我国农田土壤钾平衡研究进展与展望

土壤钾平衡法是一种简便易行的判断土壤钾库丰缺状况的方法,广泛应用于农田土壤钾素养分供应状况评价及科学施肥实践。本文从农田养分平衡的角度出发,通过分析钾平衡的计算方法、农田钾平衡的时空变异特征、不同作物农田钾平衡状况、钾平衡对土壤钾含量的影响4个方面,综述了近年来我国农田钾平衡研究的主要进展。研究表明,我国农田钾平衡总体表现为亏缺,时间维度上表现为自建国以来整体呈现先下降后上升趋势;但不同区域间表现不一且变异较大,部分区域的农田钾平衡状况表现为盈余;不同区域及不同作物间钾平衡呈现"两极化"发展趋势;作物之间的养分吸收特性不同以及肥料和农产品市场价格波动,这两个因素共同决定了不同作物类型之间及同种作物不同年际间钾平衡的差异;不同研究者对于我国农田钾平衡的总盈余量、单位面积盈余量以及空间变异特征所得结果差异较大,宜对所选指标体系综合分析后比较,而不宜进行直接对比;而对时间变异、不同作物种植类型农田钾平衡以及土壤钾累积规律等方面的研究结果基本一致;本质上来说,当前土壤养分库状况是一个区域的种植制度、施肥方式经过多年的累积所造成的结果,同时也决定着其未来的发展走向。为保持土壤钾养分库的稳定与提升,基于我国钾平衡研究现状,提出我国未来在养分均衡、开源节流、重视不同轮作情况下钾素的周年运筹以及关注更深层次的土壤分层钾养分库等几个改善农田钾平衡技术措施方面的研究方向。     

不同轮作模式农田磷养分表观平衡及其对土壤Olsen-P含量的影响

通过连续3年监测上海郊区43块定位农田研究,比较了50种作物以及5种不同轮作模式农田的磷养分表观盈余状况及其对土壤Olsen-P含量的影响。结果表明:(1)不同作物农田的磷养分盈余趋势为水生蔬菜类果树类旱作蔬菜≥草皮大田作物;不同轮作模式农田磷养分盈余趋势为菜菜轮作果树单作菜作轮作草皮单作作物轮作;(2)不同作物及轮作农田收获后土壤Olsen-P含量随土壤深度的增加而逐渐降低,磷养分盈余量多的农田土壤Olsen-P含量也高;(3)不同作物以及轮作农田磷养分盈余与收获时土壤表层(0~30cm)的Olsen-P含量呈显著正相关。     

兰州地区农田土壤速效磷与速效钾含量的变化特征

以兰州地区3县5区不同利用方式农田为研究对象,从作物种类、土地利用强度和耕作方式3个角度采集80个样点表层土壤样品(0—20cm),对其pH值、电导率、速效磷和速效钾进行了分析。结果表明:(1)兰州地区农田土壤pH值为8.59,蔬菜地pH值低于其它作物农田,但差异不显著。重度利用农田土壤pH值低于轻度和中度农田,日光温室农田pH值低于大田和砂田,但差异不显著。(2)土壤电导率具有较大的变异,变异系数高达107.31%,不同作物种类、利用强度及耕作方式下土壤电导率不具有显著差异性。(3)研究区土壤速效钾含量具有一致性,平均含量为362.65mg/kg,变异系数为48.81%,不同作物种类、不同土地利用强度和耕作方式土壤速效钾不具有显著差异性。(4)速效磷平均含量为14.07mg/kg,不同种类作物农田土壤中,蔬菜地速效磷高于其它种类作物;不同利用强度下,重度利用农田土壤速效磷高于中度和轻度农田;从耕作措施分析,日光温室农田土壤速效磷显著大于砂田和大田。研究表明,基于作物种类差异的不同土地利用方式及耕作措施对土壤酸碱性及速效磷含量具有不同程度的影响,集约型农业管理措施是导致速效磷含量增加的主要原因之一,且重度农田土壤有酸化的趋势。     

施用鸡粪后土壤磷的累积特征

根据不同方式计算鸡粪施用量,进行连续6茬蔬菜施用鸡粪田间试验,研究农田土壤中磷的累积特征。结果表明:土壤中全磷、树脂态磷、碳酸氢钠提取态磷、氢氧化钠提取态磷和稀盐酸提取态磷含量均随着鸡粪用量的提高而显著提高,且含量增幅随着种植茬数的增加而提高,故在生产实践中以作物需磷量配施鸡粪较优,否则由此所引起的土壤盈余磷素流失或淋失对地表水和地下水水质的潜在影响风险较大。     

洱海流域北部农田养分平衡及残留特性研究

为减少农田氮磷流失,改善洱海水质、遏制富营养化发展,以洱海流域北部8个乡（镇）为研究区域,采用现场调查与分析测试相结合的方法研究了洱海流域北部10种典型轮作模式的施肥量、作物养分吸收量、农田养分盈余量以及土壤养分残留状况,对不同轮作模式农田养分平衡及残留特性进行了分析评价。结果表明,水稻-大蒜轮作模式下有机肥和氮肥的投入量显著高于其他模式,水稻-蔬菜作物轮作模式的磷肥投入量显著高于其他模式;不同轮作模式间土壤养分残留差异性以硝态氮最为突出：水稻-大蒜轮作条件下土壤硝态氮残留量达43.4mg.kg-1,明显高于其他轮作模式;10种轮作模式均处于养分盈余状态,以水稻-大蒜轮作模式养分盈余量最大,为1258.8kgN.hm-2和1472.7kgP2O5.hm-2;养分盈余量差异主要凸现在小春季作物上;土壤中易流失的硝态氮、铵态氮和速效磷与氮磷肥的投入量和养分盈余均呈显著相关。表明水稻-大蒜和水稻-蔬菜轮作是洱海流域农田环境污染风险较高的种植模式,需要重点防控。     

长期施肥条件下潮土有效磷的演变及其对磷盈亏的响应

为探明土壤有效磷的演变规律与磷平衡状况,在河南潮土区冬小麦-夏玉米轮作制度下,于1998年始在河南省不同区域开展田间定位试验,共设置常规施肥(CF)和不施肥(CK)2个处理,对土壤全磷、速效磷累积和土壤有机质等进行监测和分析。结果表明,长期不施肥,土壤磷素常年处于亏缺状态,有效磷处于耗竭状态;长期施肥即常规施肥,有12个监测点的有效磷随年份显著上升,2个监测点显著下降,其余持平。土壤有效磷的变化量与磷的盈亏量呈极显著正相关(P0.01),不施肥条件下,土壤每亏缺100 kg P·hm-2,土壤有效磷下降2.7 mg·kg-1;常规施肥下,土壤每盈余100 kg P·hm-2,土壤有效磷可以增加1.2 mg·kg-1。土壤有机质含量与有效磷随磷盈亏的变化量呈极显著正相关(P0.01,CF的R2=0.5542,CK的R2=0.4039)。由此可见,通过施肥措施来调控土壤有效磷含量,可达到培肥地力和作物高产的效果。本研究结果为指导磷肥施用以及土壤磷素管理提供了科学依据。     

不同轮作模式农田钾养分表观平衡及其对土壤速效钾含量的影响

通过连续3年监测上海郊区43块定位农田,比较了50种作物以及5种不同轮作模式农田的钾养分表观盈余状况及其对土壤速效钾含量的影响。结果表明：(1)不同作物农田的钾养分盈余趋势为水生蔬菜类、果树类>旱作蔬菜≥草皮>大田作物;不同轮作模式农田钾养分盈余大小表现为作物轮作>菜作轮作>草皮单作>菜菜轮作>果树单作;(2)不同作物及轮作模式农田收获时土壤速效钾含量随土层的加深而逐渐增加,钾养分盈余多的农田土壤的表层速效钾含量也高;(3)不同作物及不同轮作模式农田钾养分盈余量与收获时土壤表层(0~30 cm)的速效钾含量呈正相关,但未达显著水平。     

上海郊区农田氮养分平衡及其对土壤速效氮含量的影响

通过对上海郊区的43块定位农田连续3年的跟踪监测分析，比较了50种作物以及5种不同轮作农田的氮养分平衡状况及其对土壤速效氮含量的影响。结果表明：（1）不同作物农田的氮养分盈余趋势为水生蔬菜类≥水果类〉旱作蔬菜≥大田作物≥草皮；不同轮作农田氮养分盈余大小表现为：菜菜轮作〉果树单作〉菜作轮作〉草皮单作〉作物轮作；（2）不同作物及不同轮作农田收获时土壤速效氮含量随土层的加深而逐渐降低，氮养分盈余多的农田土壤的速效氮含量也高；（3）不同作物以及不同轮作农田氮养分盈余与收获时土壤表层（0～30cm）的硝态氮和铵态氮含量呈正相关。     

长期不同施肥模式下碱性土有效磷对磷盈亏的响应

  【目的】   磷素易于在土壤中固定,碱性土壤更甚,影响着磷肥的肥效和利用效率。研究长期施用磷肥对我国北方碱性土有效磷与磷盈亏的影响,为碱性土地区合理施用磷肥提供理论依据。   【方法】   本研究是基于河北、北京、山东、天津、河南和山西的6个冬小麦?夏玉米轮作长期定位施肥试验,试验周期为1991—2011年。所有定位施肥试验均设有不施磷肥 (P0)、单施化学磷肥 (P)、化肥配施秸秆 (P+S)、单施有机肥 (M)、化肥配施有机肥 (P+M) 5个处理,施磷方式和施磷量不同。分析了土壤有效磷、作物产量、有机质、pH随时间的变化特征,计算了土壤有效磷含量与作物产量、土壤磷盈亏、磷肥利用率的关系,用冗余分析得出每100 kg/hm2磷盈余下土壤有效磷变量 (有效磷效率) 的主要影响因素。   【结果】   P0处理土壤磷亏缺为?357.73～?28.21 kg/hm2,有效磷含量随种植时间延长下降,下降速率为0.14 mg/(kg·year),此处理下作物产量较低,小麦低于 2000 kg/hm2,玉米低于4000 kg/hm2。4个施磷肥处理 (P, P+S, M, P+M) 土壤磷表现为盈余,21年连续施肥磷总盈余为23.65～860.93 kg/hm2,磷盈余量顺序为P+M > P > P+S > M。土壤有效磷含量随种植时间延长上升,年平均上升速率为 P+M [4.85 mg/(kg·year)] > M [1.87 mg/(kg·year)] > P+S [0.65 mg/(kg·year)] > P [0.63 mg/(kg·year)]。施用磷肥的小麦产量为3399～7880 kg/hm2,4个施磷肥处理间差异不明显;玉米产量为 4186～9176 kg/hm2,以P+M处理玉米产量最高,P处理最低。土壤有效磷含量与作物产量的关系可以用Mitscherlich方程模拟 (P < 0.01),小麦和玉米产量随土壤有效磷含量升高而增加,在土壤有效磷含量分别达到22.47和20.68 mg/kg后不再增加。小麦P+S处理的磷肥利用率最高,21年均值为16.17%;玉米以M处理的磷肥利用率最高,21年均值为16.45%。小麦和玉米磷肥利用率均随土壤有效磷含量的升高而上升,以P+S处理上升最快,P+M处理上升最慢。5个处理土壤有效磷含量与磷盈亏均呈现极显著 (P < 0.01) 正相关关系。土壤每亏缺P 100 kg/hm2,土壤有效磷下降0.90 mg/kg;每盈余P 100 kg/hm2,土壤有效磷含量的增量为M (22.10 mg/kg) > P+M (10.60 mg/kg) > P+S (3.90 mg/kg) >P (2.60 mg/kg)。通过冗余分析发现,土壤有机质能解释土壤有效磷效率变异的85.0%,是土壤有效磷效率的主要影响因素。   【结论】   碱性土壤上小麦和玉米的磷肥利用率随土壤有效磷含量的增加而提高,长期化肥配施秸秆提高作物磷肥利用率的效果最佳。土壤有机质是提升土壤累积磷有效性的最主要因素,因此,长期单施有机肥或者化肥配施有机肥的土壤有效磷效率较高。长期化肥配施有机肥的潮土有效磷含量较高,容易造成磷在土壤中的淋洗和固定,需减少磷肥总施用量并适当提高有机肥的比例,从而达到农学效益和环境效益的双赢。     

中国稻田土壤有效磷时空演变特征及其对磷平衡的响应

以农业农村部始于1988年的全国稻田土壤监测数据库为基础,将稻作区划分为东北、长江三角洲(简称“长三角”)、长江中游、华南和西南五个区域,分析近30 a各稻作区土壤有效磷含量、磷肥回收率及农学效率和磷素的表观平衡,揭示各区域间稻田土壤磷素时间演变和空间差异特征,为稻田土壤磷素科学管理提供理论依据。结果表明,全国主要稻作区土壤有效磷含量平均为21.18 mg·kg^-1,各区域间稻田土壤有效磷含量存在显著差异,其中华南区最高(33.71 mg·kg^-1),西南区最低(12.49 mg·kg^-1)。除长江中游外,其他稻作区土壤有效磷含量均随施肥年限的延长而增加,全国平均年增速为0.36 mg·kg^-1。随施肥年限的延长,各区域均表现为磷素盈余状态,全国土壤磷素盈余量年均为35.03 kg·hm^-2,其中华南区磷素盈余速率最高(51.31 kg·hm^-2·a^-1)。土壤有效磷含量与磷素累积盈余量呈显著正相关关系(P<0.05),平均每盈余磷素100 kg·hm^-2,土壤有效磷含量增加0.82 mg·kg^-1。各稻作区磷肥回收率和磷肥农学效率均随施肥年限的延长而显著升高(P<0.05),其中以西南区最高,分别为35.92%和69.02 kg·kg^-1。近30 a来,各稻作区土壤有效磷含量和磷素累积盈余量随施肥年限的延长而显著升高,土壤磷肥回收率和农学效率表现出区域差异,应根据当地磷素平衡状况适当调整施磷制度,西南区应增施磷肥,保证作物的正常磷素需求;华南区可减少磷肥施用量,提高磷素利用率,降低面源污染风险。     

恩施烟区土壤磷素与烤烟磷含量的关系

分析了湖北省恩施烟区土壤磷素与烤烟磷含量的状况及其相互关系,结果表明:恩施烟区土壤磷素含量偏低,全磷和速效磷含量分别为(0.63±0.23)gkg-1和(16.88±12.73)mgkg-1,二者之间存在极显著的正相关,相关系数为0.6353**。土壤全磷和速效磷含量在不同海拔高度、土层深度之间差异显著,海拔之间表现为:高海拔中海拔低海拔;土层之间表现为:0～20cm20～40cm40～60cm。烤烟磷素含量较低,平均为(1.68±0.32)gkg-1,在不同品种、海拔之间差异显著,品种之间表现为:云烟87K326云烟85,海拔之间表现为:高海拔中海拔低海拔。烤烟磷素含量在等级之间差异不显著,但随着叶位的升高,烤烟磷含量有升高的趋势。烤烟磷含量(y)与土壤速效磷含量(x)之间存在极显著的回归关系,y=0.1224+0.0026x,相关系数r=0.8582**。土壤速效磷含量分组后,随着土壤速效磷含量升高,烤烟磷含量也呈现出升高趋势。     

长期施肥对红壤磷素持续供应能力的影响

以长期施肥(始于1988年)的旱地红壤为研究材料,通过对历史数据的统计与分析,讨论了红壤全磷累积量与有效供磷量之间的相互关系,同时,通过有效磷的连续提取实验研究了红壤的持续供磷能力。研究结果表明:在长期施肥的过程中约有76.9%～86.8%的磷素积累在旱地红壤中,有效磷水平是红壤磷素肥力高低的直观表现,随着土壤全磷累积量的增大而增加;土壤磷素的纯盈余量又决定着全磷与有效磷的供应水平。由连续提取实验结果可以初步推测,如果现在减少或停止施用磷肥,红壤现有的供磷水平至少可以满足3～4季作物的磷素需求。因此,应在兼顾土壤磷素的农业效应和环境安全的前提下,建立新的施肥制度,使磷素资源的利用更加合理化。     

长期施肥对酸性土壤磷形态及有效性的影响

为明确长期施肥对集约化果园土壤磷形态、分布特征及其有效性的影响，本研究对琯溪蜜柚主产区29个果园的土壤进行调查研究，采用张守敬和Jackson的酸性土壤无机磷分级方法，研究蜜柚果园土壤磷素累积对土壤磷形态及有效性的影响。结果表明：在集约化蜜柚果园中，土壤磷素累积丰富，随树龄增加土壤速效磷含量上升显著，且土壤磷形态在不同土层存在显著性差异；当全磷含量≤0.5 g/kg时，土壤磷形态主要以有机磷、铁磷为主，随着全磷含量的上升，铝磷含量、占比均显著上升；多元线性回归和逐步回归分析结果表明本试验中铝磷与速效磷相关性最好。果园土壤已经形成一个巨大的磷库，且有效性较高，可适当减少磷肥投入，降低土壤磷含量，减少经济成本，提高生态效益。     

华北两熟区农田磷流失风险预警研究

轮作是长期以来在各地形成的相对固定的作物组合模式,同时也是农田养分平衡状况计算的基本单元,多年累积形成的养分盈亏则直接影响环境。在植物必需的3种大量营养元素中,对环境影响最大的营养元素是磷和氮,与氮素相比,磷素循环途径则相对稳定,没有气态损失,磷的表观养分平衡与环境污染的相关性高,且计算方便,因而本文选择磷素作为环境风险预警指示元素。为探究简易、有效的轮作环境效应预警方法,从筛选适宜预警的关键元素和环境风险产生的关键环节入手,提出适合我国小农户现实国情的、基于农田地块级别的预警指标体系,并以华北两熟区5种轮作类型、38个地块的调查数据为例进行了验证。该预警体系包括3级评价指标（周年磷平衡、耕层土壤质地、周年磷肥运筹）共6种预警级别并用3种色系进行标识（深绿、浅绿、浅黄、深黄、浅红、深红）。该预警方法的特点为：研究对象为整个轮作周期而非单茬作物;磷平衡既考虑周年的总量均衡（即整个轮作周期磷素投入、产出平衡状况）,又考虑不同茬次间的科学分配（即磷素统筹）,且二者均采用相对平衡值而非绝对平衡值,从而使得不同轮作类型之间的磷平衡可以进行统一量化和比较;土壤质地简化为沙土、壤土、黏土3种。验证结果表明,磷肥用量、运筹合理、环境友好（深绿）的地块仅占10.53%;而高环境风险（深红、浅红）的轮作地块达57.89%,即一半以上的地块目前的轮作方式存在高或极高的环境风险。该预警方法具有科学、实用、简便,所需数据容易获得的特点,可用于农户对自己地块磷流失风险进行判断,也可用于国家、区域或地方农业主管部门进行种植业结构调整时参考。     

我国水稻秸秆磷分布及其还田对土壤磷输入的贡献

我国水稻秸秆资源丰富,水稻秸秆还田是向土壤输入磷素的重要途径之一。对我国各省区不同季别水稻秸秆还田的土壤磷输入贡献进行测算,可有针对性地为水稻秸秆还田条件下土壤磷素优化管理及平衡调控提供科学参考和指导。本研究基于《中国农村统计年鉴》中水稻生产统计资料和文献调研参数,对2013—2018年我国主要稻区不同季别水稻秸秆磷养分资源时空分布特征以及单位播种面积水稻秸秆还田的土壤磷素输入量进行分析。结果表明,2018年我国主要稻区早稻、双季晚稻和中晚稻秸秆产量分别为2327万t、2783万t和13 527万t,长江中游和长江下游稻区的水稻秸秆资源量居于全国前列,分别占33.6%和21.8%。2013—2018年我国水稻秸秆磷(P_2O_5)养分产量呈缓慢增长的趋势,从2013年的59.7万t增加到2018年的62.8万t。2018年水稻秸秆磷养分资源主要分布在黑龙江(15.0%)、湖南(12.5%)、江苏(10.0%)、湖北(9.9%)和江西(9.6%)等省份。2013—2018年我国主要稻区早稻、双季晚稻及中晚稻秸秆还田的年均土壤磷养分输入量分别为13.9～15.1kg(P_2O_5)·hm~(-2)、16.0～20.9 kg(P_2O_5)·hm~(-2)和19.3～29.3 kg(P_2O_5)·hm~(-2)。从全国范围来看,早稻、双季晚稻和中晚稻秸秆还田下的土壤磷养分输入量平均分别为14.4 kg(P_2O_5)·hm~(-2)、18.2 kg(P_2O_5)·hm~(-2)和24.4 kg(P_2O_5)·hm~(-2)。基于上述测算结果,建议我国主要稻区各省份在水稻特别是中晚稻秸秆还田条件下,基于秸秆磷素携入量适当调整磷肥投入量,以实现土壤磷养分收支平衡,控制农田磷养分盈余及流失风险。     

保护性耕作与等高草篱防治坡耕地水土及氮磷流失研究

坡耕地是水土流失和农业面源污染物的重要来源,同时也是当前治理的薄弱环节。本文以北京地区坡耕地为研究对象,采用人工模拟降雨方法,研究了保护性耕作和等高草篱措施在不同坡度条件下对水土及氮磷流失的防治效果。结果表明:保护性耕作和等高草篱措施均能有效降低坡耕地水土及氮磷养分流失,4种处理的降低效果由大到小依次为:保护性耕作+草篱>传统耕作+草篱>保护性耕作+无草篱>传统耕作+无草篱。与传统耕作+无草篱相比,传统耕作+草篱、保护性耕作+无草篱、保护性耕作+草篱分别减少56%、44%和68%的径流流失,66%、49%和82%的土壤流失,以及56%、43%和66%的总氮流失和54%、40%和70%的总磷流失。同时,等高草篱和保护性耕作措施的防治效果与坡度呈负相关关系,即随着坡度增加其作用效果逐渐减弱。回归分析结果表明,保护性耕作和等高草篱措施是控制坡耕地水土及氮磷流失的最关键因素。     

高投入菜地土壤磷素环境与农学阈值研究进展

维持适宜的土壤有效磷水平对保障蔬菜产量和水体安全具有十分重要的作用.而当前蔬菜种植体系磷肥投入的显著特征是高量、高频次,导致大量磷素累积在土壤中会增加磷素移动性从而引发高环境风险.一般认为菜地磷的环境阈值高于农田,但菜地的灌水和磷肥投入均远高于农田,因此磷流失程度仍高于农田.综合文献调研结果发现,我国不同地区的菜地土壤...     

近30年中国农田耕层土壤有机质含量变化

土壤有机质含量是影响土壤肥力水平的重要指标,也是开展耕地质量建设、科学施肥工作的基础。利用2005—2014年测土配方施肥项目数据与全国第二次土壤普查数据进行对比,分析了近30年来中国农田耕层土壤有机质的变化趋势。结果显示,30年来我国农田耕层土壤有机质含量呈整体上升趋势,目前,全国耕层土壤有机质平均含量为24.65 g kg~(-1),较全国第二次土壤普查时期提高4.85 g kg~(-1),提高24.49%。其中,30~40 g kg~(-1)等级比例增加3.64个百分点,20~30 g kg~(-1)等级比例增加5.68个百分点,10~20 g kg~(-1)等级比例增加5.36个百分点。需要引起注意的是,大于40 g kg~(-1)等级比例减少了1.38个百分点。