东北典型县域稻田土壤肥力评价及其空间变异

  【目的】  明确东北典型县域稻田土壤肥力空间变异特征，为该区域稻田土壤合理培肥管理提供科学依据。  【方法】  以黑龙江省方正县为研究区域，2017年在该研究区域采取114个代表性点位的稻田土壤，选取容重、pH、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量、有机质含量和阳离子交换量作为土壤综合肥力评价指标，采用相关系数法确定各个指标的权重，根据东北稻田土壤特征，选择隶属度函数曲线，并确定隶属度函数转折点，依据模糊数学法的加乘原理，利用各土壤肥力指标的权重值和隶属度值计算土壤综合肥力指数；采用GIS和地统计学相结合的方法，确定各项肥力指标和综合肥力指数的空间变异特征和分布格局；通过主成分分析探究土壤肥力差异的主控因子。  【结果】  描述性统计分析表明，方正县稻田土壤综合肥力指数在0.18～0.99，平均值为0.60。土壤容重和pH的变异系数分别为9.15%和5.69%，属于弱变异强度，其他肥力指标的变异系数在20.01%～36.18%，属于中等变异强度。地统计学研究表明，土壤容重、全氮含量、有机质含量和阳离子交换量的块金系数在39%～50%，它们具有中等强度的空间自相关性，土壤pH、有效磷含量、速效钾含量和综合肥力指数的块金系数均在25%以下，它们具有强烈的空间自相关性。方正县土壤综合肥力指数值在0.70以上的稻田占16%，在0.60～0.70的稻田占45%。各个肥力指标中，土壤有效磷含量和速效钾含量的分布特征与综合肥力指数相似，呈南高北低的分布格局；土壤pH和阳离子交换量由稻区中部向南北方向逐渐降低；土壤容重由西北向东南呈逐渐降低的趋势；土壤有机质和全氮含量均表现为由东南向西北逐渐降低的趋势，土壤有机质含量在30 g/kg以上的稻田占比为97%，土壤全氮含量在1.5 g/kg以上的稻田占比为84%；其中北部蚂蚁河沿岸土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量相对较低。利用主成分分析得到各项肥力指标的综合得分值由大到小依次为:土壤有效磷含量、速效钾含量、有机质含量、阳离子交换量、全氮含量、pH和容重。  【结论】  方正县61%的稻田土壤肥力处于中等及以上水平，稻田土壤肥力整体呈现出南高北低的分布格局。土壤有效磷和速效钾含量是造成土壤肥力差异的主要因子。     

长期施钾对双季玉米钾素吸收利用和土壤钾素平衡的影响

  【目的】  玉米 (Zea mays L.) 生产需要投入大量的钾素营养。研究长期大量投入钾素对玉米钾素吸收利用以及土壤钾素平衡的影响，旨在保障该地区双季玉米的高产高效和土壤钾库平衡。  【方法】  红壤钾肥长期定位试验位于江西省进贤县，始于1986年，种植制度为一年两季玉米。试验处理包括不施肥对照 (CK)，氮磷化肥 处理(NP)，氮磷钾化肥处理(NPK)，2倍量的氮磷钾化肥处理 (DNPK)，氮磷钾化肥+有机肥处理 (NPKM) 和单施有机肥处理 (OM)。每季收获后，调查分析玉米产量和钾素含量，以及耕层土壤有效钾含量，计算玉米钾素吸收量、钾肥利用率、钾肥收获指数、钾肥农学效率和土壤钾素表观平衡；并以每10年为一个阶段，分析玉米产量、钾素吸收利用等指标及耕层土壤速效钾含量、钾素表观平衡等的变化规律。  【结果】  在试验的33年（1986—2018）间，NPK、DNPK、NPKM和OM处理的玉米年均产量和年均吸钾量均显著高于NP处理。在试验的第一个10年 (1986—1995年) 间，各钾肥处理间玉米产量和吸钾量无显著差异；而在第3个10年 (2006—2015) 和后3年 (2016—2018年) 间，NPKM处理的玉米年产量和年吸钾量分别比NPK处理提高了129.9%～246.7%和55.2%～62.1%。33年玉米的年均钾肥利用率以OM处理最高，而DNPK处理显著低于其他处理。在2006—2015和2016—2018年，NPKM处理的钾肥利用率显著高于DNPK处理，在2016—2018年间分别比NPK和DNPK处理显著增加了56.0%和119.2%。与NPK处理相比，1996—2005、2006—2015和2016—2018年间NPKM处理的年钾肥收获指数分别提高了61.6%、53.5%和35.8%，年钾肥农学效率分别增加了23.3%、227.8%和445.5%。除了1986—1995年间OM处理土壤钾素为亏缺外，其他施钾处理的土壤钾素均为盈余，NPKM处理的钾盈余量比NPK处理增加了53.2%～211.6%。钾素盈余量与耕层土壤速效钾含量显著相关 (P < 0.001)，钾素盈余量每增加1 kg/hm2，2016—2018年间耕层土壤速效钾含量增加2.60 mg/kg，明显高于1996—2005和2006—2015年的1.40和1.18 mg/kg。  【结论】  除前10年的单施有机肥处理外，其他施用钾肥处理在试验期间土壤钾素均处于盈余状态，钾肥施用量和钾肥来源对玉米钾素的吸收量没有显著影响。试验20年之后，有机无机肥配施对玉米产量、吸钾量和钾肥利用率的提升优势逐渐凸显。同时，长期施用钾肥导致的钾素盈余量增加会进一步提升耕层土壤速效钾含量，且随着试验年限的延长，钾素盈余量对耕层土壤速效钾的提升作用逐渐增加。     

近30年中国主要农田土壤pH时空演变及其驱动因素

  【目的】  研究中国农田土壤pH时空变化特征及其主要的驱动因素，为土壤酸化阻控、土壤质量提升和土地可持续利用提供理论基础。  【方法】  基于农业农村部布置在全国主要农田区域的耕地质量监测点数据 (950个)，分析旱地、水旱轮作、水田等不同土地利用类型下土壤pH时空变化特征，并利用提升回归树模型探究影响土壤pH变化的主要驱动因素。  【结果】  就全国而言，土壤pH及其变异系数表现为旱地 (6.74 ± 1.19和17.63%) > 水旱轮作 (6.54 ± 0.93和14.26%) > 水田 (5.80 ± 0.81和13.95%)，其中华南地区农田土壤pH表现为水田 (5.74 ± 0.79) 大于水旱轮作 (5.47 ± 0.56) 和旱地 (5.45 ± 0.91)。从监测初期 (Ⅰ阶段，1988—2000) 到监测中期 (Ⅱ阶段，2001—2010)，旱地和水田土壤pH整体上随时间呈降低趋势，下降速率分别为0.065和0.054/年 (P < 0.01)，而水旱轮作土壤pH无显著变化；从Ⅱ到Ⅲ阶段 (2001—2018)，旱地和水旱轮作土壤pH整体上随时间呈上升趋势，上升速率分别为0.022和0.016/年 (P < 0.05)，而水田土壤pH无显著变化。东北、华北、西南、长江中下游地区的旱地土壤pH随时间均呈线性下降趋势 (P < 0.05)，而华南地区从Ⅱ到Ⅲ阶段呈线性上升趋势 (P < 0.01)；西南、长江中游和华南地区水田土壤pH从Ⅰ到Ⅲ阶段呈线性下降趋势 (P < 0.01)，而东北、西南和长江下游地区pH从Ⅱ到Ⅲ阶段呈上升趋势 (P < 0.01)；西南地区水旱轮作土壤pH从Ⅰ到Ⅲ阶段呈线性下降趋势 (P < 0.01)，而华北、长江下游和华南地区pH从Ⅱ到Ⅲ阶段呈上升趋势 (P < 0.05)。通过Pearson和提升回归树分析发现，年均降雨量是造成土壤pH空间尺度上差异的最主要因素，其次是土壤质地、容重和有机质含量。此外，在旱地土壤上长期的氮肥投入和在水田和水旱轮作土壤上钾肥的投入对pH变化的影响较大。  【结论】  整体而言，我国旱地和水田土壤pH从监测初期到中期呈快速下降趋势，而旱地和水旱轮作土壤pH从监测中期到2018年呈缓慢增加趋势。东北地区的旱地土壤pH呈持续下降趋势，需要引起重视。氮肥在旱地和钾肥在水田上的施用导致土壤pH的降低，今后应优化水肥运筹，通过改善土壤容重和有机质进而有效调控土壤pH。     

轻型栽培和秸秆还田对水稻产量和根系特征的影响

轻型化栽培技术和秸秆还田是水稻生产的发展趋势。为研究轻型化种植和秸秆还田对水稻产量和根系分布的影响,利用设立于2008年的田间定位试验,系统分析了耕作、种植方式和秸秆还田与否下连续3年的早稻产量和根系干物质、根系形态等指标。结果表明:浅耕处理的早稻产量为8000 kg/hm2,比传统深耕处理降低了23~241 kg/hm2,降幅较小。虽然直播、抛秧和插秧的基本苗数不同,但是3种种植方式早稻产量没有明显差异。而秸秆还田可以显著提高水稻产量,与秸秆移除的处理相比,秸秆还田处理的产量3年间平均增加了365 kg/hm2。在水稻根系方面,根干重、总根长、根系表面积和根尖数均集中在表土层(0~5 cm),且呈现出随着土壤深度的增加而显著减小的趋势。与深耕处理相比,浅耕处理在表土层的总根长和根尖数分别提高了23.34%和1.49倍,但3种种植模式没有显著规律。而秸秆还田措施显著增加了表土层的根系干物质,尤其是在浅耕条件下,秸秆还田可以显著增加表土层的根系总长、根系表面积和根尖数。这说明,在江西地区推广轻型化种植模式和秸秆还田措施有利于水稻根系发育,能够达到水稻高产。     

中国酸性土壤利用的科学问题与策略

中国土壤酸化呈现出全国普遍发生的趋势,对作物产量、农产品品质和生物多样性造成不利影响。自20世纪50年代以来,我国在酸性土壤方面开展了大量工作,取得显著成效,但因我国酸性土壤分布详情不明、土壤酸化机制存在争议、耐逆作物品种缺乏、作物酸害阈值不清、改良产品及技术落地性差等问题,酸性土壤利用仍受到极大限制。针对上述问题,绘制了新的中国土壤酸碱度图,明确了我国酸性土壤的分布详情,讨论了土壤酸化机制特别是氮肥与土壤酸化之间的关系,论述了土壤酸化的危害,解析了植物和微生物对酸性土壤的响应和适应机制,提出了分区分级分类改良、酸度改良和肥力提高并重、有机无机肥配施、发展特色农业等酸性土壤改良和利用策略,建议进一步加强酸性土壤新型改良剂、作物酸害阈值、氮肥高效利用、中微量元素、耐逆作物育种和土壤酸化模型等方面研究,以期为酸性土壤可持续利用提供支撑。     

保护地石灰性土壤有机质积累及可能影响研究

研究了保护地有机质积累特征及与硫酸根、硝酸根浓度的关系。结果表明,保护地蔬菜连作时,尽管在低棚龄段土壤有机质略有下降,但随后即开始大量积累,并渐趋稳定于一个较高的水平;有机质含量的这一变化趋势与土壤硫酸根、硝酸根的变化动态是负相关的。推测出随着土壤有机质的积累,土壤供氧条件恶化,并向还原态转变,其结果可能引起各种还原性有毒物质的积累。建议在蔬菜地管理中,加强以有机质管理为中心的有机肥管理。     

长期不同施肥模式红壤性水稻土磷素变化

【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27.9kg/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/hm~2,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。     

稻草覆盖对花生木薯间作系统产量和土壤性状的影响

研究了稻草覆盖对丘陵红壤旱地作物产量提升及土壤改良的效果,以期为南方丘陵红壤旱地土壤培肥、改良及稻草资源合理利用提供指导。通过设置不覆盖稻草、稻草覆盖和稻草覆盖+腐秆菌3个处理,分析了不同稻草覆盖对作物产量、土壤水分、土壤生物活性及土壤速效养分等指标的影响。结果表明:稻草覆盖能显著提高花生、木薯产量,而添加腐秆菌对花生、木薯产量增产效果不明显;稻草覆盖可明显促进土壤速效养分的积累,其中以速效钾提高最大,并显著提高土壤生物活性;稻草覆盖能明显提高土壤含水量,但主要影响0~20 cm土层土壤含水量。本试验条件下,稻草覆盖能显著提高作物产量,若增施腐秆菌可加速稻草秸秆的腐解,促进土壤速效养分的积累。     

促芽肥用量和留茬方式对赣东北地区再生稻产量和再生能力的影响

赣东北地区光热充足,非常适宜发展再生稻。为明确合理的促芽肥施用时期和留茬高度,本研究于2011年在江西省余江县设置了不同的促芽肥用量(170 N kg/hm2和125 N kg/hm2以及不施肥)、收割方式和留茬高度(留茬高度为60 cm和30 cm),探讨了不同处理对再生稻籽粒产量和产量构成、再生芽萌发能力的影响。结果表明,与不施促芽肥相比,施促芽肥的再生稻产量显著提高,平均增幅为48.9%和36.9%;其再生稻的每丛穗数、每穗粒数也显著提高。与机械收割相比,人工收割处理的产量显著提高,其再生芽萌发率、每丛穗数和每穗粒数比机械收割分别增加7.7%、27.9%和11.6%。在人工收割方式下,留高茬处理的再生稻产量、再生芽萌发率、每丛穗数和每穗粒数均明显高于留低茬处理。这说明,在赣东北地区,要保障再生稻高产,施促芽肥170 N kg/hm2、人工收割、留高茬是较好的再生稻管理模式。     

种植模式影响施肥导致的土壤反硝化势变化及其微生物机制

水田土壤反硝化势(soil denitrification potential,SDP)往往高于旱地土壤,但施肥对水田和旱地SDP的影响差异往往基于不同气候条件下的不同土壤类型获取,其准确性可能受外界条件干扰.以发育自同一母质的相邻水田和旱地长期试验为平台,比较不同施肥模式下水田和旱地SDP的变化及其与功能基因(nar...