保护性耕作对黄壤坡耕地水土流失及作物产量的影响

[目的]分析保护性耕作对黄壤坡耕地水土流失及作物产量的影响,为贵州省坡耕地水土流失治理及农业可持续发展提供科学依据。[方法]在西南地区典型黄壤坡耕地设置不施肥+顺坡平作(TR_1)、常规施肥+顺坡平作(TR_2)、优化施肥+顺坡平作(TR_3)、优化施肥+横坡垄作(TR_4)、优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖(TR_5)、优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖+等高植物篱(TR_6)共6个不同试验处理的监测小区,于2017—2018年监测了不同处理间作物产量、地表径流量、氮磷流失量、土壤养分含量的差异,并分析其相关性。[结果]①TR_4,TR_5,TR_6较TR_3的径流量分别减少了59.72%,74.13%和89.18%,氮磷流失总量与径流量趋势相同;②TR_5,TR_6对全量养分含量影响最大,其中全氮比TR_4作高20.00%,23.67%,比TR_3高23.53%,27.31%;③TR_4,TR_5,TR_6处理下的玉米在保持较高产量的同时,作物产量稳定性(SI)和可持续性(SYI)最好;④玉米、油菜产量与全氮、全磷、有效磷、有机质呈极显著正相关(p0.01),与速效氮呈显著正相关(p0.05);玉米产量与氮素流失量、磷素流失量、径流量呈极显著负相关(p0.01)。[结论]在坡耕地实施保护性耕作能有效降低地表径流发生,减少氮磷流失,保持土壤养分肥力的同时促进作物高产,并实现稳产及可持续生产,且实施综合保护性耕作的效能大于单项保护性耕作。     

长期不同施肥对水稻干物质和磷素积累与转运的影响

【目的】 磷是制约黄壤生产力的重要限制因子，提高作物的磷效率是农业科学研究的热点之一。探讨不同施肥模式对水稻干物质和磷素积累与转运的影响，为黄壤稻田合理施用磷肥提供理论依据。 【方法】 依托22年的黄壤 (水田) 长期定位试验，选取其中6种施肥模式:不施肥 (CK)；不施磷肥 (NK)；平衡施用化肥 (NPK)；单施有机肥 (M)；1/2有机肥替代1/2 NP (0.5 MNP)；有机肥化肥配施 (MNPK)。除CK和MNPK外，NK、NPK、M、1/2 MN处理为等氮量165 kg/hm2，施磷量依次为P₂O₅ 0、82.5、79.4、81.0 kg/hm2，MNPK施N 330 kg/hm2、P₂O₅ 161.9 kg/hm2。于水稻分蘖期、开花期及成熟期，采集水稻植株样品，分析比较各处理水稻产量、干物质和磷素积累与转移特征、磷肥吸收利用效率的差异。 【结果】 水稻产量、干物质和磷素积累量大小顺序均表现为MNPK > M > 0.5 MNP > NPK > CK > NK。磷素积累快速增长开始 ( t₁) 和结束 (t₂) 时间均较干物质积累提前2～8 d和5～20 d，且磷素积累快速增长持续时间 (Δt) 也较干物质缩短了4～12 d，表明磷素快速吸收较干物质早，且持续时间短。处理NK、NPK、0.5 MNP、MNPK干物质最大增长速率 (V_m) 出现时间 (t₀) 以及t₁、t₂分别比CK和M处理滞后5～10 d、1～4 d、6～16 d，Δt延长了1～14 d。各处理干物质和磷素积累的V_m均表现为M、MNPK > 0.5 MNP、CK > NPK > NK。水稻籽粒干物质积累量主要来源于花后干物质积累，磷素积累量则主要来源于花前磷素积累向籽粒的转运，各处理花后干物质积累率为29.5%～43.4%，施用化肥各处理显著高于CK和M处理，各处理花前磷素积累率为60.5%～85.6%，大小为CK > NPK、M > NK、0.5 MNP、MNPK。与NPK处理相比，M和0.5 MNP处理磷肥吸收效率、磷肥偏生产力、磷肥利用率分别显著提高了0.43 kg/kg、48.9 kg/kg、40.8个百分点和0.26 kg/kg、32.2 kg/kg、25.3个百分点。 【结论】 黄壤地区水稻栽培中长期缺磷不利于花后干物质的积累，也不利于花前磷素的积累，严重制约水稻产量和磷吸收量的提高。在氮磷钾投入平衡前提下，长期单施有机肥可促进花前干物质和磷素的积累及其向籽粒的转运，但不利于花后干物质和磷素的积累，长期单施化肥可延长干物质和磷素积累的快速增长持续时间，但最大增长速率较小，而长期有机无机配施均较有利于促进水稻花前和花后干物质和磷素的积累，水稻产量和磷肥利用率均较高，是最合理的施肥方式。      

喀斯特石漠化地区土地利用方式对土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征的影响

分析石漠化地区三种常见的土地利用方式（撂荒地,AL;玉米地,CF;果树地,FD）对土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响,为喀斯特石漠化地区地力提升提供理论依据。采集同一区域不同土地利用方式土壤样品,采用干筛法和湿筛法进行团聚体分级,对比分析不同土地利用方式下土壤养分含量及土壤团聚体的粒径分布、结构稳定性、有机碳的分布特征。结果表明,FD各土壤养分均高于AL和CF,其中FD的土壤有机碳含量分别较AL和CF显著提高25.45%和21.86%,全氮含量显著提高22.42%和19.76%。FD > 5 mm机械性和水稳性团聚体组成均显著高于AL和CF,< 0.25 mm的水稳性团聚体组成则显著低于AL和CF。不同土地利用方式 > 0.25 mm团聚体组成（R_0.25）、平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）均表现为FD > AL > CF,团聚体破坏率（PAD）和不稳定团粒指数（E_LT）则表现出相反趋势。FD不同粒径团聚体有机碳含量分别较AL和CF提高了4.39% ~ 36.69%和8.11% ~ 27.51%,且 > 5 mm粒径团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率分别较AL和CF显著提高了6.03%和9.64%,而 < 0.25 mm粒径团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率则显著降低了46.02%和57.42%。相关分析表明土壤有机碳含量与MWD、GMD、R_0.25 呈显著正相关,土壤有机碳含量是影响土壤团聚体稳定性最重要的土壤养分指标。在喀斯特石漠化较严重地区,采取退耕还林可提高土壤养分和改善土壤团粒结构,促进喀斯特石漠化生态环境的改善。     

长期不同施肥下黄壤综合肥力演变及作物产量响应

【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。      

长期施磷对水稻锌吸收、积累和转运的影响

水稻是中国南方地区的主要粮食作物,其籽粒锌营养强化是近年研究的热点,水稻磷与锌的吸收利用存在互作效应。研究长期不同施磷模式对水稻锌的吸收、积累与转运的影响,为通过合理施肥提高水稻的锌营养提供理论依据。依托22年的黄壤(水田)长期定位试验,选取其中7种施肥模式:不施肥(CK)、偏施氮肥(N)、偏施氮钾肥(NK)、平衡施用化肥(NPK)、单施有机肥(M)、1/2有机肥替代1/2NP(0.5MNP)、全量有机肥化肥配施(MNPK)。CK、N、NK处理不施磷,NPK、M、0.5MNP处理施磷量依次为P_2O_5 82.5、79.4、81.0 kg·hm~(-2),MNPK施磷量为P_2O_5 161.9 kg·hm~(-2)。于水稻分蘖期、开花期及成熟期,采集土壤和植株样品,分析比较各处理土壤有效锌含量、植株锌含量及其锌积累和转运特征差异。水稻各生育时期土壤有效锌含量基本表现为MNPK≥M0.5MNPNPK≥CKN,NK,长期施用有机肥可提高土壤有效锌含量;与NPK处理成熟期植株相比,CK、N、NK处理茎叶和籽粒锌含量分别提高了-2.0%～44.0%和15.7%～46.7%,MNPK处理茎叶和籽粒锌含量分别降低了22.0%～38.7%和12.0%～19.8%,M和0.5MNP处理籽粒锌含量提高了6.4%～14.4%;各处理成熟期茎叶和籽粒P/Zn分别为6.2～67.2和62.2～225.2,均以CK、N、NK处理最低,MNPK处理最高;不同施肥处理间水稻植株锌积累量无显著差异,锌转运量及其贡献率均以M处理最高,NPK和N处理最低,花后锌积累量及其对籽粒的贡献率则相反。相关分析和多因素方差分析结果表明,水稻茎叶和籽粒锌含量与磷含量和土壤有效磷含量呈显著负相关,土壤有效锌含量主要与有机肥施用量有关,而水稻茎叶和籽粒锌含量则主要受磷肥施用量影响。综上,长期不施磷可提高水稻籽粒锌含量,但严重制约水稻产量的提高,长期高量施磷可提高水稻籽粒产量,但却降低了籽粒锌含量。适宜施磷量下,有机无机配施既可实现作物高产又可提高籽粒锌含量,是黄壤稻田上实现作物高产优质的有效途径。此外,本研究中土施锌肥对提高水稻籽粒锌含量效果有限,为进一步提高水稻籽粒锌含量,还应重视叶面锌肥的施用。     

基于文献计量的贵州喀斯特地区石漠化等级土壤养分状况分析

明确贵州喀斯特地区不同石漠化等级土壤养分状况,为石漠化防治和生态系统恢复提供参考。收集公开发表的涉及贵州不同石漠化等级土壤养分的研究论文,对有关数据进行整理和分析。研究发现:(1)随石漠化等级增加,土壤容重不断增加,0.001 mm黏粒含量有下降趋势,0.05 mm砂粒含量则有增加趋势,但不同石漠化等级之间黏粒和砂粒含量均无显著差异;(2)土壤有机质、全氮、全磷、速效养分含量均表现为无石漠化(ND)轻度石漠化(LD)中度石漠化(MD)重度石漠化(SD),随石漠化等级增加呈幂函数下降,衰减速度为有机质有效磷碱解氮全氮速效钾全磷,从无石漠化到轻度石漠化演替过程土壤养分下降幅度最大;(3)土壤有机质和全氮与其他土壤理化指标之间极显著相关,且对石漠化地区土壤肥力贡献极大,可作为表征土壤-石漠化关系的敏感性土壤指示因子;(4)不同土地利用方式对石漠化地区土壤养分影响明显,土壤养分高低为林地草地耕地。土壤养分和地表植物群落结构与石漠化演替进程密切相关,贵州喀斯特石漠化地区增加地表覆盖度和开展有机培肥对防止土壤退化和石漠化生态恢复具有重要意义。     

长期不同轮作模式对黄壤团聚体组成及有机碳的影响

依托23年的黄壤长期定位田间试验,对比研究玉米单作(MM)、小麦||绿肥–玉米轮作(WMR)和油菜–玉米轮作(RMR)对土壤团聚体组成及有机碳的影响。结果表明:各处理机械稳定性团聚体和水稳性团聚体均以大团聚体(>0.25 mm的团聚体)为优势团聚体,占比高达93.04%和74.59%以上;WMR和RMR处理较MM处理显著提高了5~2 mm和2~1 mm机械稳定性团聚体含量及>5 mm和5~2 mm水稳性团聚体含量;WMR处理的水稳性团聚体MWD(平均重量直径)较MM处理显著增加了50%;WMR、RMR处理的PAD(团聚体破坏率)和ELT(土壤团聚体不稳定团粒指数)较MM处理分别显著降低了31.32%、25.97%和35.90%、30.65%;不同粒级水稳性团聚体中均以WMR处理的有机碳含量最高,>5、1~0.5、0.5~0.25 mm粒级团聚体的有机碳含量比MM处理显著增加了17.60%、34.41%、45.67%;土壤团聚体有机碳主要集中在>0.25 mm的大团聚体中,而在微团聚体中含量较少,轮作主要提高了>5 mm水稳性团聚体中有机碳的贡献率,WMR、RMR处理较MM处理分别提高了23.18和9.16个百分点。小麦||绿肥–玉米轮作能有效改善土壤团聚体组成,提高团聚体稳定性和有机碳含量,可作为贵州黄壤旱地较佳的轮作模式。