农业对黏粒矿物及养分的影响

前言：本站为你精心整理了农业对黏粒矿物及养分的影响范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

1黏粒矿物

黏粒矿物是生物和水与岩石的界面过渡带，也是土壤形成的主要基质，其矿物种类组成，决定着土壤的基本特性。由于不同的黏粒矿物有着差异较大的比表面积、电荷和阳离子交换能力，对土壤养分的释放和固定作用的影响较大，尤其对钾的释放。但随着环境条件的变化，黏粒矿物组成也会发生一定的变化，从而影响土壤养分的吸持能力。2007年Barr6通过长期施钾肥和黑麦草耗钾试验的研究，发现2：1黏土矿物的cg与钾的施人具有显著的相关性，并认为类伊利石层间矿物是钾的存储库⋯。VeldeandPeck对经过83年长期不施肥和持续的农作条件下的土壤矿物研究，发现该土壤I／S混层矿物中的蒙脱石的含量增加_2l。Velde等I3】在研究自然草原发育的土壤剖面时，发现历经800年发育的土壤表层以无序的伊利石I／S矿物为主，而在较深的部分则以蒙脱石I／S矿物为主，表明农业利用对土壤黏粒矿物组成和矿质营养元素的含量产生一定的影响。而郑庆福等(2010)在对多年开垦利用的黑土的研究中发现，证实东北黑土中的黏粒矿物组成并不全是以蒙脱石为主，而是以S／I混成矿物为主，在不同作物利用下，会发生不同变化。在吉林种植玉米区域的黑土为S／I混成一伊利石一蛭石类型，而黑龙江种植大豆区域黑土主要以伊利石一S／I混成类型【4]，充分表明不同的耕作方式会对土壤黏粒矿物的组成发生重要影响，并与传统上的认识(土壤黏粒矿物不会再短时间内发生改变)相悖。因此为了明确农业利用方式对土壤黏粒矿物组成和肥力的影响，故在2000年和2008年从东北黑土多点取样分析，以其揭示传统农业和现代农业对土壤黏粒矿物及土壤养分的影响。

2材料与方法

2．1样品采集

样品采集于2000年，是在东北黑土区内，沿黑龙江省和吉林省中部的京哈铁路东西两侧，从南到北跨越5个纬度，取样点经区域调研和GPS进行定位，确定6个取土点，2008年在此定位点继续采样，采集的黑土土样，均匀混合，采用四分法留取1kg土样，装入经标记的自封塑料袋。

2．2土壤理化性质测定

有机质的测定：采用重铬酸钾法一外加热法；速效钾的测定：采用醋酸铵溶液浸提一火焰光度法测定；pH值的测定：采用电位法；离子交换量测定：采用乙酸铵法。

2．3XRD衍射分析

<2m黏粒的分离与提取：将耕层剔去粗的有机质残体，用30％HO分解有机质后离心，加少量0．5mol／LNaOH溶液，调节悬液pH至胶体悬浮后，经超声波法(21．5kHz，300mA，30min)分散后，根据Stoke原理所确定的沉淀时间提取小于2m黏粒，如此重复提取，直至悬液中不含小于2m黏粒为止I5_，其它粒级继续用沉降法和筛分法提取，并分别定量求出各粒级的百分数。x射线分析：将<2m的黏粒经连二亚硫酸钠一柠檬酸钠一重碳酸钠法f简称DCB法)脱铁处理后【，分别制成钾饱和定向试样和镁饱和定向试样，制成定向试样经自然风干处理后用x射线衍射仪(岛津7000型)在CuKa辐射、Ni滤波器、40．0kV、30．0mA、步长为0．04o条件下测定，然后将钾饱和定向试样进行2次加热处理(马弗炉中300℃和550℃条件下加热2h)和镁饱和定向试样进行甘油饱和处理后测试【7】。

2．4数据处理

所得数据主要利用SPSS18．0的单因素进行分析，然后用MDIJade5．0软件采用9点光滑处理和进行匹配『8_，依据5种测试条件下获得的XRD衍射谱进行叠加对比对黏土矿物进行鉴定。并计算了每个衍射峰的积分强度和峰高，应用沉积岩黏粒矿物相对含量x射线衍射分析方法在镁饱和风干、镁甘油饱和处理和加热550℃处理的XRD衍射谱上对伊利石、蒙伊混层矿物、绿泥石、高岭石和蒙脱石进行半定量计算。

3结果与分析

3．1东北黑土利用时间对土壤颗粒组成的影响

东北黑土经过8年的农业利用后，土壤的物理结构发生了显著的变化。其中2008年黑土的0．002～0．02mm的粉粒含量较2000年极显著降低(F=5．84>P。0=O．026)。砂粒也有所降低，表明土壤较大颗粒的风化较为强烈。但土壤黏粒含量增加并未达到显著，这可能是因黑土水土流失所致。

3．2东北黑土利用时间对土壤颗粒化学性质的影响

通过可知，东北黑土经过8年的农业利用后，对土壤颗粒化学性质的影响均较为显著。2008年东北黑土的含水量、CEC、交换性Ca、交换性Mg、盐基饱和度、交换性酸、交换性铝和交换性总酸均较2000年极显著增加。2008年东北黑土的交换性K和Na较2000年极显著减少。由此说明农业利用对黑土土壤的钾、钠淋失较为严重，土壤矿物水化程度提高，交换性钙的富集率较高，由于无平衡离子的补充，土壤酸化程度严重。

3．3东北黑土利用时间对土壤养分的影响

2008年东北黑土全磷含量(TP1较2000年极显著降低(F=22．44>P。．ol=0．001)，全钾含量(TK)较2000年极显著提高(r=15．4>P。．。=0．001)，速效氮(AN)较2000年显著降低(F=22．44>Po．ol=0．0011。其他养分的差异未达到显著，说明在农耕中，土壤有机质因种植利用受到一定破坏，但仍能体现农业对土壤养分利用差异。

3．4东北黑土利用时间对土壤表层黏粒矿物组成的影响

在2000～2008年期间的8年农业利用对东北黑土黏粒矿物组成的影响较为明显，其中伊利石含量极显著降低(F=11．25>P。．。=0．003)，而高岭石和蒙脱石含量极显著增加(F=11．67>Po_01=0．003；F=13．89>Po01=0．001)，S／I混层矿物含量也较2000年的高，表明在现代农业的高强度利用下，东北黑土颗粒物理风化强烈，钾的耗竭量急剧增加，使伊利石脱钾后演化为S／I混层矿物，并有部分演化为蒙脱石和高岭石。

4讨论

通过历经8年的农业利用前后的东北黑土黏粒矿物组成对比，其结果进一步证实了Mathe等在局部环境条件下对近期自然拓荒利用的土壤黏土矿物研究的结果，即随着土壤利用年龄的增加，绿泥石被移除，I／S中伊利石的含量增加【m】。而刘永辉等人通过长期施肥对土壤黏粒矿物组成影响的研究发现，伊利石与蛭石有显著消长关系，同时也受施肥的影响⋯】，说明土壤受农业利用强度加强，以及对土壤培肥的忽视，土壤的风化程度加强，黏粒矿物的风化进程加强，黏粒矿物组成在短期内可以发生显著变化，对土壤肥力也会产生持续的影响。Barr6等[121研究指出，秸秆还田可在一定程度上阻止伊利石向蛭石转化。从而说明，土壤经过及时培肥，也可抑制黏粒矿物的转换，从而保持土壤原有的肥沃性质。以上这个结论也否定了人们传统认为土壤黏粒矿物是惰性的、难以变化的思维。经过研究证明，土壤黏粒矿物，区别于矿藏性的黏粒矿物，其性质不仅活泼，而且很容易发生变化。在有机质的参与下，矿物层间发生强烈的离子交换，在较少的离子回补条件下，特别是在高强度的耕作利用条件下，黏粒矿物层间离子被大量快速地交换掉，而发生层间收缩坍塌，使黏粒矿物发生质的变化。进一步明确黏粒矿物的性质，及对土壤肥力的影响。

5结论

5．1经过8年的农业开垦利用后，东北黑土的0．002～0．02mm粉粒含量显著降低(F=5．84>P0．01=0．026)，而黏粒含量因水土流失，增加未达到显著。土壤交换性离子活性较强，均极显著增加，但因交换性K和Na显著减少，而无平衡离子的补充，土壤酸化程度加重。

5．2东北黑土开垦利用后，其有机质含量降低，对养分保蓄的能力明显下降，而全钾和有效钾增加则因近来注重平衡施肥所致。

5．3农业开垦利用促进土壤黏粒的物理风化强烈，钾的耗竭量急剧增加，使伊利石脱钾后演化为S／I混层矿物，并有部分演化为蒙脱石和高岭石，使土壤黏粒矿物组成发生显著变化。