长期施用含硫化肥对稻田土壤养分含量及剖面分布的影响*

在红壤水稻田每年施用等量氮、磷、钾养分条件下,设每年施硫量分别为0、112、604 kg/hm2 3个处理,进行了长期（33年）施硫与不施硫土壤碳、氮、磷、钾、硫等养分含量变化及其在土壤剖面的分布特征和含硫化肥长期施用的生态环境效应的定位试验。结果表明,长期施硫土壤有效硫含量显著升高,并在土壤剖面（0100 cm）上累积; 高硫（HS）、低硫(LS)处理有效硫含量比无硫(NS)处理平均增加85.6%和12.8%; 施硫处理土壤耕层有机质、全氮、全磷含量升高,其中高硫处理土壤有机质、全氮和全磷含量分别比试验开始时增加17.7%、25.6%和250.0%。长期施硫的土壤有机质增加速率显著高于不施硫处理,高硫处理其含量比无硫处理增加了11.5%,说明施用硫肥有利于提高耕层土壤有机质,促进土壤养分累积。在南方红壤硫素养分缺乏的地区,施用硫肥有显著的培肥效应,生产中应重视硫肥的施用。     

乌兰布和沙区绿洲农田土壤微生物及酶活性研究

以撂荒地为对照,通过测定0-20cm和20-40cm层次土样,利用统计分析方法系统研究乌兰布和沙区籽瓜、玉米、油葵和苜蓿地4种绿洲农田土壤微生物（细菌、放线菌和真菌）和土壤酶活性（蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蛋白酶和多酚氧化酶）特征。结果表明：（1）各农田微生物数量均为细菌（107）〉放线菌（105）〉真菌（103）,三者中,细菌数量占三大类微生物总数的99%以上;各农田表层微生物数量整体高于对照的,且表层均高于下层,但差异不显著;农田间,籽瓜地微生物数量最多;种植苜蓿可显著提升真菌数量。（2）6种酶活性中,仅蔗糖酶和脲酶在层次间和农田间存在显著差异;各农地表层蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和蛋白酶活性均高于对照的;除多酚氧化酶外,苜蓿地酶活性整体较高。（3）各生物学性质相互关联,互相影响。6种酶间呈显著或极显著相关,酶活性既显专性又显共性;蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶、多酚氧化酶、真菌和放线菌直接影响有机质含量的程度达85%;总体而言,乌兰布和沙区绿洲体系形成后,长期农作活动使得绿洲农田生物学性质得以改善,土壤质量整体有所提高;设法提高研究区土壤有机质含量是提高绿洲农田土壤质量和改善其生态环境的关键所在,应广种苜蓿。     

长期不同施肥下我国旱地红壤N2O释放特征及其对土壤性质的响应

为评价长期不同施肥下红壤N_2O释放特征及其与土壤性质的关系,以湖南祁阳摞荒地(Cko)、不施肥对照(CK)、单施氮磷钾化肥(NPK)、施有机肥(M)、有机肥配施化肥(NPKM)和秸秆配施化肥(NPKS)6个处理的红壤为研究对象,进行为期30 d的培养,测定其N_2O释放量、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、NH_4~+-N、NO~-_3-N含量及其pH值.结果表明:6个处理的N_2O释放量差异显著(P<0.05),大小排序为NPK>NPKS>M-NPKM>CK>Cko.施用有机态氮与等量无机态氮相比,前者N_2O释放量较低.N_2O释放量与土壤性质的关系较为复杂,其与铵态氮、硝态氮和碱解氮呈极显著正相关(P<0.01),而与C/N、pH值呈极显著负相关(P<0.01).多元回归和通径分析进一步显示,全氮、C/N、碱解氮、硝态氮和pH值与N_2O的释放量直接相关.本研究表明长期施肥及其土壤性质显著影响红壤N_2O释放量.     

有机肥替代化学氮肥提升红壤抗酸化能力

  【目的】  长期过量施用化学氮肥加剧了红壤区农田土壤酸化,严重制约着该区域农业的可持续发展。施用石灰和有机肥是防治红壤酸化的主要措施,我们研究了有机无机肥配合提高红壤抗酸化能力的作用与机理。  【方法】  本研究基于2009年在湖南祁阳中国农业科学院红壤站开展的有机肥替代化学氮肥长期定位试验,其中4个处理分别为单施化肥(由于酸化严重,于2018年底添加石灰改良)、有机肥替代化肥氮20%、40%和60%,供试有机肥为猪粪。采集2018和2020年的土壤样品,分析各施肥处理红壤pH、交换性酸铝、阳离子交换量、有机质、酸缓冲能力等指标的变化及相互关系。  【结果】  至2018年,单施化肥处理较试验之初土壤pH降低了0.48个单位,交换性酸、铝分别增加了2.74和1.06 cmol/kg;添加石灰改良后,土壤pH升高了0.58个单位,交换性酸、铝分别降低了2.62和1.45 cmol/kg。有机肥替代化肥氮40%和60%处理均可有效防治红壤酸化,其中以替代60%处理效果最佳;至2020年60%有机替代处理土壤pH较初始值提高了0.78个单位,交换性酸和交换性铝分别降低了1.10和1.25 cmol/kg。有机肥替代化肥氮40%和60%处理较单施化肥处理显著提高了土壤阳离子交换量,而石灰改良前后土壤阳离子交换量无显著变化。土壤酸缓冲曲线表明,土壤交换性铝含量随着pH的降低而显著升高,单施化肥、有机肥替代化肥氮20%、40%和60%处理的斜率分别为2.71、2.42、1.93和0.16;土壤交换性铝对pH响应斜率与土壤pH、交换性镁、阳离子交换量、交换性钾、有机质含量呈极显著或显著负相关关系。  【结论】  有机肥替代40%以上化学氮肥既能防治红壤酸化,又能提升红壤抗酸化能力。土壤阳离子交换量和有机质可能是导致土壤交换性铝对pH响应差异的主要因素,即阳离子交换量和有机质含量高的土壤pH降低1个单位时,交换性铝增幅较小,但其作用机理还有待进一步研究。     

小麦持续增产的问题与策略

本文通过对我国小麦持续增产途径和潜势的认识,分析了现阶段小麦持续增产面临的生态环境、投资环境和技术环境问题,并根据实践提出了稳定生产大环境、完善两田制、实行三类作物并举、建全四种服务网络和推广五统一规范技术的小麦持续增产策略。     

我国典型农田长期施肥土壤肥力变化与研究展望

【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/hm~2,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(Ca_2-P、Ca_8-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

【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/(hm~2·a)。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/(hm~2·a),而早稻不施肥产量呈逐年下降趋势,平均下降20.0kg/(hm~2·a)。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47~82kg/(hm~2·a);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/(hm~2·a)。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/hm~2,显著高于不施肥产量(2911 kg/hm~2),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。     

利用耐盐植物改善盐土区农业环境

耐盐植物具有特定的抗盐性，有泌盐、稀盐、拒盐、耐盐等多种多样对盐渍生境的适应方式。全球盐生植物约有1560多种，中国有502种。许多耐盐植物有重要的经济价值。可以广泛用于食品、纺织、酿造、建筑、医药、化工等方面。更重要的是其对改良土壤、调节气候、维护生态平衡的环境效茄。种植耐盐植物增加地面覆盖，减少土壤蒸发，吸收带走土壤中的盐分。从而减少耕作层盐分累积。同时增加土壤有机质，改善土壤理化性状，促进对盐土有效改良和利用；还町以降低噪音、净化空气、减少温差、增加雨量、减少地表风蚀和十热风危害。通过引进、驯化、筛选、辐射诱变、多倍体育种等手段，我国已经选育出经济价值高、有应用价值的耐盐植物150种。本文简要介绍了这些耐盐植物对盐土的改良效果和经济利用价值。     

加强红壤退化分区治理,促进东南红壤丘陵区现代高效生态农业发展

本文概述了我国东南丘陵区红壤退化现状、原因和治理意义,总结了30年来不同阶段红壤退化治理的成果,分析了红壤区域进一步发展现代高效生态农业的途径。论文提出针对红壤区域保障粮食安全、保护生态环境和应对全球气候变化的多重目标,在常规化学农业基础上,充分利用区域水热资源优势,融合生态农业、循环农业和智慧农业等模式的科学理念和优势,创新区域现代高效农业的建设原理、关键技术、配套政策法规和管理体系;针对红壤退化的区域特征,开展流域尺度红壤退化的综合治理和适度规模经营,建立红壤流域智慧农业发展模式,促进红壤区域农业现代化。