长期定位施肥砂姜黑土土壤肥力演变规律

【摘要】： 本文在长期定位试验的基础上,研究长期不同施肥对砂姜黑土土壤肥力、作物产量的影响,以期为加强砂姜黑土地区耕地保育,提高砂姜黑土的质量,提高砂姜黑土的生产力提供理论依据。结果表明: 1.长期施肥对土壤物理性质的影响 长期施用有机肥(物)料可使砂姜黑土土壤容重下降,各种孔隙度增加,毛管持水量上升,土壤不良物理性状得到极大地改善。 2.长期施肥对土壤有机质含量及其氧化稳定性的影响 长期不施肥处理土壤有机质含量下降。增施有机肥(物)料,可显著地提高土壤有机质含量,至2005年,与不施肥处理相比,有机质含量增加10.5—23.5 g/kg,年增加0.46—1.02 g/kg;与单施化肥处理相比,有机质含量增加4.3—17.3g/kg,年增加0.17—0.75g/kg。且随着投入的有机肥(物)料的增加而增加。长期施用化学肥料也可提高土壤有机质含量。连续施用有机肥(物)料配施常量化肥,土壤易氧化有机质含量迅速增加,土壤有机质得到活化,对养分的调控能力增强。 3.长期施肥对腐殖质结合形态的影响 无论施有机肥(物)料、化学肥料或两者配施,均可明显提高轻组有机碳的含量及占其总有机碳的比例。长期单施化肥虽可提高轻组有机碳的含量,但其增幅远低于增施有机肥(物)料的处理,且增加的有机碳以重组为主。长期休闲处理,虽然有机碳总量高于不施肥对照,但其轻组有机碳的比例却低于不施肥对照。 增施有机肥(物)料处理原土复合量有明显地提高,而原土复合度则有不同程度的下降,说明有机肥(物)料培肥后,提高了土壤有机碳的含量,但增加的有机碳并不是完全复合的,其中的一部分以游离的有机质形式存在。从不同处理的追加复合度看,砂姜黑土的追加复合度较高,这是由于砂姜黑土区的气候条件和土壤理化性质共同决定的。 长期施用有机肥(物)料,土壤中的松结态、稳结态和紧结态腐殖质的含量较休闲和不施肥处理都有明显的增加,其中厩肥的增量大于秸秆。增施有机肥(物)料,松结态占腐殖质总量的比例明显提高,稳结态的比例相对稳定,而紧结态的比例则明显降低。与休闲和不施肥处理相比,单施化肥也增加了松结态、稳结态和紧结态腐殖质的绝对数量,但松结态、稳结态和紧结态的相对含量(占腐殖质的比例)变化不大。厩肥处理更有利于松结态和稳结态腐殖质的形成,而化肥处理新增的结合碳主要为紧结态的腐殖质。施用有机肥(物)料后松/稳、松/紧都有较大幅度的提升。 腐殖质结合形态经有机培肥后的变化与原土有很能大的关联性,因此不能单从松/稳、松/紧的上升或下降来评定培肥结果,也就是说,腐殖质的结合形态,不是某种结合形态的腐殖质含量越高越好,而是要有适当的比例。结合土壤的理化性质变化及长期试验产量结果,在砂姜黑土上松结态、稳结态和紧结态腐殖质含量的比例为3:2:5是可取的。 长期施用有机肥(物)料可提高PQ值,猪粪处理松结态腐殖质的PQ值从不施肥对照的31.27%上升到40.38%,而稳结态腐殖质的PQ值以牛粪处理增幅较大,从从不施肥处理的51.48%上升到74.15%。长期不施肥和单施化学肥料处理PQ值较休闲处理有所提高,化肥处理与不施肥对照间差异不明显。 4.长期施肥对土壤有机磷、无机磷组分的影响 有机肥(物)料长期定位试验结果表明,砂姜黑土有机磷占全磷的37.12%,有机磷中各级形态磷含量高低顺序为中活性有机磷(62.88%)＞中稳性有机磷(21.18%)＞高稳性有机磷(14.42%)＞活性有机磷(4.12%);无机磷占全磷的62.88%,无机磷中各级形态磷含量高低顺序为:Ca_(10)-P(51.52%)＞O-P(22.04%)＞Fe-P(12.56%)＞Al-P(8.06%)＞Ca_8-P(3.48%)＞Ca_2-P(2.35%),其中钙磷占57.35%。砂姜黑土中磷素组成以无机磷为主,而钙磷又是无机磷的主要部分。 长期不施磷肥,土壤有机磷、无机磷和全磷含量均有所下降。施用化学磷肥或化学磷肥与有机肥(物)料配施均能提高土壤有机磷、无机磷和全磷含量,与不施磷处理相比,差异均达极显著水平。与休闲、不施肥对照和长期单施化肥处理相比,无机肥与有机肥(物)料配施能显著增加土壤有机磷的总量,不同有机肥(物)料对有机磷的累积效应是牛粪＞猪粪＞麦秸。长期施肥主要是提高中活性有机磷的含量,活性和中稳性有机磷的增幅相当,高稳性有机磷的含量几乎没有变化。相关分析表明活性有机磷是土壤有效磷的直接磷源,中活性有机磷是活性有机磷的有效补充,而中稳性有机磷和高稳性有机磷的有效性较低。 长期施用化学肥料或化学肥料与有机肥(物)料配施可以提高无机磷各组分的含量。化肥和麦秸处理增加的无机磷以有效性较低的Ca_(10)-P和O-P为主,而长期施用厩肥的处理新增的无机磷中,活性较高的Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P、Fe-P的分配比例高于Ca_(10)-P和O-P。 砂姜黑土有机磷组分以活性有机磷、中活性有机磷对植物的有效性较高,无机磷组分以Ca)2-P和Ca_8-P活性最高,其次为Al-P和Fe-P,Ca_(10)-P和O-P的有效性最低。不考虑土壤磷素的淋失及其不同形态间的相互转化,耗竭状态下有机磷和无机磷各组分的下降量可视为其对植物的营养贡献。有机肥长期定位试验结果表明,对植物的营养贡献是中活性有机磷＞Fe-P＞Al-P＞Ca_8-P＞Ca_(10)-P＞活性有机磷＞Ca_2-P＞中稳性有机磷＞O-P＞高稳性有机磷。活性有机磷、Ca_2-P和Ca_8-P虽然有效性较高,但由于含量相对较低,其对植物的营养贡献率并不是最高。有机磷总贡献率为42.11%,无机磷为57.89%,而有机磷和无机磷占总磷的比例分为别37.12%和62.88%,有机磷的营养效率大于无机磷。 无机肥长期定位试验结果表明,长期耗竭状况下Ca_2-P和Ca_8-P的植物营养效率最高,其次为Al-P和Fe-P,O-P和Ca_(10)-P也表现出了一定的有效性;Fe-P和Al-P对植物的营养贡献率最高,虽然Ca_2-P和Ca_8-P活性最高,但由于含量低,对磷素养分的贡献率较低;土壤磷素极度耗竭下,Ca_2-P的植物营养贡献率甚至低于Ca_(10)-P和O-P;土壤中积累的磷主要向Al-P、Fe-P和有效性更低的Ca_(10)-P和O-P转化,Ca_2-P、Ca_8-P的增量较少。相关分析和通径分析表明,无机磷组分对有效磷的贡献为Al-P＞Ca_8-P＞Ca_2-P＞Fe-P＞O-P＞Ca_(10)-P。 5.长期施肥对作物产量的影响 施用有机肥(物)料的处理较单施化肥处理均表现出不同程度的增产效果,大豆的增产效果最佳,其次为玉米,小麦最差。低量秸秆处理和秸秆处理间差异不显著。牛粪处理增产效果最好,较单施化肥处理总产、小麦产量、大豆产量、玉米产量分别增长22.8%、15.6%、30.4%和28.2%。不施肥处理抗逆性较差,产量波动幅度较大。所有施肥处理作物产量的变异系数都有所下降,施肥有减少气候条件引起产量波动的作用。 无机肥长期定位试验结果,砂姜黑土基础养分供给力可维持每年生产大豆900kg/hm~2;无肥区小麦产量波动幅度较大,1995—2002年一直呈下降趋势,直至2003年才稳定在650 kg/hm~2左右,因此可否将650 kg/hm~2定为砂姜黑土上小麦的基础地力产量有待于进一步研究验证。砂姜黑土对小麦、玉米和大豆产量的地力贡献率平均为34.1%、65.1%和44.8%,肥料的增产贡献率分别为65.9%、34.9%和55.2%。而如果将秋季作物作为一个整体,则平均地力贡献率为53.9%,肥料的贡献率为46.1%。秋季作物上砂姜黑土的地力贡献率大于午季作物。从年度产量看,地力贡献率为41.49%,肥料贡献率为58.51%。在小麦、玉米上N、P、K肥的增产效果是N＞P＞K,大豆则为P＞K＞N。在小麦上N、P、K肥的增产效果呈逐年上升的趋势,而在大豆上,N肥的增产效果低而不稳,有的年份甚至表现为负效应,P、K肥则表现出稳定而显著的增产效果。从年度产量看,N肥一直保持高而稳定增产效果,特别是2002—2005年,增产效果呈非常明显的上升趋势,平均增产率达107.3%,较前7年的平均增产率提高了54.2个百分点。P肥1995—1998年平均增产14.8%,NPK和NK处理间差异不明显,1999—2005年,平均增产69.3%,NPK和NK处理间差异不明显。K肥的增产效果呈逐年上升的趋势,差异显著性出现在2000年,前6年平均增产9.9%,后5年平均增产28.5%。