• ISSN 1008-505X
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2015年  21卷  第6期

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研究论文
国内外耕地培育的差异与思考
白由路
2015, 21(6): 1381-1388. doi: 10.11674/zwyf.2015.0601
摘要:
本文介绍了欧洲的种养一体化,北美的测土推荐施肥、 休耕轮作、 保护性耕作、 法律限定以及环境约束下的耕地培育模式等; 将我国耕地培育分为耕地生产力障碍因子消除和耕地生产力因子平衡提高两个阶段。指出地力基础、 农业生产目标、 耕地培肥理念、 管理方式和环保理念的差异导致了国内外耕地培育方式的不同。耕地培育与施肥的关系不明确、 耕地培育目标不清晰、 耕地培育法规不健全是我国耕地培育的主要障碍。还探讨了我国现代良好耕地的定义,如何培育良好耕地,耕地培肥与耕地培育的概念等问题。提出了划分不同耕地功能区、 制订严密科学的耕地质量指标体系、 健全耕地培育法律法规体系、 正确引导农民科学培肥耕地是我国耕地培育发展的方向。
我国典型农田长期施肥土壤肥力变化与研究展望
张淑香, 张文菊, 沈仁芳, 徐明岗
2015, 21(6): 1389-1393. doi: 10.11674/zwyf.2015.0602
摘要:
目的 施肥是农业增产的主要措施,显著影响着土壤质量的变化,因此,长期施肥与土壤质量关系一直是植物营养与肥料研究的热点。近30年来,我国农业生产投入不断增长,粮食产量自上世纪90年代起实现了十一连增,对土壤的养分收支影响巨大。研究我国近30年主要农田土壤质量的变化,对维持和提高土壤质量,保持粮食高产稳产有重要意义。方法 我国持续进行的长期肥料试验约50个,覆盖了主要种植制度和土壤类型。依据本专辑论文有关长期施肥对土壤主要理化性状的影响,综述了我国长期不同施肥模式和施肥量土壤质量的变化特征,并依据研究内容和国际研究热点提出了我国今后长期定位试验研究的方向及驱动力。结果 1) 本专辑收集了论文31篇,60%以上研究内容集中在土壤有机质和磷素有效性的演变,表明土壤有机质质量和磷素库源平衡在我国农田土壤质量评估中起着决定性的作用。2)连续30年单施化肥,东北黑土有机质呈缓慢下降趋势,每10年下降1 g/kg左右,其他区域稳定缓慢上升,每10年上升1.4~2.5 g/kg。长期无机肥配施有机肥及秸秆还田,土壤有机质呈显著上升趋势,30年平均上升幅度西北和华北高达51%和68%,南方旱地和长江流域水田平均为24%。3)我国农田有机物料碳的利用效率平均为16.3%,呈现随水热梯度增加而降低的趋势。其中,西北和东北地区平均为22%~26%,明显高于华北的13%和南方旱地或水田的10%; 4)土壤有效磷含量受施肥影响显著。每季作物施磷(P)20~33 kg/hm2,土壤全磷和有效磷可维持平衡或明显增加,年平均上升速率因土壤类型和磷肥施用量不同存在较大差异,每年最大可提高2.1 mg/kg; 化肥配施有机肥有助于活化土壤磷,对于有效磷有更大的提升空间,最高可达9.3 mg/kg。5)施用化肥,土壤磷素以有效性较高的无机形态(Ca2-P、 Ca8-P、 Al-P、 Fe-P)累积,化肥配施有机肥显著增加了活性较高的有机磷组分(活性有机磷、 中活性有机磷),有利于土壤有效磷的稳定供给。展望我国目前集约化种植下,农田有机物料的投入仍是影响土壤有机质平衡的第一要素。我国土壤有机质和有效磷含量仍有增加的空间,还需加强有机物料的投入。土壤质量研究今后还应加强土壤生物指标和土壤生态和健康功能研究,加强土壤质量演变趋势研究,采用模型模拟、 预测与预警土壤质量,并通过模型的选择和参数的确定促进模型在生产实践中的应用。
长期施肥下我国水稻土基础地力变化趋势
李忠芳, 张水清, 李慧, 孙楠, 逄焕成, 娄翼来, 徐明岗
2015, 21(6): 1394-1402. doi: 10.11674/zwyf.2015.0603
摘要:
目的 水田具有较好的水热稳定性,且基础地力对水稻产量的贡献大,所以水稻土基础地力高低是保证水稻高产稳产的重要指标。研究长期不同施肥下我国不同区域水稻土基础地力的变化态势及其特征,不仅为水稻土的农业可持续生产提供理论依据,还为评价和建立长期合理的施肥模式提供数据支持。方法 以不施肥处理(CK)的水稻产量表征其基础地力,以不施肥产量与常规施肥(施氮、 磷、 钾肥,NPK)产量的比值作为基础地力贡献率,分析了我国7个水稻连作或稻麦轮作农田生态系统下长期施肥稻田的基础地力和基础地力贡献率随时间的变化趋势和特征,比较了不同地点及不同轮作方式的差异,探讨了基础地力贡献率与水稻产量及其相关指标的关系。结果 长期不施肥水稻产量随时间的变化总体上较稳定,平均变化速率仅为-0.3 kg/(hm2a)。不同水稻土类型间差异大,红壤水稻土基础地力易呈下降趋势,而紫色水稻土较稳定。不同轮作方式上,晚稻和单季稻的不施肥产量随时间呈上升趋势,分别增加1.6和29.2 kg/(hm2a),而早稻不施肥产量呈逐年下降趋势,平均下降20.0 kg/(hm2a)。同一区域的试验点,白沙(BS)和望城(WangC)不施肥的水稻产量逐年下降速率最大,下降值达47~82 kg/(hm2a); 而南昌(NC)的早晚稻、 武昌(WuC)和遂宁(SN)的单季稻均呈逐年上升的趋势,上升速率达44~81 kg/(hm2a)。水稻多年(20年)平均基础地力贡献率较高(各地变化幅度42%~68%,平均值为59.7%),其中早稻、 晚稻和单季稻分别为55.1%、 67.1%和54.9%。基础地力贡献率与不施肥的产量可持续性指数(SYI)间呈显著的正相关关系(r=0.655, n=13)。7个试验点的多年施肥处理水稻平均产量为5100 kg/hm2,显著高于不施肥产量(2911 kg/hm2),多年施肥措施对水稻产量的贡献率为40.3%。结论 长期不施肥晚稻和单季稻产量稳定或有上升趋势,而早稻产量不稳定,部分呈显著下降趋势,其变幅大小与水稻土类型有关,其中红壤水稻土的早稻产量易呈下降趋势,而紫色水稻土的最稳定; 施肥条件下各试验点水稻产量随时间变化较稳定。从长期角度而言,提高南方水稻土基础地力是提升其产量可持续性的有效途径之一。
塿土区长期施肥农田土壤的可持续性评价
孙本华, 孙瑞, 郭芸, 皮小敏, 杨学云, 张树兰, 高明霞
2015, 21(6): 1403-1412. doi: 10.11674/zwyf.2015.0604
摘要:
目的 施肥是实现作物增产和土壤培肥的主要途径,综合评价长期不同施肥条件下农田土壤的可持续性,可为农田合理施肥和管理提供理论支撑。方法 依托陕西杨凌国家黄土肥力与肥料效益监测基地长期肥料定位试验(23年),采集分析了该试验9个处理[不施肥(CK)、单施氮(N)、氮钾配合(NK)、磷钾配合(PK)、氮磷配合(NP)、氮磷钾配合(NPK)、氮磷钾配合秸秆还田(SNPK)、低量有机肥配合氮磷钾(M1NPK)和高量有机肥配合氮磷钾(M2NPK)]的土壤养分、微生物特性及作物产量,计算了土壤养分指数、微生物指数、作物指数和可持续性指数,综合评价了长期不同施肥处理对塿土区农田土壤可持续性的影响。结果 CK和N处理土壤养分指数分别为0.75和0.87,两者之间差异显著(P0.05),均低于土壤养分指数临界值1.00;其余处理的土壤养分指数在1.12~3.12之间,均大于临界值,其中NP和NK差异不显著,SNPK和PK差异不显著,其余各处理间均差异显著(P0.05)。CK、N、NK和PK处理土壤微生物指数在0.74~0.84之间,低于土壤微生物指数临界值1.00,其中CK和N差异不显著,NK和PK差异不显著,但两组之间差异显著(P0.05);NP、NPK、SNPK、M1NPK和M2NPK处理的在0.98~1.21之间,接近或大于临界值,其中M1NPK和M2NPK差异不显著,NP、NPK和SNPK差异不显著,两组之间差异显著(P0.05)。CK、N、NK和PK的作物指数在0.52~0.60之间,均低于作物指数临界值1.00,仅PK和N差异显著(P0.05);氮磷配合的施肥处理(NP、NPK、SNPK、M1NPK和M2NPK)在0.98~1.02之间,各处理间差异不显著,但均接近或大于临界值1.00。CK、N、NK和PK的可持续性指数分别为0.49、0.54、0.74和0.99,均低于可持续性指数临界值1.30,其中CK和N差异不显著;NP和NPK处理的可持续性指数分别为1.18和1.26,两者差异不显著,接近于可持续临界值;有机无机配合的处理(SNPK、M1NPK和M2NPK)的可持续性指数差异显著(P0.05),分别为1.55、2.32和2.94,较临界值高19.5%、78.8%和126.3%。土壤养分指数的变异性(50.2%) 大于作物指数(29.1%)和微生物指数(18.4%) 的变异性,综合计算的可持续性指数的变异最高(62.1%)。结论 冬小麦-夏玉米轮作条件下,长期不施肥和偏施化肥塿土区农田生产不可持续,化肥平衡施用(NP和NPK)基本可持续,NPK化肥配合秸秆还田(SNPK)和适量有机无机配施(M1NPK)是实现塿土可持续利用的施肥模式。
长期不同施肥下塿土有机碳和全氮在团聚体中的分布
谢钧宇, 杨文静, 强久次仁, 薛文, 李婕, 张树兰, 杨学云
2015, 21(6): 1413-1422. doi: 10.11674/zwyf.2015.0605
摘要:
目的 研究小麦/玉米轮作体系不同施肥方式下土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)在塿土不同水稳性团聚体中的分布特征,以期深入理解不同施肥方式对土壤碳、 氮固持的机制。方法 采集塿土21年长期肥料定位试验不同施肥处理010 cm和1020 cm土层土样,分析其水稳性团聚体 ( 2 mm、 2~1 mm、 1~0.5 mm、 0.5~0.25 mm以及 0.25 mm)有机碳和全氮的分布特征。试验设不施肥(CK),化肥氮磷钾配施(N、 NP、 NK、 PK、 NPK)和秸秆还田配施氮磷钾(SNPK)以及两个水平有机肥与氮磷钾配施(M1NPK、 M2NPK)9个处理。结果 长期施肥010 cm土层土壤团聚体SOC和TN含量明显高于1020 cm,平均增幅20%以上。2~1 mm或1~5 mm团聚体中SOC和TN的含量最高, 0.25 mm团聚体最低。长期不施磷肥处理的土壤团聚体SOC和TN含量均与CK相似。NP、 NPK以及SNPK处理,010 cm土层SOC较CK分别增加16%~43%、 9%~0%和22%~7%; TN增幅分别为28%~8%、 39%~1%和39%~1%。1020 cm土层, NP、 NPK以及SNPK处理2 mm、 2~ mm、 1~.5 mm土壤团聚体SOC较CK增幅分别为35%~9%、 17%~0%和45%~6%,TN增幅分别为44%~7%、 39%~4%和54%~4%。长期有机肥与氮磷钾配施处理(M1NPK、 M2NPK),010 cm土层的团聚体SOC平均较CK分别增加68%~22%和61%~63%,TN平均分别增加84%~33%和97%~75%; 1020 cm土层,SOC较CK平均增幅分别为20%~1%和39%~18%,TN增幅平均分别为43%~6%和107%~36%。SOC和TN主要储存于 0.25 mm团聚体中( 40%),2~ mm团聚体储存最少( 10%)。长期不施氮或不施磷对SOC和TN在团聚体中的储存比例基本没有影响。长期NP、 NPK以及M1NPK、 M2NPK均降低了各土层SOC和TN在 2 mm或2~ mm的储存比例,增加了在1~.25 mm团聚体储存比例。 2 mm或2~ mm团聚体的C/N比值高于微团聚体( 0.25 mm),而与CK相比,长期施肥降低了土壤团聚体的C/N比值。结论 关中地区塿土长期偏施化肥对有机碳和全氮在团聚体的含量及分布没有显著影响,而长期氮磷或氮磷钾化肥配合、氮磷钾与有机物配合均明显增加土壤团聚体的有机碳及全氮含量,特别是长期氮磷钾配合有机肥能显著增加土壤1~.25 mm团聚体对土壤有机碳和全氮的固存比例,提高土壤有机碳和全氮储量,减少温室气体的排放。
不同覆盖材料及旱作方式土壤团聚体和有机碳含量的变化
付鑫, 王俊, 刘全全, 李蓉蓉
2015, 21(6): 1423-1430. doi: 10.11674/zwyf.2015.0606
摘要:
目的 研究秸秆和地膜覆盖旱作冬小麦田土壤团聚体分布规律及与有机碳的关系,为探讨覆盖方式对土壤团聚作用的影响,优化黄土高原旱作农田耕作措施提供理论依据。方法 冬小麦覆盖试验开始于2008年,试验设计4个处理: 冬小麦种植期间无覆盖对照(CK)、 全年覆盖秸秆9000 kg/hm2(M1)、 全年覆盖秸秆4500 kg/hm2(M2)和全年地膜覆盖(PM)。利用干筛法和湿筛法筛分了2014年收获期010 cm和1020 cm土层中5 mm、 5~2 mm、 2~1 mm、 1~0.5 mm、 0.5~0.25 mm和0.25 mm粒级的团聚体,计算团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),并分析了覆盖方式对土壤总有机碳的影响及其与土壤团聚体的关系。结果 1)秸秆覆盖显著提高了010 cm土层0.25 mm土壤机械稳定性团聚体含量,M1和M2处理较CK处理分别提高了5.1%和2.0%; 秸秆和地膜覆盖均可提高1020 cm土层0.25 mm机械稳定性团聚体含量,M1、 M2和PM处理较CK处理分别提高了7.6%、 4.3%和3.1%。 2)秸秆覆盖有利于010 cm土层0.25 mm水稳性团聚体的形成,M1和M2处理较CK处理分别提高了6.8%和5.0%,PM处理与CK处理无显著差异; 覆盖处理对1020 cm土层水稳性团聚体影响不显著。 3)秸秆和地膜覆盖均有利于010 cm土层土壤团聚体稳定性的提高,M1、 M2和PM处理平均重量直径值较CK处理分别提高47.8%、 24.7% 和24.6%,几何平均直径值分别提高了48.9%、 34.8%和31.6%。4)秸秆覆盖有利于提高土壤有机碳含量,在010 cm土层M1和M2处理较CK处理有机碳含量分别提高了11.9%和6.3%,在1020 cm土层分别提高4.2%和4.5%,地膜覆盖对土壤有机碳的积累无促进作用。在010 cm土层土壤有机碳含量与0.25 mm水稳性团聚体含量呈显著正相关。结论 秸秆覆盖处理可提高土壤大团聚体含量,提高团聚体的水稳性,改善土壤结构,同时可增加土壤有机碳含量,提高土壤肥力,且覆盖量越大效果越明显。地膜覆盖对土壤结构的改良也有一定作用,但效果较秸秆覆盖处理差。覆盖秸秆9000 kg/hm2处理优于其他处理,可以作为黄土高原旱作农田合理的耕作模式应用到农业生产中。
长期施肥土壤不同粒径颗粒的固碳效率
蔡岸冬, 张文菊, 申小冉, 肖婧, 韩天富, 徐明岗
2015, 21(6): 1431-1438. doi: 10.11674/zwyf.2015.0607
摘要:
目的 探讨不同施肥措施土壤有机碳在不同粒级颗粒中的分配及变化情况,可揭示各级颗粒中有机碳与外源有机碳输入之间的定量关系。方法 依托南方红壤连续20年长期定位施肥试验,依据外源有机碳累积输入梯度,选择不施肥(CK)、 氮磷钾化肥配施(NPK)、 氮磷钾化肥与秸秆配施(NPKS)、 轮作条件下氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKMR)、 氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKM)、 单施有机肥(M)、 增量氮磷钾化肥与增量有机肥配施(1.5NPKM)7个处理,并采用物理分组方法将土壤颗粒分为砂粒(53~2000 m)、 粗粉粒(5~53 m)、 细粉粒(2~5 m)和粘粒(2 m)4个组分。结果 与不施肥相比,长期施肥均能显著增加土壤总有机碳及各级颗粒中的有机碳的储量,其中以施用有机肥的效果最明显。不同施肥处理各级颗粒中以粘粒的有机碳储量最高,平均为16.26 t/hm2。施用有机肥和秸秆还田均能显著增加砂粒中有机碳的分配比例,降低粘粒有机碳的分配比例,而对粗粉粒和细粉粒无显著影响。土壤砂粒所占的质量百分比及其与粗粉粒、 细粉粒和粘粒的比值均与粗粉粒、 细粉粒和粘粒组分中有机碳的浓度呈显著正相关关系,表明小颗粒(粗粉粒、 细粉粒和粘粒)中有机碳的固持和富集促进了大颗粒(砂粒)的形成与稳定。各级颗粒之间,施用有机肥处理的土壤粘粒组分的固碳速率最快,为0.29~0.52 t/(hm2a),其次为砂粒[0.30~0.40 t/(hm2a)],而粗粉粒和细粉粒的固碳速率基本相当为 0.09~0.16 t/(hm2a)。分析结果还表明,土壤总有机碳及各级颗粒有机碳与外源有机碳的输入呈显著正线性相关关系,其中土壤总固碳效率为10.57%,而各级颗粒之间,粘粒和砂粒组分的固碳效率(4.25%和3.60%)相当于粗粉粒和细粉粒(1.73%和1.00%)的2倍以上。结论 南方红壤各级颗粒中有机碳均没有出现饱和现象,有机碳主要在土壤粘粒和砂粒组分中富集,细颗粒中有机碳的富集会促进大粒径土壤颗粒的形成,而粘粒是土壤固碳效率最重要的矿物颗粒组成部分。表明长期配施有机肥不仅是红壤有机质提升的重要措施,也是改善红壤结构的重要途径。
长期种植绿肥稻田土壤颗粒有机碳演变特征
刘立生, 徐明岗, 张璐, 文石林, 高菊生, 董春华
2015, 21(6): 1439-1446. doi: 10.11674/zwyf.2015.0608
摘要:
目的 基于长期定位试验,探讨长期冬种绿肥稻田颗粒有机碳演变特征与土壤肥力的关系。方法 以中国农业科学院祁阳红壤实验站水田轮作制度长期定位试验为基础,测定了1982年至2012年每6年一次的历史土壤样品的颗粒含量、 颗粒有机碳含量和稻田土壤养分含量。试验设4个处理: 1)稻-稻-冬闲(R-R-WF); 2)稻-稻-油菜(R-R-RP); 3)稻-稻-紫云英(R-R-MV); 4)稻-稻-黑麦草(R-R-RG)。晚稻收获后,采集020 cm耕层土壤。土壤颗粒分级采用改进的Anderson离心法,得到砂粒(53~2000 m)、 粗粉粒(5~53 m)、 细粉粒(2~5 m)、 粗粘粒(0.2~2 m)和细粘粒(0.2 m)。采用重铬酸钾法测定土壤颗粒有机碳含量。结果 1)30年试验后,三种绿肥处理稻田土壤有机碳在不同土壤颗粒中的分布表现为细粘粒(28.05~28.27 g/kg)粗粘粒(25.76~26.91 g/kg)细粉粒(12.80~14.52 g/kg )、 砂粒(13.83~14.92 g/kg )粗粉粒(1.67~2.62 g/kg),与冬闲处理(R-R-WF)相比,土壤总有机碳、 细粘粒有机碳和粗粘粒有机碳含量分别显著增加34.6%~42.4%、 12.3%~13.2%、 6.1%~10.9%,砂粒有机碳含量显著降低26.2%~31.6%(P0.05)。2)30年试验后, 三种绿肥处理稻田土壤总有机碳在不同颗粒中平均分布比例为粗粘粒有机碳(45.0%)细粉粒有机碳(25.8%)细粘粒有机碳(15.1%)砂粒有机碳(11.5%)粗粉粒有机碳(2.7%),与R-R-WF处理相比,总有机碳在粗粘粒中的比例提高8.0%~12.8%,在砂粒中的比例降低36.8%~42.9%,在细粘粒、 细粉粒、 粗粉粒中的比例提高5.3%~6.1%、 5.5%~6.4%、 6.5%~8.1%。3)长期种植绿肥土壤总有机碳、 粗粘粒有机碳、 细粘粒有机碳含量与时间(年)呈现极显著线性正相关(P0.01),累积速率分别为0.16 g/(kga)、 0.31 g/(kga)、 0.22 g/(kga); 砂粒有机碳、 粗粉粒有机碳、 细粉粒有机碳含量与时间(年)呈现显著线性负相关(P0.05),消减速率分别为0.59 g/(kga)、 0.35 g/(kga)、 0.19 g/(kga)。粗粘粒有机碳年均增幅1.5%,是细粘粒有机碳增幅的1.5倍; 粗粉粒有机碳年均减幅2.7%,是细粉粒、 砂粒有机碳减幅的2.8倍和1.5倍。4)细粘粒、 粗粘粒有机碳含量与总有机碳含量呈极显著正相关(P0.01),且与粗粘粒有机碳相关性更为紧密; 细粘粒、 粗粘粒有机碳含量与土壤全氮、 全磷、 有效磷、 碱解氮、 速效钾含量呈(极)显著相关关系(P0.01),且粗粘粒有机碳含量与土壤养分含量相关性更为紧密。结论 粗粘粒有机碳含量高、 分布比例大,是稻田土壤有机碳最重要的组成部分; 粗粘粒对有机碳的固持能力强,对土壤总有机碳含量变化的响应最敏感,是土壤有机碳最稳定的组分; 粗粘粒有机碳与土壤养分相关性显著,与土壤肥力关系最紧密,因此粗粘粒有机碳可以作为指示稻田土壤肥力水平的一个重要指标。
不同施肥模式对南方黄泥田耕层有机碳固存及生产力的影响
王飞, 李清华, 林诚, 钟少杰, 何春梅, 刘玉洁
2015, 21(6): 1447-1454. doi: 10.11674/zwyf.2015.0609
摘要:
目的 探讨南方丘陵黄泥田不同施肥对耕层土壤有机碳固存及生产力的影响,促进区域农田固碳减排和作物高产。方法 基于32年的长期定位试验,研究不施肥(CK)、 单施化肥(NPK)、 化肥+牛粪(NPKM)、 化肥+全部稻草还田(NPKS)处理下,历年水稻产量、 代表性年份耕层土壤有机碳含量及固碳速率的变化。结果 NPK、 NPKM、 NPKS处理下水稻历年平均产量分别较CK高67.1%、 88.1%和84.2%,差异显著,且NPKM、 NPKS处理与NPK处理间亦具有显著差异。NPK、 NPKM与NPKS处理耕层土壤有机碳历年平均含量比CK高8.9%~36.8%,其中NPKM最高且亦显著高于NPKS与NPK处理。与初始土壤相比,各处理有机碳含量增加1.84~5.26 g/kg。以每10年为评价周期,NPKM、 NPKS处理的固碳速率与CK及NPK差异均显著,其中双季稻年份NPKM与NPKS处理固碳速率分别是CK的2.38倍和1.98倍,是NPK处理的1.59倍与1.32倍,但NPK处理与CK间差异不显著。稻田系统年均有机碳输入与有机碳固存间存在极显著幂函数关系,施肥土壤有机碳含量变化与籽粒产量变化间亦呈极显著正相关。结论 南方黄泥田化肥配施有机肥或配合秸秆还田较单施化肥稳步提升水稻产量。长期不施肥土壤有机碳仍可维持低幅度增长,随着土壤有机碳含量升高,固碳效率逐步降低。化肥配施有机肥或配合秸秆还田较单施化肥明显提高了土壤的固碳速率,二者均是提高黄泥田生产力与固碳能力的双赢措施。
长期保护性耕作对土壤有机碳和玉米产量及水分利用的影响
王碧胜, 蔡典雄, 武雪萍, 李景, 梁国鹏, 于维水, 王相玲, 杨毅宇, 王小彬
2015, 21(6): 1455-1464. doi: 10.11674/zwyf.2015.0610
摘要:
目的 通过研究保护性耕作对旱地春玉米土壤有机碳(SOC)、 产量及水分利用的影响,分析保护性耕作的增产机制,为旱作农田耕作技术应用提供理论和技术支持。方法 采用2003~2013年连续11年的田间定位试验, 设传统耕作(CT)、 少耕(RT)和免耕(NT)3种耕作措施,分析土壤020 cm和2040 cm土层有机碳含量、 土壤020 cm含水量、 作物耗水量、 玉米产量和水分利用效率的年际变化和耕作处理间的差异,并对玉米产量与影响因素的相关性进行分析。结果 1)保护性耕作能有效提高土壤有机碳含量,少耕、 免耕处理020 cm土层有机碳含量11年平均值较传统耕作分别提高了11.2%和3.4%; 至2013年,少耕、 免耕2040 cm土层有机碳含量分别较传统耕作增加了5.53和3.29 g/kg; 土壤020 cm有机碳储量净增加速率分别为C 0.365和0.754 t/(hm2a)。 2)保护性耕作具有明显的增产效果,少耕产量最高,增产效果最好,2003~2013年均产量为5.83 t/hm2,较传统耕作提高了14.7%; 免耕次之,年均产量为5.39 t/hm2,较传统耕作增产6.1%。3)各耕作处理玉米产量与土壤020 cm土层含水量之间存在显著的二次方程关系,与作物耗水量之间具有显著的乘幂方程关系。4)保护性耕作可以增加土壤水分,减少玉米生育期内的耗水量,提高水分利用效率,其中免耕土壤020 cm土层水分含量最高,2003~2013年平均含水量为15.2%,较传统耕作和少耕提高了1.90和1.66个百分点,且生育期耗水量最少,2003~2013年均耗水量为403.5 mm,较传统耕作和少耕减少了16.1 mm和7.6 mm; 少耕、 免耕的水分利用效率较传统耕作分别提高了16.1%和10.2%,降水利用效率较传统耕作提高13.9%和5.8%。结论 长期保护性耕作可以有效地提高土壤有机碳含量、 增加土壤水分、 减少作物耗水量,从而显著提高了玉米产量和水分利用效率,3种耕作措施中以少耕效果最好,免耕次之,在旱作农田推广少、 免耕保护性耕作措施是一种增产、节水的有效途径。
长期不同施肥模式下华北旱作潮土有机碳的平衡特征
高伟, 杨军, 任顺荣
2015, 21(6): 1465-1472. doi: 10.11674/zwyf.2015.0611
摘要:
目的 研究土壤有机碳的平衡特征,对于更好的了解土壤有机碳的稳定性和培肥效果具有重要意义。本研究以旱作潮土为研究对象,揭示长期施肥对土壤有机碳平衡的影响并探讨可持续利用的培肥模式。方法 以旱作潮土34年长期定位试验为依托,通过田间取样和室内分析,研究不同施肥条件下土壤有机碳的含量、 平衡,并通过相关分析分析土壤有机碳与施肥年限和作物产量的关系。试验处理包括不施肥(CK)、 单施氮肥(N)、 氮磷配施(NP)、 氮磷钾配施(NPK)、 有机肥配施氮肥(NM)和秸秆配施氮肥(NS)处理。结果 经过34年的不同培肥措施,有机无机配合施肥处理(NM、 NS), 施用化肥(N、 NP、 NPK)处理和CK处理土壤有机碳分别平均增加52.9%,29.0%和11.1%; 不同施肥模式下有机碳的盈余量差异显著,施肥的各处理和不施肥处理土壤有机碳均有盈余,其中NM处理盈余量为C 6.61 t/hm2,显著高于其它处理,其次是NS处理(C 4.68 t/hm2),不施肥处理盈余量最低,仅为C 0.21 t/hm2,显著低于其它处理; 旱作潮土有机碳的固定量与有机碳的投入量之间呈极显著的正相关性(r=0.86**); 碳投入的平均转化效率为8.5%,要维持土壤有机碳的平衡,每年有机碳投入量为0.04 t/hm2。土壤有机碳含量与小麦(r=0.37**)和玉米(r=0.42**)的产量呈极显著正相关。结论 不同施肥处理(包括CK处理)土壤有机碳总体呈增加趋势,该地区旱作潮土有机碳仍具有一定的固碳潜力,其中有机肥与化肥配合施用是提高旱作潮土有机碳的最佳培肥措施,可以使土壤有机碳呈显著性增加,其次是氮磷钾肥配合施肥处理。
长期施肥紫色水稻土团聚体稳定性及其固碳特征
樊红柱, 秦鱼生, 陈庆瑞, 陈琨, 涂仕华
2015, 21(6): 1473-1480. doi: 10.11674/zwyf.2015.0612
摘要:
摘要: 目的 探讨长期不同施肥对土壤团聚体分布及其稳定性的影响,以及团聚体中有机碳对碳投入的响应。方法 采集经历30年不同施肥处理后的紫色水稻土,利用湿筛法分离 2 mm、 0.25~2 mm、 0.053~0.25 mm和 0.053 mm团聚体组分,并分析团聚体的稳定性以及年均碳投入量和有机碳固定速率的关系。结果 与不施肥(CK)比较,施肥(N、 NP、 NPK、 M、 MN、 MNP和MNPK)使 2 mm团聚体所占比例提高了9.6%~36.1%,0.25~2 mm团聚体降低了6.7%~26.3%,0.053~0.25 mm和 0.053 mm团聚体所占比例基本稳定; 单施化肥处理(N、 NP和NPK)没有显著提高土壤团聚体的稳定性,化肥与有机肥配施(MNP和MNPK)显著增加团聚体的稳定性。与CK相比,施肥显著增加土壤总有机碳和 2 mm团聚体有机碳含量,其他粒径团聚体碳含量略有提高,但未达显著水平; 化肥配施有机肥对团聚体有机碳含量增加效果优于单施化肥。CK和N处理土壤有机碳损失速率为0.08 t/(hm2a)和0.02 t/(hm2a),单施化肥(NP和NPK)、 单施有机肥(M)、 化肥配施有机肥(MN、 MNP和MNPK)处理土壤有机碳的固定速率分别为0.14、 0.10 和0.17 t/(hm2a)。土壤有机碳的固定速率与碳投入呈显著的线性相关关系(R2 = 0.531,P 0.05),碳转化效率为3.3%; 随碳投入的增加,各粒径团聚体碳含量均增加,且 2 mm 团聚体的碳增加速率远远高于其他团聚体。结论 化肥配施有机肥增强团聚体稳定性效果优于单施化肥; 本试验紫色水稻土的有机碳还没有达到饱和,仍具有一定固碳潜力,增加的有机碳主要固持在 2 mm团聚体中。
长期有机无机肥配施增强黄壤性水稻土有机氮的物理保护作用
张丽敏, 徐明岗, 娄翼来, 王小利, 段建军, 李渝, 蒋太明, 段英华
2015, 21(6): 1481-1486. doi: 10.11674/zwyf.2015.0613
摘要:
目的 土壤有机碳物理-化学联合分组方法很好地联系了有机碳的多种稳定机制,成为深入研究土壤有机碳组分特征的有效手段。本研究旨在利用该方法研究长期施肥对黄壤性水稻土有机氮组分特征的影响,为合理施肥提供理论依据。方法 基于南方黄壤性水稻土18年长期施肥定位试验,分析了不同施肥处理土壤有机氮组分含量及分配比例的变化。试验处理包括不施肥对照(CK)、 单施化肥(NPK)、 单施有机肥(M)、 无机肥配施低量有机肥(0.5MNPK)和无机肥配施高量有机肥(MNPK)。结果 单施化肥处理(NPK)水稻土总有机氮及各组分有机氮含量与不施肥对照相比无显著变化,施用有机肥处理(M、 0.5MNPK、 MNPK)则显著提高了土壤总有机氮、 游离态粗颗粒、 物理保护、 化学保护及生物化学保护有机氮含量,提高幅度分别为27%~51%、 23%~39%、 128%~274%、 29%~42%和13%~28%,以有机无机肥配施最为显著,但降低了游离态细颗粒有机氮含量。在各个氮组分中,游离态颗粒有机氮占总有机氮比例最高(46%~50%),物理保护有机氮比例最低(2%~6%)。与不施肥(CK)及单施化肥处理(NPK)相比,有机肥处理(M、 0.5MNPK、 MNPK)提高了土壤物理保护有机氮的分配比例。结论 长期施肥土壤各组分有机氮及总有机氮两两之间均呈显著相关关系,只有游离细颗粒有机氮与物理保护有机氮呈负相关关系。长期施用有机肥,极大改善土壤团聚体结构,促进游离细颗粒有机氮的包裹,进而提高物理保护有机氮的相对比例,土壤有机氮的物理保护作用相对增强。因此,有机无机肥配施是提高稻田土壤有机氮含量的最有效措施。
长期施肥下黄土旱塬黑垆土供氮能力的变化
王淑英, 樊廷录, 丁宁平, 周广业, 李利利, 赵刚, 张建军
2015, 21(6): 1487-1495. doi: 10.11674/zwyf.2015.0614
摘要:
目的 本研究以36年长期定位试验为依托,分析了不同施肥处理对黄土旱塬区黑垆土全氮、 碱解氮、 微生物氮以及硝态氮和铵态氮的影响,以期为黄土旱塬区耕地质量的提高和农业可持续发展提供理论依据。方法 田间试验始于1979年,设6个施肥处理,即不施肥(CK); 单施氮肥(N); 氮磷配合(NP); 秸秆还田加氮磷肥(SNP); 单施农家肥(M); 农家肥加氮磷(MNP),试验基本为4年冬小麦-2年春玉米的一年一熟轮作制。于每年作物收获后以20 cm为间隔分层采集各处理0100 cm土层土壤样品,测定其土壤全氮、 碱解氮、 微生物氮以及硝态氮和铵态氮含量。结果 长期施用有机肥能够明显提高旱塬区农田耕层土壤氮的总贮量,M和MNP处理的耕层土壤全氮含量较试验开始时提高了34.0%和42.7%; 长期施有机肥能提高土壤中氮素养分的供应能力,SNP、 M和MNP处理耕层土壤碱解氮含量比CK分别提高27.1%、 34.2%和65.0%,比N处理提高了28.5%、 35.7%和66.8%,比NP提高19.8%、 26.5%和55.5%; 长期施有机肥能够显著增加土壤有效氮的活性库, SNP、 M和MNP处理的耕层土壤微生物氮比CK分别提高了217.0%、 147.6%、 120.2%; SNP、 M和MNP处理能够有效减少土壤剖面中硝酸盐淋溶和深层累积,长期不施肥和单施化肥020 cm耕层NO3--N含量显著减少,相对MNP减少了58.3%~61.7%,长期单施氮肥土壤剖面深层硝态氮累积量最大,在80100 cm处硝态氮量达到23.98 kg/hm2,是NP处理的近7倍、 MNP处理的51倍, 长期施用有机肥和秸秆还田大幅度提高了020 cm耕层土壤硝态氮含量, 降低了NO3--N向深层的转移,80100 cm土层NO3--N含量不足0.5 mg/kg; 长期单施氮肥0100 cm剖面各层NH4+-N含量均高于其它处理。结论 长期施用农家肥、 农家肥与氮磷肥配施、 秸秆还田与氮磷肥配施既能增加旱地农田耕层土壤氮库,又能提高土壤中氮素养分的有效性和供应能力、 扩大土壤有效氮的活性库,同时又可减少NO3--N向土壤深层的淋移和累积,使土壤中更多的NO3--N保留在耕层,耕层土壤矿质氮的蓄保能力增强,提高肥料利用率高,是黄土旱塬耕地质量提高和农业可持续发展的科学施肥方式。
我国典型农田长期施肥的氮肥真实利用率及其演变特征
史天昊, 段英华, 王小利, 徐明岗, 黄绍敏, 石孝均
2015, 21(6): 1496-1505. doi: 10.11674/zwyf.2015.0615
摘要:
目的 传统氮肥利用率是指当季作物吸收肥料氮占施用的肥料氮的比例,没有反映肥料氮在土壤中的残留及其利用情况。利用长期定位试验能反映土壤氮库变化的优势,分析不同施肥条件下作物的传统氮肥利用率(氮肥表观利用率)和真实利用率,揭示我国典型区域氮肥的真实利用和损失状况。方法 本研究选用了两种旱地土壤(北京褐潮土和郑州轻壤质潮土)和两种水旱轮作土壤(重庆紫色土和武汉黄棕壤)上的长期定位试验(15~31年),在4种施肥处理,即不施肥(CK)、 单施化肥氮(N)、 化肥氮磷钾配施(NPK)和化肥氮磷钾与有机肥配施(NPKM)处理取样,分析比较作物吸氮量、 土壤全氮演变、 年均氮肥表观利用率与真实利用率,并计算了不同施肥条件下的氮肥表观损失率与真实损失率。结果 3个施肥处理,褐潮土、 轻壤质潮土、 紫色土和黄棕壤上的平均氮肥真实利用率为47.6%、 56.6%、 57.0%和56.3%,显著高于氮肥表观利用率(33.6%、 42.1%、 37.8%和25.8%)。这是因为NPK和NPKM处理的肥料氮在土壤氮库中的每年速率积累为N 6.26~37.3 mg/kg的。氮肥真实利用率在褐潮土和轻壤质潮土上比表观利用率高10.9%~17.5%,在紫色土和黄棕壤上高18.6%~32.9%,说明传统氮肥利用率更为低估水田轮作下作物的真实利用率。NPK和NPKM处理,褐潮土和轻壤质潮土的氮肥表观利用率以每年1.76~2.49个百分点的速率显著上升,氮肥真实利用率以每年1.50~2.29个百分点的速率显著上升,说明华北旱地上化肥均衡施用和化肥与有机肥配施可增加氮肥的利用率,减少氮肥的损失。黄棕壤上的氮肥真实利用率在显著增加,而表观利用率没有显著增加,是由于NPK和NPKM处理的黄棕壤全氮含量以每年N 17.5~37.3 mg/kg的速率在显著增加,说明化肥均衡施用和化肥与有机肥配施可增加黄壤的氮库库容。结论 目前我国农田氮肥利用率普遍被低估约20%,尤其是在土壤全氮含量变化较大的水旱轮作农田。
长期培肥我国典型黑土玉米氮肥效应的演变趋势
李慧, 徐明岗, 朱平, 张文菊, 张会民, 李忠芳
2015, 21(6): 1506-1513. doi: 10.11674/zwyf.2015.0616
摘要:
目的 依托中国东北典型农田设置的公主岭黑土长期培肥试验,研究长期培肥条件下黑土地区玉米产量和氮肥效应的时间演变趋势,阐明氮肥利用率和土壤养分之间的相关性,为指导我国建立长期培肥模式和提高氮肥利用率提供依据。方法 本文选择不同有机肥用量(M0、 M30和M60)下不施肥处理(CK)、 施氮肥(N)、 施磷钾肥(PK)和平衡施肥(NPK),共计12个处理,研究长期培肥对玉米的氮肥农学效率、 氮肥当季利用率和氮肥累积利用率的影响。结果 有机肥料和化肥(NPK)对玉米均具有显著增产效果,有机肥化肥配施可降低玉米产量的变异系数(CV)和提高可持续性指数(SYI),从而保证玉米的持续稳产高产。平衡施肥条件下的氮肥农学效率、 当季利用率和累积利用率随着施肥年限的延长呈上升趋势,并且达到显著或极显著水平; 常量有机肥区和高量有机肥区的土壤肥力得到显著提升,氮肥效应随时间演变趋势分别为变化不显著和显著降低趋势。氮肥利用率与土壤有机碳、 土壤全氮、 土壤全磷和土壤速效钾呈显著负相关。结论 在相对较高的肥力条件下,黑土地区玉米氮肥效应呈显著下降或变化不显著的趋势,将为高肥力条件下有机肥部分替代化肥提供科学依据。
长期不同施肥下潮土磷素的演变特征
信秀丽, 钦绳武, 张佳宝, 朱安宁, 张丛志
2015, 21(6): 1514-1520. doi: 10.11674/zwyf.2015.0617
摘要:
目的 研究在施磷量相等的条件下长期施用有机肥和化肥对潮土全磷、 有效磷的演变的影响,为潮土地区农业生产和地力培育提供理论依据。方法 以河南封丘的肥料长期定位试验(开始于1989年)为平台,试验设置7个处理,即有机肥(OM)、 1/2有机肥+1/2化肥(1/2OM)、 氮磷钾(NPK)、 氮磷(NP)、 磷钾(PK)、 氮钾(NK)和不施肥处理(CK),分析比较了不同处理土壤的全磷、 有效磷含量及两者比值的演变规律。结果 所有施磷处理土壤全磷均与试验年份呈显著线性相关,1/2有机肥+1/2化肥、 有机肥和氮磷钾处理土壤全磷年均增加量为0.0083、 0.0081和0.011 g/kg; 各处理2008~2010年3年平均土壤有效磷含量大小顺序为PK OM 1/2OM NPK NP CK NK,施磷处理下试验进行的前11年土壤有效磷快速增加,以后达到稳定状态; 有机肥处理和1/2有机肥+1/2化肥处理土壤有效磷与全磷的比值显著高于氮磷钾处理,试验20年后有机肥处理和1/2有机肥+1/2化肥处理有效磷/全磷是氮磷钾处理的1.9和1.4倍。磷素平衡与全磷及有效磷含量均达到了极显著相关,相关系数分别为0.981和0.886。磷素盈亏每增加100 kg/hm2,土壤全磷含量增加0.04 g/kg,土壤有效磷含量增加约为2 mg/kg。试验20年后,其他理化性质与土壤全磷、 有效磷含量之间的相关关系均未达到显著水平。但土壤有机质和土壤全氮与有效磷/全磷的相关系数达到了显著水平,说明土壤有机质和全氮含量提高有利于土壤磷素的活化。结论 土壤全磷和有效磷的演变都显著受磷素盈亏的影响。在每年P2O5投入量相当于135 kg/hm2时,施用化肥更加有利于潮土全磷含量的提高; 经过21年的不同施肥处理,平衡施用化肥处理有效磷含量只能维持在7 mg/kg左右,这一水平处于中低水平,依旧需要磷的投入才能维持作物的高产。施用有机肥可以在不增加施磷量的条件下增加作物可吸收利用的磷。因此,减少施磷量增施有机肥可能成为潮土地区减肥增效的重要手段。
长期不同施肥模式红壤性水稻土磷素变化
叶会财, 李大明, 黄庆海, 柳开楼, 余喜初, 徐小林, 周利军, 胡惠文, 王赛莲
2015, 21(6): 1521-1528. doi: 10.11674/zwyf.2015.0618
摘要:
目的 研究红壤性水稻土长期不同施肥模式下耕层土壤有效磷含量与全磷含量的变化特征,以及有效磷含量与累积磷盈亏的关系, 分析不同形态磷肥对土壤磷素有效性影响的差异,找出最有效的红壤性水稻土磷素培肥施肥方式。方法 供试土壤取自1981~2012年在江西进行的红壤双季稻稻田长期定位试验。试验自始至终保持水分、 农药等日常田间管理与当地习惯相同,统一水稻品种并定期更换。试验设5个处理: 施氮钾肥(NK); 氮磷钾化肥(NPK); 两倍氮磷钾化肥(NPK2); 早稻氮磷钾化肥配施紫云英,晚稻氮磷钾化肥配施猪粪(NPKM); 长期不施肥(CK)。分析了耕层土壤有效磷含量和全磷含量,计算了有效磷增量与累积磷盈亏的相互关系。结果 试验32年后,对照土壤磷年均亏缺22.7 kg/hm2,有效磷含量在低水平下维持平衡; NK处理磷素年均亏缺27.9 kg/hm2,显著高于不施肥处理,全磷含量缓慢降低,32年累计降低了8.6%,有效磷含量呈持平趋势。NPK、 NPK2、 NPKM处理土壤磷素均有盈余,年均盈余量分别为33.3、 39.0、 41.0 kg/hm2,全磷含量分别增加了32.1%、 89.4%、 165.1%, 有效磷含量分别增加了2.2、 6.9、 15.3倍,年上升速率分别为0.30、 1.18、 1.79 mg/kg,有效磷增量与累积磷盈余呈显著正相关。NPK化肥配施有机肥处理不仅提高土壤有效磷及全磷的含量,还显著提高磷素有效性。水稻产量增加量随累积磷投入量和有效磷的增加而增加,前期增加较快后期增加较慢,有效磷含量具有明显的拐点,其值超过20 mg/kg后产量就增加缓慢。结论 红壤性水稻土在双季稻种植模式下,长期不施磷肥处理土壤全磷含量缓慢降低,有效磷含量可维持低水平下的平衡。施磷处理土壤全磷含量,有效磷含量以及磷素有效性均呈上升趋势,且无机磷肥与有机磷肥配施处理上升最快。无机磷肥与有机磷肥配合施用在提高土壤全磷含量的同时也提高磷素的有效性。土壤有效磷超过20 mg/kg后相对产量提高缓慢。氮磷钾化肥与有机肥配合施用是提高耕层土壤磷素库容和提高磷素活化能力的有效措施。
长期施肥褐土有效磷对磷盈亏的响应
杨振兴, 周怀平, 解文艳, 关春林, 车丽
2015, 21(6): 1529-1535. doi: 10.11674/zwyf.2015.0619
摘要:
目的 研究长期施肥条件下土壤磷素供应能力、 累积状况与土壤有效磷变化速率,阐明土壤磷素累积与土壤有效磷的响应关系,为黄土高原旱作农业区科学施用磷肥提供理论依据。方法 以农业部寿阳旱作农业示范区褐土肥力与肥料长期定位试验为研究平台,选择试验中9个处理进行研究分析,分别为不施肥处理(CK)、 4个单施无机肥水平处理(N1P1、 N2P2、 N3P3、 N4P4),3个有机无机肥配施水平处理(N2P1M1、 N3P2M3、 N4P2M2),单施有机肥处理(N0P0M6)。以5年一个周期测定土壤020 cm有效磷含量,明确土壤有效磷的变化规律。计算玉米收获后植株生物量以及测定磷含量,得出作物携出量与磷素年累积量,分析不同施肥处理下土壤磷素盈亏与土壤有效磷的变化特征。结果 长期不施用磷肥情况下,土壤磷素一直处于亏缺状态,有效磷年均下降速率为0.02 mg/(kga)。单施无机肥后,随着磷肥投入量的增加,土壤有效磷随之增加, N1P1、 N2P2、 N3P3、 N4P4处理年均增速分别为1.04、 1.08、 1.70和2.13 mg/(kga)。有机无机配施处理土壤有效磷普遍高于单施化学磷肥处理含量, N2P1M1、 N3P2M3、 N4P2M2处理年均升高速率分别达1.70、 3.73和4.72 mg/(kga)。单施高量有机肥N0P0M6处理土壤中有效磷增速最高,年均升高5.63 mg/(kga)。长期不施肥导致土壤磷素亏欠,土壤中每亏缺P 100 kg/hm2,土壤中有效磷含量平均降低0.5 mg/kg。施用无机肥条件下,土壤每累积P 100 kg/hm2,土壤中有效磷含量可以平均提高4.3 mg/kg。有机无机配施有协同作用,其土壤P每累积100 kg/hm2,土壤有效磷含量平均提高9.1 mg/kg。N2P1M1处理为推荐施肥处理,即每年投入P2O5 65 kg/hm2后土壤有效磷增加最多,土壤每累积P 100 kg/hm2,土壤中有效磷含量平均提高17.1 mg/kg。结论 土壤有效磷随土壤磷素盈余而变化,同时与磷素投入量密切相关,当P2O5每年投入量为37.5~65 kg/hm2时,基本可以满足作物生长需求,磷肥当季利用率较高,磷素在土壤中累积量较少。当P2O5每年投入量达到112 kg/hm2后,会造成磷素在土壤中大量累积,不仅作物产量对磷肥几乎没有响应,还会对农田环境产生危害。
长期施肥对黑土磷和锌形态转化的影响
陆欣春, 邹文秀, 韩晓增, 郝翔翔, 江恒
2015, 21(6): 1536-1542. doi: 10.11674/zwyf.2015.0620
摘要:
目的 东北黑土地为我国重要粮食生产基地,高肥力的黑土仍需施用磷肥以保障粮食高产。探讨长期施肥对土壤磷和锌形态转化机制,为确保黑土区粮食和环境安全提供理论依据。方法 本研究以设在典型黑土区13年的长期施肥定位试验为研究对象,设不施肥(CK)、 施氮磷钾肥(NPK)、 施氮磷钾加不同量有机肥(NPK+OM1、 NPK+OM2、 NPK+OM3)共5个处理,分析土壤不同形态磷和锌含量。结果 长期施化肥对土壤有机磷含量影响不显著,但土壤无机磷含量显著增加; 长期不施肥黑土有效磷含量为32.6 mg/kg,长期施化肥加有机肥可显著增加土壤有效磷含量; 连续13年施用磷肥,土壤中的磷每年平均累积16 kg/hm2,其主要以铝磷(Al-P)和铁磷(Fe-P)的形态在土壤中储存,其中约20%仍为有效磷; 而磷肥加有机肥的3个处理,连续施用13年后,有机磷含量增加了47.2~67.9 mg/kg,无机磷含量增加253.4~410.6 mg/kg,土壤全磷平均分别以每年49.4(NPK+OM1)、 64.2(NPK+OM2)、 70.4(NPK+OM3) kg/hm2的量累积在土壤中,其中15%~21%仍为有效磷,主要以有效性较高的二钙磷(Ca2-P)、 八钙磷(Ca8-P)、 Al-P、 Fe-P存在于土壤中,只有10%~21%的磷以有机磷的形态累积在土壤中,并且这个比例随有机肥施用量的增加而降低。黑土长期不施肥土壤有效锌(DTPA-Zn)含量可达1.96 mg/kg,长期施化肥、 化肥加有机肥均可显著增加土壤DTPA-Zn含量; 长期施化肥使黑土酸化,改变了土壤锌形态,增加了土壤交换态锌和无定型铁氧化物结合态锌的含量,化肥加有机肥显著增加了除矿物态锌以外的其他各形态锌的含量,其中55%~88%以无定型铁氧化物结合态锌储存在土壤中。通径分析结果显示,Ca2-P对DTPA-Zn影响最大,Ca8-P、 Al-P、 Fe-P通过Ca2-P间接影响DTPA-Zn含量。结论 长期施入黑土的磷,主要以有效性较高的无机态磷储存在土壤中,锌主要以无定型铁氧化物结合态储存在土壤中。黑土中磷与锌未表现出拮抗作用,且有效性高的Ca2-P对DTPA-Zn含量的影响最大,且二者呈正相关关系。
长期施肥红壤钾有效性研究
岳龙凯, 蔡泽江, 徐明岗, 王伯仁, 李冬初, 黄晶, 张会民
2015, 21(6): 1543-1550. doi: 10.11674/zwyf.2015.0621
摘要:
目的 长期不同施肥可改变土壤速效钾、 缓效钾含量及土壤pH,进而影响土壤钾素有效性。本研究利用始于1990年的祁阳旱地红壤长期定位试验,研究不同施肥条件下土壤钾素有效性的变化情况,为指导合理施肥提高土壤肥力提供依据。方法 选择不施肥(CK)、 施氮磷化肥(NP)、 施氮磷钾化肥(NPK)、 氮磷钾肥与有机肥配施(NPKM)4个处理。采用生物耗竭方法,以玉米苗为供试作物,在施用氮磷肥不施钾肥的条件下连续种植5次,测定每次种植20 d后玉米钾素含量及土壤速效钾、 缓效钾含量。结果 1)土壤速效钾含量随耗竭种植次数的增加而逐渐降低。22年不同施肥土壤速效钾含量存在差异,耗竭种植后土壤速效钾含量的变化表现为: CK处理在第二次种植后土壤速效钾含量降至最低值,NP处理在5次耗竭种植后土壤速效钾含量接近最低值。5次耗竭种植后CK和NP处理土壤速效钾含量分别降低了45.2和41.7 mg/kg,降低幅度分别为65.9%和60.4%; NPK和NPKM处理分别降低了171.0和390.3 mg/kg,降低幅度为73.4%和81.3%。2)22年后不同施肥处理土壤缓效钾含量高低顺序为NPKM NPK NP CK,5次耗竭种植后土壤缓效钾含量顺序未发生变化。5次耗竭种植后CK和NP处理土壤缓效钾含量分别降低了54.0和77.0 mg/kg,降低幅度分别为46.0%和53.8%; NPK和NPKM处理分别降低了41.0和55.0 mg/kg,降低幅度分别为27.2%和22.5%。3)玉米钾素带出总量的大小顺序为NPKM NPK CK NP,NPKM处理玉米钾素带出总量是NPK处理的3.1倍,NPK处理是NP处理的1.9倍。4)采用Elovich方程对土壤钾素供应能力进行模拟得出土壤供钾能力的大小顺序与实际顺序一致,从方程决定系数和标准误差角度判断一级动力学方程对CK和NPKM处理的拟合效果较好,Elovich方程对NP和NPK处理的拟合结果较好。5)土壤速效钾(X1)、 缓效钾(X2)、 全钾(X3)含量和土壤pH(X4)与玉米钾素带出量(y)的多元回归方程为y=-438.90+0.33X1+0.22X2+22.14X3+18.44X4 (R2=0.995),X1(土壤速效钾含量)与y达到显著正相关水平(P0.05); 逐步回归方程为y=-107.36+0.38X1+25.16X4 (R2=0.985),X1(土壤速效钾含量),X4(土壤pH)分别与y达到极显著(P0.01)和显著(P0.05)正相关水平。结论 基于耗竭种植条件下玉米钾素带出量,旱地红壤长期不同施肥后氮磷钾肥与有机肥配施(NPKM)处理的土壤钾素有效性高于氮磷钾化肥(NPK)处理,不施肥(CK)和施氮磷肥(NP)处理。土壤钾素供应能力及累积供应量的大小顺序表现为NPKM NPK CK NP。旱地红壤速效钾含量和土壤pH与玉米钾素累积带出量呈显著正相关关系(P0.05)。
长期施肥红壤钾素在有机无机复合体中的分布
岳龙凯, 蔡泽江, 徐明岗, 王伯仁, 黄庆海, 李冬初, 柳开楼, 李建军, 张会民
2015, 21(6): 1551-1562. doi: 10.11674/zwyf.2015.0622
摘要:
目的 土壤中的有机无机复合体是承载土壤养分的重要结构单元,土壤钾素含量的变化反映在不同粒级有机无机复合体中。本研究选用始于1990年(祁阳)和1986年(进贤)的旱地红壤长期定位试验,研究长期不同施肥对土壤交换性钾、 非交换性钾、 全钾在不同粒级有机无机复合体中分布的影响。方法 祁阳和进贤试验点均选择不施肥(CK),化学氮、 磷肥配施(NP)、 NP基础上施用化学钾肥(NPK)及NPK基础上配施有机肥(NPKM)四个处理, 采集020 cm深度的土壤样品,通过Stokes定律计算各粒级复合体沉降速率,采用虹吸管法分离出不同粒级有机无机复合体。采用1.0 mol/L中性醋酸铵浸提土壤交换性钾,1.0 mol/L沸硝酸浸提土壤非交换性钾,氢氧化钠710℃提取土壤全钾,钾离子浓度采用火焰光度计测定。结果 两试验点土壤96.4%~98.9%的交换性钾、 87.9%~96.7%的非交换性钾和95.1%~96.7%的全钾存在0~50 m粒级复合体中,尤其2 m粒级复合体是三种形态钾素的主要贮存库,76.3%~92.3%的交换性钾、 45.8%~73.7%的非交换性钾和49.4%~70.6%的全钾集中在该粒级。两试验点NP处理与CK相比,2 m粒级复合体中非交换性钾含量降低5.4~8.3 mg/kg,降低幅度为8.2%~16.3%。施钾肥主要改变2 m粒级复合体中交换性钾和非交换性钾含量,进贤NPK与NP处理相比分别增加36.7和9.5 mg/kg,增加幅度分别为64.5%和15.7%; 而NPKM处理则较NP处理分别增加147.4和91.2 mg/kg,增幅分别为258.9%和151.1%。祁阳NPK与NP处理相比,2 m粒级复合体中交换性钾和非交换性钾含量分别增加52.9和20.3 mg/kg,增加幅度分别为104.9%和47.6%; NPKM与NP处理相比分别增加219.5和41.3 mg/kg,增幅分别为435.9%和96.9%。长期施肥对两试验点各粒级复合体中全钾含量的影响不大。2、 2~10及10~50 m粒级复合体三种形态钾素含量较高,是供给植物生长的主要钾源,其中2 m粒级复合体中交换性钾、 非交换性钾含量与产量之间均存在显著正相关关系(P0.05)。结论 2 m粒级复合体是土壤钾素的主要贮存库。在长期不施钾肥条件下土壤2 m粒级复合体中交换性钾和非交换性钾含量降低,施钾有利于该粒级复合体中交换性钾和非交换性钾积累。旱地红壤2、 2~10及10~50 m粒级复合体钾素含量高,且与产量之间存在显著的正相关关系,是植物钾素主要供源。
长期施肥砂姜黑土微生物学特征差异及评价
陈欢, 曹承富, 张存岭, 李玮, 乔玉强, 赵竹, 杜世州, 张向前
2015, 21(6): 1563-1571. doi: 10.11674/zwyf.2015.0623
摘要:
目的 作为安徽省主要中低产土壤类型之一,砂姜黑土不良属性严重制约旱地粮食作物稳产增产,因此本研究利用长期定位试验研究砂姜黑土微生物特征对不同施肥模式的响应,为改善砂姜黑土生态功能、 提高地力可持续性等提供理论依据。方法 基于安徽省杨柳长期定位试验(始于1981年),研究5种施肥模式,不施肥(CK)、 单施化肥(NPK)、 单施有机肥(M)、 有机肥与化肥配施(等氮)(MNPK)、 有机肥与化肥配施(高氮)(HMNPK)砂姜黑土耕层土壤可培养微生物数量、 微生物生物量及酶活性等微生物学性状的变化规律,并通过主成分分析方法对不同施肥模式下的土壤微生态进行综合评价。结果 与不施肥相比,长期施用有机肥(M、 MNPK和HMNPK)可显著增加土壤微生物总数量(15.68~22.80倍),尤其是细菌和放线菌数量,二者分别于M、 MNPK处理达最高值(30.50105 cfu/g和15.50 104 cfu/g); 长期单施有机肥对土壤真菌有明显抑制作用,单施化肥有利于土壤真菌数量的增加。施用有机肥(M、 MNPK和HMNPK)可有效增加土壤微生物生物量碳、 氮含量,其中MNPK处理微生物量碳含量增幅最高,达119.74%,但与M、 HMNPK处理差异不明显,微生物量氮含量增幅达88.46%,显著高于M、 HMNPK处理; 长期单施化肥仅对微生物量碳含量有提增作用(38.87%),对微生物量氮作用不明显,其对微生物量碳的提增作用显著低于其他施肥处理。长期单施有机肥可显著提高土壤脲酶与转化酶活性,抑制磷酸酶活性,长期单施化肥的作用则相反。用主成分分析方法将9个生物指标降维提取出2个主成分,第一主成分以细菌、 放线菌、 微生物量碳、 微生物量氮、 脲酶和转化酶为主要影响因子,第二主成分以为真菌、 酸性和中性磷酸酶为主要影响因子,分别代表了与碳、 氮和磷循环密切相关微生物影响因子。通过综合得分把不同施肥模式下砂姜黑土微生物生态划分为3个等级, 一等包括长期有机肥与化肥配施(等氮与高氮),二等包括长期单施有机肥,三等为长期单施化肥与不施肥。结论 通过综合评价可得,砂姜黑土的微生物生态状况在长期有机肥与化肥配施条件下最佳,单施有机肥次之,而长期单施化肥与不施肥的较差。
长期施用化肥对塿土微生物多样性的影响
高明霞, 孙瑞, 崔全红, 杨学云, 张树兰, 孙本华
2015, 21(6): 1572-1580. doi: 10.11674/zwyf.2015.0624
摘要:
目的 土壤微生物在土壤有机质分解、 营养循环、 植物生长等方面都发挥着重要作用,研究长期施用化肥对其产生的影响可为农田合理施用化肥、 培肥土壤和高产高效可持续性农业生产提供理论依据。方法 以陕西杨凌 国家黄土肥力与肥料效益监测基地的长期定位试验为基础,利用BIOLOG分析并结合常规分析研究了6种长期不同化肥施用方式不施肥(CK)、 单施氮肥(N)、 氮钾配施(NK)、 磷钾配施(PK)、 氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)对塿土土壤微生物量和微生物功能多样性的影响。结果 与不施肥CK相比,长期单施氮肥(N)的SMBC、 SMBN没有显著变化,但明显降低了土壤微生物商和土壤微生物对氮素的利用; NP和NPK配施能够显著增加塿土SMBC和SMBN含量,明显提高了土壤微生物商,使土壤微生物种群结构发生了明显变化,但土壤微生物对氮素的利用没有显著提高; 长期偏施肥处理(NK、 PK)的SMBC、 SMBN和微生物商虽轻微增加,但土壤微生物种群结构没有显著改变。BIOLOG分析结果显示,施磷处理(PK、 NP和NPK)对微生物代谢活性的促进作用较大,且在培养初期代谢活性较不施磷处理(CK、 N和NK)增加显著。长期单施氮肥(N)对于提高土壤微生物多样性没有显著作用,而其他化肥施用处理可以提高塿土土壤微生物群落的碳源利用能力、 物种的丰富度和优势度,其中NP和NPK处理配施效果最好。化肥施用对塿土土壤微生物群落的均匀度没有显著影响。主成分分析的结果表明,不同处理的土壤微生物对碳源利用表现出显著差异,氮磷养分的差异是产生分异的主要原因。结论 塿土区小麦玉米轮作下,平衡施肥(NP或NPK配施)对于改善农田土壤微生物特性具有良好作用。
30年不同设施条件和栽培方式下土壤养分和微生物群落功能多样性的变化
张雪艳, 田蕾, 吴萍, 高艳明, 李建设
2015, 21(6): 1581-1589. doi: 10.11674/zwyf.2015.0625
摘要:
目的 随着设施蔬菜栽培年限的增加,设施连作土壤生态环境发生很大变化。系统研究长期不同设施类型和栽培方式下土壤养分和微生物群落多样性的变化,可为蔬菜土壤可持续利用提供理论依据。方法 选择连续30年以不同设施进行蔬菜栽培的土壤(1969~2009年)进行田间试验。以温室连作两茬黄瓜、 夏季休闲为对照(CK); 温室连作两茬黄瓜,夏季填闲毛豆/花生(CS1); 大棚连续种植两茬黄瓜(CS2); 大棚前28年连作黄瓜、 后两年露地种植绿叶菜(CS3); 连年露地种植绿叶菜(CS4)5种种植方式。于2009年采集020 cm土壤样品,采用常规方法系统分析了土壤养分含量和微生物数量,对培养96 h、 120 h和144 h的AWCD值进行主成分分析(principal component analysis, PCA)、 六大碳源利用程度及Shannon-Weaver指数多样性指数分析。结果 CS1处理每孔平均颜色变化率(AWCD)显著高于其他处理; 在96、 120、 144 h主成分分析表明,第1主成分分别解释了32.9%、 33.61%和32.21%的碳源利用差异,CK处理在主成分1上均与其他处理显著分开,第2主成分分别解释了14.2%、 15.96%和16.42%的碳源利用差异,CK处理在96和144 h与其他处理显著分开; 在主成分1主成分3加权上,96 h与144 h的CS3、 CS4和CS1处理显著不同于CK和CS2处理。96、 120和144 h主成分1差异的贡献碳源主要是氨基酸、 羧酸类化合物,主成分2差异的贡献碳源主要是胺类化合物、 多聚物。各处理对六大碳源利用显著不同,CK和CS2处理对碳水化合物、 羧酸类化合物和多聚物利用显著低于其他处理。CK和CS2处理微生物群落多样性指数和均匀度指数均显著低于其他处理; CS3和CS4处理细菌数/真菌数比(B/F)以及微生物总量均高于其他处理,分别显著高于对照310.34%、 334.48%和280.1%、 368.0%; CK处理全氮、 有机质、 速效钾和硝态氮显著高于其他处理,CS1处理相对CK处理则显著降低其含量,其中全氮、 有机质、 速效钾、 铵态氮和硝态氮含量分别显著降低41.46%、 50.26%、 51.47%、 26.72%和54.11%,CS3和CS4处理全氮、 速效磷、 速效钾、 硝态氮均显著低于其他处理。全氮、 速效养分均与B/F、 微生物总量、 微生物多样性指数呈负相关,铵态氮与其均呈极显著负相关,速效磷与B/F、 微生物总量呈极显著负相关。结论 30年温室连作黄瓜土壤养分累积严重,夏季填闲毛豆/花生可显著降低硝态氮累积和增加微生物多样性; 30年温室大棚单一连作黄瓜显著降低微生物群落多样性; 30年露地种植绿叶菜以及大棚后两年露地种植叶菜的微生物数量均较高,且养分累积最低。
长期不同施肥黑土细菌和古菌群落结构及主效影响因子分析
秦杰, 姜昕, 周晶, 马鸣超, 关大伟, 周宝库, 赵百锁, 杜秉海, 李俊
2015, 21(6): 1590-1598. doi: 10.11674/zwyf.2015.0626
摘要:
目的 依据黑龙江省农科院34年的长期定位试验,探讨影响东北黑土细菌和古菌区系的主效环境因子。方法 试验采集不施肥(CK)、 施氮磷肥(NP)、 施氮钾肥(NK)、 施磷钾肥(PK)、 施氮磷钾肥(NPK)5个施肥处理的耕层土样,借助传统化学分析方法和Illumina Miseq高通量测序技术解析土壤化学性状和细菌与古菌的群落结构特征,并对细菌和古菌群落结构与环境因子进行相关性分析。结果 1)不同施肥处理土壤细菌和古菌群落结构存在显著差异,与CK相比,4种施肥处理均降低了古菌丰富度,NPK处理增加了土壤细菌的丰富度、 多样性以及古菌的多样性; 变形菌门(Proteobacteria)、 酸杆菌门(Acidobacteria)是所有土样中的优势菌群,占细菌与古菌总量的38.2%~42.9%。施肥条件下,放线菌门(Actinobacteria)、 浮霉菌门(Planctomycetes)、 绿弯菌门(Chloroflexi)、 蓝藻门(Cyanobacteria)的相对丰度降低,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、 厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度升高,而其他菌门的相对丰度对不同施肥处理的响应不同。2)施用氮肥显著改变了土壤化学性状,长期施氮(尿素)处理的土壤全氮、 速效氮和有机质含量显著高于不施氮处理,而pH则显著降低。3)RDA分析结果显示,pH对土壤细菌和古菌群落结构的影响最大,解释了66.5%的变化; 其他环境因子则共解释了细菌与古菌群落33.5%的变化,各因子的贡献率依次为pH 速效钾 有效磷 有机质。Pearson相关性分析结果也表明,细菌和古菌群落与土壤化学指标间存在密切的相关关系。结论 解析了长期不同施肥条件下土壤细菌和古菌的群落结构特征,确定了pH是影响土壤细菌和古菌区系的主效环境因子,氮磷钾均衡施肥不仅显著提高了作物产量和丰富了土壤养分含量,同时也增加了土壤细菌的丰富度、 多样性以及古菌的多样性,有利于维持良好的土壤生态环境。研究结果对揭示东北黑土肥力演变机制、 建立合理的施肥制度具有重要的理论价值。
长期施肥对黄泥田土壤微生物群落结构及团聚体组分特征的影响
李清华, 王飞, 林诚, 何春梅, 李昱, 钟少杰, 林新坚
2015, 21(6): 1599-1606. doi: 10.11674/zwyf.2015.0627
摘要:
目的 黄泥田是中国南方稻作区主要的中低产田之一,土壤微生物和团聚体组分是影响黄泥田土壤肥力及生产力的重要因素,研究长期施肥对其影响为黄泥田土壤肥力评价与培肥技术提供理论依据。方法 以福建省黄泥田28年长期定位施肥试验为基础,设4个处理为对照(不施肥,CK)、 氮磷钾肥(NPK)、 氮磷钾肥+牛粪(NPKM)、 氮磷钾肥+秸秆还田(NPKS)。采集020 cm耕层土壤样品,利用磷脂脂肪酸分析技术研究了土壤微生物群落结构,并用湿筛法测定了水稳性团聚体组分特征。结果 与CK相比,施肥增加土壤微生物磷脂脂肪酸种类数16.67%~38.89%,提高土壤微生物总量26.71%~47.30%,其中细菌、 真菌和放线菌等数值差异均达显著水平; 长期不施肥(CK)易导致土壤中放线菌缺乏,而NPKM更有利于提升土壤微生物菌群种类与数量。土壤磷脂脂肪酸第一和第二主成分分析综合了89.80%方差贡献率,提取出C17: 1w8(细菌G-)、 C12: 0(细菌)、 cy19: 0w8(伯克霍尔德菌)、 C17: 0(节杆菌)、 C18: 1w7(假单胞杆菌)、 C10Me17: 0(放线菌)等6种主要变异信息。此外,NPKM与NPKS可增加0.25~2.0 mm水稳性团聚体4.74~8.47个百分点,各施肥处理该粒径下C、 N含量分别提高1.63%~32.58%和3.82%~13.74%。NPKS有利于促进0.25 mm大团粒结构形成,而NPKM更有利于提升不同粒径下C、 N含量。细菌、 放线菌和微生物总量与水稳性团聚体0.25~2.0 mm粒径呈显著的正相关(P0.05),与水稳性团聚体0.25 mm粒径呈显著的负相关,细菌、 微生物总量与不同粒径碳含量均呈极显著正相关。结论 黄泥田合理施肥可显著地提高土壤微生物群落数量及含量,促进0.25 mm团聚体形成,增加不同粒径团聚体C、 N含量,其中NPKM对黄泥田培肥地力的效果最好。
长期施肥对氨氧化古菌丰度及群落结构的影响
方宇, 景晓明, 王飞, 陈济琛, 林诚, 林新坚
2015, 21(6): 1607-1614. doi: 10.11674/zwyf.2015.0628
摘要:
目的 氨氧化古菌对土壤氮素转化有着重要的作用。本研究以长期定位施肥黄泥田土壤为研究对象,探讨了长期不同施肥模式对土壤氨氧化古菌数量和多样性的影响,为制定合理的施肥制度提供理论基础。方法 试验在福建省农科院试验站上进行,以30年长期定位施肥的红壤性水稻土为研究对象,采用荧光定量PCR和克隆文库技术,研究了长期不同施肥模式对氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)丰度及群落结构的影响。试验设4个处理: 1)不施肥(CK); 2)单施氮磷钾肥(NPK); 3)氮磷钾肥配施牛粪(NPKM); 4)氮磷钾肥配施秸秆(NPKS)。小区面积为12 m2,每个处理设3个重复。土样采集时间为2012年10月份(水稻收获后),测定土壤养分和氨氧化古菌的数量及多样性。结果 1)与CK相比,NPKM和NPKS处理显著增加了土壤有机质含量,NPKM和NPKS处理之间无显著差异。2) 与CK相比,施肥均能提高土壤全氮含量; NPKM和NPKS处理能够显著提高土壤全磷含量,NPKM处理全磷含量最高; 仅NPKS处理能显著增加全钾含量。3)与CK相比,长期施肥均能提高土壤有效氮(AN)、 速效磷(AP)和速效钾(AK)的含量,并且NPKM处理AN和AP含量最高,NPKS处理中AK含量最高。4) 与CK相比,长期施肥均对土壤pH值无显著影响。5) 与CK处理相比,NPKM和NPKS处理的amoA基因拷贝数显著增加,增加幅度分别为168.4% 和95.7%; 单施化肥处理与CK无显著差异。土壤氨氧化古菌数量与土壤有机质含量呈显著正相关,与土壤全磷、 有效氮、 速效磷和速效钾含量呈极显著正相关。6)长期不同施肥处理影响土壤氨氧化古菌的种群结构,单施化肥增加了土壤AOA的多样性,而化肥配施有机肥则降低了AOA的多样性。7) 本试验中得到的土壤氨氧化古菌amoA基因序列均为不可培养的古菌,包括泉古菌(Crenarchaeote)和奇古菌(Thaumarchaeote)。本试验所得氨氧化古菌绝大多数与来自土壤、 沉积物的amoA基因克隆非常相似,少数与水体环境相似。结论 不同培肥模式下,土壤中氨氧化古菌均为不可培养的古菌,包括泉古菌(Crenarchaeota)和奇古菌(Thaumarchaeota),然而水稻土壤养分和氨氧化古菌丰度及群落结构变化显著。单施化肥的作用不明显,有机无机肥配施有利于土壤有机质和养分的积累以及氨氧化古菌的生长,增加了氨氧化古菌优势菌群的比例。
长期施肥下我国南方典型农田土壤的酸化特征
周晓阳, 徐明岗, 周世伟
2015, 21(6): 1615-1621. doi: 10.11674/zwyf.2015.0629
摘要:
目的 阐明长期施肥下我国南方典型农田土壤的酸化特征,为合理施肥缓解农田土壤酸化提供科学依据。方法 对湖南省典型农田土壤水稻土和红壤上设置的32个长期监测点10年间的土壤pH及相关数据进行统计分析。结果 从整体上看,水稻土在长期施肥下未呈现明显酸化; 在水旱轮作模式下的水稻土出现显著酸化,其pH平均下降速率为每年0.076,是持续种稻模式的10倍。化学氮肥施用量的增加是水旱轮作下土壤酸化的重要因素之一,有机肥的施用对水稻土酸化无显著影响。红壤在常规施肥10 a期间pH呈明显的阶段性变化特征,施肥4~6 a与1~3 a相比土壤pH下降了0.19个单位,显著酸化; 持续施肥至7~10 a,红壤pH保持相对稳定。起始pH相对较高(pH6)的红壤长期施肥下出现极显著酸化,pH平均下降速率为每年0.075,与化肥氮施用量呈显著正相关; pH相对较低(pH 4-5)的红壤长期施肥下未显著酸化。结论 我国南方地区长期施肥下,与持续种稻模式相比水旱轮作模式加速了水稻土的酸化,化学氮肥施用量的增加是导致其酸化的重要原因; 起始pH相对较高(pH6)的红壤显著酸化,化学氮肥用量增加导致其显著酸化。因此,控制和减少化学氮肥的用量是防止水旱轮作模式下土壤及红壤旱地进一步酸化的重要措施。
长期不同施肥对塿土团聚体胶结剂的影响
薛彦飞, 薛文, 张树兰, 杨学云
2015, 21(6): 1622-1632. doi: 10.11674/zwyf.2015.0630
摘要:
目的 土壤团聚体是土壤结构的基本单元,其形成和稳定与土壤中各种胶结剂的胶结作用有关,而团聚体胶结剂受土壤管理措施的影响,其中不同的施肥量及施肥措施影响作物生长进而影响土壤团聚体的胶结剂。本研究利用冬小麦-夏玉米轮作体系中不同施肥模式的塿土长期定位试验,通过研究不同施肥模式对团聚体胶结剂的影响探讨塿土团聚体的形成和分布的机理。方法 试验设不施肥(CK)、 单施氮(N)、 氮磷(NP)、 氮钾(NK)、 磷钾(PK)、 氮磷钾(NPK)、 秸秆还田与氮磷钾(SNPK)、 有机肥与氮磷钾(M1NPK和M2NPK)配施共9个处理。于2011年冬小麦收获前和2013年冬小麦收获后测定土壤团聚体胶结剂,包括真菌菌丝密度、 五碳糖、 六碳糖、 碳酸钙、 粘粒以及游离氧化铁铝。结果 不同施肥处理显著影响土壤表层(010 cm)和亚表层(1020 cm)土壤团聚体胶结剂的含量。在010 cm土层,长期秸秆还田、 有机肥与化肥配施处理与CK相比,均显著降低了土壤菌丝密度,也降低了碳酸钙含量,但显著提高了土壤五碳糖和六碳糖含量,而对粘粒 (M2NPK除外)、 游离氧化铁以及游离氧化铝含量没有显著影响。长期施用氮磷化肥(NP、 NPK)也显著提高了土壤五碳糖含量,显著降低了碳酸钙含量,提高了粘粒含量,降低了土壤菌丝密度,对六碳糖、 游离氧化铁和游离氧化铝含量没有影响。N、 NK、 PK处理的土壤五碳糖含量显著提高,粘粒和游离氧化铁含量也有所提高,但对菌丝(PK除外)、 六碳糖、 碳酸钙以及游离氧化铝含量没有影响。1020 cm土层,长期秸秆还田、 有机肥与化肥配施与CK相比也提高了五碳糖和六碳糖含量,显著降低了土壤菌丝密度和游离氧化铝含量,而碳酸钙、 粘粒、 游离氧化铁差异不显著。长期施用氮磷化肥显著提高了土壤五碳糖含量,降低了土壤菌丝密度以及游离氧化铝含量,但是六碳糖、 碳酸钙、 粘粒、 游离氧化铁含量与CK没有差异。长期不施氮或不施磷处理与CK相比,土壤五碳糖、 六碳糖、 碳酸钙以及游离氧化铁的含量显著提高,但游离氧化铝含量显著降低,而对菌丝和粘粒含量没有影响。不同团聚体胶结剂与团聚体平均重量直径的线性相关分析表明,机械稳定性团聚体平均重量直径与碳酸钙含量呈极显著正相关、 与游离氧化铁显著正相关,与五碳糖和六碳糖极显著负相关。水稳性团聚体平均重量直径分别与菌丝密度、 碳酸钙极显著正相关,与游离氧化铁显著正相关,与五碳糖达显著负相关。结论 团聚体胶结剂与平均重量直径的多元逐步回归分析表明,碳酸钙是影响塿土团聚体稳定性唯一显著的胶结剂。
生物炭及炭基肥改良棕壤理化性状及提高花生产量的作用
战秀梅, 彭靖, 王月, 刘轶飞, 陈坤, 韩晓日, 王恒飞, 蔺文成, 李喜研
2015, 21(6): 1633-1641. doi: 10.11674/zwyf.2015.0631
摘要:
目的 炭基复合肥是生物炭农用的另一种方式,生物炭作为土壤改良剂对土壤改良研究的报道较多,但大多为短期培养或模拟试验。目前更缺乏生物炭与传统土壤培肥方式的比较研究。本研究旨在通过4年的田间微区定位试验,开展生物炭及炭基复合肥对棕壤理化性质及花生产量的影响研究,以期为生物炭的培肥改土及合理农用提供理论依据。方法 定位试验于2009年开始,连续4年进行了花生微区田间试验(2 m2)。试验设4个处理,分别为秸秆还田+NPK(CS)、 施用猪厩肥+NPK(PMC)、 生物炭+NPK(BIO)和基于生物炭的炭基复合肥(BF),所有处理均为等氮磷钾养分,BIO处理与PMC处理为等碳量,BIO处理相当于CS处理所施用的玉米秸秆量制备得到的生物炭量,BF处理碳含量低于BIO碳含量,每个处理重复3次,随机排列。分析试验前和2012年收获后土壤理化性质,比较各处理4年的花生产量。结果 连续施用4年后,与试验前相比,BIO处理的土壤有机碳提高了27.6%,全氮含量提高了75.6%,显著高于其他各处理,土壤pH提高了0.14个单位,显著高于CS处理,与PMC处理相近; 土壤碱解氮、 速效磷、 速效钾和CEC值与CS或PMC处理相近; BIO处理的土壤毛管孔隙度和田间持水量显著高于其他处理,容重和土壤总孔隙度与CS和PMC处理差异不显著; 4年中花生产量均居首位,从3198.5 kg/hm2提高到4818.0 kg/hm2,但与PMC处理差异不显著。连续施用4年后,BF处理土壤pH较试验前提高了0.57个单位,显著高于其他各处理,优势显著; 土壤有机碳和全氮含量较试验前分别提高了4.4%和27.9%,显著低于BIO处理,对土壤物理性质的调节作用也不及BIO处理,其他指标差异不显著,但总体上与CS或PMC处理相近; BF处理的花生产量在试验的前3年与BIO处理差异不显著,第4年较BIO处理降低了317.1 kg/hm2,差异显著,介于PMC和CS处理之间。结论 各处理作物产量随施用年限增加而提高。生物炭和炭基复合肥对土壤的理化性质的改良作用与秸秆还田和施用猪厩肥相近,生物炭在提高土壤有机碳和全氮含量方面,炭基复合肥在改善土壤pH方面优势突出,对作物具有持续增产作用。
滴灌氮肥用量对设施菜地硝态氮含量及环境质量的影响
李若楠, 武雪萍, 张彦才, 王丽英, 李孝兰, 陈丽莉, 翟凤芝
2015, 21(6): 1642-1651. doi: 10.11674/zwyf.2015.0632
摘要:
目的 滴灌施肥较传统施肥更为精准的将肥水输送至作物的根区,减少肥料的用量,降低土壤水分和养分深层渗漏带来的环境风险。本试验研究滴灌管理下不同氮肥(N)用量对设施菜地供氮能力及环境质量的影响,以期获得滴灌水肥一体化管理条件下最佳施氮用量。方法 采用日光温室冬春茬黄瓜-秋冬茬番茄轮作,共设计4个化肥氮用量梯度(N0、 N1、 N2、 N3,对应冬春茬黄瓜季施氮 0、 300、 600、 900 kg/hm2; 秋冬茬番茄季施氮 0、 225、 450、 675 kg/hm2),3年定位研究比较不同氮用量下0100 cm土体硝态氮、 电导率(EC5∶1)、 pH动态变化,计算了各施氮水平下设施蔬菜生产的氮素表观平衡、 氮肥利用率和经济效益。结果 随着种植年限的延长,N2和N3处理0100 cm土体硝态氮和盐分积累显著,土壤硝态氮含量分别由2008年黄瓜季季平均14.4~31.1和14.9~41.0 mg/kg增至2010年番茄季季均76.4~119.8和129.0~184.5 mg/kg,分别增加了1.9~5.1和3.5~7.7倍; 两处理EC5∶1分别由2008年黄瓜季季平均379.6~514.3和407.0~476.7 S/cm增至2010年番茄季季平均663.0~1212.4和710.0~1359.6 S/cm,分别增加了0.3~1.8和0.5~2.0倍。与N2和N3处理相比,N1处理节氮50%~66.7%,经过三年的种植0100 cm土层季均硝态氮含量和EC5∶1分别下降了35.5%~67.4%和6.0%~25.2%,pH增加0.06~0.18,氮肥利用率显著增加9.0~13.8个百分点,而种植蔬菜的经济效益未有显著下降。结论 温室滴灌冬春茬黄瓜-秋冬茬番茄经济施氮量分别为N 300和225 kg/hm2,既能保证3年5季蔬菜根层(060 cm)土层硝态氮处于相对适宜水平,具有较好的经济和环境效益。
长期定位施肥紫色土无机硫形态变化
钟海夫, 张思兰, 郭涛, 石孝均
2015, 21(6): 1652-1656. doi: 10.11674/zwyf.2015.0633
摘要:
目的 以紫色土肥力与肥料效益监测基地的土壤为研究对象,研究了长期(22年)不同施肥(不施肥对照、 施用氮磷钾、 单施有机肥、 氮磷钾与有机肥配施、 永久休闲)处理对表层土壤(020 cm)硫含量的影响,为合理进行硫素供应和肥料施用提供理论依据。方法 利用连续提取法提取耕层土壤的水溶性硫、 吸附性硫、 HCl溶性硫和总硫,并用BaSO4比浊法进行测定。结果 化肥与有机肥长期配施能显著增加土壤的总硫含量,与原始土壤相比增加65.42 mg/kg,但有效硫比例低于单施化肥处理; 与原始土壤相比,5个处理的水溶性硫含量都有所下降,幅度为0.87~1.38 mg/kg; 而单施有机肥或化肥与有机肥配施能显著增加土壤的吸附性硫含量,分别比原始土壤增加93.3% 和177.4%; 长期施用氮磷钾化肥能显著增加土壤HCl溶性硫含量,比原始土壤增加了161.7%。结论 单施化肥或有机肥化肥配合施用都能显著增加土壤硫的供给,而有机肥与化肥配施更有利于土壤硫的累积。此外,长期施肥试验表明大气硫沉降的减少对土壤硫供给的影响需值得进一步关注。