中国南方潴育性水稻土产量演变及其肥力驱动因素分析

系统分析了我国广西桂林、钦州及玉林3个潴育性水稻土长期常规施肥(F)和不施肥(CK)处理下,双季稻产量及土壤肥力随时间的变化趋势,并借助通径分析探明主要肥力因素对各点水稻产量的驱动差异和关联。结果显示,不施肥条件下,桂林点的基础地力较低,其产量随时间呈显著下降趋势(各季产量均值666~846 kg hm-2),而玉林和钦州点基础地力相对较高,其产量在试验期间相对稳定(各季产量均值3 500~4 577 kg hm-2)。常规施肥下,桂林点产量显著提高(较CK增产522%),且随时间呈显著上升趋势,另两试验点较CK增产20%~67%。常规施肥下,土壤肥力随时间呈稳定或不同程度的上升趋势,其中土壤有效磷初始值低于10 mg kg-1的桂林和钦州点上升幅度最大且均达到显著水平,而初始值为50 mg kg-1的玉林点变化不大。土壤有机质与全氮变化在各地不同,气温偏低的桂林点有机质呈上升趋势且全氮含量较高(3 g kg-1),气温偏高的玉林和钦州点有机质呈下降趋势且全氮含量较低(1~2.5 g kg-1),表明有机质的累积和释放上存在差异。双季稻产量的主要肥力驱动因子各地有差异,桂北地区桂林点土壤有效磷为首要因素,桂南地区玉林和钦州点土壤有机质及氮含量为主要的肥力因素。因此,依据区域特征采取有针对性措施是持续、高效培肥土壤的保证。     

华北平原小麦-玉米两熟作物区土壤培肥途径研究

研究了华北平原冬小麦、夏玉米轮作制度下不同施肥方式对土壤培肥的作用,进行了不同的秸秆、有机肥和无机化学肥料之间平衡配施的田间试验,结果表明,平衡施肥同时施用秸秆或有机肥后当年能显著增加土壤有机质、速效磷、速效钾含量.在较高肥力地块中"化肥平衡施肥+秸秆还田"的处理,土壤有机质比"不施肥、不还田"的对照增最多,增加1.9g kg-1,增加率达8.9%;"平衡施肥+秸秆+快速腐解菌"的处理,土壤苎苎钾含量最高,为202.50g kg-1,比对照增28.6%;在较低肥力地块中以"化肥平衡施肥+有机肥"土壤有机质、速效磷、速效钾增量最多.分别增加1.5g kg-1、6.9mg kg-1和32.5 mg kg-1,增加率分别达11.7%、39.8%和36.1%.     

基于TM数据的黑土有机质含量空间格局反演研究

以吉林省黑土区为例,采集区域土壤样本,获取Landsat TM遥感影像,基于有机质含量(SOM)与土壤反射率的定量关系,筛选出与土壤有机质分布相关的波段TM1、TM5,建立区域土壤有机质遥感预测模型。结果表明,表层土壤有机质含量的对数值与TM1、TM5的灰度值(Digital Number,DN)呈显著负相关关系,满足二次多项式回归关系,基于TM1、TM5波段DN值的回归模型预测研究区表层土壤有机质含量,结果可靠。研究区表层土壤有机质含量15 g kg-1的区域主要分布在东部地区,含量在15~20 g kg-1的区域主要分布在中部地区,含量在20~25 g kg-1的土壤主要集中在西部地区。调查表明东部地区和中部地区主要是典型黑土,地形部位较高,排水条件较好;西部地区主要是草甸黑土,地势平坦,地下水位适中,水分条件充足,有机质含量较高。     

洱海北部农田土壤碳、氮状况及肥力效应

在洱海北部农田采集了422个耕作层土壤(0~30 cm)样品,测试分析了土壤全氮、有效氮、有机质含量及分析其相互关系,结合多点基础地力试验结果,分析了土壤不同碳、氮含量与当季作物产量的相应关系。结果表明:洱海北部区域农田土壤全氮和有机质含量非常丰富,全氮含量主要分布于2.0~4.5 g kg-1之间,平均含量达到3.3 g kg-1,土壤氮主要为有机态氮为主;土壤有机质含量主要分布于40.0~70.0 g kg-1之间,平均含量达到56.3 g kg-1。作物相对产量与土壤全氮和有机质含量呈显著正相关,当土壤全氮含量达到3.0 g kg-1或有机质含量达到56.0 g kg-1以上时,不施氮条件下,水稻作物产量可以达到稳产。     

旱地不同土壤培肥技术效应研究

研究采用定位研究的方法,研究了化肥及其与有机肥、秸秆还田配施的土壤培肥技术在旱地土壤培肥、作物产量及水分利用等方面的作用效果,5年试验结果表明:单施化肥对提高土壤有机质及水分利用效率作用不明显,增施有机肥+秸秆还田土壤有机质含量增加5.0 g kg-1以上、速效K 73.5 mg kg-1,并也明显提高土壤全N与有效P含量;增施有机肥+秸秆还田较单施化肥小麦可增产高达9.40%,玉米增产10.94%;不同土壤培肥技术的稳增系数小麦大于玉米;增施有机肥+秸秆还田玉米水分利用效率小麦达1.63 kg m-3与1.66 kg m-3,玉米达2.64².80 kg m-3,明显高于不施肥处理及单施化肥处理,降水利用率则较单施化肥提高10%以上,较不施肥提高20%以上;玉米水分利用效率高于小麦40%以上,合理提高玉米产量是提高旱地水分利用效率的重要途径,年降水量600 mm左右且分布合理的情况下,旱地小麦玉米产量可达15 t hm-2。     

东北黑土区土壤肥力变化特征的分析

黑土区土壤肥力一直是人们关心的问题。通过选择在黑土区典型县份-德惠市的调查表明,耕地土壤有机质、全氮、有效磷与1980年相比较,分别增加了3.2g kg-11,0.11 g kg-1和5.70 mg kg-1,但有效钾下降了33.3 mg kg-1。土壤中有机质2003年盈余量48.7kg hm-2,氮15.07 kg hm-2,磷25.35 kg hm-2;钾亏损量170.62 kg hm-2。笔者认为,单纯从土壤营养管理角度看,目前黑土区耕地土壤肥力状况似乎没有想象的那么坏。但已有的研究也表明,黑土区耕地肥力的变化与现行的耕作制度有很大的关系。     

黑土区长期连作玉米农田土壤肥力变化及其评价——以德惠市为例

通过对德惠市12个乡镇3类长期连作玉米的黑土进行采样分析化验,并与1982年第二次土壤普查资料对比,发现除全K和速效K含量外.其他土壤养分都有不同程度的增加.长期连作玉米厚层黑土阳离子交换量(CEC)、全N含量增加最多,速效K含量减少最多:中层黑土土壤有机质、全P含量增加最多,全K含量下降最快:薄层黑土碱解N含量、速效P含量增加最多.通过对德惠市黑土农田肥力现状进行评价,结果表明,由于根茬还田,长期连作玉米黑土地力没有下降,黑土农田肥力较高,保肥、耐肥能力强:但土壤N素供应不足,需要依赖施用N肥保证产量.     

黑土坡耕地土壤有机质与生产力的空间关系

[目的]从田块尺度上揭示黑土坡耕地生产力与土壤有机质和全氮的空间关系,为坡耕地水土流失的治理和农业生产提供参考。[方法]利用经典统计学和地统计学的方法对典型黑土区坡耕地大豆产量与土壤有机质、全氮、海拔高度的空间关系进行分析。[结果]坡耕地大豆产量、土壤有机质和全氮含量存在较大变异,分别为0.05~0.26g/kg,19.27~52.64g/kg和0.95~2.38g/kg,但大豆产量与土壤有机质和全氮之间不存在显著的空间相关关系,与海拔高度之间存在负相关,但不显著。土壤有机质和土壤全氮之间存在极显著相关关系。[结论]坡耕地生产力受地形、地下水位、成土过程等结构性因子的影响约占2/3,受人类耕作、施肥、种植作物的影响只占1/3。水土流失是造成黑土农田生产力降低的主要因素。     

长期减量化施肥对水稻产量和土壤肥力的影响

为探讨减量化施肥对水稻产量及土壤肥力的影响,对巢湖流域连续10年减量化施肥和秸秆还田定位试验后的水稻产量、土壤有机质、有效氮磷钾、有效铜锌铁锰含量及土壤酶活性进行了测定和分析。结果表明:长期减氮30%或减磷50%处理对水稻产量无明显降低作用,减量+秸秆还田有增产作用,但增产不显著;减氮30%或减磷50%会降低土壤中有机质含量,增加土壤中速效钾、碱解氮含量,减磷50%土壤中的有效磷含量显著降低,减量+秸秆还田会增加土壤中的有机质、速效钾、碱解氮、有效铜锌铁锰含量,对有效磷的增加效果不显著;较不施肥相比,施肥能够明显提高土壤的酶活性,减少氮磷肥会一定程度地降低土壤中的酶活性,减量+秸秆还田对脲酶的增加效果不明显,但会显著增加土壤中性磷酸酶和蔗糖酶活性;土壤酶活性与水稻产量及土壤养分含量之间呈显著或极显著正相关关系。综合考虑减量化施肥对水稻产量和土壤肥力的影响,可提出在巢湖流域实施减量化施肥+秸秆还田处理来代替高产施肥。     

东北黑土农田养分时空演变分析

通过东北黑土农田的广泛采样、化验分析,目前黑土农田有机质含量平均为33.9 g kg-1,全氮1.91 g kg-1,速效磷24.85 mg kg-1,速效钾159.95 mg kg-1。1979年~2002年期间黑土农田土壤有机质下降了3.76 g kg-1~4.14 g kg-1,平均每年下降0.16 g kg-1~0.18 g kg-1;而土壤速效磷含量大幅度上升,已是原来1979年的2倍以上,23年里土壤速效磷上升了12.66 mg kg-1~14.66 mg kg-1,平均每年上升0.55 mg kg-1~0.64 mg kg-1。认为土壤速效磷是过去的20多年里人为生产活动改变最大的肥力因子,其他土壤养分指标的空间分布有较明显的地带性,存在显著的空间变异,尤其是土壤有机质、全氮、碱解氮与地理纬度高程度相关,受气候等自然因素影响较大。     

近30年来典型黑土肥力和生产力演变特征

【目的】 东北黑土区是我国粮食生产优势区和最重要的商品粮供应基地,明确黑土肥力现状及演变规律对黑土区耕地质量建设和粮食安全生产有重要意义。本研究拟以13个国家级黑土长期定位试验监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的黑土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国黑土肥力和生产力的演变特征,为黑土耕地质量管理和培肥提供科学依据和指导。 【方法】 利用时间趋势分析和平均值及中值分析的方法对近30年黑土常规施肥下土壤养分和作物产量的变化趋势进行了分析,分别总结了黑土有机质 (SOM)、全氮、有效磷、速效钾、pH以及玉米产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和相关分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出黑土土壤肥力的主要贡献因子和影响黑土作物产量的主要肥力因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,黑土有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均有提高,土壤速效养分含量增幅明显,2012—2016年黑土有效磷含量平均值为37.73 mg/kg,较监测初期的平均值 (17.38 mg/kg) 显著提高了117.1%;土壤速效钾含量也显著升高,2012—2016年速效钾的平均含量 (224.31 mg/kg) 较监测初期 (171.50 mg/kg) 提高44.9%。黑土的pH值呈现下降趋势,经过近30年长期施肥,黑土的pH值下降了0.59个单位。主成分分析结果表明,黑土土壤肥力整体增加的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。相关分析结果表明,影响玉米产量的主要肥力因子是土壤有机质和全氮含量。 【结论】 在农民习惯施肥管理模式下,近30年黑土肥力和生产力水平整体提高,但持续提升肥力后效不足,同时土壤pH值降低,存在酸化的风险;黑土肥力提升的主要障碍因子是土壤全氮和有机质含量,所以黑土耕地培肥应该在平衡配施氮磷钾肥的基础上增加有机物料投入。      

边界线法解析冀中南麦区基础地力产量的土壤养分影响因子

基础地力产量是表征土壤生产能力的重要指标,对基础地力产量及土壤养分影响因子的研究可为河北省中南部冬小麦产区地力提升及增产提供指导和理论依据。该文利用河北省2006—2013年测土配方施肥项目布置的876个示范试验数据,研究了河北中南部冬小麦基础地力产量、产量差及基础地力贡献率,利用边界线分析方法,将农田土壤养分因子对基础地力产量差的贡献率进行了定量化,解析了土壤养分影响因子。结果表明:河北冬小麦基础地力产量在1 080～7 404 kg/hm~2之间;以最高产量为参照,各试验点的基础地力产量差为69～6 324 kg/hm~2(平均值为2 831 kg/hm~2)。基础地力对农户产量的贡献率均值为71.1%,基础地力贡献率随基础地力产量的增加而提高,呈显著正相关关系,基础地力小麦产量每提高1 000 kg/hm~2,基础地力贡献率提高8%。应用边界线分析方法对土壤养分因子与基础地力产量进行分析,土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾5种土壤养分因子与边界点均有较好的拟合关系(R2分别为0.837、0.881、0.750、0.682和0.951),土壤基础养分对基础地力产量差的贡献率以有机质、pH值和碱解氮最高,分别为16.6%、10.9%和10.5%,速效钾和有效磷的贡献率分别为4.1%和2.9%,河北省农田土壤培肥时应优先提升有机质与碱解氮,并优先调节土壤pH。河北省冬小麦田土壤在pH值8.1、有机质24.6 g/kg、碱解氮120.6 mg/kg、有效磷12.4 mg/kg、速效钾89 mg/kg时养分效率最高,是农田土壤最优养分目标。边界线方法能够对区域尺度基础地力产量土壤养分影响因子进行分析,可为农田土壤培肥指明方向。     

水热条件和土壤类型对纤维素分解菌的影响

试验选择中国东部3个气候带上的主要农田土壤:寒温带黑龙江海伦的黏化湿润均腐土(黑土)、暖温带河南封丘的淡色潮润雏形土(潮土)和中亚热带江西鹰潭的黏化湿润富铁土(红壤),在海伦、封丘和鹰潭3个生态试验站建立土壤置换试验,研究玉米不同生育期水热条件和土壤类型对好氧性纤维素分解菌数量的影响。结果表明,暖温带气候条件下土壤好氧性纤维素分解菌数量高于中温带和中亚热带气候条件;土壤类型显著影响了土壤好氧性纤维素分解菌数量,变化顺序为黑土>潮土>红壤;在玉米不同生育期土壤纤维素分解菌数量的顺序均为抽雄期>收获后>种植前;施用化肥提高了土壤中好氧性纤维素分解菌的数量。相关分析显示土壤好氧性纤维素分解菌数量与土壤有机质、全氮、全磷、全钾、含水量和pH值呈显著正相关,土壤温度和含水量是影响土壤好氧性纤维素分解菌数量的重要环境因子。通径分析结果表明,土壤养分是决定土壤好氧性纤维素分解菌数量的主要因子,水热条件对其直接作用并不明显,但水热、施肥、土壤类型对纤维素分解菌数量有显著的交互作用。     

Erosional impacts on soil properties and corn yield on Alfisols in central Ohio

Accelerated soil erosion can impact upon agronomic productivity by reducing topsoil depth (TSD), decreasing plant available water capacity and creating nutrient imbalance in soil and within plant. Research information on soil‐specific cause – effect relationship is needed to develop management strategies for restoring productivity of eroded soils. Therefore, two field experiments were established on Alfisols in central Ohio to quantify erosion‐induced changes in soil properties and assess their effects on corn growth and yield. Experiment 1 involved studying the effects of past erosion on soil properties and corn yield on field runoff plots where soil was severely eroded and comparing it with that on adjacent slightly eroded soil. In addition, soil properties and corn grain yield in runoff plots were compared on side‐slopes with that on toe‐slopes or depositional sites. Experiment 2 involved relating corn growth and yield to topsoil depth on a sloping land. With recommended rates of fertilizer application, corn grain yield did not differ among erosional phases. Fertilizer application masked the adverse effects of erosion on corn yield. Corn grain yield on depositional sites was about 50 per cent more than that on side‐slope position. Corn plants on the side‐slope positions exhibited symptoms of nutrient deficiency, and the ear leaves contained significantly lower concentrations of P and Mg and higher concentrations of Mn and K than those grown on depositional sites. Corn grain yield in experiment 2 was positively correlated with the TSD. Soil in the depositional site contained significantly more sand and silt and less clay than that on the side‐slope position. There were also differences in soil properties among erosional phases. The soil organic carbon (SOC) content was 19\7 g kg⁻¹ in slightly eroded compared with 15\1 g kg⁻¹ in severely eroded sites. Aggregate stability and the mean weight diameter (MWD) were also significantly more in slightly eroded than severely eroded soils. Adverse effects of severe erosion on soil quality were related to reduction in soil water retention, and decrease in soil concentration of N and P, and increase in those of K, Ca and Mg. Severe erosion increased leaf nutrient contents of K, Mn and Fe and decreased those of Ca and Mg. Corn grain yield was positively correlated with aggregation, silt and soil N contents. It was also negatively correlated with leaf content of Fe. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

长期施肥下褐土生产力的演变及其影响因素

【目的】 土壤生产力提升和稳定是农业可持续发展的基础。研究过去30年间常规施肥条件下,褐土生产力的变化,厘清影响褐土生产力水平的主要因素,为褐土的培肥改良和生产力提升提供理论依据。 【方法】 基于全国28个长期定位试验点的褐土定位试验,分析了29年 (1988—2016) 不施肥和常规施肥两个处理的土壤肥力指标,并运用主成分分析方法分析了地力和施肥因素对产量的影响。 【结果】 1) 不施肥处理小麦和玉米产量均为先降低后缓慢升高,均值分别为3175和4056 kg/hm2;常规施肥处理小麦产量逐渐升高,玉米产量趋于平稳,均值分别为6124和7432 kg/hm2;小麦和玉米的增产量先升高后降低,均值分别为2901和3429 kg/hm2。施肥提高了作物产量的可持续性指数 (SYI),小麦和玉米SYI值分别为0.57和0.54,分别提高了54.82%和52.49%;降低了变异系数 (CV),小麦和玉米分别降低了44.70%和40.77%。2) 褐土区小麦季和玉米季地力贡献率分别为53.0%和54.2%,变异系数分别为41.2%和37.6%。肥料总量的农学效率,小麦先升高后降低,均值为6.36 kg/kg,玉米先降低后趋于平稳,均值为13.89 kg/kg。氮肥农学效率随施肥年数增加而降低。3) 主成分分析结果表明,影响小麦产量的5个主成分的累积贡献率为71.729%,影响玉米产量的4个主成分的累积贡献率为67.948%,对于两种作物,有机肥用量的影响最大,其次是土壤全氮和有机质含量。 【结论】 褐土区土壤生产力受有机肥用量和土壤全氮、有机质含量的影响最大,因此褐土区生产力的提高与地力的提升和肥料的科学施用密切相关。地力提升可以采取秸秆还田、施用有机肥等措施;肥料施用需要适当提高磷肥的比例,降低氮肥的比例,同时适当提高有机肥的比例。      

渭北旱塬侵蚀退化土壤生产力的恢复与评价

土壤侵蚀会降低生产力,威胁农业生产,因此,对土壤生产力进行恢复和评价具有重要意义。通过人工剥离熟土层,模拟研究不同侵蚀程度下的土壤生产力,选取施肥和覆盖表土2种恢复措施,对其土壤生产力的恢复情况展开研究并进行评价。结果表明:1)土壤侵蚀能够使土壤的理化性状恶化,施肥和覆土均能很好地改善土壤密度和孔隙度等,并能够增加土壤有机质及其他养分的质量分数。2)土壤侵蚀会降低作物产量,在不施肥下,每侵蚀1cm熟土层,玉米产量平均下降1.27%,施肥下每侵蚀1 cm熟土层,玉米产量比对照平均增加0.87%;而每覆盖1cm熟土层,玉米产量平均增加0.91%,但并不能完全补偿侵蚀造成的产量损失。3)利用土壤生产力指数模型(PI模型)计算出了不同措施下的生产力指数,发现:无肥下侵蚀的生产力指数最低,平均每侵蚀1 cm熟土层,生产力指数下降2.17%,施肥下平均每侵蚀1 cm熟土层,生产力指数比无肥增加1.09%,而平均每覆盖1 cm熟土,生产力指数增加1.29%;表明覆土较施肥更易提高土壤生产力。4)对产量和生产力指数进行相关性分析,得出二者具有很好的正相关关系,说明用生产力指数来衡量土壤生产力的高低是可行的。     

连续3年施用生物有机肥对土壤有机质组分、 棉花养分吸收及产量的影响

采用盆栽试验,研究了连续3年施用生物有机肥对3种土壤有机质组分、 棉花养分吸收量及产量的影响。结果表明,连续施肥3年后,不同有机质含量土壤的有机质组分含量、 棉花养分吸收量及产量均较不施肥有不同程度的提高。3种土壤随着施肥量的增加,土壤有机质总量和活性有机质组分（活性有机质、 中活性有机质、 高活性有机质）增加,活性有机质在3年后的增加幅度高于有机质总量,说明连续施用生物有机肥可以改善土壤有机质质量。高等、 中等有机质含量的土壤施用生物有机肥2030 g/kg时养分吸收量最大; 低等有机质含量的土壤在施用生物有机肥40 g/kg时养分吸收量最高。高、 中、 低等有机质含量的土壤棉花产量分别在施用生物有机肥20、 20、 40 g/kg时最大,较不施肥增加了54.05%、 37.15%、 104.08%。通过相关分析表明,随着土壤的本底有机质含量由高到低,有机质组分、 棉花养分吸收量及产量之间的相关性则越好,养分吸收量和产量存在极显著相关。     

砂姜黑土薄荷施肥技术研究

研究了砂姜黑土薄荷施肥技术，结果表明，在薄荷分枝期追施N138kg／hm^2时，基肥施N易使薄荷前期旺长，过早封行，通风透气差，会造成收获期薄荷大量落叶，进而影响薄荷油产量。K肥能显著提高薄荷产量，在低K用量时，氯化钾和硫酸钾增产效果相近，但在高钾用量时，则硫酸钾增产效果明显好于氯化钾，表明高用量的氯对薄荷油有不利的影响，从降低成本和提高产量两方面考虑，硫酸钾和氯化钾配合施用可获得较理想的效果。施用P肥对薄荷生长和产量提高效果不大，且P肥过高会影响薄荷的生长。     

黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响及其评价

为了研究黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响,采用盆栽试验,人为剥离黑土表层0、5、10、15、20、25和30 cm土壤以模拟侵蚀厚度不同的耕层土壤,分析土壤侵蚀厚度对土壤理化性质、大豆生物性状和水分利用效率等指标的影响。并对TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)模型进行改进,用于评价侵蚀厚度不同的土壤的土地生产力。结果表明:土壤全N、碱解N、全P、速效P、有机质含量和土壤田间持水率均随侵蚀厚度的增加而递减,土壤容重随侵蚀厚度的增加而递增。土壤侵蚀厚度对大豆生长有显著影响,随着侵蚀厚度的增加,大豆减产率呈"S型"曲线递增,产量、耗水量呈"Z型"曲线递减,水分利用效率呈指数曲线关系递减。改进的TOPSIS模型对不同侵蚀厚度下土地生产力的评价结果较为理想,计算的土地生产力指数随土壤侵蚀厚度的变化呈"Z型"曲线,与大豆产量的变化趋势相同,且二者呈指数函数关系,决定系数达0.996,均方根误差为0.65。研究结果可为黑土区土壤侵蚀防治提供理论依据。