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《华中农业大学》 2003年
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红壤稻田系统养分循环与C、N转化过程

周卫军  
【摘要】: 养分循环是生态系统最基本的功能之一。农田生态系统养分循环量是标志系统新陈代谢机能的主要特征。土壤有机质是影响土地生产力的最重要的因素。土壤氮素是供应作物生长的最重要的营养元素。水稻是我国南方红壤丘陵区的主要栽培作物,了解红壤稻田系统养分循环特征及其养分循环的增产作用和在我国粮食生产中的贡献,以及系统内养分循环这一管理措施对土壤C、N循环和转化过程的影响,是建立红壤稻田系统养分良性循环、合理利用有效资源、调控土壤C、N平衡的基础。本研究以中国科学院桃源农业生态实验站的中长期定位试验—不同施肥制度对红壤稻田系统生产力及其土壤环境的影响为依托,通过对不同施肥制度12年的土壤养分、作物产量以及C、N循环和转化过程的系统分析,揭示了红壤稻田系统养分循环特征;阐明了施肥制度变革及其养分循环的增产作用和在我国粮食生产中的贡献;探明了红壤稻田系统土壤C、N循环和转化的过程。在获得上述试验资料的基础上,建立了红壤稻田系统土壤有机C循环和转化的模拟模型。结果表明:红壤稻田系统依靠系统内有机物料循环利用可促进系统C、N循环,提高土壤有机质含量,改善土壤有机质的品质,增强土壤C、N库的活性,加速养分的循环周转,提高系统的生产力。具体结果如下: 1.红壤稻田系统因水稻收获带出的NPK养分量是很大的,N在88.2~231.0kg/hm~2之间,平均为172.6kg/hm~2;P变化在21.5~55.7kg/hm~2之间,平均为38.3kg/hm~2;K在105.6~282.2kg/hm~2之间变化,平均为184.6kg/hm~2。其中,通过水稻秸秆输出的NPK养分分别为61.9kg/hm~2,11.8kg/hm~2,162.0kg/hm~2,分别占水稻收获输出养分量的35.9%、30.8%和87.8%。 2.红壤稻田系统有机物料循环再利用可以归还大部分土壤养分,NPK的归还量最大分别达到127.6kg/hm~2、40.4kg/hm~2和262.6kg/hm~2,分别占系统因水稻收获带出N、P、K的55.2%、72.5%和93.0%。单施化肥(N 230kg/hm~2、P 40kg/hm~2、K162kg/hm~2)红壤稻田系统养分呈现亏缺状态,有机物料循环再利用有利于促进系统的养分平衡,只有在NPK完全配施的基础上,采取系统有机物料循环再利用,NPK养分才均呈现盈余状态。 3.施肥制度的变革,使得红壤稻田系统的生产力水平发生了3次大的飞跃,每次飞跃约提高生产力15%以上。系统内有机物料循环再利用(C)比长期不施肥(CK)的生产力水平提高56.8%,是人类历史上改革施肥制度(或农业经营制度)获得的生产力发展阶段的第一次飞跃。NPK配合施肥制度的农业系统生产水平比长期不施肥的提高62.5%,是生产力水平随着农业化学化水平的提高实现的第二次飞跃。NPK+C 华中农业大学2002周卫军博士学位论文 的有机无机结合施肥制度比长期不施肥的生产力水平提高80.1%,是在保持农业系 统内有机物料循环再利用的基础上,化学NPK依次进入农业系统后,生产力水平实 现的第三次飞跃。化肥的应用使红壤稻田系统的水稻产量增长62.5%或通过施肥实 现的水稻产量中由化肥应用所占贡献份额为38.4%。有机无机配合水稻产量增长 80.1%,或通过施肥达到的产量中有机无机配合所占的贡献份额为44.4%。 4.红壤稻田系统有机物料的自然归还量最大达到6162 kg爪m“,平均为4961 kg八IlnZ,仅依靠系统内有机物料的自然归还量,土壤有机质均呈现亏缺状态,单施 化肥土壤有机质的增幅在0一3.05叭g之间。红壤稻田系统可人为归还的有机物料量 最大可达到13480 kg/hn12,平均为10761k幼unZ,有机物料循环再利用有利于促进 系统有机碳的平衡和土壤有机质的累积,土壤有机质的增幅在6.30一7.58叭g之间, 增长率达到26.7一32.1%。 5.红壤稻田系统有机物料循环再利用土壤易氧化有机质的增幅在4.41~6.60 创kg之间,增长率达到36.47一54.53%;土壤有机质的氧化稳定性降低,氧化稳定系 数(Kos)的降低率为14.57~30.87%;土壤腐殖质的增幅在3.86~4.68叭g之间,增 长率达到31.34一38.04%,其中胡敏酸的增幅在2.43~3.06g/kg之间,富里酸的增幅 在1.43一1.63 g/kg之间,胡/富比值提高12.75~18.14%。 6.单施化肥红壤稻田系统土壤全氮的净增长量在0.05~0.41叭g之间,水解氮 的净增长量在n.3一11.2m眺g之间;有机物料循环再利用土壤全氮的净增长量在 0.44一0.87叭g之间,增长率达到61·50一62.61%,水解氮的净增长量在22·3一 29.3mg瓜g之间,增长率为13,6一17.8%。 7.有机物料循环再利用可提高水稻不同生育期土壤速效氮的含量和水稻累积 吸收氮量;可以提高土壤氮素矿化势困0),其增长率在44.13~89.85%之间,且具有 明显的季节性差异,以晚稻收获后(11月5日)最高,早稻成熟期最低(7月5日)。 8.SCNC土壤有机质模型适合于对红壤稻田系统有机质的模拟和预测。预测 50年的土壤有机质循环和转化结果显示,有机物料循环再利用土壤有机碳的增幅在 13.8一46.7 t/lllnZ之间,增长率达到41.5~140.7%,而单施化肥仅依靠有机物料的自 然归还,土壤有机碳呈现下降趋势或基本维持平衡石
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:S158

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