000年顯著降低(F=22．44>Po．ol=0．0011。其他養分的差異未達到顯著，說明在農耕中，土壤有機質因種植利用受到一定破壞，但仍能體現農業對土壤養分利用差異。

3．4東北黑土利用時間對土壤表層黏粒礦物組成的影響

在2000～2008年期間的8年農業利用對東北黑土黏粒礦物組成的影響較為明顯，其中伊利石含量極顯著降低(F=11．25>P。．。=0．003)，而高嶺石和蒙脫石含量極顯著增加(F=11．67>Po_01=0．003；F=13．89>Po01=0．001)，S／I混層礦物含量也較2000年的高，表明在現代農業的高強度利用下，東北黑土顆粒物理風化強烈，鉀的耗竭量急劇增加，使伊利石脫鉀后演化為S／I混層礦物，并有部分演化為蒙脫石和高嶺石。

4討論

通過歷經8年的農業利用前后的東北黑土黏粒礦物組成對比，其結果進一步證實了Mathe等在局部環境條件下對近期自然拓荒利用的土壤黏土礦物研究的結果，即隨著土壤利用年齡的增加，綠泥石被移除，I／S中伊利石的含量增加【m】。而劉永輝等人通過長期施肥對土壤黏粒礦物組成影響的研究發現，伊利石與蛭石有顯著消長關系，同時也受施肥的影響⋯】，說明土壤受農業利用強度加強，以及對土壤培肥的忽視，土壤的風化程度加強，黏粒礦物的風化進程加強，黏粒礦物組成在短期內可以發生顯著變化，對土壤肥力也會產生持續的影響。Barr6等[121研究指出，秸稈還田可在一定程度上阻止伊利石向蛭石轉化。從而說明，土壤經過及時培肥，也可抑制黏粒礦物的轉換，從而保持土壤原有的肥沃性質。以上這個結論也否定了人們傳統認為土壤黏粒礦物是惰性的、難以變化的思維。經過研究證明，土壤黏粒礦物，區別于礦藏性的黏粒礦物，其性質不僅活潑，而且很容易發生變化。在有機質的參與下，礦物層間發生強烈的離子交換，在較少的離子回補條件下，特別是在高強度的耕作利用條件下，黏粒礦物層間離子被大量快速地交換掉，而發生層間收縮坍塌，使黏粒礦物發生質的變化。進一步明確黏粒礦物的性質，及對土壤肥力的影響。

5結論

5．1經過8年的農業開墾利用后，東北黑土的0．002～0．02mm粉粒含量顯著降低(F=5．84>P0．01=0．026)，而黏粒含量因水土流失，增加未達到顯著。土壤交換性離子活性較強，均極顯著增加，但因交換性K和Na顯著減少，而無平衡離子的補充，土壤酸化程度加重。

5．2東北黑土開墾利用后，其有機質含量降低，對養分保蓄的能力明顯下降，而全鉀和有效鉀增加則因近來注重平衡施肥所致。

5．3農業開墾利用促進土壤黏粒的物理風化強烈，鉀的耗竭量急劇增加，使伊利石脫鉀后演化為S／I混層礦物，并有部分演化為蒙脫石和高嶺石，使土壤黏粒礦物組成發生顯著變化。