西部地区紫色土近30年来土壤肥力与生产力演变趋势分析

【目的】 紫色土在我国分布范围广泛,面积约1889 × 104 hm2,近年来紫色土面临着土壤肥力和质量下降等问题。本研究以我国西部地区的8个紫色土长期定位试验监测点为对象,对近30年来紫色土的养分和生产力数据进行分析,以期探明农民长期常规施肥管理模式下紫色土肥力的演变特征,为土壤养分的管理和可持续利用提供科学性的指导。 【方法】 利用时间趋势分析和中值分析的方法,分别总结了紫色土土壤有机质 (SOM)、全氮 (TN)、有效磷 (AP)、速效钾 (AK)、pH、碳氮比以及小麦、玉米、甘薯产量在不同监测阶段的演变特征和总体变化趋势,分析了紫色土常规施肥管理模式下土壤养分和作物产量的变化趋势;运用主成分分析和冗余分析方法,分别对上述6个肥力因子和三种作物产量进行分析,探究了紫色土土壤肥力的主要贡献因子和紫色土作物产量的主要影响因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,29年常规施肥下紫色土有机质和全氮含量无显著变化,但有效磷和速效钾含量均以不同程度增加。土壤有效磷含量在 2011—2016 监测阶段的平均值为15.34 mg/kg,比初始监测阶段 (6.10 mg/kg) 显著提高了151.4%;土壤速效钾含量在 2011—2016 年的平均值比初始监测阶段 (1988—1992年) 增加了17.23 mg/kg (提高了23.1%)。29年常规施肥管理模式下紫色土pH呈现显著的下降趋势,比初始监测阶段降低了0.24个单位。主成分分析结果表明,紫色土土壤肥力的两个决定因子是土壤有效磷和速效钾,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。冗余分析结果表明,影响紫色土整体作物产量的主要环境因子分别为土壤pH、有效磷和有机质含量。对小麦产量影响最大的肥力因子为土壤pH,对玉米产量影响最大的肥力因子为土壤有效磷,对甘薯产量影响最大的肥力因子为土壤速效钾。 【结论】 近29年来,在常规施肥管理模式下土壤有效磷和有效钾含量显著上升,一方面提高了玉米、甘薯生产力,但却导致了养分的不平衡,紫色土全氮含量和pH出现了下降,导致小麦产量出现下降风险。紫色土肥力的障碍因子是较低的土壤全氮和有机质含量。所以农民常规施肥不利于紫色土的培肥,应该注重平衡施肥,增施有机肥,在提高土壤磷和钾有效性的同时,保持土壤全氮和有机质的平衡。      

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。      

黄土高塬沟壑区农田土壤养分与作物产量变化的长期监测

【目的】 土壤养分含量是反映土壤肥力状况的重要指标,对农田肥料投入和土壤养分进行长期定位监测,有利于准确反映土壤养分变化趋势。利用黄土高塬沟壑区不同施肥监测区 10 年的长期监测资料,分析对比不同监测区土壤养分含量和作物产量的变化,分析土壤养分、产量与施肥的关系,为当地农田生产的施肥管理提供理论依据。 【方法】 本研究试验监测区的农田管理完全参照大田管理模式,共设置四大试验监测区,包括无肥监测区(CK)、化肥监测区(HF)、化肥有机肥监测区(HM)和农民地块监测区(NM),肥料均于作物播种前作为基肥撒施。在每年冬小麦收获期 6 月中下旬,或玉米收获期 9 月中下旬,采集表层(0—20 cm)土壤样品,处理后进行土壤养分的分析,并且在作物收获期测算作物产量以及植株地上部分的氮、磷、钾含量。 【结果】 与试验前相比,CK 监测区土壤有机质降低 1.73 g/kg,HF监测区增加 1.97 g/kg,HM监测区增加 2.20 g/kg,NM 监测区增加 1.44 g/kg;CK 监测区土壤全氮减少 0.08 g/kg,其他施肥监测区增加 0.05～0.13 g/kg;HF 监测区土壤碱解氮增加 7.8 mg/kg,而其他监测区均不同程度地降低;HM 监测区土壤有效磷增加最为显著,增幅达到 11.86 mg/kg,HF 监测区增加 8.42 mg/kg,NM 监测区增加 3.06 mg/kg,CK 监测区增加 2.44 mg/kg;CK 监测区土壤速效钾明显下降,降低 38 mg/kg 左右,NM 监测区增加最为显著,增加量为 27.5 mg/kg。对冬小麦而言,相比于 CK 不施肥区,HF、HM 和 NM 监测区都能够显著提高产量,但各施肥监测区之间产量差异不显著。农田养分平衡分析表明,化肥和有机肥配施,可使土壤中 N、P、K 素均有盈余;只施化肥时会导致土壤 K 素亏缺严重;当土壤长期不施用任何肥料时,土壤各养分元素均出现亏缺。 【结论】 在黄土高塬沟壑区,作物生育期降水量及其分配、积温条件和肥力水平对小麦产量影响显著。施肥 10 年后,各施肥区土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量都有不同程度的提高,土壤碱解氮只有单施化肥的增加。无肥监测区由初始含量的最高水平最终降至最低,证明了长期施肥对于土壤肥力的维持具有重要意义。另外,该地区农民地块存在过量施肥现象。      

西南紫色土不同施肥措施下土壤综合肥力评价与比较

【目的】 为探求长期不同施肥处理对作物产量的影响和土壤综合肥力的演变，寻求合理评价西南紫色土区域土壤综合肥力的方法。 【方法】 本研究以7年的定位试验的数据为基础，运用内梅罗指数法、相关系数法和因子分析法对不施肥对照 (CK)、化肥优化施用 (OP)、在化肥优化基础上有机肥氮替代50%化肥氮 (MF)、在化肥优化基础上有机肥氮替代100%化肥氮 (OM) 4个处理的土壤肥力进行综合评价。 【结果】 不同施肥处理下蔬菜和玉米的平均产量均表现为MF处理最大。在蔬菜季，MF处理显著提高了产量，相比OP和OM处理，榨菜分别增产27.8%和16.0%，大白菜分别增产28.6%和8.7%；在玉米季，MF处理的产量最大，为9907 kg/hm2，显著高于OP和OM处理，分别增产1199 kg/hm2和1273 kg/hm2。通过分析土壤单项肥力指标与作物产量的相关关系表明，土壤有机质、全氮和有效磷与作物产量均存在显著或极显著正相关关系，表明土壤有机质、全氮和有效磷对紫色土土壤肥力贡献大，是表征紫色土土壤肥力的重要指标。用3种评价方法计算的不同施肥处理的土壤综合肥力指数值 (IFI) 均表现为OM > MF > OP > CK，施用有机肥处理 (MF和OM) 处理IFI值要显著高于优化施肥处理。3种评价方法的IFI值与作物产量均呈显著或极显著关系，但3种评价方法的相关系数平均值从大到小表现为相关系数法 (0.5292) > 内梅罗指数法 (0.5252) > 因子分析法 (0.5130)，表明相关系数法比内梅罗指数法和因子分析法更可靠。 【结论】 在蔬菜?玉米轮作体系下，有机肥氮替代部分化肥氮能增加作物产量，提高土壤综合肥力水平。从3种评价方法的精确性来看，相关系数法比内梅罗指数法和因子分析法更可靠，在实践中优先使用。      

近30年我国典型水稻土肥力演变特征

【目的】 水稻土是我国面积最大、分布最广的耕地土壤类型,水稻产量约占全国粮食总产量的二分之一,明确水稻土养分演变规律对其质量建设和生产力输出有重要意义。本研究拟以136个国家级水稻土长期定位监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的水稻土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国水稻土肥力和生产力的演变特征,为水稻土合理培肥管理提供科学依据和指导。 【方法】 利用时间趋势分析结合平均值及中值分析的方法对水稻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,分别总结了水稻土有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH以及作物产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和冗余分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出水稻土肥力演变的主要贡献因子和影响水稻土作物产量的主控肥力因子。 【结果】 近30年常规施肥下水稻土肥力监测结果显示,与监测初期相比,水稻土有机质 (31.3～32.2 g/kg) 和全氮 (1.88～1.92 g/kg) 含量基本稳定,土壤速效养分含量明显升高。2012—2016年间水稻土有效磷平均含量 (20.1 mg/kg),比监测初期平均值 (15.2 mg/kg) 显著提高了32.2%;2012—2016年间水稻土速效钾平均含量 (92.1 mg/kg) 比监测初期 (77.8 mg/kg) 提高了18.4%。经过近30年施肥,水稻土pH值下降了0.35个单位。主成分分析结果表明,水稻土肥力提高的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷。冗余分析结果表明,影响作物产量的主要肥力因子是土壤速效钾、有效磷和有机质。 【结论】 近30年农民习惯施肥管理模式下,水稻土整体肥力略有提高,生产力水平明显提高,但土壤pH值降低,有酸化趋势;水稻土肥力演变的主要障碍因子是土壤有机质和全氮,所以水稻土培肥应该在平衡施用氮磷钾肥的基础上合理配施有机肥或秸秆。      

长期施氮、磷、钾化肥对玉米产量及土壤肥力的影响

以1990年建立的国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地(北京昌平站)的长期肥料定位试验为研究平台,研究了不同施肥制度对玉米产量和土壤肥力的影响。结果表明,长期均衡地施NPK肥或NPK与有机肥配施,可以显著提高玉米产量和土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾等肥力指标,并能提高土壤微量元素的含量;而不均衡施肥(N、NK、NP、PK)导致相应的营养元素的耗竭。相关分析表明,在褐潮土上增施磷肥和有机肥对提高玉米产量具有重要的作用。     

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。      

长期施肥下我国灌淤土粮食产量和土壤养分的变化

【目的】 灌淤土是我国西北地区重要的粮食和经济作物土壤。了解灌淤土上作物产量的变化,及其对长期施肥的响应,以及灌淤土生产力的变化与其氮磷钾含量的关系,为西北地区作物增产和灌淤土培肥与可持续利用提供理论依据。 【方法】 1988到2004年间,在宁夏银川市、吴忠市、石嘴山市和新疆和田市典型灌淤土区域陆续建立了7个国家耕地质量监测点。2016年,利用时间趋势分析法,探讨了作物产量随时间的变化趋势,分析了长期不施肥和常规施肥条件下,玉米、小麦和水稻产量、产量变异系数、可持续性指数、增产率及地力贡献指数的变化特征,并进一步探讨了增产率与土壤养分的关系。 【结果】 灌淤土上小麦产量随时间呈现递增的趋势,在2004年达到最高 (7.58 t/hm2),之后保持稳定,2016年约为初始年产量的3倍;玉米产量随时间一直呈递增趋势,2016年平均产量为9.8 t/hm2,约为初始年的两倍;水稻产量近年来变化不大。与不施肥相比,常规施肥下小麦、玉米 (28年间) 和水稻 (8年间) 分别平均增产3.43倍、3.20倍和1.21倍,产量可持续性指数分别提高了18.8%、148%和13.9%。监测以来,小麦和玉米农田的地力贡献指数略有下降,但变化不显著。水田的地力贡献指数以每年0.0125的速率增加。28年间,常规施肥使土壤全氮含量从0.4 g/kg提高到1.1 g/kg,有效磷和速效钾含量变化不大。小麦与玉米的增产率与土壤全氮含量呈显著直线正相关关系,小麦、玉米和水稻的平均氮肥农学效率分别为9.8、16.8和27.4 kg/kg。 【结论】 灌淤土上常规施肥 (主要是氮肥)有效提高了玉米、小麦和水稻的产量。土壤全氮含量呈增加趋势,有效磷和有效钾含量基本平稳。土壤肥力对玉米和小麦产量的贡献呈下降趋势,对水稻产量的贡献高且平稳。因此,灌淤土应在合理施用氮肥的同时,注重采取提升地力,实现作物的高产和高效。      

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。      

基于主成分和聚类分析的黑土肥力质量评价

【目的】 以吉林省农业科学院 (公主岭) 国家黑土长期定位试验基地为研究平台,定量评价不同施肥措施对土壤肥力质量的影响,为建立东北黑土区合理施肥模式和土壤肥力质量定量评价体系提供科学依据。 【方法】 通过主成分和聚类分析,综合评价了长期不同培肥措施的土壤肥力质量差异。以欧氏距离作为衡量不同处理肥力差异的大小,采用最短距离法对各定位施肥处理进行系统聚类。 【结果】 长期不同施肥处理的玉米产量与土壤酶活性、土壤全量养分、速效养分、有机质、微生物碳和微生物量氮都表现出显著或极显著正相关,与土壤pH值表现出负相关趋势。玉米产量与土壤硝态氮、铵态氮没有明显的相关性。土壤生物肥力与化学肥力呈极显著的正相关关系。土壤肥力质量排序为 1.5 (NPK + M1) > NPK + M2 > NPK + M1 > NPK + M1 (R) > NPK + S > NPK > CK,其中R表示轮作。不同培肥措施的土壤肥力质量可聚为4类, 1.5 (NPK + M1) 和CK单独聚为一类,分别为土壤肥力质量最好 (一等) 和最差 (四等); NPK + M2、NPK + M1、NPK + M1 (R) 三个处理聚为一类,土壤肥力质量为二等; NPK + S和NPK聚为一类,土壤肥力质量为三等。 【结论】 长期有机肥与化肥配施土壤肥力质量明显优于秸秆还田和单施化肥处理,秸秆还田的土壤肥力质量优于化肥单施。因此,应提倡长期有机无机肥配施以提高土壤肥力质量,实现农田的可持续利用。      

安徽省土壤有效硫现状及时空分布

【目的】 土壤有效硫是作物硫素营养的主要来源,在获取省域范围耕地土壤有效硫基础数据和硫肥试验研究结果的基础上,以地统计学特征分析和新的土壤有效硫分级指标统计为手段,研究全省土壤有效硫时空变化特点和区域性分布现状,掌握全省耕地土壤硫养分丰缺状况及供给水平,为科学施肥提供依据。 【方法】 选择安徽省砂姜黑土、潮土、黄褐土、水稻土等11个土类,采集农田0—20 cm耕层土样34.5万个。通过大样本数据的统计分析,利用ArcGIS进行Kriging插值的地统计学分析,按照本省耕地土壤有效硫新的丰缺分级标准,即极缺 (< 10.0 mg/kg)、缺乏 (10 ～16 mg/kg)、较缺乏 (16～22 mg/kg)、中等 (22～34 mg/kg) 和丰富 (> 34 mg/kg) 五级,结合第二次土壤普查分级指标对应分析,进行省域耕地土壤有效硫丰缺现状和时空分布研究。 【结果】 1) 全省耕地土壤有效硫含量范围在0.10 ～101.90 mg/kg之间,平均值为24.99 mg/kg,中位数为21.00 mg/kg。2) 全省耕地土壤缺硫概率较大。有效硫含量处于极缺 (< 10 mg/kg)、缺乏 (10 ～16 mg/kg) 与较缺乏 (16 ～22 mg/kg) 水平的分别占总样本数的13.76%、20.91%和18.43%。3) 省域总体缺硫状况由东向西递增、南北向中间趋减。按不同农业区域比较,淮北平原的宿州、亳州和阜阳市缺硫最严重,其次是皖南山区,又以黄山市、铜陵市土壤缺硫较严重。4) 土壤类型和时空变化上,以棕壤、黄潮土、粗骨土、红壤、黄壤、紫色土和砂浆黑土等缺硫最为严重。与20年前研究分析比较,沿江平原、江淮丘陵和皖西农区缺硫趋势减弱,而皖南山区土壤缺硫状况明显加重。目前,棕壤、砂姜黑土和黄棕壤缺硫频率和风险增大,而黄潮土、黄褐土和灰潮土缺硫频率降低。 【结论】 省域耕地缺硫 (< 22 mg/kg) 面积约311.19 × 104 hm2,占全省耕地总面积的53.10%。针对棕壤、砂浆黑土、黄潮土、红壤等九类土壤缺硫比率高 (39.67% ～56.89%之间) 的现状,应推荐含硫化肥或补施硫肥,降低作物缺硫风险。      

长期不同施肥处理红壤旱地剖面养分分布差异

【目的】 研究长期不同施肥措施下红壤旱地的培肥效果、养分迁移特征以及环境风险,对制定红壤旱地合理的养分管理和培肥技术,促进畜禽粪便的循环利用具有重要意义。 【方法】 依托始于1986年的红壤旱地肥料定位试验,选取不施肥 (CK)、氮磷钾肥配施 (NPK)、2倍氮磷钾肥配施 (2NPK)、有机肥 (OM) 和有机肥和氮磷钾肥配施 (NPKM) 5个处理,采集0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm、40—60 cm、60—80 cm、80—100 cm土壤样品,分析了pH值、有机质及氮磷钾养分含量。 【结果】 连续施肥28年后,红壤旱地土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾等含量均随着土壤深度增加逐步降低。与对照相比,施用有机肥显著提高了0—40 cm土壤的pH值,其余处理pH有所下降。长期施用化肥后,红壤旱地土壤有效磷、全磷、碱解氮和全氮在0—20 cm耕层累积,土壤速效钾的累积则达到40 cm深;与化肥处理相比,有机肥和有机无机肥配施处理0—40 cm土壤的全氮、碱解氮、速效钾、有效磷和全磷的含量显著增加,土壤全氮和碱解氮的下移累积达到40 cm,而土壤全磷和有效磷的下移累积则达到了60 cm。红壤旱地长期施用猪粪等有机肥主要增加了0—40 cm耕层土壤的磷素累积,而在剖面80 cm以下未表现出明显累积现象。 【结论】 长期施用化肥 (28年)处理养分主要在0—20 cm红壤旱地耕层土壤累积,而长期施用有机肥或有机无机肥配施还可以明显提高20—40 cm土壤养分含量,养分下移累积作用明显。此外,红壤旱地长期施用有机肥可以缓解耕层土壤的酸化、提高耕层土壤肥力水平,是增加培肥深度的有效措施,但是长期施用猪粪导致的氮磷下渗深度增加可能引起的环境风险也应引起重视。      

黑土有机氮肥替代率演变及其对土壤有机碳的响应

【目的】 探索长期有机培肥下黑土有机肥替代率与土壤肥力的量化关系,为农田土壤培肥和有机替代提供理论依据。 【方法】 本研究依托公主岭黑土肥力长期试验的32年定位观测数据,选取其中的4个处理即不施肥 (CK)、单施化学氮磷钾肥 (NPK)、单施常量有机肥[30 t/(hm2·a),M1]和单施高量有机肥[60 t/(hm2·a),M2],试验用化肥为尿素、过磷酸钙和硫酸钾,年施用N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2、K₂O 75 kg/hm2。分别测定作物产量、植株含氮量以及土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有机碳含量。基于作物氮素养分吸收量,探讨长期高产条件下施用不同量有机肥其替代率的变化特征,在分析高产条件下有机肥替代率与土壤肥力的基础上,进一步探讨两者之间的数量化关系。 【结果】 基于作物氮素养分吸收量,长期高产条件下高量有机肥处理 (M2) 的有机肥替代率高于常量有机肥处理 (M1),且高产条件下有机肥替代率与施肥年限呈极显著线性正相关 (P < 0.01);通径分析和多元逐步回归分析结果表明,土壤有机碳含量对高产条件下有机肥替代率有显著正效应,是决定高产条件下有机肥替代率差异的主要土壤肥力要素,决定了高产条件下有机肥替代率70%的变异。长期施用常量和高量有机肥处理 (M1和M2),黑土土壤有机碳含量显著增加 ( P < 0.01);土壤有机碳含量与高产条件下有机肥替代率非线性相关,并达到了极显著水平 ( P < 0.01)。 【结论】 化肥氮的有机氮替代率70%取决于土壤有机碳含量的高低。长期施用有机肥能显著提高土壤有机碳含量,在提升土壤肥力的同时,提升了有机氮对玉米吸收的贡献,减少了对化肥氮的依赖。黑土土壤有机碳含量达到24.89 g/kg时,有机肥对化肥的替代率趋近95%,达到最大值。      

连续施用无害化污泥堆肥对沙质潮土肥力的影响

【目的】 研究连续施用无害化污泥堆肥对土壤肥力和环境质量的影响,为无害化污泥资源化利用提供理论依据和技术支撑。 【方法】 通过2013—2015年田间定位试验,每年按照当地农民施肥量在小麦和玉米季分别施用N 225 kg/hm2、P₂O₅ 86 kg/hm2和K₂O 113 kg/hm2 (CK) 基础上,施用无害化污泥堆肥15 t/hm2 (W1)、30 t/hm2 (W2) 和45 t/hm2 (W3),共四个处理,每个处理3次重复。小麦、玉米收获后,采集0—20 cm土层样品,测定常规土壤理化性质、重金属含量以及微生物量碳氮 (SMBC、SMBN)。采用内梅罗指数法计算土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾分肥力系数IFI_i,以及土壤综合肥力指数 (integrated fertility index,IFI)。 【结果】 1)施用污泥堆肥处理IFI在试验的第三年 (2015年) 玉米季达到最大值,与CK相比,W1、W2和W3处理IFI分别显著提升了57.3%、95.2%和127.5% (P < 0.05),说明连续施用污泥堆肥可以有效提高土壤肥力水平,其中W3处理效果最明显。2) SMBC和SMBN含量随污泥堆肥施用时间增加而增加。相同作物同一污泥堆肥施用量处理,第三年 (2015年) 的SMBC和SMBN含量均显著高于第一年 (2013年)。W1、W2和W3处理SMBC含量在2015年小麦季达到最大值,较CK分别显著提高了109.9%、176.2%和216.8% ( P < 0.05);W1、W2和W3处理SMBN含量在2015年玉米季达到最大值,较CK分别显著提高了55.6%、100.5%和162.3% ( P < 0.05)。3)施污泥堆肥处理的土壤和植物籽粒中重金属含量分别低于国家环境质量二级标准 (GB15618—1995) 和国家农产品质量安全规定的限量值。根据土壤肥力分级参考标准 (NY/T 391—2000),2015年玉米季W2和W3处理的土壤肥力已经达到I级,培肥作用显著,但长期大量施用导致的土壤重金属累积风险还需长期监测。 【结论】 施用重金属含量达到国家标准的无害化污泥堆肥,可以在短期内有效提升沙质潮土的土壤肥力质量,改善土壤微生物学特性。本试验条件下,连续施用45 t/hm2污泥堆肥效果最显著,沙质潮土的土壤肥力质量在第三年就达到I级,此时土壤和作物籽粒中重金属含量均低于国家相关标准限值。长期大量施用是否会带来重金属累积还需继续监测。