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长期不同施肥模式下潮土肥力演变规律与持续利用研究

黄绍敏  
【摘要】: 本文以“国家潮土肥力与肥料效益监测基地的长期施肥试验”为基础,利用大田长期定位监测、盆栽试验、室内分析、计算机统计分析等相结合的方法,采用试验材料尽可能一样、样品获得尽可能在相同或类似时期和条件下、分析人员和试验设备不变,系统研究了不同施肥模式下15年来潮土氮、磷、钾养分来源、转化与利用规律、土壤生产力即作物产量和效益变化规律及影响机制等,获得了不同施肥模式下潮土肥力演变规律、肥料效率与潮土持续利用等主要结论与结果: 1.研究明确了长期不同施肥下潮土养分耗竭规律,提出了养分退化土壤的修复方法 长期不平衡施肥使部分土壤养分耗竭、土壤养分比例失调,导致土壤肥力衰退及生产力降低。单施氮肥耕层土壤有效养分(碱解氮、Olsen-P、交换性K)比例(N:P:K)由1990年的13.6:1:17.2变化到2005年的33.6:1:36.4,NK处理由6.6:1:10.5变化到26.4:1:59,PK处理由11.3:1:16.2到2.4:1:6.6,N、NK处理土壤生产力分别降低45.8%和42.8%,PK当季下降71%,15年下降68.7%。针对土壤养分状况分别采取补充养分、矫正养分比例的方法修复土壤肥力,土壤养分可以迅速提高,对低肥力土壤有机无机肥配合施用恢复效果最明显,两季玉米产量分别提高311%和448%、两季小麦产量分别提高314%和223%;对长期施氮肥的土壤(N)修复,补充磷钾肥能增产58%~230%的,但不如NPK效果;对长期施氮钾肥(NK)土壤修复,单补充磷肥的效果为120%~190%,而NPK配合使用当季效果485%,以后三季在75%~187%;对长期施磷钾肥(PK)土壤,单补充氮肥比施用氮磷钾肥效果更好,前者增产率为90.2%~292%,后者为40%~292%。 有机无机肥配合处理土壤养分持续提高和小麦、玉米高产稳产,抵御不良气候的能力强。该处理中土壤有机质含量与施肥时间有较明显的线性关系:Y_(1.5MNPK)=0.3723X+12.421(R~2=0.8593),Y_(MNPK)=0.2204x+12.906(R~2=0.6941),Y_(SNPK)=0.2365x+11.765(R~2=0.9075),Y_(MNPK2)=0.2343x+13.274(R~2=0.72),四个处理平均每年分别增加0.3723、0.2204、0.2365、0.2365g·kg~(-1)。全氮含量变化Y_(1.5MNPK)=0.0222x+0.7143(R~2=0.8674),Y_(MNPK)=0.0196x+0.683(R~2=0.9636),Y_(SNPK)=0.0096x+0.7053(R~2=0.5678),Y_(MNPK2)=0.0172x+0.6618(R~2=0.8513),四处理平均每年分别增加0.0222、0.0196、0.0096、0.0172g·kg~(-1)。 2.探讨了不同施肥方式下Olsen-P和交换性K的累积规律,提出了潮土Olsen-P、交换性钾的发生淋失的阈值: 土壤Olsen-P随施肥时间的累积规律:Y_(NP)=1.248x+3.0955(R~2=0.9568**);Y_(PK)=1.8023x+4.1224(R~=0.4678);Y_(1.5MNPK)=5.8977x-2.4735(R~2=0.9685**);Y_(MNPK)=4.4306x-3.941(R~2=0.9771**);Y_(SNPK)=1.5378x+4.036(R~2=0.8643)。当土壤中Olsen-P达到40mg·kg~(-1),Olsen-P开始向下淋失,土壤表层Olsen-P达到60mg·kg~(-1)时,已经下移到60cm土层,当Olsen-P达到80mg·kg~(-1)时,下移到80cm土层,土壤Olsen-P安全有效的阈值为40mg·kg~(-1)。 土壤交换性钾:Y_(1.5MNPK)=10.308x+41.733(R~2=0.9502**);Y_(MNPK)=7.2176x+46.549(R~2=0.8119**);Y_(SNPK)=3.592x+62.549(R~2=0.676),当耕层土壤中交换性钾大于180mg·kg~(-1)时,开始向下淋失,达到220mg·kg~(-1)时,已经下移到60cm土层,所以土壤交换性钾开始淋溶的阈值为180mg·kg~(-1)。 3.阐明了潮土生态系统中氮、磷、钾大量元素的循环与土壤中的盈亏 3.1不施氮肥处理接受24kg·ha~(-1)的从小麦残茬、自然降水及灌溉水和每年播种的小麦和玉米种子等途径进入土壤的外源氮素,小麦-玉米平均每年吸收84.4 kg·ha~(-1),导致0-40cm土壤平均每年亏缺59~64 kg·ha~(-1);施氮肥土壤氮素盈余,其中1.5MNPK处理实际盈余最多,平均每年418 kg·ha~(-1),占氮素进入量的75%,。秸秆还田和有机肥盈余占氮素进入量的63%和66%。进入土壤的氮素有三种去向中,NP、NPK处理氮素去向基本一致,累积吸收率分别为47.8%和48.8%,残留率为9.7%,氮素损失率均为55%;有机无机肥结合(1.5MNPK、MNPK)氮素吸收率为44.3%和38.1%,残留率为26.6%和16.8%,损失率分别为56.4%和52.6%;秸秆还田氮素的吸收率最高,为51%,残留率为20.4%,损失率最低,为52.3%。在施氮量相同的情况下,单施氮肥及NK处理氮素浪费最严重,利用率最低。 3.2不施磷肥每年接受2.3~3.1 kg·ha~(-1)的外源磷素,小麦-玉米每年平均吸收16.7~22 kg·ha~(-1),导致0-40cm土壤每年亏缺14.4~18.9 kg·ha~(-1);施磷肥处理接受外源磷(P)素1130~3509 kg·ha~(-1),其中75.2%~85.5%累积在0-40cm土壤中:其中38.6%~60%转化为全磷、6.7%~13.6%的磷素转化为有效磷、40%~62%成为非测定磷;有机肥处理有利于磷素转化为有效态磷;秸秆还田处理较多的磷转化为土壤全磷;无机磷肥转化为有效磷的比例小于有机无机肥配合施用。 3.3不施钾肥处理土壤从小麦残茬和每年播种的小麦和玉米种子接受接受K 21~29.6 kg·ha~(-1),小麦、玉米年平均每年从土壤吸收K 90 kg·ha~(-1),每年亏损K 49.3~111.3 kg·ha~(-1);施钾肥处理0-40cm土壤平均每年化肥、有机肥、秸秆、小麦残茬和每年播种的小麦和玉米种子收入K 75.3~234 kg·ha~(-1),累积在土壤中K 56.2~200 kg.ha~(-1),其中35%~76%钾素实际平衡转化为非交换性钾素、17.4%~34%转化为交换性钾。各处理转化为交换性钾大小顺序:MNPK>NPK>1.5MNPK>SNPK>PK>NK。 4.分析栽培因子对河南小麦、玉米产量的影响程度,确定科学评价肥料利用率的年限 施肥对小麦产量的影响程度最大,72.6%~82.7%,平均为78.8%;土壤地力次之,在34%~53%之间。气候因素对玉米产量的影响程度最大,在74%~115%之间,施肥次之,随年份不同变化较大,1990~2005年在52%~81%。影响产量的因素同样影响肥料利用效率,所以,准确评价肥料利用效率至少要连续5年的试验结果。从培肥效果、作物产量、肥料利用效率、经济效益、环境等多角度综合分析河南多种施肥方式的优劣:确定SNPK是最佳施肥模式,其次MNPK和NPK处理;NP处理土壤交换性钾严重亏缺,尽管没有影响作物的产量和品质,但不利于土壤肥力的持续利用,建议每2-3年秸秆还田或施入一次钾肥;N、NK、PK处理是综合效果较差的施肥处理,不宜使用。1.5MNPK培肥土壤效果最佳,在低肥力土壤上有机肥具有很好的配肥和恢复肥力的效果,增产效果良好,但是在高肥力土壤长期使用对生态环境不利,建议有机肥限量使用;秸秆还田应大力提倡、积极推广,不仅稳步提高肥力、保证小麦、玉米高产稳产,同时减少养分损失、节约资源。


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