基于GIS和丰缺指标法的区域施肥管理体系的构建

  【目的】  采用GIS定位和养分丰缺指标相结合的方法,研究西辽河平原耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾的空间分布特点,建立直观、精准的推荐施肥系统。  【方法】  西辽河平原包括科尔沁区、开鲁县、奈曼旗、科尔沁左翼后旗、科尔沁左翼中旗。以该区域的15421个土壤测试数据和143个玉米“3414试验”数据为基础,运用GIS方法计算耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾的空间插值结果,结合土壤丰缺指标,将西辽河平原耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾养分分区,确定不同土壤氮磷钾养分组合下的施肥量,并制作玉米氮磷钾分区施肥图。  【结果】  西辽河平原耕地土壤养分空间分布不均,大部分土壤碱解氮含量较低,有效磷、速效钾含量中等。耕地土壤有效氮、磷、钾养分含量呈低氮–中磷–中钾 (碱解氮 ≤ 69.5 mg/kg、有效磷4.18～10.40 mg/kg、速效钾90.3～152.5 mg/kg)、中氮–中磷–中钾 (碱解氮69.5～107.9 mg/kg、有效磷4.18～10.40 mg/kg、速效钾90.3～152.5 mg/kg)、中氮–中磷–高钾 (碱解氮69.5～107.9 mg/kg、有效磷4.18～10.40 mg/kg、速效钾 > 152.5 mg/kg) 的面积占比分别为42.4%、14.1%、13.5%。土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量 (x) 与经济最佳施肥量 (y) 之间存在较好的对数关系,氮施肥模型y = –102.5ln(x) + 617.22,磷施肥模型y = –36.11ln(x) + 174.1,钾施肥模型为y = –25.89ln(x) + 180.96。不同土壤养分组合种植玉米所需的经济最佳N–P₂O₅–K₂O用量 (kg/hm2) 组合分别为202–110–58、168–107–57、164–102–47。  【结论】  土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与相对产量存在较好的对数函数关系。西辽河灌区土壤有效氮磷钾丰缺指标的划分以75%和85%作为相对产量的分级区间较为合适。在土壤有效氮磷钾养分大数据的支撑下,采用GIS和丰缺指标法相结合的方法,可以准确快捷地构建区域施肥管理体系。     

我国不同地区土壤肥力监测报告(1988～1997)一东北区土壤肥力变化趋势及原因分析

通过10年土壤监测数据分析表明,在常规施肥和管理水平下,东北区三种主要种植制度中,施肥区玉米、水稻连作作物产量较高并呈上升趋势,玉米与大豆轮作产量较低但下降趋势不明显.玉米、水稻连作土壤有机质和全氮基本稳定,有效磷呈上升趋势,碱解氮和速效钾下降趋势明显.玉米、大豆轮作,土壤养分均呈下降趋势.主要原因是施肥量的影响.表现出的农田养分平衡状况是磷有余而钾不足.     

我国不同地区土壤肥力监测报告（1998—1997）——东北区土壤肥力变化趋势及原

通过１０年土壤监测数据分析表明,在常规施肥和管理水平下,东北区三种主要种植制度中,施肥区玉米、水稻连作作物产量较高并呈上升趋势,玉米与大豆轮作产量较低但下降趋势不明显。玉米、水稻连作土壤有机质和全氮基本稳定,有效磷呈上升趋势,碱解氮和速效钾下降趋势明显。玉米,大豆轮作,土壤养分均呈下降趋势。主要原因是施肥量的影响。表现出的农田养分平衡状况是磷有余而钾不足。     

甘肃中部地区水砂田玉米土壤养分丰缺指标研究

采用"3414"完全试验设计,对甘肃中部地区水砂田玉米土壤养分丰缺指标和推荐施肥指标进行了研究,因地制宜选择最优施肥方案。通过比较分析历年来土壤普查结果,得出当地水砂田玉米土壤养分的变化趋势;通过对不同肥力水平下土壤速效养分与缺素区相对产量及氮、磷、钾最佳施肥量的趋势拟合,分别导出了函数模型,划定土壤养分丰缺区间,进而演算出丰缺指标和推荐施肥指标。当地水砂田玉米土壤养分的变化趋势为:1983年以来,碱解氮、有效磷均呈逐渐提高趋势,速效钾在整个过程中则总体处于明显下降趋势。从丰缺指标可以看出:当地水砂田土壤氮素养分缺乏,磷素中度较缺,而钾素养分相对较为丰富,玉米要实现高产,既要合理增施氮、磷肥,且应根据土壤钾素丰缺状况适当补施钾肥。     

福建甘薯氮磷钾施肥指标研究

根据近年来在甘薯主产区完成的118个氮磷钾肥效田间试验结果,建立甘薯氮磷钾施肥指标体系,包括甘薯施肥效应和土壤肥力分级、土壤速效氮磷钾丰缺指标、不同产量水平的氮磷钾最佳用量和比例、土测值与最佳施肥量关系式以及施肥时期和施肥方法等5个方面内容。结果表明,土壤对甘薯产量的平均贡献率为62.5%,氮磷钾平均增产效果是N>K>P,均达显著水平;土壤碱解氮、Olsen-P和速效钾的高产临界指标分别为176 mg kg-1、17 mg kg-1和106 mg kg-1;平均经济施肥量是N165kg hm-2、P2O5 63 kg hm-2、K2O 204 kg hm-2,比例为1∶0.38∶1.24,但不同土壤肥力等级的推荐施肥量存在较大差异;土壤速效氮磷钾土测值与最佳施肥量之间满足指数模型,该式实现了根据土测值预测具体地块推荐施肥量的目的。研究结果为福建甘薯高效施肥提供了科学依据。     

大白菜氮磷钾肥料配施效应研究

采用"3414"试验设计方案,研究了不同氮、磷、钾施肥处理对大白菜产量、经济效益的影响及肥料效应。结果表明:合理施用氮、磷、钾肥能够产生显著的增产、增收效果,空白区产量<缺氮区产量<缺钾区产量<缺磷区产量;氮的增产效应>钾的增产效应>磷的增产效应;单位养分增产量,全肥区>缺钾区>缺氮区>缺磷区;氮、磷、钾互作效应最高,其次为氮、钾和氮、磷,磷、钾互作效应较差。通过模型分析得氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)的最佳施用量分别为195、110和265 kg/hm2,可获得理论产量为82 162 kg/hm2。     

不同肥料配施对土壤主要养分含量及作物氮、磷、钾表观利用率的影响

四年的分析结果表明 ,氮磷钾化肥配施有机肥和秸秆可明显提高土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量。氮磷钾三元素化肥配施可明显提高土壤氮、磷、钾的含量和供给能力。单一施氮和氮、磷、钾三元素中的两两配合施入 ,可较明显地提高该配合所含养分在土壤中的含量。四年的分析结果还表明 ,含氮磷钾三元素配施的各处理总体上利用率较高     

宁德市耕地土壤养分空间分布特征分析和甘薯施肥建议

利用福建省宁德市9县(市、区)近9年测土配方施肥34 998个土样测定分析结果和序贯高斯模拟,分析宁德市耕地土壤pH值、有机质和速效氮、磷、钾空间分布特征,并提出甘薯施肥建议。结果表明:土壤pH值、有机质和速效氮、磷、钾指标的半变异函数均为指数模型。宁德耕地土壤以pH值≤5.5、土壤有机质≥20 g/kg、碱解氮100~250 mg/kg、有效磷15 mg/kg、速效钾80 mg/kg为主。随着海拔高度下降,宁德耕地土壤pH值均值随之上升,土壤有机质含量均值和碱解氮含量均值随之下降,土壤有效磷含量均值和速效钾含量均值随之呈先降后升的趋势。应根据土壤测定值与推荐施肥量关系表,或海拔与施肥量的回归关系式,在甘薯田酌情施用石灰、氮肥、磷肥、钾肥,还应增施有机肥。     

不同肥料配施对土壤主要养分含量及作物氮、磷、钾表观利用率的影响

四年的分析结果表明，氮磷钾化肥配施有机肥和秸秆可明显提高土壤有机质，全氮、碱解氮，速效磷和速效钾含量，氮磷钾三元素化肥配施可明显提高土壤氮、磷、钾的含量和供给能力，单一施氮和氮，磷、钾三元素中的两两配合施入，可较明显地提高该配合所含养分在土壤中的含量，四年的分析结果还表明，含氮磷钾三元素配施的各处理总体上利用率较高。     

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

【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。      

长期不同施肥模式下赤红壤旱地花生–甘薯轮作体系产量稳定性研究

  【目的】  研究不同施肥模式下赤红壤旱地花生–甘薯轮作体系中两种作物产量的稳定性，以优化作物养分管理。  【方法】  化肥定位试验和化肥配施有机肥定位试验在闽东南典型赤红壤旱地分别连续进行了15和13年，种植制度均为花生–甘薯轮作。化肥定位试验处理包括农民习惯施肥、推荐施肥以及在推荐施肥基础上不施氮、磷、钾的处理，以不施肥为对照；化肥有机肥定位试验处理包括农民习惯施肥、推荐施肥以及以商品有机肥、猪粪和稻草替代1/3推荐施氮量处理，以不施肥为对照。根据历年花生和甘薯产量，计算了产量的可持续性指数和变异系数，构建一元灰色线性模型，计算了不同施肥模式的长期趋势产量。  【结果】  长期化肥定位试验中，推荐施肥处理的花生和甘薯产量均值显著高于其它5个处理；在长期有机无机肥配合试验中，3个有机无机肥配施处理的产量均高于推荐施肥处理。花生和甘薯化肥推荐施肥的产量可持续指数 (SYI) 分别为0.729 ± 0.019和0.501 ± 0.028，化肥配施猪粪花生的SYI为0.689 ± 0.013，显著高于推荐施肥和化肥配施稻草处理，与配施商品有机肥处理差异不显著；化肥配施稻草甘薯的SYI为0.514 ± 0.029，显著高于推荐施肥处理和化肥配施商品有机肥处理，与化肥配施猪粪处理的差异不显著。一元灰色线性模型显示，推荐施肥处理的花生和甘薯趋势产量均值分别为3780和19408 kg/hm2，均显著高于其他化肥处理。化肥配施猪粪的花生趋势产量均值为3492 kg/hm2，在95%置信区间，显著高于推荐施肥和其余两个有机无机肥配施处理；化肥配施稻草处理甘薯的趋势产量均值为17567 kg/hm2，显著高于推荐施肥处理和化肥配施商品有机肥处理，与化肥配施猪粪处理没有显著差异。产量可持续性指数较变异系数可更加有效地区分不同处理之间的产量波动差异，与产量的绝对高低没有关系。  【结论】  化肥推荐施肥有利于提高赤红壤旱地轮作体系中花生和甘薯的产量；猪粪或商品有机肥替代1/3的化肥氮均可提高花生产量的稳定性和增产潜力，而稻草或猪粪替代1/3的化肥氮对甘薯产量及其稳定性最为有利。     

长期施用无机肥对红壤旱地养分和结构及花生产量的影响

利用中国科学院红壤生态试验站20 a长期肥料定位实验,研究了长期施用无机肥对红壤旱地养分和结构及花生产量的影响。结果表明:不同无机肥处理花生果产量分布为:氮磷钾处理>氮磷钾钙处理>磷钾处理>氮磷处理>氮钾处理,各处理间差异显著,并以长期缺施磷肥对花生果产量影响最大。除全钾含量外,土壤中氮、磷养分全量与有效磷、交换钾含量均较土壤初始值有一定程度的上升。长期单施无机肥土壤有机质含量较土壤初始值增加了4.6~6.62 g kg-1。与有机肥和无机肥配施处理比较,单施无机肥土壤>0.25 mm水稳性大团聚体含量显著减少,团聚体破坏率提高了9.38%~16.56%,平均重量直径减少了0.15~0.18 mm。长期施用无机肥可以提高土壤养分含量从而有效地提高花生果产量,但另一方面其对土壤结构造成的破坏也影响了花生产量的提高,选用有机肥无机肥配施可以改善这种情况。     

Taxonomic and functional diversity of the soil microbiome recruited from alternative crops in a rotation system

Intensive cropping is considered to contribute to negative effects both on soil physiochemical properties and on long-term grain yield, which can be alleviated by appropriate crop rotations. The soil microbial community can vary with different crop rotations, which in turn affect soil quality and grain yield. Therefore, it is of great significance to elucidate the response of the soil microbial community to crop rotation. In this study, the structural and functional changes of microbial community in different crop rotations were analyzed using high-throughput sequencing and metagenomics analysis in a field experiment. The continuous winter wheat-summer maize cropping system was the control, and three crop rotations were established in October 2016 as follows: (1) spring peanut→winter wheat-summer maize, (2) winter wheat-summer peanut→winter wheat-summer maize and (3) spring sweet potato→winter wheat-summer maize. Soil samples were collected in September 2021 for soil microbial assessment. The results showed that the relative abundance of Actinobacteriota in the soil of spring sweet potato→winter wheat-summer maize was significantly higher (15.2%) than that in the control. The relative abundance of Ascomycota was significantly higher (19.8%–23.2%) in the soil following crop rotation compared with the control. Compared with the control, spring peanut→winter wheat-summer maize enriched energy metabolism genes, and spring sweet potato→winter wheat-summer maize reduced the genes related to plant–pathogen interaction. Compared with the control, crop rotation significantly decreased the relative abundance of the inorganic phosphorus solubilization gene (gcd) and the phosphorus transport gene (upgE) and increased the abundance of organic phosphorus mineralization genes (phoA and phyA). Based on these results, we concluded that the composition of the soil microbial community and functional genes can be altered by crop rotation, and spring peanut→winter wheat-summer maize and spring sweet potato→winter wheat-summer maize had more significant effects. This study provided a reference for the selection of crop rotations in the North China Plain based on the soil microbial community and its function.     

轮间作系统对烤烟产量、品质和土壤养分的影响

选择贵州省黔南烟区有代表性的植烟土壤,采用烤烟单作和间作（烤烟∥红薯和烤烟∥花生）,并在同一地块上实施年内间作,年间就地轮作的新型种植系统,连续6年研究了该系统对烟叶产量、品质和土壤养分的影响。结果表明:年内间作,年间就地轮作系统单位面积烟叶产量和产值连续六年显著高于烤烟单作,产量和产值平均提高11.3%和20.4%,作物总产值显著提高,并显著降低青枯病发病率约11.0%,烟叶化学成分含量适中,比例协调。年内间作,年间就地轮作系统种植6年后对土壤全量养分无显著影响,但显著改善土壤有效养分含量,适时保证养分供应,与烤烟单作系统相比,更能保持适宜的土壤有效养分比例,促进烤烟均衡吸收养分。因此,年内间作,年间就地轮作系统有利于减轻烤烟连作障碍,是值得推广的新型烤烟种植系统。     

内蒙古马铃薯主产区基础地力及增产潜力研究

【目的】内蒙古是我国马铃薯主产省份之一,探究内蒙古马铃薯主产区基础地力状况,评价基础地力和施肥对马铃薯产量的关系,为指导不同生态区及土壤肥力下的马铃薯科学施肥提供理论依据。【方法】收集2006-2015年在内蒙古4个马铃薯主产区开展的1118个试验点无肥区(CK)和施氮磷钾肥(NPK)处理的马铃薯产量数据。以无肥区马铃薯产量来评价土壤的基础地力,计算基础地力对产量的贡献率。采用边界线拟合方法预测马铃薯最大潜在产量,计算其可获得的产量差,进而明确基础地力对主产区马铃薯产量及产量差的影响。采用稳定性指数和可持续性指数,评估基础地力对马铃薯产量稳定性和可持续性的影响。【结果】内蒙古阴山南麓区、阴山北麓区、燕山丘陵区、大兴安岭北麓区马铃薯基础地力产量分别为13.10、14.67、15.71和16.45t/hm^2;氮磷钾推荐施肥产量依次在20.90、23.17、25.34、26.54 t/hm^2;平均基础地力贡献率分别为57.6%、62.7%、63.9%和66.2%。随着土壤基础地力的提升,土壤基础地力对产量的贡献率逐渐增大。马铃薯施肥产量与土壤基础地力呈显著正相关,阴山南麓区、阴山北麓区、燕山丘陵区、大兴安岭北麓区马铃薯施肥产量与土壤基础地力直线拟合决定系数分别为0.769、0.876、0.770和0.790 (P <0.0001)。随着土壤基础地力的提升,马铃薯施肥产量与预测的最高施肥产量的差值变小,施肥产量的稳定性指数下降,可持续性指数增大。【结论】内蒙古马铃薯各主产区的土壤基础地力产量、施肥产量及地力贡献率存在差异,其中,燕山丘陵区、大兴安岭北麓区的马铃薯基础地力产量、施肥产量及地力贡献率指标均显著高于阴山南麓区。阴山南麓区、阴山北麓区、燕山丘陵区、大兴安岭北麓区施肥可获得的最高预测产量分别为53.68、62.87、65.39和69.65 t/hm^2。土壤基础地力与马铃薯施用化肥的增产效果呈显著负相关,土壤基础地力的提高增大了产量的可持续性指数,有利于马铃薯的高产、稳产。随着土壤基础地力的提升,土壤对产量的贡献率增加,施肥可获得的产量潜力增大。     

腐植酸缓释钾肥对土壤钾素含量和甘薯吸收利用的影响

利用腐植酸和硫酸钾制备一种腐植酸钾肥(HA-K),沙柱淋溶试验结果表明其对钾素具有一定的缓释作用。为阐明施用腐植酸缓释钾肥对土壤不同形态钾素含量的影响,在田间小区试验条件下,研究了腐植酸缓释钾肥对土壤不同形态钾素含量以及甘薯产量和对钾素吸收利用的影响。结果表明:与不施钾（空白对照）相比,施用腐植酸促进了甘薯对钾素的吸收,降低了甘薯全生育期土壤中的速效钾和缓效钾含量以及生长前期土壤有效钾含量,但是提高了甘薯生长中、后期土壤有效钾含量。与施等量氧化钾对照相比,施用腐植酸缓释钾肥促进了甘薯对钾素的吸收,降低了甘薯全生育期土壤缓效钾含量和甘薯生长前、中期土壤速效钾和有效钾的含量,提高了甘薯生长后期土壤速效钾和有效钾的含量。与施等量氧化钾对照相比,施用腐植酸缓释钾肥显著提高了钾肥吸收利用率(REK)、农学利用率(AEK)、偏生产力(PFPK)和甘薯块根产量,增幅分别为20.09 %,42.69 %,5.89%和22.83%。     

花生-甘薯轮作制中磷钾肥施肥模型研究

本文探讨了花生-甘薯轮作制中钾肥和磷钾肥施肥模型的建立方法。通过裂区田间试验设计,建立了钾肥和磷钾肥当季施肥模型和甘薯后效模型以及甘薯当季施肥模型。3个钾肥试验和2个磷钾肥试验结果表明,上述模型能很好地拟合田间试验结果。后效模型可计算出花生磷钾肥最佳施用量下对甘薯的后效产量,甘薯当季肥效模型可求得扣除肥料残留效应后的磷钾肥最佳施用量,降低了甘薯推荐施肥量,提高了施肥效益。     

土层置换犁消除豆田残留除草剂药害的效果

为探索消除豆田残留除草剂对后作药害的新途径,本研究采用生物鉴定的方法,以甜菜为指示植物查明了豆田残留除草剂主要分布在0～10cm土层中,向下层逐渐减少,20cm以下土层为安全土层。自主设计的土层置换犁实现了将0～20cm土层和20～40cm土层位置转换,即所谓的土层置换。应用该犁在有残留除草剂污染的豆茬上实施土层置换改土作业后,连续2年调查作物产量结果显示,土层置换区比对照区甜菜、马铃薯等作物长势好、杂草数量少;改土后种植甜菜,第1年、第2年分别比未改土的对照增产468.9%和805.7%;种植马铃薯分别增产177.1%和31.0%;种植玉米(第2年)增产2.0%。种植连作大豆(第2年)增产6.5%。同时在未受到残留除草剂污染的土壤上实施土层置换作业后,第1年种植马铃薯和甜菜分别比对照减产3.1%和5.6%、第2年种植马铃薯和玉米,分别增产27.0%和5.2%。研究结果可为修复残留除草剂污染土壤、消除作物连作障碍和促进种植业结构提供技术支撑。