黑土长期施肥及养分循环再利用的作物产量及土壤肥力质量变化Ⅰ.作物产量

在一丰P黑土 (Olsen P 2 5 .8mg·kg-1)上进行 13年中长期田间试验的结果表明 ,氮肥平均增产率为2 7 5 % ,年增产粮食 (大豆、玉米、小麦混合 ) 72 4kg·hm-2 ,1kgN增产粮食 9.4kg ;磷肥前期增产不明显 ,13年平均增产率为 7% ,年增产粮食 2 41kg·hm-2 ,1kgP增产粮食 12 .7kg .每年施用循环回田猪圈肥 (以处理区收获产品的 80 %喂猪、垫圈经堆制而成 ) ,粮食平均年增产量在不施化肥、施N、施NP基础上 ,分别为 2 6 8、2 5 8、2 5 5kg·hm-2 ,相应的增产率为 9.8%、7.6 %和 7.0 % .试验期间循环回田猪圈肥的增产效果有逐渐增长趋势 。

黑土长期施肥及养分循环再利用的作物产量及土壤肥力质量变化Ⅲ.土壤养分收支

计算了 1985～ 1999年试验期间各模拟施肥模型的作物移出养分量和施肥输入养分量 .结果表明 ,施用N肥可加剧土壤P收支赤字 ,而施用N、P肥则加剧土壤K收支赤字 .实验展示了我国在 2 0世纪70年代大面积贫P土壤和 80年代大面积缺K土壤出现的原因 .保持养分循环再利用可缓解土壤养分收支赤字 ,但不能满足丰产作物的养分需求 .在保持养分循环利用基础上根据土壤肥力适当施用化肥 ,可满足丰产作物的养分需求和平衡土壤养分收支 ,不致发生大量过剩N进入环境 .

辽西褐土施肥及养分循环再利用中长期试验Ⅲ.磷和氮在堆腐过程中的循环率及有机肥料中养分利用率

9年的试验结果表明 ,农产品中N、P经堆腐后损失率平均为 30 % .在丰产条件下 ,6 0 %的收获产品直接堆腐回田 ,可循环回田的养分量为N 5 5～ 70kg·hm-2 、P 9～ 11kg·hm-2 ,相当于这一系统中每年化肥N用量的 37%～ 4 7%和P肥用量的 36 %～ 4 4 % .有机肥料中N和P的表观利用率随施肥年限延长而有增长趋势 ,表明有残效叠加效应存在 .有机肥料中N和P的当季表观利用率 8年平均分别为 2 3%～5 0 %和 37%～ 6 5 % .通过此项研究可以证明 ,农业生态系统养分的循环再利用是保持土壤肥力 ,提高养分利用效率 ,减少化学肥料消费的重要措施 .

辽西褐土施肥及养分循环再利用中长期试验Ⅳ.土壤肥力变化

经 12年田间试验 ,各施肥处理耕层土壤的肥力变化表明 ,在保持农业系统养分循环再利用基础上 ,施用适量化肥以平衡土壤养分收支 ,不仅可实现作物高产 ,减少过剩养分进入环境 ,并可改善土壤肥力 ,表现为明显提高了耕层土壤的有机C、N浓度 .不过 ,在本例中欲保持较高的土壤有效P水平 ,恐需在平衡土壤P收支基础上适当增加P肥施用量 .

农业生态系统养分循环再利用作物产量增益的地理分异

根据 3个地点中长期田间试验联网比较研究发现 ,保持养分循环再利用可明显减少作物产量的年际波动 ,使作物具有较好的产量稳定性。农业生态系统养分循环再利用的产量增益与化肥施用和所处气候区的热量因素有关。在无化肥的前提下 ,保持 80 %循环率养分循环再利用的平均粮食增产量从北向南分别是 :海伦 2 62kg·hm-2 ( 14年平均 ) ,沈阳 95 6kg·hm-2 ( 12年平均 ) ,桃源 3 0 63kg·hm-2 ( 11年平均 ) ;在施用N、P化肥基础上保持养分循环再利用其增产量分别为 :海伦2 5 0kg·hm-2 ( 14年平均 ) ,沈阳 489kg·hm-2 ( 12年平均 ) ,桃源 15 3 1kg·hm-2 ( 11年平均 )。表明养分循环再利用这一生态过程所产生的效应有着明显的地理分异规律。据此可以认为 ,保持农业中养分循环再利用对于热量充沛的我国南方热带、亚热带地区尤为重要。

磷肥残效及农业系统养分循环再利用中长期试验

在辽宁西部褐土上进行的一12年中长期田间试验结果表明:每年施用小剂量磷（P14.4kg·hm-2）和每6年1次大剂量磷（P86.4kg·hm-2）两种施磷方式的作物增产效果相似而以前者略优，两种施磷方式的磷肥利用率12年平均分别为0.38和0.36，表明磷肥在该土壤上有着极持久的残效。在施用氮磷肥基础上，每年以80％的收获籽实和2／3的秸杆喂猪、垫圈，猪圈肥循环回田，11年平均每公顷可增产粮食1吨，增产率17％。经连续施用12年循环回田猪圈肥后土壤的供氮力显著提高，年供氮量180～200kg（N），玉米产量每公顷接近9吨，当季施用氮肥几无增产作用。

辽西褐土施肥及养分循环再利用中长期试验 Ⅱ.土壤养分收支

持续10 a的田间试验结果表明，在保持农业系统养分循环再利用的基础上，根据土壤养分供给力设计化肥施用量，可以在实现作物高产的同时，平衡土壤养分收支，从而避免土壤中肥料养分（主要是氮）过剩而进入环境。

长期不同养分循环再利用途径对农田土壤养分演替规律与培肥效果的影响研究

农业生态系统养分循环再利用对土壤养分涵养发挥着重要作用,是培肥地力的有效措施。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站始于2001年的农业经营制度长期定位试验,研究长期不同养分循环再利用途径对土壤养分演替规律与土壤固碳效应的影响,为制定地力培育和提升土壤固碳潜能的农业管理措施提供理论依据。选择定位试验的对照处理(CK,不施肥、秸秆不还田)、全部施用化肥(NPK)、化肥+80%地上产出物饲喂猪过腹还田(MNPK)和化肥+全部秸秆粉碎直接还田(SNPK)4个处理作为研究对象,监测土壤有机质、全氮、有效磷含量的动态变化以及土壤碳氮库组成。研究结果表明:实施养分循环再利用显著提高了土壤有机质、全氮和有效磷含量,各养分含量由高到低的顺序均为MNPK>SNPK>NPK>CK。经历18年的不同施肥措施后,与对照相比,MNPK处理0~20 cm土壤有机碳、全氮和有效磷储量分别增加9.21 t(C)∙hm^(−2)、1.01 t(N)∙hm^(−2)和144.87 t(P)∙hm^(−2),SNPK则分别增加4.51 t(C)∙hm^(−2)、0.56 t(N)∙hm^(−2)和24.68 t(P)∙hm^(−2),而NPK的变化依次为0.64 t(C)∙hm^(−2)、0.16 t(N)∙hm^(−2)和29.00 t(P)∙hm^(−2)。这表明秸秆过腹还田的培肥效果显著高于直接还田;秸秆直接还田对碳氮库扩容效果显著,但在秸秆直接还田的有效磷库建设效果甚微。本研究的施肥水平下,若仅施用化肥,则只能维系土壤有机碳氮库基本平衡,对磷库扩容效果显著。从各施肥方式对土壤有机碳组分的影响来看,MNPK和SNPK较NPK显著增加了土壤易氧化有机碳(LOC)和惰性有机碳(ROC)含量,同时也显著增加了活性有机碳在总有机碳中的占比,使(LOC+DOC)/TOC比值由NPK的9.2%分别增加到19.0%和16.3%。表明施用化肥基础上实施养分的循环再利用不仅促进了稳定性碳库积累,亦扩增了土壤活性碳库,对提高土壤的保肥和供肥能力起到了积极作用。从各施肥方式对土壤氮库组分的影响来看,MNPK较SNPK显著增加了硝态氮和铵态氮含量,提高了土壤供氮能力;而SNPK则显著提高了氨基糖态氮含量,表明秸秆直接还田较过腹还田更有利于微生物将速效性氮素固持到过渡库中,不仅降低了活性氮素向环境的输出风险,还提高了土壤对氮素的蓄供能力。鉴于养分过腹还田和秸秆直接还田的培肥效果存在互补作用,建议农业生产中推行秸秆还田基础上提倡有机粪肥替代部分化肥。