我国农田磷素平衡的时空变化与高效利用途径

【摘要】：农田磷素平衡的时空变化与高效利用途径研究可以为我国磷肥的合理施用、化肥减施以及农田面源污染控制等重大决策提供理论依据。然而,当前已有研究多关注于个别年份或个别地区农田磷素的平衡,对于不同尺度下我国农田磷素平衡的时空变化尚缺乏系统深入的研究。本研究利用59956个土壤样品分析了我国农田土壤有效磷的时空变异特征,采用改进的OECD模型对我国农田磷素平衡的时空变化进行了研究,并探讨了磷素高效利用途径。主要研究进展如下:1.农田土壤有效磷时空变化特征从1990年到2012年,我国土壤有效磷含量呈增加趋势,平均土壤有效磷含量从20世纪90年代的17.1 mg L~(-1)增加到21世纪初的33.3 mg L~(-1)。经济作物土壤有效磷含量的急剧增加是导致我国土壤有效磷含量增加的主要因素。相对产量时间差异明显:从20世纪90年代到21世纪初,东北、华北、长江中下游、东南、西南地区粮食作物相对产量分别增长了2.6%、8.0%、7.2%、4.1%和4.3%,而西北地区下降了3.5%;六个地区中东北、西北、东南和西南地区经济作物相对产量分别下降了3.4%、2.3%、1.0%和3.3%,而华北和长江中下游地区分别增加了18.3%和3.7%。2.农田磷素的输入、输出与平衡的时空变化在全国水平上,农田磷素输入量从1980年的51.5 kg P_2O_5 ha~(-1)增加到2012年的181.1 kg P_2O_5ha~(-1);化肥磷素是农田磷素输入的主要来源。农田磷素输出量从1980年的40.9 kg P_2O_5 ha~(-1)增加到2012年的84.6 kg P_2O_5 ha~(-1),其中作物移走量约占总磷素输出的95%。农田磷素盈余量从1980年的10.6 kg P_2O_5 ha~(-1)到2012年96.4 kg P_2O_5 ha~(-1)。农田磷素偏因子养分平衡从1980年的76%下降到2003年的43%,然后逐渐增加到2012年的47%。区域水平上,从1980年到2012年,我国农田磷素总输入、输出和平衡量均呈增加趋势;各地区单位面积农田磷素输入、输出和平衡量增加幅度分别依次为:华北东南长江中下游西南西北东北;华北长江中下游西南西北东北东南;东南华北长江中下游西南西北东北。从1980年到2012年我国各地区农田磷素偏因子养分平衡总体呈下降趋势,其降低幅度依次为:华北长江中下游东南西南西北东北。省级水平上,从1980年到2012年我国各省总的和单位面积农田磷素输入、输出与平衡量均有不同程度的增加。农田磷素平衡分析结果表明,以种植业为主的地区土壤磷素盈余增长量高于种植业和畜牧业共存区,高于以畜牧为主的地区。县级水平上,2008~2010年与2001~2003年两个时段对比表明:我国东北三省各县单位面积农田磷素输入和输出量处于非常低、低、中等偏下和中等偏上县的比例均有不同程度的降低,而处于高和非常高县的比例具有不同程度的增加;单位面积农田磷素盈余量呈增加趋势。农田磷素偏因子养分平衡趋势为:黑龙江省吉林省辽宁省。3.农田磷素高效利用途径从1980年到2012年我国农田土壤磷素平均累积量为1926 kg P_2O_5 ha~(-1);基于土壤累积磷素的植物有效性,我国农田磷素累积量理论上可满足4.8~12.0年作物生长的需求。提高有机肥还田率,可以大大减少化肥磷素的需求量。养分专家系统是一个能够满足我国当前农业生产需求的科学肥料推荐方法。合理的农田养分管理可以减少磷素施用量,提高磷素利用率。综上,鉴于土壤有效磷含量和磷素平衡的时空差异,迫切需要根据不同区域农田磷素养分状况有针对性地开展磷素养分管理。