全 文 ：　 　  科技部国际合作重点项目（２００３DF０２０００８）和北京市科技新星计划（H０２０８２１３４０１３０）资助
 通讯作者
　 收稿日期 ：２００５０１２６ 　 改回日期 ：２００５０４０２
非表层剖面层次土壤生产力评价研究 
解迎革 　薛绪掌 
（国家农业信息化工程技术研究中心 　北京 　 １０００８９） 　
王国栋 　申卫博
（西北农林科技大学生命科学学院 　杨陵 　 ７１２１００）
摘 　要 　研究了盆栽条件下 ４个非表层土壤剖面层次（AB ，Ab ，Bk ，Bg）土壤在 ３种肥料处理下对“京绿 ２号”小白
菜根系发育和养分水分吸收的影响 ，并评价了其生长障碍因子 。结果表明 ，各处理出苗无明显差异 ；施加尿素和磷
二铵有利于干物质积累量增加 ，且磷二铵的效应更显著 ；施磷二铵处理的根冠比明显低于不施肥处理和施尿素处
理 ；施加尿素和磷二铵后作物含 N量增加 ；施加磷二铵后各土壤剖面层次土壤中的植株 P浓度明显提高 。综合分
析表明 ，正常情况下只要补充 N肥和 P肥 ，作物耕层以下的各土壤剖面层次对作物生长并无明显的阻碍作用 ，且通
过适当的耕作和灌溉 ，可使非耕层土壤生产力状况得到改善 。
关键词 　土壤剖面 　剖面层次 　施肥处理 　土壤生产力
Evaluation of productivity of some subsurface layers of soil profile ．XIE YingGe ，XUE XuZhang （National Engineer
ing Research Center for Information Technology in Agriculture ， Beijing １０００８９ ， China） ，WANG GuoDong ， SHEN
WeiBo （College of Life Science ， Northwest Science and Technology University of Agriculture and Forestry ， Yangling
７１２１００ ，China） ，CJEA ，２００６ ，１４（４） ：５７ ～ ６０
Abstract 　 The influence of four nonsurface soil profile layers （AB ，Ab ，Bk ，Bg）on the growth of crop root system and
nutrient adsorption were studied by using Chinese cabbage （Jinglu ２）cultivated in pots with ３ different fertilizer treat
ments ：no fertilization ，urea treatment ，and diammonium orthophosphate treatment ．The results indicate that no appar
ent difference among the treatments in seedling emergence is observed ．The dry matter accumulation is increased with the
addition of urea and diammonium orthophosphate ，but the latter is much more effective ．Rootshoot ratio is the lowest in
the diammonium orthophosphate treatment ；the plant nitrogen content is increased with the addition of urea or diammoni
um orthophosphate ．Plant phosphorus content is increased apparently in diammonium orthophosphate treatment ．The ex
perimental results suggest that subsurface soil layers show no impedient effect on crop growth ，and the supplement of ni
trogen and phosphorus as well as proper tillage and irrigation would help to improve the productivity of subsurface soil ．
Key words 　 Soil profile ，Soil layer ，Fertilizer ，Soil productivity
（Received Jan ．２６ ，２００５ ； revised April ２ ，２００５）
生产实践中人们往往对耕层土壤非常重视 ，而对深层土壤剖面层次的重要性没有足够认识 。 在因各种
原因使耕层土壤丧失后 ，往往认为耕层以下的土壤需长时间的熟化过程才能达到较高的生产力 ，反映在实
践中 ，便是对丧失耕层的土壤在一定的时期内撂荒 ，等待其熟化 。 实际上作物的生长与耕层以下的土壤层
次关系也极大 ，特别是在节水农业和旱地农业中 ，耕层经常处于干燥状态 ，耕层以下的层次往往需要同时承
担向作物供应水分和养分的任务 ，因此对其生产力进行评价很有必要 。
土壤发育导致土壤剖面分化为不同的发生层次 ，不同的发生层次拥有不同的理化性状 ，这些理化性状
对作物生长的影响程度缺乏试验结果 ，从而在作物生长模拟中 ，很少考虑土壤发生层次的剖面分布对作物
根系发育及养分水分吸收的影响 。本研究选取北京市昌平区小汤山国家精准农业基地 ４个典型的土壤剖面
层次进行盆栽试验 ，评价其生长障碍因子 。
1 　试验材料与方法
供试 ４个土壤剖面层次来自北京市昌平区小汤山镇国家精准农业基地 。 基地总面积 １６６６７hm２ ，地势
低洼 ，２０世纪８０年代初地下水位尚在距离土表１ ～ ３m处 ，目前地下水位深度在地表１０m以下 。整个试验
第 １４卷第 ４期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１４ 　 No ．４
２ ０ ０ ６年 １ ０月 Chinese Journal of EcoAgriculture Oct ．，　 ２００６
表 1 　细壤质复合矿物型深厚石灰性半湿润软土剖面描述
Tab１ 　 Profile description of Pachic Calciustoll ， fine loamy ，mixed ，mesic
深度／cm 层次 干颜色 湿颜色 粉粒／ ％ 黏粒／ ％ Mn／Fe 石灰反应 有机质／g·kg － １ 结构描述
Depth Layer Dry Wet Silt Clay Lime Organic matter Description
color color reaction of st ructure
０ ～ ２２ Ap 浅赤褐 浅赤褐 ３３０ ２６２ 轻微 ３３５ 细团粒结构
２２ ～ ４０ AB 橙 浅赤褐 ２９３ ２１３ 轻微 １１４ 细团粒结构
４０ ～ ６０ Ab 褐 　 灰 暗赤褐 ４５４ ３９６ 微弱锰核 无 １３７ 小 块 结 构
６０ ～ １１３ Bk１ 浅 　 橙 浅赤褐 ４７９ ３５３ 锰核很少 强烈 ０７０ 小 棱 块
１１３ ～ １３２ Bk２ 浅 　 橙 灰 　 褐 ５７４ ２４３ 铁锈 强烈 ０４４ 大块向小块转化
１３２ ～ １５０ ＋ Bk３ 淡 　 橙 橙 ５３３ ２６２ 铁氧化物 轻微 ０３０ 弱发育小块
站的土壤均系山
前冲积形成 ，本
试验所挖土壤剖
面由耕作表层
（Ap） 、淋溶淀积
过渡层（AB） 、埋
藏表层 （Ab） 、次
碳酸盐淀积层
（Bk）等构成 ，其
中 Bk层根据碳酸盐积累程度又细分为 Bk１ 、Bk２ 、Bk３３ 个层次 ，Bk３ 以下为潜育层（Bg） 。 表 １ 为美国怀俄明
大学 Larry Munn教授对剖面的描述以及剖面部分理化性状测定数据 ，按照美国的土壤系统分类 ，其土族名
称为细壤质复合矿物型深厚石灰性半湿润软土（Pachic Calciustoll ， fine loamy ，mixed ，mesic） ，因埋藏表层的
土壤结构色泽类似鸡粪 ，当地老百姓习惯称其为“鸡粪土” 。
　 　 试验所选 ４ 个土
壤剖面层次（AB ，Ab ，
Bk ，Bg）的基础养分状
况见表 ２ 。 AB 层 、Ab
层和 Bk 层碱解氮含
量较高 ，Bg 层碱解氮
水平很低 ；AB层有效
表 2 　不同土壤层次养分状况
Tab２ 　 Nutrient content of different soil layers
项 　 目 碱解氮／mg·kg － １ 有效磷／mg·kg － １ 缓效钾／mg·kg － １ 速效钾／mg·kg － １
I tems Alkalihydrolysis N Available P Exchangeable K Available K
淋溶淀积过渡层（AB） ５６０６ １６２０ １４５６５８ ９５
埋藏表层（Ab） ６５６７ ７１０ １３３４５０ １２０
次碳酸盐淀积层（Bk） ５６００ ５００ １０６５９２ １７０
潜育层（Bg） １６０２ ０１０ １２６１２５ １７０
磷含量较高 ，达到了施肥上限［１］ ，Bg层有效磷含量极低 。 所有 ４ 个层次的缓效钾浓度和速效钾含量均处于
较高水平 ，故不需施 K 。试验为盆栽试验 ，试验自 ２００４年 ５月 ２１ 日开始 ，于 ６月 ２８日结束 ，供试作物为“京
绿 ２号”小白菜 ，４种土样自然风干且均未过筛 ，基本保持了土壤的原有结构 。 对各土壤层次分别设未施肥
（CK） 、施尿素 ２３０mg／kg（ Ⅰ ） 、施含等量 N 的磷二铵 ５００mg／kg（ Ⅱ ）３个处理 ，按 ９kg土加相应肥料充分混匀
后装盆 。基于负压入渗仪的原理 ，整个试验过程将每盆土壤的基质吸力控制在 ５０hPa 。 每盆播种 １００ 粒“京
绿 ２号”小白菜种子 ，待出苗后记录总出苗数 ，选择长势一致的苗定苗到 １５ 棵 ，间出的苗 １０５ ℃ 杀青 ６０min
后 ，在 ７０ ℃烘至恒重后测其含水量 ；６月 ２８日收获 ，称地上部鲜物质量和干物质量 ，用多孔尼龙网将根系从
土壤中洗出后 ，杀青 １h后烘干测干物质量 ，并测量各处理植株地上部全 N 、全 P含量 。
表 3 　各处理植株出苗状况
Tab３ 　 Comparison of plant seedling emergence
处理
淋溶淀积过渡层T reatments
AB
　 　 出苗率／ ％ Rate of seedling emergence
埋藏表层 次碳酸盐淀积层 潜育层 平均
Ab Bk Bg Average
CK ９４ ８０ ５８ ８０ ７８
Ⅰ ８８ ８８ ８９ ９５ ９０
Ⅱ ８７ ８４ ９５ ８８ ９１
平均 ９３ ８４ ８０７ ８７７ ８６３
2 　结果与分析
21 　 出苗状况与苗期含水量
各处理出苗状况见表 ３ ，除 Bk 层
未施肥处理因供水出现问题导致小白
菜出苗偏差外 ，其他处理出苗率均达到
或超过 ８０ ％ ，种子自身的营养足够发
芽和幼苗生长 。 每盆小白菜定苗时对
　 　
图 1 　生长期内各处理植株含水量比较
Fig１ 　 Plant water content of different treatments
during growing season
所间出的苗经过处理后可得各处理的苗期植株含水量 （见图
１） 。各土样在加尿素和磷二铵处理后的植株含水量均比未施肥
高 ，各土壤剖面层次加磷二铵处理的植株含水量都达到最大值 。
对于各个处理 ，层次 AB 、Ab 的幼苗含水量比 Bk 、Bg 层幼苗含
水量高 。
22 　不同处理长势变化与干物质积累比较
在供试作物生长过程中 ，未施肥时 AB和 Ab剖面层次作物
长势好于 Bk 和 Bg层次 ；施尿素后 AB 层次的小白菜长势变化
最为明显 ，Ab 、Bk 、Bg 层次的长势也有较明显改善 。 当施磷二
铵后 ，与施尿素相比 ，AB 层小白菜长势变化不明显 ，而 Ab 、Bk 、
Bg ３个层次则长势变化非常明显 ，从而外观上 ４ 个层次间差别
５８　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １４卷
图 2 　不同处理植株地上部干物质积累比较
Fig２ 　 Shoot dry matter accumulation of
plants in different treatments
较小 。
作物的干物质产量一方面与其种质有关 ，同时还受土壤水 、肥等
环境因素的影响［５］ 。由图 ２可知不同处理植株地上部分干物质积累
状况存在明显差异 。对于不施肥处理 ，AB土壤剖面层次植株干物质
积累量最高 ，这是由于 AB剖面层次本身的有机质积累情况较好 ，其
植株地上部干物质积累量比更深层次 Ab高 ，Bk 、Bg层最差 。加尿素
处理后各土壤剖面层次植株地上部干物质积累量都得到提高 ，AB剖
面层次植株地上部干物质积累量从 ４２７８g增至 １１４７８g ，Bk 层次从
２２８１g增至 ４５７９g ，可见这些土壤剖面层次都存在 N 素的缺乏 ，N
肥的加入使作物生长状况得到改善 。加入磷二铵与施加尿素的各土
壤剖面层次植株地上部分干物质积累量相比 ，Ab剖面层次从 ４０８４g 增至 １０２９４g ，Bk 层次从 ４５７９g 增至
９６２２g ，Bg层次从 ５０３１g增至 １２０２７g ，这是由于 Ab 、Bk 、Bg ３个土壤剖面层次本身缺 P ，P 肥的加入对增
加植株地上部干物质积累量的效应极明显 。土壤剖面层次 Bk属石灰性土壤 ，其中含大量的姜石 ，这是作物
图 3 　不同处理植株根干物质量比较
Fig３ 　 Root dry matter accumulation of
plants in different treatments
生长一个较重要的障碍因子 ，使 Bk 层次植株地上部干物质积累量
与同处理的其他土壤剖面层次相比均维持较低水平 。 Bg 层次在施
尿素或磷二铵后 ，其植株干物质积累量仅次于 AB 层 ，高于 Ab 和
Bk层 。
不同处理植株根干物质量见图 ３ 。 未施肥处理与施尿素相比 ，
施尿素使植株根干物质量有较明显的增加 ；而施磷二铵与施尿素相
比 ，仅 Bg 层根干物质量有较明显增加 ，其他 ３ 个层次变化较小 ，这
显然与 P增强根系生长的说法有矛盾之处 。
23 　不同处理根冠比 、植株全 N与全 P浓度比较
作物要生存繁衍 ，必须具有吸收水分 、养分功能的根系和具有
光合功能的叶冠 ，至少要向作物提供最低限度的物质 ；当它们的功
图 4 　不同处理植株根冠比比较
Fig４ 　 Root／shoot ratio of plants
in different treatments
能降低或环境条件不利时 ，又为自身获得生存物质而竞争［２ ，３］ 。 根 、
冠生长过程中的这种依赖和竞争关系是动态变化的 ，当环境条件对
作物生长有利时 ，主要表现为依赖关系 ；反之 ，则表现为竞争关
系［６］ 。由图 ４可知未施肥处理与施尿素处理植株根冠比差距较小 ，
而施磷二铵处理根冠比明显低于不施肥处理和施尿素处理 。 未施
肥处理与施尿素处理均处于缺素状态 ，前者缺 N 、P ，后者单一缺 P ，
可能在缺素条件下 ，植物有通过增加向根系的干物质分配比例来增
加土壤养分吸收能力的趋势 。 不同剖面层次间相比 ，AB 层植株根
冠比较高 ，特别对于未施肥和施磷二铵处理 ，AB层植株根冠比明显
高于其他 ３个土壤层次 ，原因不明 。
不同作物植株含 N 量不仅与作物品种有关 ，同时受施肥的影响［４］ 。 由表 ４可知不施肥处理各土壤剖面
层次的植株 N 与 P浓度与土壤本身含量有关 。施加尿素后各处理植株含 N 量都显著增高 ；施加磷二铵处理
各土壤剖面层次的植株含 N 浓度与不施肥处理相比也得到很大提高 ，但与施尿素处理相比 ，施磷二铵处理
N 浓度要低 。对于无肥处理的各土壤剖面层次 ，由于 AB 土壤剖面层次本身有效磷浓度明显高于其他剖面
层次 ，相应的其植株全 P浓度也高于其他层次 。施尿素处理的各土壤剖面层次其植株 P 浓度略低于无肥处
理 ，主要是由施尿素后土壤 N 、P比增加而致 。施磷二铵后 ，各土壤剖面层次的植株 P浓度明显提高 。
第 ４期 解迎革等 ：非表层剖面层次土壤生产力评价研究 ５９　
表 4 　不同处理植株全 N与全 P浓度比较
Tab４ 　 Total N and P of plants in different treatments
土壤剖面层次
Soil profile layers
全 N 浓度／mg·kg － １ 全 P 浓度 mg／·kg － １
Total N Total P
CK Ⅰ Ⅱ CK Ⅰ Ⅱ
淋溶淀积过渡层（AB） ２６６ ４６０ ３５６ ０４４ ０３９ ０７６
埋藏表层（Ab） ３０８ ４９３ ４１１ ０３７ ０３６ ０５１
次碳酸盐淀积层（Bk） ２６２ ４８６ ３９４ ０３５ ０２９ ０５９
潜育层（Bg） ２４１ ３９０ ３０３ ０３８ ０４１ ０５８
3 　小结与讨论
试验表明 ，深层土壤剖面层次生产力
低下只是由于这些深层次的土壤缺乏作
物生长最需要的 N 、P 养分 ，只需加入 N
肥和 P 肥便可恢复其生产力 。 非耕层土
壤的 N 、P 浓度普遍偏低 ，但作物必
需的其他元素如K 、Mg 、S 、Zn 、Fe等均较
充足 ，故正常情况下只要补充 N 肥和 P肥 ，并进行适当的耕作和灌溉 ，非耕层土壤就可达到较高的生产力 ，
不需进行多年的熟化过程 。 非耕层土壤补充 N 、P 肥 ，不应使用常规的施肥量 。 本研究中施肥量相当于
６６０kg／hm２ 尿素 、１３９５kg／hm２ 磷二铵 ，且肥料与土壤充分拌匀 ，在对非耕层土壤进行复垦时 ，也需要达到上
述施肥量 ，并且施肥方法上要使肥料与土壤充分混匀 ，不能使用条施等集中施肥方式 ，这是由于非耕层土壤
与耕层土壤不同 ，耕层土壤的原有养分可以保障幼苗的早期生长并使其根系到达施肥位置 ，而非耕层土壤
必须保证幼苗在生长初期就接触化肥 。
参 　考 　文 　献
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“2007世界生态高峰会”将于 2007年在京召开
由中国生态学学会和 Elsevier出版集团共同发起并由国际生态学会 、美国生态学会 、东亚生态学联盟等 ２３个国内外学术
机构共同组织的“２００７世界生态高峰会”将于 ２００７年 ５月 ２２ ～ ２７日与“东亚生态学会联盟第三次国际学术大会”在中国北京
国际会议中心联合举行 。会议主题为“生态复杂性和可持续性 ：２１世纪生态学的机遇和挑战” 。内容覆盖当前国内外社会 、经
济 、环境可持续发展领域中亟待解决的交叉性基础理论和应用研究议题 。会议将针对不同大陆的多元性生态 、经济 、社会文
化影响机理和实现生态可持续性多样化目标的技术手段开展学术交流 ，对相关科学 、政策及实践方面的生态问题进行深层探
讨 。其目的是推动人类对生态系统复杂性的理解 ，为解决可持续发展领域中亟待解决的环境问题提供科学依据 。会议将特
邀十几位全球知名的科学家做主题报告 ，将向全世界展示中国生态建设和可持续发展领域的研究成果 。出席本届大会的代
表预计千余人 ，是生态和可持续发展领域在我国举行的规模较大的一次多学科交叉的学术大会 。
会议详细信息请见相关网站 http ：／／www ．ecosummit２００７ ．elsevier ．com／ 和生态学会网站 http ：／／www ．esc ．org ．cn ，欢迎大
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dong２００３ ＠ mails ．gucas ．ac ．cn 。
６０　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １４卷