基于长期定位试验的土壤健康研究与展望

土壤健康是农业可持续发展的根基,是保障国家粮食安全和落实“藏粮于地”战略的重大需求。长期定位试验时空覆盖面广、数据丰富、施肥管理措施多样,对于土壤健康的研究和健康土壤的培育是难得的宝贵平台。本文在总结土壤健康的内涵及指标体系与我国长期定位试验布局情况的基础上,系统梳理了基于长期定位试验的作物产量演变及高产稳产性、土壤有机质演变及其与产量的关系、土壤pH演变及生物多样性演变等耕地质量和土壤健康方面的研究进展,并提出了基于长期定位试验的土壤健康研究展望,包括建立因地制宜的土壤健康指标及评价体系,深入解析土壤健康演变的规律和驱动机制与发展健康土壤培育技术,以期高质量推进土壤健康研究,从而促进农产品质量安全和农业可持续发展。

绿色种养循环农业试点粪肥还田长期定位试验

在丰产栽培管理措施一致的前提下,通过田间正规试验,采用六个处理三次重复的实验方法,调查不同处理对玉米作物生育期、生物学性状、籽粒产量和植株产量、作物产值及效益的影响。掌握长期增施固态粪肥和液态粪肥对玉米产量品质以及耕地质量的影响,开展粪肥还田长期定位试验,为建立曲靖市麒麟区粪肥还田模式和技术提供基础资料和理论依据。

土壤铜污染对水稻产量形成的影响:5年定位试验

2006年选用清洁粘质壤土(对照,铜浓度32mg.kg-1)制备200mg.kg-1和400mg.kg-1铜污染土壤,在土培池群体栽培条件下,以"矮仔占"和"两优培九"为供试材料,进行持续5年的长期定位试验,研究水稻产量的年度变化规律及其可能原因。2007—2010年的测定结果表明:200、400mg.kg-1铜处理使前两年水稻成熟期平均分别推迟2～5d和6～7d,但后两年无明显变化。土壤铜污染抑制水稻分蘖的发生,抑制程度逐年减小,两品种趋势一致。200、400mg.kg-1铜处理使2007年水稻产量分别平均减少17%、24%,随着时间推移减产幅度明显下降,后两年处理间没有差异,两品种趋势一致。铜污染条件下水稻减产主要与单位面积穗数和每穗颖花数减少有关,而结实率和千粒重均无显著变化。相关分析表明,水稻成熟期土壤可交换态铜浓度与铜胁迫下对应生长季水稻抽穗和成熟期推迟的天数以及茎蘖发生、单位面积穗数、每穗颖花数和产量的下降幅度均呈显著或极显著正相关。以上结果说明,土壤铜污染抑制水稻分蘖的发生和生长,使单位面积穗数和每穗颖花数下降进而使水稻减产;土壤铜污染对水稻生长和产量的影响逐年减小,这可能与土壤中可交换态铜含量持续降低有关。

五年定位试验钾肥用量对双季稻产量和施钾效应的影响

通过5年定位试验(2008 2012年),研究不同钾肥施用量对水稻产量、植株钾素含量、钾素积累量、钾肥利用率、土壤钾素含量、钾素平衡和钾肥经济效益的影响。试验施钾量(K2O)从低到高设K0(不施钾)、K1(早稻84kg/hm2、晚稻105 kg/hm2)、K2(早稻120 kg/hm2、晚稻150 kg/hm2)、K3(早稻156 kg/hm2、晚稻195 kg/hm2)和K4(早稻192 kg/hm2、晚稻240 kg/hm2)5个处理。5年的试验结果表明,施钾能显著提高早、晚稻产量,在一定施钾量范围内,水稻产量随施钾量的增加而增加;施钾能促进水稻植株对钾素的吸收和积累,尤其是稻草对钾素的吸收和积累;早、晚稻的钾肥农学效应均以K2处理最高(早稻3.12 kg/kg、晚稻3.70 kg/kg);钾肥利用率以K1处理最高(早稻41.2%、晚稻76.4%),并随施钾量提高而降低;不同施钾量对土壤钾素含量有明显影响,土壤速效钾、缓效钾和土壤全钾均随施钾量的增加而增加,且不同处理间土壤速效钾含量差异达极显著水平(P<0.01);连续种植5年10季水稻后,K0、K1和K2处理的土壤钾素亏缺(K 127.1 kg/hm2、58.3 kg/hm2和10.8 kg/hm2),亏缺量随施钾量的增加而降低;K3和K4处理的土壤钾素盈余(48.0 kg/hm2和109.2 kg/hm2),盈余量随施钾量的增加而增加。在经济效益上,早、晚稻产投比均以K2处理最高(早稻1.04、晚稻1.27)。综合考虑施钾的增产效应、经济效益和土壤钾素养分平衡等因素,建议该双季稻区早稻施钾量在K2O 120 156 kg/hm2、晚稻施钾量在K2O 150195 kg/hm2范围内较为适宜。

长期定位试验条件下土地生产力和土壤肥力的变化

为寻求适合晋西北黄土丘陵土壤特点的培肥途径 ,对长期不同施肥处理下土地生产力和土壤肥力的变化进行了研究 .结果表明 :连续施肥既能持续增产 ,又能提高土壤抗逆性 ;有机肥与氮肥合施增产效应最大 ,高量有机肥与氮肥合施培肥效果最好 ;当地应采取有机肥与氮肥配施 ,磷肥在有机肥不足时配合氮肥施用等施肥措施 ;对低肥力土壤 ,可采用高量有机肥与氮肥合施方案 。

潮土肥力演变与施肥作用的长期定位试验初报

1989-1994年在河南封丘潮土上，对几种主要肥料的效益，以及不同施肥条件对土壤养分供应能力的影响进行了长期定位试验。试验结果表明：潮土的生产潜力很大，贫瘠的潮土单施N肥或P肥收效甚微。只要N、P肥配合施用，其交互增产作用极显著。如一旦停止施肥，产量又将急剧下降到很低水平。在富K的潮土上，连续五年不施K肥和有机肥，对小麦产量尚不构成影响。然而耕层土壤中的速效K以每年3.8mg／kg的速度下降，已接近临界水平。定位试验中测得N、P肥五年的累计利用率远高于单季试验的结果，分别为57.2％和43.8％。在当前施肥模式和产量水平下，大多数潮土中的N、P养分和有机质都略有盈余，而K素养分则普遍亏缺。

有机无机肥长期定位试验土壤小麦季氨挥发损失及其影响因素研究

氨挥发是肥料氮素损失的重要途径之一,损失率因土壤类型、气候条件、肥料用量、施肥时间和方式等不同而存在很大差异。为了筛选提高氮肥利用率的肥料运筹方式,本文利用长期定位试验平台,采用间歇密闭通气法,研究了有机无机肥长期施用条件下小麦季土壤氨挥发损失及其影响因素。结果表明,不同肥料种类和配施强烈地影响着土壤氨挥发,在150kgN.hm-2用量下小麦季氨挥发损失量以NK和有机肥处理为最高,分别达到17.89和15.70kgN.hm-2,占氮肥用量的10.47%～11.93%,显著高于NPK、NP和有机无机肥配施(1/2OM)处理。土壤氨挥发速率与气温呈显著正相关,基肥施用后灌水可以有效地降低氨挥发损失。NPK肥料平衡施用或者有机无机肥配施可以减少氨挥发损失。

应用长期定位试验研究化肥施用的能量效率

通过 13年的冬小麦—夏玉米→春玉米轮作体系化肥长期定位试验 ,分析了在北京潮土连续轮作条件下化肥施用的能量效率。能量效率主要用净能量产出和净能量产投比反映。结果表明 :每季高量施入氮肥 (N 2 70kg·hm-2 )的较高能量投入在 3种作物上均未带来相应高的净能量产出 ;而适量施氮 (每季作物N 135kg·hm-2 )获得了较高的净能量产出和净能量产投比 ;同样 ,该轮作体系中适量施磷处理 (P2 O56 7 5kg·hm-2 ·a-1)比高磷处理 (P2 O5135kg·hm-2 ·a-1)的净能量产出和净能量产投比均更高 ;钾肥施用的能量效率表现为春玉米 >夏玉米 >冬小麦 ,且较大程度地受到气候年型的影响。

多年定位试验条件下不同施磷水平对土壤无机磷分级的影响

通过对小麦/玉米轮作不同施磷水平7年14季定位试验土壤养分状况的分析与评价,探讨石灰性潮土有效磷耗竭和积累状况下土壤全磷、无机磷分级形态的变化规律,并运用通径分析和逐步回归分析,研究Olsen法、Mehlich3法、树脂交换法测定的土壤有效磷与各无机磷形态的关系。结果表明:(1)与初始土壤相比,N0P0K0、N2P0K2处理全磷总量分别降低了15.2%,29.7%,无机磷总量降低了13.5%,11.8%,N2P2K2、N2P3K2处理全磷总量分别增加了8.2%,27.2%,无机磷总量增加了11.1%,27.8%。供试土壤无机磷含量以Ca_(10)-P、Ca_8-P为主,施用磷肥可提高Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P、Fe-P占无机磷总量的相对比例。(2)磷耗竭状态下,植物利用的无机磷来源于缓效磷源(Ca_8-P、Al-P、Fe-P;75%)、无效磷源Ca_(10)-P(11.5%~14.0%)、速效磷源Ca_2-P(7.5%~8.9%);无机磷盈余状态下,积累的无机磷主要转化为Ca_8-P(50%~70%)、Al/Fe-P(10%~23%)、O-P(8%)、Ca_2-P(0.2%~1.8%)。(3)Ca_2-P、AlP对3种方法测得的有效磷均具有正向作用且贡献率较大。Olsen法测定的无机磷主要是Ca_2-P、Ca_8-P,Mehlich3法主要是Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P,阴离子交换树脂法主要是Ca_2-P、Fe-P。(4)Olsen法、Mehlich3法、树脂交换法均适于评价土壤有效磷水平,Olsen法最优。

用三种浸提方法研究长期定位试验中土壤磷素有效性

基于15年石灰性潮土长期定位施肥试验,用水浸提法、Olsen法、Mehlich3法研究土壤磷素有效性。结果表明:长期不施磷的处理,土壤磷素有效性常年维持在本底的极低水平;施磷均能增加水溶性磷、Olsen-P、Mehlich3-P的含量,但磷钾配施及大量施用有机肥的效果最明显,其次是有机肥与NPK配施,只施无机肥(NPK,NP)增加的幅度相对较小;然而,在当前的施磷水平下,土壤“不缺磷”,但不能建立较大的有效磷库,并且以Olsen-P、Mehlich3-P的临界点为标准,土壤磷素流失的风险不大;水溶性磷、Olsen-P、Mehlich3-P的比值约为1¨10¨25,用幂函数、指数方程、对数方程能较好地模拟3种浸提磷之间的转化关系;水溶性磷、Olsen-P、Mehlich3-P与作物地上部吸磷量均达到极显著正相关,相关系数分别为0.563,0.854和0.930,表明用水浸提法、Olsen法、Mehlich3法研究长期定位试验中土壤磷素的有效性均可行。

黄土高原旱地轮作与施肥长期定位试验研究 Ⅰ.长期轮作与施肥对土壤酶活性的影响樊

在黄土高原旱作条件下,对连续轮作、施肥15年后不同处理过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性进行了测定。结果表明,长期轮作施肥降低了旱地黑垆土的过氧化氢酶活性,以长期不种作物的休闲地酶活性最高,各处理比休闲地降幅为1 2%～20 6%。其它4种酶的活性则比休闲地有不同程度提高,蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性分别增加26 0%～138 3%、22 5%～321 7%、31 4～157 8%、15 2%～483 3%。有机肥的作用明显大于化肥,豆科作物苜蓿、豌豆、红豆草等对土壤酶活性的影响大于小麦、玉米等禾本科作物。

GPS定位试验及提高定位精度的方法研究

对3种不同的4个GPS接收机进行了定位试验,主要包括单点静态定位试验和动态测量面积的试验.经过一系列的数据分析和处理,分别得到了3种典型的GPS接收机在这2种试验条件下的定位精度及排序,并且采用算术平均值法对最佳测量次数进行了研究,提高了GPS单点静态定位的精度.提出了在数据处理中加入控制点的方法,提高了GPS动态测量面积的定位精度.

23年肥料定位试验0～100cm土壤剖面中各形态磷之间的关系研究

采用蒋柏藩-顾益初无机磷分级体系和Bowman-Cole建议的土壤有机磷分组方法对长期定位试验0～100cm土层土壤无机、有机磷的形态组成进行了分级测定,并运用相关分析、通径分析和逐步回归分析对土壤磷各组分与速效磷之间的关系进行了研究,结果表明,对速效磷贡献(通径系数)的相对重要性依次为:Ca2-P(0.8941)>Ca8-P(0.1603)>Al-P(-0.0683)>O-P(-0.0297)>Fe-P(0.0248)>活性有机磷(0.0193)>高稳性有机磷(-0.0187)>中稳性有机磷(-0.0178)>中活性有机磷(0.0077)>Ca10-P(0.0029)。由逐步回归分析得出Ca2-P、Ca8-P是速效磷的主要磷源。

旱地冬小麦氮磷自然供给能力及其吸收氮磷来源的长期定位试验

利用在黄土旱塬上布置的 13年小麦连作肥料定位试验资料 ,研究了旱地冬小麦氮磷的自然供给能力和吸收来源于肥料和土壤的氮磷相对比例。结果表明 ,旱地冬小麦氮素的自然供给能力为 2 6 6 8～ 2 7 4 9kg/hm2 ,平均为 2 7 2kg/hm2 ;磷素自然供给能力为 5 2 1～ 8 4 9kg/hm2 ,平均为 7 31kg/hm2 。小麦吸收氮素有 51 9%～ 76 8%来自氮肥 ,平均为 6 6 6 % ;而来自土壤为2 3 2 %～ 4 8 1% ,平均 33 4 %。小麦吸收磷素来源于肥料的为 13 6 %～ 4 7 8% ,平均为2 8 7% ;来源于土壤为 52 2 %～ 86 4 % ,平均为 71 3%。同一肥底基础上 ,随肥料用量的增加 ,小麦吸收氮或磷素来源于肥料的比例也增大 ,而来源于土壤的比例逐渐减少。本试验条件下 ,氮肥利用率变幅为 32 6 %～ 6 6 0 % ,平均为 51 1% ;磷肥利用率变幅为 1 72 %～ 14 0 2 % ,平均为 7 0 %

定位试验地耕层土壤植物寄生线虫空间分布特征

采用经典统计学与地统计学相结合的方法，对中国科学院沈阳生态实验站定位试验地耕层土壤中植物寄生线虫的空间分布特征进行研究。结果表明，在田间尺度下螺旋属（Helicotylenchus）、垫刃属（Tylenchus）是上下两层土壤中植物寄生线虫的优势属，矮化属（Tylenchorchychus）为下层土壤中的优势属，这3个属线虫数量占植物寄生线虫总数的92％。除下层矮化属线虫外，上下两层土壤中植物寄生线虫空间变异为48％-100％，其空间自相关范围为35～91m。克里格插值分析表明，上层土壤中植物寄生线虫总数与螺旋属线虫数量、上下层土壤中垫刃属线虫数量呈现出相似的空间分布格局。这些结果反映了不同属的植物寄生线虫沿水平和垂直方向活动性上的差异；由此可以进一步推测垫刃属和矮化属线虫向下迁移能力强于螺旋属线虫。

小麦-玉米轮作长期肥料定位试验中土壤磷库的变化 Ⅰ.磷肥产量效应及土壤总磷库、无机磷库的变化

研究了冬小麦 夏玉米→春玉米轮作中 ,长期施用磷肥、有机肥对土壤总磷库、无机磷库的影响及磷肥的产量效应 .结果表明 ,长期施用磷肥、有机肥土壤全磷、总无机磷均有不同程度的积累 ,土壤磷素的积累以无机磷为主 .根据土壤磷素的收支平衡状况 ,计算出维持土壤磷素收支平衡磷肥的临界用量 :冬小麦 夏玉米种植年份为P2 O594.7kg·hm-2 ,春玉米种植年份为P2 O55 1.5kg·hm-2 .根据肥料效应函数计算出磷肥 (P2 O5)的经济最佳、最高产量用量分别为 :冬小麦 夏玉米种植年份为 13 5 .8、14 9.8kg·hm-2 ,春玉米种植年份为 88.6、95 .9kg·hm-2 .

长期肥料定位试验栗钙土中磷肥在莜麦上的产量效应及行为研究

研究了高寒半干旱区8年肥料定位试验中,磷肥和有机肥在莜麦上的产量效应、土壤磷素的平衡、土壤Olsen-P及各形态无机磷的变化。结果表明,单施磷肥(N0P1)莜麦增产30.8%、单施氮肥(N1P0)增产109.4%、氮肥和磷肥配合(N1P1)施用莜麦增产314.0%;NP间表现出显著正交互作用,NP(N1和P1)交互作用增产86.9%;施用22.5和45.0 t/hm2有机肥分别比N0P0处理增产115.1%和220.1%;施用有机肥基础上增施磷肥无明显增产效应。不同施肥处理土壤Olsen-P和各形态无机磷的增减取决于土壤磷素的积累与消耗量,7年不施磷肥土壤Olsen-P降低3.3mg/kg。施用磷肥和有机肥土壤各形态磷库均有不同程度的积累;土壤磷素积累以无机磷为主,其中Ca2-P和Ca8-P的积累量分别占土壤无机磷变化总量的19.3%和25.4%,Al-P和Fe-P分别占23.8%和14.8%,O-P和Ca10-P共占13.0%。依据土壤磷素收支平衡状况计算出维持土壤磷素平衡的P2O5用量为45.0 kg/hm2。根据肥料效应函数计算出有机肥用量为0、22.5 t/hm2时,P2O5的最高产量用量分别为98.4 kg/hm2和87.4 kg/hm2。

小麦-玉米轮作长期肥料定位试验中土壤磷库的变化 Ⅱ.土壤Olsen-P及各形态无机磷的动态变化

研究了冬小麦 夏玉米→春玉米轮作的长期肥料定位试验中 ,不同磷肥、有机肥用量下土壤Olsen P及各形态无机磷的动态变化 .结果表明 ,土壤Olsen P及各形态无机磷含量增减决定于土壤磷素的积累与消耗量 .长期不施磷肥 ,土壤Olsen P含量逐渐下降并趋向于临界水平 ,磷肥用量与作物吸磷量基本持平时 ,可以维持土壤Olsen P动态平衡 .磷肥用量高于作物的吸磷量时 ,土壤Olsen P及各形态无机磷均有不同程度的积累 .土壤无机磷的积累以Ca2 P ,Ca8 P为主 ,平均占无机磷积累总量的 5 2 .3 % ,其中Ca8 P占二者积累磷总量的 78.3 % .其次为Al P ,Fe P的积累 ,平均占无机磷积累磷总量的 2 6.1% ,O P、Ca10 P平均占 2 0 .4% .长期有机肥、化学磷肥配合施用明显地增加了磷肥的有效性 .

黄土高原旱地轮作与施肥长期定位试验研究 Ⅱ.土壤酶活性与土壤肥力

本文分析了长期试验土壤酶活性与土壤有机C、全N、有效P含量、主要微生物类群之间的关系。相关分析表明,土壤脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性随土壤有机C含量的增加而增加,蔗糖酶、过氧化氢酶活性与有机C之间的关系因施肥种类及种植方式的不同而不同;微生物数量仅真菌与脲酶、蛋白酶活性之间的相关性达到显著水平。除过氧化氢酶外,其它4种酶的活性均与当年种植冬小麦处理的产量存在显著相关关系。利用主成分分析与通径分析揭示了土壤酶活性与养分之间的内在关系及酶活性对土壤养分的影响。根据主成分分析结果,旱地土壤肥力状况用脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性作为综合评价指标优于过氧化氢酶与蔗糖酶。

基于长期定位试验的变性土养分持续供给能力和作物响应研究

8年定位施肥试验结果表明，不施N肥，淮北变性土N素自然供给能力，第1年降为原来的64％，第2年则降为22％，此后，在20％左右振荡；不施P肥，土壤P素自然供给能力第1年后为95％，8年后逐渐下降为45％左右；不施K肥，土壤K素自然供给能力，第1年后为90％，8年后逐渐下降为60％～70％；而且，土壤P、K素自然供给能力对小麦、玉米有所差异。作物产量响应特点是，CK、N、NP、NK和PK处理区小麦、玉米产量分别为NPK全营养区的26．9％、54．3％、85．2％、53．2％、31．8％和21．4％、68．9％、73．5％、81．6％、28．0％。作物养分浓度响应特点是，施N或P肥提高了籽粒和秸秆的N或P养分浓度，施K肥对籽粒K浓度影响较小，但显著提高了秸秆K浓度。与试验前相比，8年后，土壤全氮含量，不施N处理区降低5％～10％，施N处理区增加12％～16．5％；土壤全磷含量，不施P处理区降低20％左右，施P处理区略有不同程度提高；土壤有效磷含量，不施P处理区降低75％～85％，施P处理提高56．9％～119．3％；土壤全钾含量变化不大；土壤速效钾含量，不施K肥处理区降低35％，NPK处理区降低5．9％，NK和PK处理区增加10％左右；土壤有机质含量，CK和PK处理区降低10％，其他处理基本持平。小麦和玉米对N、P、K肥的表观利用率分别为59．8％、47．3％、50．2％和51．1％、33．2％、49．5％。通过模拟，土壤有效磷消长与P素平衡盈亏的模型为，，（土壤有效磷消长）=0．1138x（P素平衡的盈亏）-0．406l（n=6，r=0．9594），土壤速效钾消长与K素盈亏的模型为y（土壤速效钾消长）=0．1075x（K素平衡的盈亏）-8．787l（n=6，r=0．9021）。