• ISSN 1008-505X
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2018年  24卷  第6期

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近30年我国典型水稻土肥力演变特征
武红亮, 王士超, 闫志浩, 槐圣昌, 马常宝, 薛彦东, 徐明岗, 卢昌艾
2018, 24(6): 1416-1424. doi: 10.11674/zwyf.18239
摘要:
目的 水稻土是我国面积最大、分布最广的耕地土壤类型,水稻产量约占全国粮食总产量的二分之一,明确水稻土养分演变规律对其质量建设和生产力输出有重要意义。本研究拟以136个国家级水稻土长期定位监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的水稻土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国水稻土肥力和生产力的演变特征,为水稻土合理培肥管理提供科学依据和指导。 方法 利用时间趋势分析结合平均值及中值分析的方法对水稻土常规施肥下土壤养分和作物产量的变化趋势进行了分析,分别总结了水稻土有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH以及作物产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和冗余分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出水稻土肥力演变的主要贡献因子和影响水稻土作物产量的主控肥力因子。 结果 近30年常规施肥下水稻土肥力监测结果显示,与监测初期相比,水稻土有机质 (31.3~32.2 g/kg) 和全氮 (1.88~1.92 g/kg) 含量基本稳定,土壤速效养分含量明显升高。2012—2016年间水稻土有效磷平均含量 (20.1 mg/kg),比监测初期平均值 (15.2 mg/kg) 显著提高了32.2%;2012—2016年间水稻土速效钾平均含量 (92.1 mg/kg) 比监测初期 (77.8 mg/kg) 提高了18.4%。经过近30年施肥,水稻土pH值下降了0.35个单位。主成分分析结果表明,水稻土肥力提高的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷。冗余分析结果表明,影响作物产量的主要肥力因子是土壤速效钾、有效磷和有机质。 结论 近30年农民习惯施肥管理模式下,水稻土整体肥力略有提高,生产力水平明显提高,但土壤pH值降低,有酸化趋势;水稻土肥力演变的主要障碍因子是土壤有机质和全氮,所以水稻土培肥应该在平衡施用氮磷钾肥的基础上合理配施有机肥或秸秆。
基于红壤稻田肥力与相对产量关系的水稻生产力评估
柳开楼, 黄晶, 张会民, 韩天富, 黄庆海, 余喜初, 李大明, 胡惠文, 叶会财, 胡志华, 马常宝, 薛彦东
2018, 24(6): 1425-1434. doi: 10.11674/zwyf.18150
摘要:
目的 土壤肥力是水稻产量提升的基础,研究土壤肥力质量指数与水稻产量的量化关系可以为稻田土壤培肥和产量提升提供理论参考。 方法 本研究基于位于江西省南昌市进贤县的红壤稻田长期肥料定位试验和县域尺度样点调研,长期试验包括不施肥 (CK)、单施氮肥 (N)、单施磷肥 (P)、单施钾肥 (K)、氮磷肥配施 (NP)、氮钾肥配施 (NK)、氮磷钾肥配施 (NPK)、2倍氮磷钾肥配施 (2NPK) 和有机无机肥配施 (NPKM) 处理,收集1981年、1985年、1989年、1995年、2002年、2005年、2012年和2017年的土壤pH、有机质、有效磷、速效钾和水稻产量;并于2017年在进贤县布置了58个代表性点位,获取土壤pH、有机质、有效磷、速效钾和晚稻产量数据。采用Fuzzy方法对长期试验不同施肥处理的土壤肥力质量指数进行计算,构建和验证土壤肥力质量指数与水稻相对产量的量化关系,并在进贤县进行了验证。 结果 在红壤性双季稻田,不同施肥处理显著影响水稻产量和土壤肥力质量指数,与CK处理相比,NPKM、2NPK和NPK处理的年平均产量分别增加了71.6%、59.1% 和36.5%;土壤肥力质量指数分别增加了64.1%、47.3% 和27.7%,且NPKM处理的水稻产量和土壤肥力质量指数分别比NPK处理增加了25.6% 和28.5%;同时,NP和NK处理的水稻产量和土壤肥力质量指数也显著低于NPKM处理,而N、P和K处理的水稻产量和土壤肥力质量指数则与CK没有显著差异。线性拟合方程发现,红壤稻田的土壤肥力质量指数增加0.1个单位,水稻相对产量增加7.2%~22.6%。县域尺度的验证结果表明,基于土壤肥力质量指数预测的水稻相对产量与实际相对产量高度吻合 (R2 = 0.5268,P < 0.01,RRMSE < 25%),表明基于土壤肥力质量指数可较准确地评估该区域的水稻生产能力。 结论 在红壤稻田上,化肥配施有机肥是提升土壤肥力质量和水稻产量的关键技术途径,且利用土壤肥力质量指数与水稻相对产量的量化关系可以指导该地区的土壤培肥管理和生产力评估。
潮土区29年来土壤肥力和作物产量演变特征
王乐, 张淑香, 马常宝, 李春花
2018, 24(6): 1435-1444. doi: 10.11674/zwyf.18187
摘要:
目的 潮土是我国重要的农业土壤,是小麦和玉米的主产区。本研究对29年来全国潮土长期定位试验监测的数据进行了分析,明确了潮土区土壤养分状况、肥力水平以及产量变化特征,为潮土区的养分管理和合理施肥提供科学依据。 方法 基于分布在我国12个省、市、自治区的51个潮土肥力长期监测基地,整理分析了潮土29年来5个肥力指标 (有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH) 以及作物产量随监测年限的变化。监测期10~29年,监测区种植的作物主要为小麦和玉米,种植方式包括小麦−玉米、冬小麦−夏玉米、春小麦−夏玉米轮作。本研究将监测时间分为监测初期 (1988—1997年)、监测中期 (1998—2003年) 和监测后期 (2004—2016年) 三个阶段,并进行了三个监测时期各肥力指标和产量平均值的比较,运用主成分分析法分析了土壤综合肥力的主要贡献因子。 结果 潮土有机质、全氮、有效磷、速效钾含量整体呈上升趋势,而pH呈下降趋势。土壤有机质和全氮从监测初期到监测中期分别显著提升了47.1%、37.8%,中期到后期提升未达到显著水平;土壤有效磷从监测初期到监测后期逐步提升226%,监测初期与后期差异显著;土壤速效钾从监测初期到中期略有下降,监测中期到后期显著提升了30.4%;土壤pH呈下降趋势,尤其从监测中期的8.14到监测后期的7.78;潮土区常规施肥下小麦和玉米产量的变化随时间呈现出明显上升的趋势,监测中期小麦的平均产量比监测初期显著增加了87.6%,监测中期与后期产量差异不显著;玉米的平均产量从监测初期到监测中期显著提升了111%。主成分分析结果表明,潮土区土壤全氮和有机质是潮土综合肥力的主要影响因素。 结论 经过10~29年的常规施肥,潮土区土壤的单一肥力、综合肥力以及作物产量先后都得到了显著提高,虽然pH有明显降低。土壤综合肥力和作物产量的变化主要取决于土壤全氮和有机质含量,因此,施肥过程中要适当控制氮肥的比例和用量。
长期施肥下褐土生产力的演变及其影响因素
陈延华, 王乐, 张淑香, 任意, 李春花, 徐明岗, 赵同科
2018, 24(6): 1445-1455. doi: 10.11674/zwyf.18314
摘要:
目的 土壤生产力提升和稳定是农业可持续发展的基础。研究过去30年间常规施肥条件下,褐土生产力的变化,厘清影响褐土生产力水平的主要因素,为褐土的培肥改良和生产力提升提供理论依据。 方法 基于全国28个长期定位试验点的褐土定位试验,分析了29年 (1988—2016) 不施肥和常规施肥两个处理的土壤肥力指标,并运用主成分分析方法分析了地力和施肥因素对产量的影响。 结果 1) 不施肥处理小麦和玉米产量均为先降低后缓慢升高,均值分别为3175和4056 kg/hm2;常规施肥处理小麦产量逐渐升高,玉米产量趋于平稳,均值分别为6124和7432 kg/hm2;小麦和玉米的增产量先升高后降低,均值分别为2901和3429 kg/hm2。施肥提高了作物产量的可持续性指数 (SYI),小麦和玉米SYI值分别为0.57和0.54,分别提高了54.82%和52.49%;降低了变异系数 (CV),小麦和玉米分别降低了44.70%和40.77%。2) 褐土区小麦季和玉米季地力贡献率分别为53.0%和54.2%,变异系数分别为41.2%和37.6%。肥料总量的农学效率,小麦先升高后降低,均值为6.36 kg/kg,玉米先降低后趋于平稳,均值为13.89 kg/kg。氮肥农学效率随施肥年数增加而降低。3) 主成分分析结果表明,影响小麦产量的5个主成分的累积贡献率为71.729%,影响玉米产量的4个主成分的累积贡献率为67.948%,对于两种作物,有机肥用量的影响最大,其次是土壤全氮和有机质含量。 结论 褐土区土壤生产力受有机肥用量和土壤全氮、有机质含量的影响最大,因此褐土区生产力的提高与地力的提升和肥料的科学施用密切相关。地力提升可以采取秸秆还田、施用有机肥等措施;肥料施用需要适当提高磷肥的比例,降低氮肥的比例,同时适当提高有机肥的比例。
近30年来典型黑土肥力和生产力演变特征
武红亮, 王士超, 槐圣昌, 闫志浩, 马常宝, 薛彦东, 徐明岗, 卢昌艾
2018, 24(6): 1456-1464. doi: 10.11674/zwyf.18238
摘要:
目的 东北黑土区是我国粮食生产优势区和最重要的商品粮供应基地,明确黑土肥力现状及演变规律对黑土区耕地质量建设和粮食安全生产有重要意义。本研究拟以13个国家级黑土长期定位试验监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的黑土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国黑土肥力和生产力的演变特征,为黑土耕地质量管理和培肥提供科学依据和指导。 方法 利用时间趋势分析和平均值及中值分析的方法对近30年黑土常规施肥下土壤养分和作物产量的变化趋势进行了分析,分别总结了黑土有机质 (SOM)、全氮、有效磷、速效钾、pH以及玉米产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和相关分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出黑土土壤肥力的主要贡献因子和影响黑土作物产量的主要肥力因子。 结果 与初始监测阶段相比,黑土有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均有提高,土壤速效养分含量增幅明显,2012—2016年黑土有效磷含量平均值为37.73 mg/kg,较监测初期的平均值 (17.38 mg/kg) 显著提高了117.1%;土壤速效钾含量也显著升高,2012—2016年速效钾的平均含量 (224.31 mg/kg) 较监测初期 (171.50 mg/kg) 提高44.9%。黑土的pH值呈现下降趋势,经过近30年长期施肥,黑土的pH值下降了0.59个单位。主成分分析结果表明,黑土土壤肥力整体增加的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。相关分析结果表明,影响玉米产量的主要肥力因子是土壤有机质和全氮含量。 结论 在农民习惯施肥管理模式下,近30年黑土肥力和生产力水平整体提高,但持续提升肥力后效不足,同时土壤pH值降低,存在酸化的风险;黑土肥力提升的主要障碍因子是土壤全氮和有机质含量,所以黑土耕地培肥应该在平衡配施氮磷钾肥的基础上增加有机物料投入。
黑土区县域土壤养分空间分布特征及其影响因子
杜可, 王乐, 张淑香, 雷秋良
2018, 24(6): 1465-1474. doi: 10.11674/zwyf.18336
摘要:
目的 土壤养分是农业生产的必要条件,了解土壤养分的空间变化,对指导精准施肥有一定意义。 方法 本文以地统计学为基础,利用ArcGIS软件,对克山县土壤养分数据进行析取克里格以及泛克里格插值,得到土壤养分的空间分布图,并通过DEM数据提取坡度、坡向、曲率等相关地形因子,在SPSS软件中进行地形因子与土壤养分的相关分析。 结果 克山县土壤有机质、有效磷、速效钾和全氮含量平均值分别为43.89 g/kg、28.35 mg/kg、184.75 mg/kg和1.81 g/kg,有机质与全氮的变异系数均为0.09,属于弱变异强度,而有效磷与速效钾的变异系数分别为0.18与0.11,属于中等变异强度。有机质、速效钾及全氮的含量与海拔均呈显著的正相关关系(P<0.01),其中,有机质与全氮受海拔的影响程度最大。有机质以及全氮的含量还受到坡度的影响,与坡度呈显著的正相关性。不同土地利用方式间,旱地和菜地有机质和速效钾含量显著高于水田,而有效磷显著低于水田,全氮含量差异不显著。 结论 克山黑土区土壤有机质和全氮含量变异小,而有效磷和速效钾含量变异大。土壤养分的空间分布受到坡度与海拔的影响,尤其海拔对有机质与全氮的影响程度最大。土地利用类型、土壤类型以及成土母质也影响养分的分布。
长期施肥下我国灌淤土粮食产量和土壤养分的变化
段英华, 卢昌艾, 杨洪波, 马常宝, 刘亚男, 徐明岗
2018, 24(6): 1475-1483. doi: 10.11674/zwyf.18180
摘要:
目的 灌淤土是我国西北地区重要的粮食和经济作物土壤。了解灌淤土上作物产量的变化,及其对长期施肥的响应,以及灌淤土生产力的变化与其氮磷钾含量的关系,为西北地区作物增产和灌淤土培肥与可持续利用提供理论依据。 方法 1988到2004年间,在宁夏银川市、吴忠市、石嘴山市和新疆和田市典型灌淤土区域陆续建立了7个国家耕地质量监测点。2016年,利用时间趋势分析法,探讨了作物产量随时间的变化趋势,分析了长期不施肥和常规施肥条件下,玉米、小麦和水稻产量、产量变异系数、可持续性指数、增产率及地力贡献指数的变化特征,并进一步探讨了增产率与土壤养分的关系。 结果 灌淤土上小麦产量随时间呈现递增的趋势,在2004年达到最高 (7.58 t/hm2),之后保持稳定,2016年约为初始年产量的3倍;玉米产量随时间一直呈递增趋势,2016年平均产量为9.8 t/hm2,约为初始年的两倍;水稻产量近年来变化不大。与不施肥相比,常规施肥下小麦、玉米 (28年间) 和水稻 (8年间) 分别平均增产3.43倍、3.20倍和1.21倍,产量可持续性指数分别提高了18.8%、148%和13.9%。监测以来,小麦和玉米农田的地力贡献指数略有下降,但变化不显著。水田的地力贡献指数以每年0.0125的速率增加。28年间,常规施肥使土壤全氮含量从0.4 g/kg提高到1.1 g/kg,有效磷和速效钾含量变化不大。小麦与玉米的增产率与土壤全氮含量呈显著直线正相关关系,小麦、玉米和水稻的平均氮肥农学效率分别为9.8、16.8和27.4 kg/kg。 结论 灌淤土上常规施肥 (主要是氮肥)有效提高了玉米、小麦和水稻的产量。土壤全氮含量呈增加趋势,有效磷和有效钾含量基本平稳。土壤肥力对玉米和小麦产量的贡献呈下降趋势,对水稻产量的贡献高且平稳。因此,灌淤土应在合理施用氮肥的同时,注重采取提升地力,实现作物的高产和高效。
长期不同施肥下黄壤综合肥力演变及作物产量响应
黄兴成, 李渝, 白怡婧, 张雅蓉, 刘彦伶, 张文安, 蒋太明
2018, 24(6): 1484-1491. doi: 10.11674/zwyf.18174
摘要:
目的 评价长期不同施肥下黄壤综合肥力的演变特征及其与作物产量的响应关系,寻求黄壤综合肥力提升和作物高产、稳产和可持续生产的科学施肥模式,为黄壤耕地保育和地力提升提供依据。 方法 依托农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站的黄壤肥力与肥料效益长期定位试验,采集10个不同施肥处理2011~2016年的作物产量和耕层土壤样品,包括:不施肥 (CK)、施氮肥 (N)、施氮磷肥 (NP)、施氮钾肥 (NK)、施磷钾肥 (PK)、氮磷钾肥 (NPK)、3/4化肥 + 1/4有机肥 (3/4NP + 1/4M)、1/2化肥 + 1/2有机肥 (1/2NP + 1/2M)、有机肥 (M)、氮磷钾肥 + 有机肥 (NPK + M),运用改进的内梅罗指数法对土壤综合肥力进行评价。采用相关分析和通径分析评估土壤性质指标与土壤综合肥力的关联性。采用稳定性指数和可持续性指数评估不同施肥管理下土壤综合肥力对作物高产、稳产和可持续生产的影响。 结果 通过20年的不同施肥管理,黄壤综合肥力发生了显著 (P < 0.01) 的变化,土壤综合肥力指数以NK处理最低,NPK + M处理最高;长期不施肥 (CK) 或者偏施化肥各处理 (N、NP、NK、PK) 土壤综合肥力指数显著低于施用有机肥的各处理 (3/4NP + 1/4M、1/2NP + 1/2M、M、NPK + M)。相关分析和通径分析表明,土壤综合肥力指数与土壤性质指标均呈显著正相关关系,pH值、碱解氮、全磷和全钾含量极显著地直接影响土壤综合肥力指数的高低。土壤综合肥力指数与作物产量呈极显著的直接正相关,相关系数达0.704 **,通径系数达0.716*。分析不同施肥处理维持作物高产、稳产和可持续性表明,长期施用有机肥各处理具有高综合肥力和作物高产,不施肥或偏施化肥各处理具有低综合肥力和作物低产;NPK和NPK + M处理作物在获得高产的同时,能够维持产量的高稳定性和高可持续性;CK和PK处理作物低产,并且产量稳定性和可持续性低。 结论 土壤综合肥力指数能够客观反映黄壤生产力的高低,长期施用有机肥促进了黄壤综合肥力提升并维持作物高产。合理平衡施用化肥或与有机肥配合施用可以维持较高的产量和产量的稳定性和可持续性。
西部地区紫色土近30年来土壤肥力与生产力演变趋势分析
王齐齐, 徐虎, 马常宝, 薛彦东, 王传杰, 徐明岗, 张文菊
2018, 24(6): 1492-1499. doi: 10.11674/zwyf.18188
摘要:
目的 紫色土在我国分布范围广泛,面积约1889 × 104 hm2,近年来紫色土面临着土壤肥力和质量下降等问题。本研究以我国西部地区的8个紫色土长期定位试验监测点为对象,对近30年来紫色土的养分和生产力数据进行分析,以期探明农民长期常规施肥管理模式下紫色土肥力的演变特征,为土壤养分的管理和可持续利用提供科学性的指导。 方法 利用时间趋势分析和中值分析的方法,分别总结了紫色土土壤有机质 (SOM)、全氮 (TN)、有效磷 (AP)、速效钾 (AK)、pH、碳氮比以及小麦、玉米、甘薯产量在不同监测阶段的演变特征和总体变化趋势,分析了紫色土常规施肥管理模式下土壤养分和作物产量的变化趋势;运用主成分分析和冗余分析方法,分别对上述6个肥力因子和三种作物产量进行分析,探究了紫色土土壤肥力的主要贡献因子和紫色土作物产量的主要影响因子。 结果 与初始监测阶段相比,29年常规施肥下紫色土有机质和全氮含量无显著变化,但有效磷和速效钾含量均以不同程度增加。土壤有效磷含量在 2011—2016 监测阶段的平均值为15.34 mg/kg,比初始监测阶段 (6.10 mg/kg) 显著提高了151.4%;土壤速效钾含量在 2011—2016 年的平均值比初始监测阶段 (1988—1992年) 增加了17.23 mg/kg (提高了23.1%)。29年常规施肥管理模式下紫色土pH呈现显著的下降趋势,比初始监测阶段降低了0.24个单位。主成分分析结果表明,紫色土土壤肥力的两个决定因子是土壤有效磷和速效钾,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。冗余分析结果表明,影响紫色土整体作物产量的主要环境因子分别为土壤pH、有效磷和有机质含量。对小麦产量影响最大的肥力因子为土壤pH,对玉米产量影响最大的肥力因子为土壤有效磷,对甘薯产量影响最大的肥力因子为土壤速效钾。 结论 近29年来,在常规施肥管理模式下土壤有效磷和有效钾含量显著上升,一方面提高了玉米、甘薯生产力,但却导致了养分的不平衡,紫色土全氮含量和pH出现了下降,导致小麦产量出现下降风险。紫色土肥力的障碍因子是较低的土壤全氮和有机质含量。所以农民常规施肥不利于紫色土的培肥,应该注重平衡施肥,增施有机肥,在提高土壤磷和钾有效性的同时,保持土壤全氮和有机质的平衡。
西南紫色土不同施肥措施下土壤综合肥力评价与比较
谢军, 方林发, 徐春丽, 张淑香, 张跃强, 石孝均
2018, 24(6): 1500-1507. doi: 10.11674/zwyf.18168
摘要:
目的 为探求长期不同施肥处理对作物产量的影响和土壤综合肥力的演变,寻求合理评价西南紫色土区域土壤综合肥力的方法。 方法 本研究以7年的定位试验的数据为基础,运用内梅罗指数法、相关系数法和因子分析法对不施肥对照 (CK)、化肥优化施用 (OP)、在化肥优化基础上有机肥氮替代50%化肥氮 (MF)、在化肥优化基础上有机肥氮替代100%化肥氮 (OM) 4个处理的土壤肥力进行综合评价。 结果 不同施肥处理下蔬菜和玉米的平均产量均表现为MF处理最大。在蔬菜季,MF处理显著提高了产量,相比OP和OM处理,榨菜分别增产27.8%和16.0%,大白菜分别增产28.6%和8.7%;在玉米季,MF处理的产量最大,为9907 kg/hm2,显著高于OP和OM处理,分别增产1199 kg/hm2和1273 kg/hm2。通过分析土壤单项肥力指标与作物产量的相关关系表明,土壤有机质、全氮和有效磷与作物产量均存在显著或极显著正相关关系,表明土壤有机质、全氮和有效磷对紫色土土壤肥力贡献大,是表征紫色土土壤肥力的重要指标。用3种评价方法计算的不同施肥处理的土壤综合肥力指数值 (IFI) 均表现为OM > MF > OP > CK,施用有机肥处理 (MF和OM) 处理IFI值要显著高于优化施肥处理。3种评价方法的IFI值与作物产量均呈显著或极显著关系,但3种评价方法的相关系数平均值从大到小表现为相关系数法 (0.5292) > 内梅罗指数法 (0.5252) > 因子分析法 (0.5130),表明相关系数法比内梅罗指数法和因子分析法更可靠。 结论 在蔬菜−玉米轮作体系下,有机肥氮替代部分化肥氮能增加作物产量,提高土壤综合肥力水平。从3种评价方法的精确性来看,相关系数法比内梅罗指数法和因子分析法更可靠,在实践中优先使用。
不同土地利用方式对土壤有机无机碳比例的影响
李雄, 张旭博, 孙楠, 张崇玉, 徐明岗, 冯龙
2018, 24(6): 1508-1519. doi: 10.11674/zwyf.18200
摘要:
目的 土壤有机碳 (SOC) 和无机碳 (SIC) 对全球碳循环和减缓气候变化具有重要作用,进一步明确二者之间相互转化关系,对准确估算土壤碳储量具有重要意义。现有研究对SOC和SIC相互关系缺乏系统量化,研究结果不一。因此,明确SOC和SIC之间相互关系,可为准确估算和模拟土壤碳的转化过程提供理论基础。 方法 本研究搜集了我国1990—2018年已发表的文献共41篇,从不同气候区、不同土地利用方式、不同土层深度探究了SOC和SIC比例的变化,进一步量化了二者之间的相互关系。 结果 不同气候区、不同土地利用方式下土壤SOC/SIC值在0—20 cm土层均大于20—100 cm土层。具体来说,在温带大陆性气候区,草地0—20 cm土壤SOC/SIC值最小 (0.53),林地 (0.90) 和农田 (0.80) 土壤较高,且三种土地利用方式下SOC和SIC呈极显著正相关关系;而在温带季风性气候区,0—20 cm土壤SOC/SIC值表现为草地 (0.82) ≈ 农田 (1.05) > 林地 (0.29),且SOC和SIC在林地、农田土壤中呈正相关关系,但在草地土壤中二者为负相关关系。另外,温带大陆性气候区20—100 cm以林地土壤SOC/SIC值最高,草地和农田次之,而在温带季风性气候区三种土地利用方式下无显著差异;SOC和SIC在林地和农田土壤中呈正相关关系,然而在草地土壤中为负相关关系。温带大陆性气候区SOC/SIC值总体以林地较大,农田、草地次之。温带季风性气候区,0—20 cm土层SOC/SIC值以草地较大,农田和林地分别次之。这可能是因为植被覆盖不同,导致了作物碳的归还量不一。同时,不同的植被覆盖还影响了土壤中的各种生物化学进程,改变了碳在土壤中的循环转化过程,进而影响了SOC和SIC含量,使得SOC/SIC值产生较大差异。 结论 SOC和SIC之间存在循环转化关系,且不同气候条件、不同土地利用方式、不同土壤类型对SOC和SIC循环转化存在显著影响。不同条件下SOC/SIC值存在显著差异,且二者呈现不同的相关性。本研究结果可为明确土壤碳的循环积累机制,准确估算土壤有机和无机碳库提供理论依据。
黑土有机氮肥替代率演变及其对土壤有机碳的响应
龚海青, 付海美, 徐明岗, 郜红建, 朱平, 高洪军
2018, 24(6): 1520-1527. doi: 10.11674/zwyf.18151
摘要:
目的 探索长期有机培肥下黑土有机肥替代率与土壤肥力的量化关系,为农田土壤培肥和有机替代提供理论依据。 方法 本研究依托公主岭黑土肥力长期试验的32年定位观测数据,选取其中的4个处理即不施肥 (CK)、单施化学氮磷钾肥 (NPK)、单施常量有机肥[30 t/(hm2·a),M1]和单施高量有机肥[60 t/(hm2·a),M2],试验用化肥为尿素、过磷酸钙和硫酸钾,年施用N 150 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2。分别测定作物产量、植株含氮量以及土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有机碳含量。基于作物氮素养分吸收量,探讨长期高产条件下施用不同量有机肥其替代率的变化特征,在分析高产条件下有机肥替代率与土壤肥力的基础上,进一步探讨两者之间的数量化关系。 结果 基于作物氮素养分吸收量,长期高产条件下高量有机肥处理 (M2) 的有机肥替代率高于常量有机肥处理 (M1),且高产条件下有机肥替代率与施肥年限呈极显著线性正相关 (P < 0.01);通径分析和多元逐步回归分析结果表明,土壤有机碳含量对高产条件下有机肥替代率有显著正效应,是决定高产条件下有机肥替代率差异的主要土壤肥力要素,决定了高产条件下有机肥替代率70%的变异。长期施用常量和高量有机肥处理 (M1和M2),黑土土壤有机碳含量显著增加 ( P < 0.01);土壤有机碳含量与高产条件下有机肥替代率非线性相关,并达到了极显著水平 ( P < 0.01)。 结论 化肥氮的有机氮替代率70%取决于土壤有机碳含量的高低。长期施用有机肥能显著提高土壤有机碳含量,在提升土壤肥力的同时,提升了有机氮对玉米吸收的贡献,减少了对化肥氮的依赖。黑土土壤有机碳含量达到24.89 g/kg时,有机肥对化肥的替代率趋近95%,达到最大值。
东北三省典型春玉米种植区土壤剖面碳库变化特征
仇少君, 赵士诚, 侯云鹏, 徐新朋, 王娜, 何萍, 周卫
2018, 24(6): 1528-1538. doi: 10.11674/zwyf.18134
摘要:
目的 农田土壤碳储量及变化影响着农田肥力、生产力以及地力的可持续性。本文研究了东北三省典型春玉米种植区在0—90 cm土层土壤碳库的变化特征,分析了东北三省典型春玉米种植区农民习惯施肥措施下土壤的碳贮存情况。 方法 于2012年春玉米全生育期定点跟踪了黑龙江、吉林和辽宁省各17户,总计51户农民习惯施肥处理,测定了0—30、30—60、60—90 cm土层中全碳 (TC)、有机碳 (SOC)、无机碳 (IC)、颗粒有机碳 (POC)、微生物生物量碳 (SMBC) 以及可溶性有机碳 (DOC)含量。 结果 黑龙江、吉林、辽宁省典型春玉米种植区0—90 cm土层全碳储量分别为159.8、128.5、108.1 t/hm2,有机碳储量分别为141.7、120.5、90.2 t/hm2,无机碳储量分别为18.2、8.0、17.9 t/hm2。三个省份间0—90 cm土层SOC储量差异均达显著性水平 (P < 0.05),黑龙江的储量显著高于吉林的,吉林的储量又显著高于辽宁的。关于0—30 cm土壤TC、SOC储量,黑龙江、吉林、辽宁三省间差异均达显著水平 ( P < 0.05),在30—60 cm、60—90 cm土层,黑龙江的TC、SOC储量显著高于吉林和辽宁的 ( P < 0.05),吉林和辽宁间差异不显著;土壤剖面TC、SOC储量表现为 0—30 cm > 30—60 cm > 60—90 cm深。在土壤活性碳库方面,0—30 cm土层中,随着纬度的降低,黑龙江、吉林、辽宁省内POC、POC/SOC、SMBC/SOC、DOC/SOC呈增加趋势,而SMBC则呈降低趋势,三省间POC/SOC、SMBC、DOC/SOC平均含量差异均达显著性水平 ( P < 0.05),黑龙江POC平均含量显著低于吉林、辽宁的 ( P < 0.05),吉林的DOC平均含量显著高于黑龙江、辽宁的 ( P < 0.05);30—60 cm土层,黑龙江、吉林、辽宁省内POC、POC/SOC、DOC/SOC随着纬度的升高而降低,且三省间POC/SOC平均值差异达显著性水平,黑龙江POC、DOC/SOC显著低于吉林、辽宁的 ( P < 0.05),但SMBC含量黑龙江显著高于吉林、辽宁的 ( P < 0.05);在60—90 cm土层,黑龙江土壤的POC、POC/SOC、DOC/SOC、SMBC/SOC含量平均值显著低于吉林、辽宁的 ( P < 0.05),吉林的SMBC显著高于辽宁的 ( P < 0.05)。随着土壤剖面深度的增加,各省土壤TC、SOC、IC及活性碳库呈降低趋势,而土壤IC/TC呈增加趋势。 结论 在东北三省典型春玉米种植区,0—90 cm土层以黑龙江的有机碳贮存最大,三省由于气温、土壤母质和施肥的影响,土壤活性碳库变化规律并不完全一致,随着土层深度增加土壤无机碳对全碳贡献增加,因此,下一步研究需重视无机碳库和剖面碳库在碳贮存中的作用。
不同气候和施肥条件下保护性耕作对农田土壤碳氮储量的影响
李倩, 李晓秀, 吴会军, 宋霄君, 王碧胜, 武雪萍
2018, 24(6): 1539-1549. doi: 10.11674/zwyf.18225
摘要:
目的 土壤有机碳氮是影响土壤肥力与作物产量的重要物质,而耕作是影响土壤碳氮储量的重要因素。通过分析不同耕作措施对我国东北、华北地区农田土壤碳氮储量的影响,为优化农田耕作管理、实现固碳减排、保护土壤提供科学依据。 方法 基于山西寿阳 (SSY)、山西临汾 (SLF)、河北廊坊 (HLF) 和吉林公主岭 (GZL) 四个长期定位试验,选择传统耕作 (CT)、免耕 (NTN) 和浅旋耕 (NTD) 三个耕作处理,分析了0—80 cm土壤剖面有机碳、氮的储量分布。 结果 1) 与传统耕作相比,浅旋耕显著降低褐土 (寿阳) 容重,免耕增加黑土 (公主岭) 容重,保护性耕作对沙性土 (临汾) 和潮土 (廊坊) 的影响很小。2) 耕作影响0—60 cm土壤有机碳储量。与传统耕作处理相比,黑土 (公主岭) 采用免耕和浅旋耕可显著提高0—60 cm土壤中的有机碳含量;免耕可提高褐土 (寿阳)0—50 cm的有机碳含量;沙性土 (临汾)、潮土 (廊坊) 免耕由于表层秸秆覆盖可提高0—15 cm土壤有机碳含量,但降低15—50 cm层土壤碳储量;潮土 (廊坊)15—60 cm土层,浅旋耕可增加土壤有机碳储量,而免耕则相反。3) 免耕处理的潮土 (廊坊) 土壤氮储量比传统耕作高出260 kg/hm2,差异不显著;黑土 (公主岭) 免耕和浅旋耕土壤氮储量则分别高出112 kg/hm2和207 kg/hm2,差异显著,保护性耕作降低临汾和寿阳1 m深土壤的氮储量。4) 保护性耕作加剧了0—20 cm沙性土和潮土壤氮储量的分层,对黑土 (公主岭) 和褐土 (寿阳) 土壤碳储量的层间分布影响很小。 结论 耕作影响0—60 cm土壤有机碳储量,免耕可以增加褐土的碳储量和潮土的氮储量,免耕和浅旋耕配合秸秆覆盖可显著增加黑土的碳、氮储量。因此,免耕适用于褐土和潮土,免耕和浅旋耕适用于黑土,沙性土采用保护性耕作的效果不显著。
2050年农田土壤温室气体排放及碳氮储量变化SPACSYS模型预测
王树会, 张旭博, 孙楠, 李忠芳, 徐明岗
2018, 24(6): 1550-1565. doi: 10.11674/zwyf.18216
摘要:
目的 优化华北平原农田土壤的施肥措施,实现维持农田作物产量、提升土壤肥力的同时减少温室气体排放。 方法 基于长期定位试验观测数据,选取氮磷钾化肥 (NPK)、有机肥配施化肥 (NPKM) 和单施有机肥 (OM) 三个试验处理来评价和验证过程模型 (SPACSYS) 对不同施肥措施下的作物产量、土壤有机碳 (SOC) 和土壤全氮 (TN) 储量及土壤CO2和N2O排放动态变化的模拟效果,并预测至2050年不同施肥情景和肥料配施情景下作物产量、SOC、TN储量及土壤CO2和N2O排放量。 结果 统计分析结果表明,SPACSYS模型的小麦和玉米产量模拟值与实测值的相关系数R2为0.63~0.78,RMSE为3.78%~4.86%,EF为0.59~0.73;土壤有机碳和全氮储量模拟值与实测值的R2为0.73~0.89,RMSE为2.69%~3.79%,EF为0.67~0.82;土壤CO2和N2O排放量模拟值与实测值的R2为0.16~0.80,RMSE为4.03%~9.99%,EF为0.24~0.78,相关性均达到显著水平,表明SPACSYS模型模拟值的可靠性和准确性较高。利用该模型进行预测,结果显示到2050年,在当前施氮水平下,减氮50%会显著降低玉米产量约9%;减氮25%,与单施化肥处理相比,有机肥配施化肥处理和单施有机肥处理分别显著提高SOC年均储量约31%和62%,提高TN年均储量约18%和6%,而CO2和N2O年均排放量均没有显著增加。 结论 SPACSYS模型可以模拟中国华北平原典型农田冬小麦−夏玉米轮作体系的农作物产量、SOC和TN储量以及土壤CO2和N2O的排放情况。但是模型低估了OM处理的全氮储量,下一步研究需对模型做相应改进。至2050年,施用化肥和有机肥均可不同程度地提高有机碳和全氮储量,且该地区可适当降低氮肥施用量 (减氮25%),并采用有机肥配施化肥或单施有机肥的方式来维持作物产量、提升土壤肥力,同时降低温室气体排放。
有机肥和秸秆炭分别替代部分尿素和秸秆降低黑土温室效应的效果
李桂花, 郭俊娒, 姜慧敏, 张建峰
2018, 24(6): 1566-1573. doi: 10.11674/zwyf.18159
摘要:
目的 农田条件下研究用有机肥替代部分尿素、用秸秆生物炭替代秸秆对黑土有机质提升和温室气体排放的影响,为秸秆有效还田和“固碳减排”提供理论依据。 方法 2013—2015年在东北典型春玉米区进行田间定位试验,所有处理采用相同方法施用同量磷钾化肥,磷肥为磷酸氢二铵 (P5O2 60 kg/hm2),钾肥为硫酸钾 (K2O 75 kg/hm2),在施用4 t/hm2玉米秸秆前提下,设置:1) 不施尿素氮 (N0);2) 尿素氮100% (N 165 kg/hm2,N1);3) 尿素氮60% + 有机肥氮20% + 缓释氮20% (N2)。另外,处理4) 除了用2 t/hm2玉米秸秆炭替代4 t/hm2玉米秸秆外,其他与N2一致 (N3)。各生育期测定生态系统温室气体 (CO2、N2O和CH4) 排放量,收获期测定作物产量和地上部生物量。 结果 N1、N2、N3处理间玉米产量差异不显著。在等氮条件下,N1、N2、N3处理生态系统CO2排放分别为13170、10521、9994 kg/hm2,N2和N3处理降低CO2排放的效果显著好于N1,N2和N3处理差异不显著 (P < 0.05),N1、N2、N3处理N 2O累积排放分别为6.092、6.597、3.604 kg/hm2,N3降低N2O累积排放的效果显著好于N1和N2处理;N1、N2、N3处理CH4累积排放分别为0.694、1.652、–2.107 kg/hm2,N3处理降低CH4累积排放的效果显著好于N1和N2处理。农田系统净碳收支 (NECB,除土壤固碳外,作物−土壤系统产生的碳收支,如作物光合、呼吸和产量移出等),N2处理为C 766.5 kg/hm2,是碳汇,而N1和N3处理是碳源 (C −621.3 kg/hm 2和−673.3 kg/hm2)。当季作物尺度上用NECB估算的土壤固碳效应N1、N2和N3处理分别为C −142.9、176.3、1385.1 kg/hm 2,N3处理土壤固碳效应显著好于N2和N1处理。在化肥生产和运输以及农事操作等投入产生的间接碳排放量方面,化肥氮是农业投入的主要碳源,分别占N1、N2和N3处理农业投入的73%、71%和66%。综合考虑农事操作带来的碳排放,化学品投入带来的碳排放,以及农田系统温室气体排放和土壤固碳的收支,综合净温室效应N1、N2、N3处理分别为2535.2、1488.2、–3769.7 CO2 eq. kg/hm2,只有N3处理是碳汇。 结论 在供试黑土条件下,用有机肥替代部分化肥增加生态系统净碳收入;用秸秆生物炭替代秸秆显著增加土壤固碳效应、减少N2O排放;从综合净温室效应看,有机肥与秸秆生物炭分别替代部分化肥与秸秆“固碳减排”效果最佳。
秸秆与氮肥不同配比对红壤微生物量碳氮的影响
马想, 黄晶, 赵惠丽, 徐明岗, 姜慧敏, 段英华
2018, 24(6): 1574-1580. doi: 10.11674/zwyf.18163
摘要:
目的 秸秆碳氮比是影响其养分释放和还田利用的主要因素之一。秸秆还田条件下,如何合理施用氮肥是秸秆利用的关键问题。研究玉米秸秆还田配施不同量氮肥后土壤微生物特性的变化,对于指导秸秆还田和培肥土壤有重要意义。 方法 在中国农业科学院衡阳红壤实验站旱地试验田进行尼龙袋大田填埋试验,供试土壤为红壤。尼龙袋装土200 g (以风干土计),共设置6个处理:CK、低量尿素0.157 g (N1)、高量尿素0.939 g (N2)、玉米秸秆9 g (S)、玉米秸秆 + 低量尿素 (SN1)、玉米秸秆 + 高量尿素 (SN2)。S、SN1和SN2处理中混合物的碳氮比分别为53∶1、37∶1、15∶1。填埋后分别于7、14、21、28、49和150 d取样,分析不同碳氮比秸秆还田后土壤有机碳 (SOC)、微生物生物量碳和氮 (SMBC和SMBN)、微生物熵 (SMBC/SOC) 及微生物量碳氮比 (SMBC/SMBN) 等随时间的变化及处理间差异。 结果 SMBC和SMBN均随时间先增加后降低,分别在21 d和14 d达到最大值。还田150 d时与CK相比,秸秆还田各处理SMBC增加了4~5倍,SMBN增加了6~8倍。S、SN1和SN2处理的SMBC 6次取样的平均值分别为1425、1379和1462 mg/kg,约为其他处理的10倍;SMBN分别为172、181和193 mg/kg,约为其他处理的8倍;微生物熵分别为3.57、3.41和3.57,约为其他处理的2.8倍,S、SN1和SN2处理间差异不显著。N1、N2的SMBC/SMBN显著低于S处理。在28 d前,S、SN1和SN2处理间SMBC/SMBN值差异不显著,28 d后S处理显著高于SN1和SN2;150 d时S处理SMBC/SMBN值约为10,SN1和SN2处理约为6。 结论 玉米秸秆还田显著提高了SMBC、SMBN和微生物熵。秸秆还田和氮肥施用均会降低SMBC/SMBN值,且氮肥用量越大比值越低。当秸秆还田时,将碳氮比调整到37∶1不能满足微生物对氮的需求,因此在南方红壤秸秆还田时要补充氮素。
长期施肥下黑土不同团聚体氮组分的植物有效性差异
杨洪波, 申艳, 徐明岗, 史天昊, 段英华
2018, 24(6): 1581-1587. doi: 10.11674/zwyf.18181
摘要:
目的 土壤团聚体组分形成机制不同,其所含有的氮的转化和有效性也不同。阐明不同团聚体中氮素有效性差异,可为科学施肥、培育高效的土壤结构、提高氮肥利用率提供重要的理论依据。 方法 依托吉林黑土长期定位试验,于2014年进行了室内土壤培养试验和黑麦草盆栽试验。供试土壤选择的定位试验处理包括不施肥 (CK)、氮磷钾 (NPK)、氮磷钾 + 秸秆 (NPKS)、氮磷钾 + 农家肥 (NPKM)。采集1000 g土样于2 L塑料瓶内,加入15N丰度为20.12%的尿素0.247 g,置于25℃培养箱中恒温控湿培养40天。培养完成后将土样风干,将有机物分为粗游离颗粒有机物 (cfPOM,> 250 μm)、微团聚体有机物 (iPOM,53~250 μm) 和矿物结合有机物 (MOM,< 53 μm),矿物结合有机物又进一步分为团聚体内矿物结合有机物 (MOMi) 和团聚体外矿物结合有机物 (MOMo),分析了不同团聚体组分中15N的固持量。称取各粒级土壤样品40 g,分别与20 g细石英砂混匀,于80 mL小塑料盆中,每盆黑麦草定苗7株于温室内培养,20天时加入适量磷、钾营养液。培养30天后,分别采集黑麦草地上部和根系,烘干、称重、研磨,测定养分含量及15N丰度。 结果 在NPK处理和NPKM处理的土壤中,植株生物量分别在MOMo和cfPOM下最高,分别为每盆100.2 mg和99.8 mg。黑麦草尿素氮含量在MOMo的NPK处理最大,在其他三个组分均表现为CK > NPK > NPKS > NPKM,其中cfPOM组分氮固持量与黑麦草氮含量表现一致;黑麦草吸收的氮素主要来自cfPOM和MOMo组分中 (0.1~0.21 mg/pot),在其他组分下不足0.05 mg/pot;cfPOM、iPOM、MOMi和MOMo中的氮素利用率分别为14.1%~19.3%、5.5%~15.4%、3.1%~4.9%和12.7%~23.6%,在NPKM处理下,以cfPOM组分中最高,为19.3%,在NPK处理下以MOMo组分最高,为23.6%。 结论 施用有机肥可促进外源氮肥保存在粗游离颗粒中,其固持的氮有效性最高,有利于后季养分的供应。单施化肥处理团聚体外部矿物结合有机物中固持氮的有效性最高;团聚体内部矿物结合有机物组分虽固持氮含量较高,但氮有效性很低。
长期保护性耕作可提高表层土壤碳氮含量和根际土壤酶活性
宋霄君, 吴会军, 武雪萍, 李倩, 王碧胜, 李生平, 梁国鹏, 李景, 刘彩彩, 张孟妮
2018, 24(6): 1588-1597. doi: 10.11674/zwyf.18227
摘要:
目的 研究不同长期耕作措施对作物根际和非根际土壤碳氮元素含量和土壤酶活性的影响,以及土壤碳氮元素与碳氮转化相关酶之间的相互联系,对认识土壤酶响应土壤碳氮变化的机制和选择合理有效的耕作技术具有重要的理论和实践意义。 方法 长期耕作试验始于1999年,位于河南孟津县,属于黄土高原东部边缘,土层深厚 (50—100 m),土壤类型是壤质黄绵土。试验处理有草地 (GL)、传统耕作 (CT)、免耕覆盖 (NT)、深松覆盖 (SM),于2016年采集根际土和非根际土0—20 cm、20—40 cm,分析了土壤总碳、有机碳和总氮含量,以及β-葡萄糖苷酶 (BG)、β-纤维二糖苷酶 (CBH)、β-木糖苷酶 (BXYL)、乙酰氨基葡萄糖苷酶 (NAG) 和亮氨酸氨基肽酶 (LAP) 的活性,并进行了土壤碳氮元素含量与酶活性的相关性分析。 结果 1) 与传统耕作相比,免耕和深松显著提高了根际和非根际0—20 cm土壤的总碳、有机碳和总氮含量,显著降低了非根际20—40 cm土壤的总碳、有机碳和总氮含量。草地显著提高了根际土壤总碳、有机碳和总氮含量,显著提高了非根际0—20 cm土壤的有机碳含量,显著降低了非根际土壤的总碳含量和非根际20—40 cm土壤中的有机碳含量。深松显著降低了作物根际和非根际土壤C/N,免耕和草地处理显著降低了作物非根际20—40 cm土壤中的C/N,但草地处理显著提高了作物非根际0—20 cm土壤C/N。2) 与传统耕作相比,草地、免耕和深松显著提高了根际土壤中β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、β-木糖苷酶和乙酰氨基葡萄糖苷酶的活性。草地显著提高了根际土壤的亮氨酸氨基肽酶活性,免耕和深松显著降低了根际土壤的亮氨酸氨基肽酶活性。3) 碳氮转化相关酶之间均存在正相关关系 (除β-纤维二糖苷酶与亮氨酸氨基肽酶之间)。碳氮转化相关酶与土壤总碳、总氮和有机碳之间均存在正相关关系 (除亮氨酸氨基肽酶与总碳之间),与C/N之间均存在负相关关系。 结论 土壤碳氮转化酶之间存在相互促进的关系,共同参与土壤碳氮的转化。长期保护性耕作 (免耕和深松) 可以有效提高土壤表层的总碳、有机碳和总氮含量,提高根际土壤酶活性,有利于营养元素 (有机质、碳氮元素) 的循环转化和作物的吸收利用,以深松效果最好,免耕次之。
施肥对中国农田土壤微生物群落结构与酶活性影响的整合分析
肖琼, 王齐齐, 邬磊, 蔡岸冬, 王传杰, 张文菊, 徐明岗
2018, 24(6): 1598-1609. doi: 10.11674/zwyf.18241
摘要:
目的 施肥能直接或间接改变农田生态系统的养分平衡,从而影响土壤的物理、化学和生物学特性。本研究探讨不同种植制度和土壤条件下施肥对农田土壤生物学特性的影响程度,为合理施肥和土壤肥力提升提供科学依据。 方法 通过收集近10年 (2008—2018年) 来发表的文献,建立了包含185组微生物量及群落结构等相关内容的数据库。采用整合分析方法(Meta-analysis),定量分析了施肥对土壤微生物量、群落结构以及酶活性的影响。 结果 与不施肥相比,施肥显著提高了土壤微生物磷脂脂肪酸 (PLFA) 和微生物量碳、氮含量,提高幅度分别为28.5%、30.9%和41.6%。施用 (单施或配施) 有机物料对土壤微生物总PLFA含量及微生物量碳、氮含量的提高幅度分别为47.3%、50.4%和58.7%,相当于施用化肥的2.8、2.4和3.9倍。与不施肥相比,施肥均能增加各类微生物菌群PLFA含量,对细菌、真菌及放线菌的提高幅度为23.8%~30.4%,对革兰氏阴性菌(G)和革兰氏阳性菌 (G+) 的提高幅度为37.8%~43.2%,且施用有机物料处理对各类微生物菌群PLFA含量的提高幅度显著高于施化肥处理。施用化肥对土壤微生物总PLFA含量的提高幅度在一年两熟制区为17.9%,在水田和水旱轮作条件下为18.3%~27.6%,而在一年一熟制区及旱地条件下对土壤微生物总PLFA含量无显著影响。在不同pH的土壤中,施用有机物料对微生物总PLFA的提高幅度均显著高于施化肥处理。在pH < 6与pH > 8的土壤上施用化肥对微生物总PLFA含量无明显影响。施肥显著提高了与土壤有机质分解相关的β-葡萄糖苷酶(42.4%)和乙酰氨基葡萄糖苷酶(174.5%)的活性,对与氮循环相关的亮氨酸氨基肽酶活性无显著影响。统计分析还表明,施肥并未改变土壤微生物的真菌细菌比(F∶B)和革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌比(G +∶G)。 结论 在不同种植制度、土地利用类型和土壤pH下,施肥显著改变了土壤微生物量和与有机质分解相关的酶活性,但未改变土壤微生物的真菌细菌比(F∶B)和革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌比(G+∶G)。单施或配施有机物料均有利于提高农田土壤微生物总量及各类菌群的生物量,效果显著好于单施化肥。
红壤旱地玉米开花期土壤酶活性对长期施肥的响应
柳开楼, 韩天富, 胡惠文, 黄庆海, 余喜初, 李大明, 叶会财, 胡志华
2018, 24(6): 1610-1618. doi: 10.11674/zwyf.18155
摘要:
目的 长期施肥条件下,土壤酶活性与土壤养分周转和作物生长密切相关,因此,研究驱动土壤速效氮磷钾养分和作物养分吸收的关键土壤酶活性因子十分重要。 方法 基于始于1986年的红壤旱地长期施肥定位试验,于试验进行31年时的早玉米开花期 (2017年6月18日) 采集不施肥 (CK)、氮磷钾化肥 (NPK)、两倍氮磷钾化肥 (2NPK)、氮磷钾化肥配施有机肥 (NPKM)、单施有机肥 (OM) 5个处理的土壤样品,分析土壤蔗糖转化酶 (INV)、脱氢酶 (DEH)、纤维素酶 (CEL)、脲酶 (UR)、多酚氧化物酶 (PHOX)、酸性磷酸酶 (ACP) 和β-葡萄糖苷酶 (BG) 的变化规律,并利用冗余分析 (RDA) 探讨了驱动红壤旱地速效养分和玉米氮磷钾含量的关键土壤酶活性因子。 结果 与CK处理相比,施肥可以显著增加红壤旱地的土壤酶活性,且以NPKM处理的土壤酶活性最高。NPKM处理下INV、DEH、UR、PHOX、ACP和BG活性分别比OM处理增加了13.7%、13.5%、10.6%、10.5%、5.6%和13.4%,比2NPK处理增加了32.4%、112.2%、22.8%、33.3%、27.6%和50.4%。但是,在氮磷钾化肥用量之间,呈现出2NPK处理的CEL和UR活性显著高于NPK处理 (增幅为26.0%和50.6%),而INV、DEH、PHOX、ACP和BG均无显著差异。土壤pH、有机碳、速效氮磷钾和植株氮磷钾含量也呈现出NPKM处理显著高于其他处理的规律。RDA结果表明,INV、CEL和UR是影响土壤速效氮磷钾和植株养分含量的关键酶活性因子 (R2 > 0.90, P < 0.001)。 结论 在红壤旱地上,玉米开花期土壤酶活性对不同施肥处理的响应规律不同,其中有机无机肥配施更有利于提高土壤酶活性,且纤维素酶和脲酶活性对氮磷钾化肥用量改变的响应比较敏感。土壤蔗糖转化酶、纤维素酶和脲酶可以作为关键酶活性因子表征玉米开花期红壤旱地的养分周转和迁移。
设施菜地种植年限对土壤理化性质和生物学特征的影响
王学霞, 陈延华, 王甲辰, 左强, 肖强
2018, 24(6): 1619-1629. doi: 10.11674/zwyf.18253
摘要:
目的 研究分析北京郊区不同种植年限设施菜地的土壤生态环境、土壤理化性状、土壤微生物数量、土壤线虫群落结构的差异,为不同种植年限设施菜地土壤管理提供科学依据。 方法 以露地土壤为对照 (CK),采集种植 3年、5年、8年和 12年的0—30 cm设施蔬菜土壤样品,采用常规土壤理化性质检测方法测定了土壤的理化性状,采用荧光定量法和线虫形态学鉴定方法,分析土壤细菌、真菌数量以及土壤线虫群落组成。 结果 随种植年限增加,设施菜地土壤容重和pH值均明显下降,总孔隙度、EC值、SO42–、Ca2+、有机碳、NH4+-N、NO3-N含量均持续升高。与CK相比,种植年限 3年、5年、8年、12年的样地土壤细菌和真菌的数量均显著增加 (P < 0.05)。随种植年限增加,根结线虫属 ( Meloidogyne)、螺旋属 (Helicotylenchus)、异皮属 (Heterodera) 丰度逐渐增加;土壤线虫密度、植物寄生性线虫丰度显著增加 (P < 0.05),而食细菌、食真菌、杂食/捕食线虫丰度逐渐降低。线虫群落的多样性 H′、SR指数和均匀性J′ 指数均呈现出先增加后降低趋势,与CK相比,种植年限 12年样地的指标值显著降低 (P < 0.05)。所有种植样地NCR > 0.5,表明样地土壤食物网以食细菌通道为主,土壤有机质以细菌分解途径为主。WI、MI指数逐渐降低,而PPI指数表现出相反的趋势,其中种植年限12年样地WI < 1,这表明土壤矿化途径转变为以植物到植食性线虫为主要参与者,土壤生态系统受干扰程度逐渐增强,土壤健康状况变差。土壤环境因子与土壤生物数量间的冗余分析表明,土壤pH 、总孔隙度、容重、EC值、有机碳、SO 42–、NH4+-N、NO3-N是影响细菌、真菌和线虫数量的关键因子,不同种植年限设施菜地由于改变这些因素而影响土壤生物群落组成。 结论 连续种植导致京郊设施菜地盐分含量显著升高、养分失衡、土壤酸化。理化性状的变化改变了细菌和真菌数量,进而导致土壤线虫总数、植物寄生性线虫比率逐渐增加,尤其根结线虫属比率增加显著,食细菌、真菌和杂食/捕食线虫比率逐渐降低。以种植12年后的土壤受干扰程度最大,土壤微生态失衡最严重。
长期不同施肥模式下南方典型农田磷肥回收率变化
黄晶, 张淑香, 石孝均, 黄庆海, 聂军, 徐明岗, 张会民
2018, 24(6): 1630-1639. doi: 10.11674/zwyf.18345
摘要:
目的 通过比较南方典型农田不同土壤类型、不同施肥模式下的土壤供磷能力、磷肥回收率,揭示长期施肥下磷肥回收率时空变化特征,为区域内磷肥的合理施用提供科学依据。 方法 基于重庆北碚紫色土 (始于1991)、湖南望城 (始于1981) 和江西进贤 (始于1981) 红壤性水稻土长期施肥定位试验。选取不施肥 (CK)、单施稻草、厩肥 (M)、施化学氮钾肥 (NK)、施化学氮钾肥+猪粪 (NKM)、施化学氮磷肥 (NP)、施化学氮磷钾肥 (NPK)、施氮磷钾肥+厩肥、猪粪 (NPKM) 或稻草 (NPKS) 等不同施肥处理,分析长期不同施肥下作物吸磷量、磷肥回收率和磷肥累积回收率的动态变化,探讨不同施肥下作物磷肥回收率的变化特征。 结果 长期不施磷肥,土壤自然供磷量显著下降,北碚紫色土 (21年)、望城 (23年) 和进贤 (27年) 红壤性水稻土的年下降速率分别为0.60、0.48和0.63 kg/hm2。各试验点不同处理作物历年平均吸磷量的大小顺序为NPK、NPKS和NPKM > NP、NKM > CK或NK ( P < 0.05)。NPK配施猪粪,与配施厩肥或秸秆配施相比较,其作物吸磷量更高。3个试验点磷肥回收率随着施肥年限增加而提高。NPK处理磷肥回收率每年增加0.15%~1.94%, NPKM和NPKS处理磷肥回收率每年增加0.07%~1.60%。NPK处理磷肥累积回收率在37.8%~61.5%之间,NPKM和NPKS处理,其磷肥累积回收率较NPK处理降低了3.0%~34.3%。 结论 土壤的磷素自然供给量随作物种植年限增加而显著下降。磷肥的施用能够显著提高作物的吸磷量,NPK平衡施用的吸磷量显著高于化肥偏施;氮肥投入量每增加100 kg/hm2,作物吸磷量增加5 kg/hm2。各试验点磷肥回收率随施肥年限的增加而提高。NPK配施有机肥相比较NPK,降低了磷肥的累积回收率。磷肥施用量每增加 P 10 kg /hm2,磷肥回收率下降约0.9%。NPK与猪粪配合施用的情况下,可以考虑通过适当提高化学氮肥用量、减少化学磷肥投入的措施,从而提高磷肥回收率。
冬小麦−夏玉米体系磷效率对鴥土磷素肥力的响应
姚珊, 张东杰, BatbayarJavkhlan, 刘琳, 李若楠, 周江香, 张树兰, 杨学云
2018, 24(6): 1640-1650. doi: 10.11674/zwyf.18262
摘要:
目的 研究鴥土区冬小麦−夏玉米轮作体系磷肥利用效率 (PUE) 和土壤肥力 (磷素) 的关系,可以界定土壤磷素的最佳管理范围及合理施磷量,为实现作物高产和减少磷素损失提供理论依据。 方法 采取鴥土长期定位试验5个不同磷素水平的土壤,有效磷含量依次为3.90 (F1)、15.00 (F2)、23.60 (F3)、35.70 (F4) 和50.00 (F5) mg/kg进行盆栽试验,供试作物为小麦‘小偃22’和玉米‘郑单958’。每个磷素水平土壤上设置5个施磷量 (P2O5 0、30、60、90、120 kg/hm2)。作物成熟后,收获地上部所有植株,晒干、脱粒后测定地上部生物量、籽粒产量,籽粒和秸秆样品粉碎后测定其含磷量。作物收获后均匀采集盆内土样约50 g/盆,风干并混匀后分别过1 mm和0.15 mm筛,测定土壤速效磷和全磷含量。计算冬小麦−夏玉米种植体系磷肥利用效率与土壤磷素水平的关系。 结果 F1土壤增施磷肥可显著提高小麦和玉米的籽粒产量,与P0相比,所有施磷处理小麦增产52.2%~119.7%、玉米增产94.7%~212.7%;F2、F3、F4和F5土壤磷肥增产效果不显著。经过两季作物种植,与P0相比,F2土壤施磷60 kg/hm2、120 kg/hm2和F5土壤施磷120 kg/hm2显著提高了全磷含量,其他磷水平土壤全磷含量无显著变化;F1、F2、F3、F4和F5土壤施磷处理的土壤速效磷含量分别增加了−4.08%~434.69%、26.49%~112.77%、6.74%~48.24%、4.07%~43.65%和−4.84%~28.29%。冬小麦磷肥利用效率 (PUE) 与土壤Olsen-P之间呈显著的正相关关系 (P < 0.05),P30、P60、P90和P120线性关系决定系数分别达到0.996、0.899、0.760和0.820。夏玉米PUE在P30下随土壤磷素水平的提高呈二次抛物线形式增加,据此可得出在Olsen-P为12.32 mg/kg时PUE达到100%,当土壤速效磷为33.63 mg/kg时PUE达到最大值155.24%;在P60、P90和P120时,PUE随土壤Olsen-P含量上升而直线增加,Olsen-P分别达到12.22 mg/kg、16.64 mg/kg和14.39 mg/kg后维持在一个水平。整个冬小麦−夏玉米体系PUE随土壤速效磷的变化趋势和夏玉米类似,冬小麦 (P30) 和夏玉米 (P30) 总施磷量为P 2O5 60 kg/hm2时,可算出土壤速效磷为17.97 mg/kg时PUE达到100%;当速效磷达到40.11 mg/kg时,PUE达到最大值131.51%。在同一磷素水平土壤上,随施磷量增加,小麦和玉米PUE均显著降低,尤其是施磷量高于60 kg/hm2后。 结论 关中鴥土区冬小麦−夏玉米体系,小麦季土壤速效磷应大致控制在17~40 mg/kg范围内,玉米季土壤速效磷控制在13~34 mg/kg范围内进行管理;整个冬小麦−夏玉米体系将土壤速效磷大概控制在17~40 mg/kg范围内,总推荐施磷量为P2O5 60~120 kg/hm2为宜。
有机无机外源磷素长期协同使用对潮土磷素有效性的影响
郭斗斗, 黄绍敏, 张珂珂, 张水清, 宋晓, 王柏寒, 岳克
2018, 24(6): 1651-1659. doi: 10.11674/zwyf.18226
摘要:
目的 施入外源磷素是提升土壤有效磷的重要途径,不同磷源在土壤中的化学行为和存在形态对土壤磷素有效性起决定作用。研究有机无机外源磷素长期配合使用的协同关系及其对潮土磷素有效性的影响,可为合理减少磷肥施用,提高磷肥利用率和科学管理土壤磷素资源提供理论依据。 方法 本研究基于25年肥料定位试验,选取不施磷肥 (P0)、单施化肥 (FP)、化肥与有机肥配施 (FP+M)、化肥与秸秆配施 (FP+S) 四个处理,分析了化肥、有机肥、秸秆作为主要外源磷素长期协同使用对作物可持续生产能力、磷肥利用效率、施肥后效及潮土磷素形态和有效性的影响。 结果 连续处理25年后,P0、FP、FP+M、FP+S处理小麦产量变异系数分别为 49.0%、14.8%、17.2%、15.4%,玉米产量变异系数分别为 28.7%、27.1%、24.4%、23.2%,产量的稳定性均比不施磷提升,尤其是小麦产量稳定性显著增加;P0、FP、FP+M、FP+S处理产量的可持续性指数小麦依次为 0.23、0.62、0.60、0.64,玉米依次为0.45、0.47、0.53、0.52,施磷对小麦产量的可持续指数影响比玉米更大。FP、FP+M、FP+S处理的磷素累积生理效率分别为188.3、163.2和177.6 kg/kg,平均后效分别为1.30%、0.71%和1.16%,单施化肥磷素的效果高于磷肥配施有机肥、秸秆。长期不施磷肥,土壤无机磷各组分含量均降低,且主要消耗了土壤中无效态的O-P,P0处理减少的O-P占无机磷减少量的41.3%。长期投入化学磷素,降低了无效态磷的比例,但土壤对化学磷素的固定作用仍较强,FP处理Ca8-P含量由12.0%提升到21.1%,无效态的O-P和Ca10-P由77.7%减少为62.9%(占比仍超过60%),土壤Olsen-P由6.4 mg/kg提升到20.7 mg/kg。化学磷素与有机肥磷素协同使用可促使无效态磷向有效态磷及缓效态磷转化,提升土壤磷素有效性,FP+M处理Ca2-P占比由2.0%提升到5.4%,缓效态的Al-P、Ca8-P、Fe-P占比增加25.6个百分点,无效态的O-P和Ca10-P占比减少29.0个百分点,土壤Olsen-P含量由6.3 mg/kg提升到51.8 mg/kg。秸秆磷素增加了具有缓冲作用的Ca8-P含量,降低了无效态磷含量,提升了土壤潜在供磷能力,与FP相比,FP+S处理Ca8-P占比增加7.9个百分点,Ca10-P占比减少6.5个百分点,土壤Olsen-P含量由6.3 mg/kg提升到21.7 mg/kg。 结论 投入外源磷素均可显著提高作物产量、提升产量稳定性和产量可持续性指数。在小麦玉米轮作体系下,磷肥加秸秆最有利于维持土地的可持续生产能力。单施磷肥,磷素的后效和累积生理效率最高,但在土壤中的固定也高;有机无机磷协同使用可快速提升土壤磷素的有效性,对维持磷素组分结构和土壤质量作用显著;无机磷素与秸秆磷素协同使用对土壤磷素具有较强的激发效应,可减弱土壤对磷素的固定作用,提升土壤潜在供磷能力。
冬小麦–夏休闲体系作物产量和土壤磷形态对长期施肥的响应
金欣, 姚珊, BatbayarJavkhlan, 贾丽洁, 张树兰, 杨学云
2018, 24(6): 1660-1671. doi: 10.11674/zwyf.18260
摘要:
目的 研究土壤无机磷和有机磷组分变化,有助于选择和优化特定作物体系下不同肥料管理措施,提高磷资源效率。 方法 基于20年土冬小麦/夏休闲体系长期肥料定位试验,利用Tiessen-Moir磷素分级法,测定土壤无机磷和有机磷组分,并分析其与小麦磷吸收量、土壤磷表现平衡之间的关系。试验设7个处理:不施肥 (CK)、单施化学氮肥 (N)、氮钾化肥配施 (NK)、磷钾化肥配施 (PK)、氮磷化肥配施 (NP)、氮磷钾化肥配施 (NPK) 和氮磷钾化肥配施有机肥 (MNPK)。 结果 旱作条件下,20年长期NP、NPK和MNPK处理较CK、N、NK、PK处理显著提高了小麦籽粒产量,年平均增产在205~265 kg/hm2之间,以MNPK增幅最高。NP、NPK和MNPK处理较CK处理显著提高了小麦籽粒和秸秆吸磷量。PK、NP、NPK、MNPK处理较CK处理显著提高了树脂磷 (Resin-P)、碳酸氢钠提取无机磷 (NaHCO3-Pi)、氢氧化钠提取无机磷 (NaOH-Pi)、浓盐酸提取无机磷 (C.HCl-Pi) 和残余磷 (Residual-P) 含量,显著降低了碳酸氢钠提取有机磷 (NaHCO3-Po) 和氢氧化钠提取有机磷 (NaOH-Po) 含量。PK、NP、NPK与CK相比,对稀盐酸提取无机磷 (D.HCl-Pi)、浓盐酸提取有机磷 (C. HCl-Po) 含量影响不大,而MNPK显著提高了D. HCl-Pi和C. HCl-Po含量。N、NK处理较CK显著增加了Residual-P和C. HCl-Po,显著降低了NaHCO3-Po和NaOH-Po,对Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、C.HCl-Pi和D.HCl-Pi含量没有影响。与试验初始时相比,长期施用化学磷肥和有机肥主要增加了土壤中可利用态无机磷的比例,降低了残余态磷和有机磷的比例。土壤中Resin-P、NaHCO3-Pi和C. HCl-Pi与小麦磷吸收量之间呈显著正相关关系。磷素盈余显著增加了D. HCl-Pi、Resin-P和NaHCO3-Pi的含量。 结论 供试土壤条件下,NP、NPK和MNPK三种平衡施肥措施都不仅有利于作物增产,而且有利于保持高比例的土壤有效磷库。
小麦−大豆−玉米轮作体系长期不同施肥黑土磷素平衡及有效性
马星竹, 周宝库, 郝小雨, 陈雪丽, 高中超, 迟凤琴
2018, 24(6): 1672-1678. doi: 10.11674/zwyf.18214
摘要:
目的 黑土具有肥力高、养分供应能力强等特点,研究长期施肥措施下黑土磷素的平衡及其有效性变化,为黑土区磷肥的科学施用和管理提供理论依据。 方法 以黑龙江哈尔滨 (1979—2015年) 长期肥料定位试验为平台,试验包括10个处理,即,不施肥 (CK)、氮肥 (N)、磷肥 (P)、氮磷肥 (NP)、氮磷钾肥 (NPK)、有机肥 (M)、有机肥 + 氮肥 (MN)、有机肥 + 磷肥 (MP)、有机肥 + 氮磷肥 (MNP) 和有机肥 + 氮磷钾肥 (MNPK),分析了土壤全磷、有效磷的变化特征和土壤磷素盈亏状况。 结果 长期施用磷肥处理 (P、NP、NPK、MP、MNP和MNPK) 的黑土全磷、有效磷含量增加;不施磷肥处理 (CK、N、M和MN),土壤全磷、有效磷含量随施肥年限的延长而降低。不施磷肥处理的土壤磷素活化系数 (PAC) 总体呈年际下降趋势,施肥处理为上升趋势;有机肥与磷肥配施处理的PAC整体高于单施化学磷肥处理。在土壤盈余条件下,土壤全磷每盈余100 kg/hm2,P、NP、NPK、MP、MNP 和MNPK 处理土壤中Olsen-P分别提高1.56、1.45、1.69、0.63、0.53和0.96 mg/kg,而M和MN处理的土壤Olsen-P分别降低1.38和1.24 mg/kg。在土壤磷素亏缺状况下,每亏缺磷100 kg/hm2,CK、N处理有效磷分别减少1.83和1.46 mg/kg。 结论 施用磷肥及磷肥与有机肥配施可维持黑土的磷盈余,增加磷的有效性。单施氮肥和有机肥 (马粪) 会导致土壤磷的亏缺,降低土壤有效磷的含量。与单施化肥相比,有机肥磷肥配合施用能够更加有效地增加磷素活化系数。
长期有机无机肥配施提高黑土磷含量和活化系数
王琼, 展晓莹, 张淑香, 彭畅, 高洪军, 张秀芝, 朱平, ColinetGilles
2018, 24(6): 1679-1688. doi: 10.11674/zwyf.18255
摘要:
目的 长期不同施肥模式影响着耕层土壤磷库以及各形态磷的变化。研究不同施肥模式下黑土各磷素形态含量及有效性的变化,为黑土的肥力培育和合理施用磷肥提供理论依据。 方法 黑土长期定位施肥试验位于吉林省公主岭市,始于1990年,供试作物是连作玉米。肥料试验包括不施肥对照 (CK)、施氮、钾肥 (NK)、氮磷钾平衡施肥 (NPK)、氮磷钾 + 有机肥 (NPKM) 共4个处理。化肥处理施氮肥(N) 165 kg/hm2、磷肥(P) 36 kg/hm2、钾肥(K) 68 kg/hm2、猪粪21 t/hm2,NPKM处理的最终N−P−K养分投入量为165−75−145 kg/hm2。选取了1990、1995、2000、2005和2010年的土样,采用Hedley连续浸提法,分析了土壤全磷、有效磷及各有效磷形态含量,计算了土壤磷活化系数 (PAC)。 结果 与初始年份相比,NPKM处理土壤全磷、有效磷和磷活化系数,分别显著提高了88.47%、12.98倍和6.42倍。NPK处理对全磷含量影响较小,土壤有效磷含量和PAC值分别增加了1.65倍和2.67倍。CK和NK处理全磷含量降低了15.12%和32.67%,有效磷含量降低了33.47%和12.57%,土壤磷活化系数 (PAC) 分别降低了52.49%和2.55%。所有处理黑土磷库均以无机磷为主,占全磷的80.53%~90.43%。施磷肥处理的无机磷含量占全磷的比值显著高于不施磷处理,对有机磷含量影响不显著。不同处理均以中活性态磷含量最多,占全磷的50.37%~55.06%,活性态磷含量最少,占全磷的7.61%~19.02%。与不施磷处理相比,施磷处理显著提高了土壤活性态磷的比值,尤其是无机磷中的活性态磷的比值。CK、NK处理中Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、Conc.HCl-Pi、Residual-P无机磷形态均呈减少趋势;NPK处理中Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、Dil.HCl-Pi呈增加趋势,Conc.HCl-Pi和Residual-P呈减少趋势;NPKM处理中,各无机态磷含量均随施肥年限的增加呈增加趋势。相关分析结果表明有效磷含量的变化值与Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、Conc.HCl-Po变化值之间存在显著的相关性,其相关系数为0.972、0.665、0.860和0.605,说明活性较高的无机磷对有效磷效率的贡献最大。 结论 与施氮钾肥和氮磷钾肥相比,氮磷钾配合有机肥可显著提高土壤全磷、有效磷含量,显著提高土壤活性态无机磷的比例,进而提高土壤磷活化系数,提高磷素利用率。
潮土CaCl2-P含量对磷肥施用的响应及其淋失风险分析
申艳, 段英华, 黄绍敏, 郭斗斗, 张盛楠, 徐明岗
2018, 24(6): 1689-1696. doi: 10.11674/zwyf.18167
摘要:
目的 土壤有效磷 (Olsen-P) 与可溶性磷 (CaCl2-P) 含量之间存在着平衡,研究磷肥施用量对潮土CaCl2-P和Olsen-P及其比值的影响,评价磷素的淋失风险,可为潮土区合理利用养分资源、减少磷肥投入和流失提供理论依据。 方法 选择长期定位监测基地的5个处理 (对照、NPK、预备处理、NPKM和1.5NPKM处理,简称OP1、OP2、OP3、OP4、OP5),5个处理的土壤Olsen-P含量存在显著差异 (0.8、12.5、25.7、44.7、56.4 mg/kg),据此在每个处理上再设置5个施磷量水平 (F0、F1、F2、F3、F4),试验采取微区形式,随机区组设计,种植作物为夏玉米–冬小麦双季轮作。作物收获后,采集土壤样品,测定土壤Olsen-P和CaCl2-P含量,建立Olsen-P和CaCl2-P之间的定量关系。 结果 土壤CaCl2-P含量为0.07~2.68 mg/kg,约为Olsen-P含量的0.5%~5.6%。短期高量磷肥施用可以显著提高土壤Olsen-P和CaCl2-P含量,但土壤Olsen-P和CaCl2-P的增加不同步。当土壤Olsen-P低于28.0 mg/kg时,CaCl2-P/Olsen-P比值随着Olsen-P的增加而降低,当Olsen-P增加至28.0 mg/kg后,CaCl2-P/Olsen-P比值随着Olsen-P的增加迅速增加,这表明磷肥施用首先提高土壤Olsen-P含量,Olsen-P增长到一定程度后CaCl2-P才迅速增加。土壤CaCl2-P和Olsen-P的关系符合双直线模型,突变点时土壤Olsen-P含量为30.2 mg/kg,对应的CaCl2-P含量为0.3 mg/kg。当土壤Olsen-P含量超过30.2 mg/kg时,土壤磷素淋失风险增加。 结论 高量磷肥施用可以提高土壤CaCl2-P含量,促进作物对磷的吸收,但同时增加了土壤磷素的淋失风险。研究区土壤磷素淋失临界值为30.2 mg/kg,微区试验中超过50%的小区土壤Olsen-P含量已经超过磷素淋失临界值,存在磷素淋失风险,应加强农田磷肥的科学施用和管理。
长期轮作施肥棕壤磷素对磷盈亏的响应
李娜, 杨劲峰, 刘侯俊, 韩晓日
2018, 24(6): 1697-1703. doi: 10.11674/zwyf.18193
摘要:
目的 研究长期轮作施肥条件下棕壤磷素盈亏状况及其与土壤磷素的关系,为棕壤科学施用磷肥提供理论依据。 方法 玉米−玉米−大豆轮作长期施肥定位试验始于1979年,设不施磷肥 (CK)、施氮磷肥 (NP)、施氮磷钾肥 (NPK)、低量有机肥配施氮磷肥 (M1NP)、低量有机肥配施氮磷钾肥 (M1NPK)、高量有机肥配施氮磷肥 (M2NP) 和高量有机肥配施氮磷钾肥 (M2NPK),共7个处理。测定1979—2015年不同施肥处理土壤Olsen-P和全磷含量,计算了土壤磷的盈亏状况,分析了全磷和有效磷与累积磷盈亏之间的关系。 结果 CK处理土壤磷素水平处于亏缺状态,平均土壤年亏缺磷为9.0 kg/hm2;磷肥处理 (NP和NPK) 和有机肥配施磷肥处理 (M1NP、M1NPK、M2NP和M2NPK) 土壤磷素均处于盈余状态,且M2NP和M2NPK盈余较多。所有施肥处理的有效磷增量与土壤累积磷盈亏均呈极显著相关关系 (P < 0.01),CK处理土壤每亏缺磷100 kg/hm 2,Olsen-P下降0.84 mg/kg;磷肥及有机肥磷肥配施处理每盈余磷100 kg/hm2,Olsen-P上升范围为1.97~7.23 mg/kg。除CK外,所有施肥处理土壤全磷增量与累积磷盈亏均呈极显著相关关系 (P < 0.01)。土壤每盈余磷素100 kg/hm 2,各施肥处理全磷增加范围为0.03~0.04 g/kg。 结论 磷肥投入是影响棕壤全磷和有效磷水平的关键因素。长期轮作不施磷肥,棕壤磷素亏缺;长期轮作施用化学磷肥 (年均投入P2O5 70 kg/hm2) 和磷肥有机肥配施 (年均投入P2O5 126~182 kg/hm2),棕壤磷素有盈余,增施高量有机肥的盈余量高于增施低量有机肥,高于单施磷肥。磷肥配施有机肥提升棕壤有效磷的速率高于单施磷肥。
红壤不同利用方式下的剖面酸度特征
唐贤, 蔡泽江, 徐明岗, 梁丰, 文石林, 高强
2018, 24(6): 1704-1712. doi: 10.11674/zwyf.18179
摘要:
目的 作物类型及其管理模式是影响红壤酸化的主要因素之一,研究不同利用方式下红壤剖面酸度的变化特征,对红壤酸化防治具有重要指导意义。 方法 选取由红砂岩母质发育红壤的4种主要利用方式 (水田、旱地、果园和林地),通过分层 (0—20、20—40、40—60、60—80 cm和80—100 cm) 测定pH、交换性酸、交换性盐基总量和盐基饱和度,定量比较不同利用方式下各酸度指标在剖面上的变化特征及程度。 结果 在不同利用方式下,红壤剖面pH为水田 (5.69) > 旱地 (4.71) ≈ 果园 (4.74) > 林地 (4.49);交换性酸含量为林地 (6.54 cmol/kg) ≈ 旱地 (6.52 cmol/kg) > 果园 (3.51 cmol/kg) > 水田 (0.79 cmol/kg);交换性盐基总量为水田 (4.47 cmol/kg) > 旱地 (1.97 cmol/kg) > 果园 (1.26 cmol/kg) > 林地 (0.48 cmol/kg);盐基饱和度为水田 (53.14%) > 旱地 (20.87%) > 果园 (15.41%) > 林地 (4.67%)。随着土层深度的增加,红壤剖面pH值逐渐升高;不同层次间交换性酸含量无显著差异;交换性盐基总量随土壤深度增加逐渐升高,为60—100 cm (2.34 cmol/kg) > 40—60 cm (2.05 cmol/kg) > 0—40 cm (1.75 cmol/kg);水田利用方式下红壤盐基饱和度随土壤深度增加逐渐升高,为80—100 cm (33.95%) > 60—80 cm (32.27%) > 40—60 cm (31.31%) > 20—40 cm (25.47%) > 0—20 cm (21.08%)。水田、果园利用方式下红壤pH与交换性酸含量呈显著负相关,与交换性盐基总量和盐基饱和度呈显著正相关;旱地利用方式下红壤pH与交换性盐基总量呈显著正相关;林地利用方式下pH与交换性酸含量呈显著负相关。 结论 4种利用方式下,在0—40 cm土层,林地红壤酸度最高,其次是果园和旱地,水田红壤酸度最低,在40—100 cm土层酸度变异较小。通过改变土地利用方式,降低红壤交换性酸含量、增加交换性盐基总量和盐基饱和度可以有效降低红壤酸度。