免耕结合覆盖措施对渭北旱塬黑垆土结构与团聚体有机碳含量的影响

【目的】阐明长期免耕及覆盖措施对渭北旱塬农田土壤团聚体结构和有机碳含量的影响,探索改善区域土壤的适宜耕作措施。【方法】在连续16年的黑垆土田间定位试验中选择传统耕作(CT)、免耕无覆盖(NT)、免耕+秸秆覆盖(NS)、免耕+地膜覆盖(NP)、免耕+秸秆覆盖+地膜覆盖(NSP)等共5种田间管理措施,于2019年10月春玉米收获期采集0—40 cm土层土样,测定容重、团聚体粒级分布及有机碳含量。【结果】(1)免耕及覆盖措施(NT、NP、NS和NSP)影响了黑垆土容重和团聚体粒级分布。免耕及覆盖措施均提高了耕层(0—20cm)土壤容重,其中0—10cm土层容重提高7.1%—17.8%,犁底层容重和孔隙度变化与耕层相反。耕层大团聚体比例显著提高、微团聚体比例显著降低,促进耕层微团聚体向大团聚体的转化。各粒级团聚体重量百分比在耕层(0—20 cm)分布为:较大团聚体(0.25—2 mm)>大团聚体(>2 mm)>微团聚体(0.053—0.25 mm)>粉黏粒组分(<0.053 mm),在犁底层(20—40 cm)为较大团聚体和粉黏粒组分显著高于大团聚体和微团聚体。(2)免耕及覆盖措施下有机碳含量随团聚体粒级增大而增加。在0—40 cm土层,NT处理各粒级团聚体有机碳含量均显著低于CT处理,而NS、NSP处理均显著高于CT处理。(3)耕层总有机碳累积以>0.25 mm团聚体有机碳为主,犁底层以粉黏粒组分和较大团聚体有机碳为主。【结论】长期免耕及覆盖措施促进耕层微团聚体向大团聚体转化。与传统耕作相比,免耕和地膜覆盖均降低了耕层各粒级团聚体有机碳含量。而免耕覆盖(NS、NP和NSP)比免耕无覆盖(NT)均增加了各粒级团聚体有机碳含量。免耕结合秸秆覆盖(NS)显著改善土壤容重且对各粒级团聚体有机碳含量提升幅度最大,是最佳处理。

免耕覆盖与生物炭对黑垆土团聚体稳定性和腐殖质性质的影响

【目的】研究免耕条件下,长期采用不同的土壤覆盖方式及配合施用生物炭对渭北旱塬农田土壤团聚体稳定性和腐殖质性质的影响,为选择适合的耕作管理措施提供理论依据。【方法】基于连续18年田间定位试验,选择其中免耕条件下的无覆盖(NT)、施用生物炭(NB)、秸秆覆盖(NS)、地膜覆盖(NP)、秸秆地膜二元覆盖(NSP) 5个处理,采集0—10、10—20 cm土层土壤样品,通过干筛+湿筛法分为粉黏粒(<0.053 mm)、微团聚体(0.053~0.25 mm)、细大团聚体(0.25~2 mm)、粗大团聚体(>2 mm)共4个团聚体粒级,并测定了各粒级团聚体中有机碳和腐殖质组分含量。【结果】1)与NT处理相比,NS处理各粒径团聚体胡敏酸含量(0.93%~92.6%)和富里酸含量(1.8%~327.5%)显著增加且增幅最大,NSP处理各粒径团聚体有机碳含量显著提高了1.6%~30.5%;NB处理各粒径团聚体有机碳含量(39.90%~161.8%)及胡敏素含量的增幅最大,0—10 cm土层胡敏素含量显著提高了87.2%~271.7%。与NT相比,NS、NSP和NB处理均提高了土壤团聚体的稳定性和玉米籽粒产量,其中NSP处理的提升效果最显著,0—10、10—20 cm土层土壤团聚体平均重量直径(MWD)分别增加了48.6%和73.5%,几何平均直径(GMD)分别增加了59.2%和63.1%,2021年玉米籽粒产量增加了25.8%。2)各粒径水稳性团聚体有机碳中,均以胡敏素的比例最高,达37.6%~91.3%。与NT相比,NB处理显著提高了大部分粒径水稳性团聚体腐殖质的胡敏酸与富里酸之比(HA/FA),其中在0—10 cm土层微团聚体提高幅度最大,为80.2%,地膜覆盖(NP和NSP处理)降低了腐殖质HA/FA (6.8%~27.6%),各处理粉黏粒胡敏酸E4/E6值显著降低(4.2%~6.6%)。【结论】免耕条件下,秸秆覆盖和施用生物炭(NS、NSP和NB)可提升各粒径团聚体的有机碳含量,提高团聚体的稳定性和玉米产量,但对有机碳的腐殖化程度影响不同。单独秸秆覆盖提升黑垆土腐殖质的胡敏酸和富里酸含量效果最大,生物炭施用主要提升了各粒径团聚体有机碳中的胡敏素含量和胡敏素比例,秸秆和地膜二元覆盖对团聚体的稳定性和玉米籽粒产量的提升幅度最大,而且能够提高有机碳含量,是免耕条件下最佳处理。

长期施肥条件下黑垆土有效磷对磷盈亏的响应

【目的】阐明不同施肥条件下土壤有效磷与土壤磷素累积的响应关系,为黄土高原旱作农区科学施用磷肥提供依据。【方法】分析了黑垆土28年(1979—2007年)肥料长期定位试验中,不同施肥处理下土壤磷素盈亏与土壤有效磷的变化特征。【结果】长期施用化肥(NP)、单施有机肥(M)及化肥与有机配施(NPM),土壤有效磷含量随试验年限的延长呈极显著(P<0.01)上升趋势,年均分别增加0.54、0.64和1.11mg·kg-1,而不施肥和单施氮肥处理土壤有效磷含量呈持平或下降趋势。土壤有效磷增加量随磷盈亏而变化,二者呈极显著(P<0.01)正相关,施用化学磷肥、单施有机肥和有机无机肥配施,土壤中的磷素均有盈余,土壤中每盈余100kg·hm-2磷所能增加的土壤有效磷分别为3.85、0.29和0.53mg·kg-1。施用化学磷肥土壤有效磷的增加速率是施有机肥的11.6倍。【结论】土壤有效磷随土壤磷素盈余而变化与加入磷素形态密切相关,长期单施化学磷肥提升土壤有效磷的速率显著大于单施有机肥。

长期施肥下黑垆土有机碳变化特征及碳库组分差异

【目的】阐明长期施肥下土壤有机碳演变规律及碳库组分变化,揭示黄土旱塬土壤固碳效应及培肥模式。【方法】利用32年作物产量和土壤有机碳(SOC)数据分析土壤碳投入、固定及演变特征,采集2010年土样样品,通过物理分组方法得到砂粒、粗粉粒、细粉粒、粗黏粒、细黏粒及大团聚体和微团聚体,分析施肥对碳库组分的影响。【结果】试验中总碳投入从不施肥(CK)的8.10 t C hm-2增加到秸秆还田(SNP)的69.40 t C hm-2,耕层土壤SOC贮量施肥之间相差1.82倍,增施有机肥(M、MNP)SOC为21.76—24.04 t C hm-2,SNP为16.01 t C hm-2;土壤SOC贮量随碳输入量的增加而提高,有机碳固定率25.80%—36.05%,而秸秆还田只有8.20%;除长期不施肥处理仅靠根茬投入维持稳定的SOC水平外,其余所有肥料处理SOC均随试验年限延长而增加,SNP、M、MNP处理固碳速率依次为0.246、0.326、0.361 t C hm-2 a-1。MNP和SNP处理砂粒SOC是CK的3.85和2.94倍、N处理的2.41和1.84倍,MNP处理较CK、NP处理SOC总量只增加了32.50%、18.10%,而砂粒中SOC却提高了285.12%、105.74%,砂粒级有机碳对施肥最敏感。施肥提高了活性有机碳(POC)与矿物结合态有机碳(MOC)的比率(W),MNP、M、SNP处理的W值达18.62%、16.24%、14.41%,单施氮肥(N)和氮磷配施(NP)仅9.11%、9.99%,施肥提高了有机碳活性,改善了土壤有机碳质量。不施肥大团聚体(>250μm)SOC是微团聚体(<53μm)的9.14倍,施肥提高了15.83—23.84倍,并提高了大团聚体中土壤C/N比,而对微团聚体C/N影响不大。尽管团聚体含碳量随团聚体粒径增加而增加,但微团聚体有机碳含量增加对土壤固碳速率的作用显著高于大团聚体,对土壤碳的固定与物理保护起着重要作用。【结论】长期增施有机肥、秸秆还田提高了黄土旱塬黑垆土的碳固定与积累,且固碳增量主要分布在砂粒和大团聚体中。因此增施有机肥、秸秆还田是环境友好型土壤培肥措施。

长期施肥对黄土高原旱地黑垆土水稳性团聚体的影响

通过27年的长期定位试验,研究了长期施肥对黄土高原旱地黑垆土水稳性团聚体的影响.结果表明:与自然土壤相比,黑垆土开垦后,0～10cm和10～20cm土层>0.25mm的水稳性团聚体含量分别下降了21.35%和38.82%;0.5mm以上各粒级的水稳性团聚体含量均呈下降趋势,其中>5mm和5～2mm大粒径团聚体的下降幅度最大;而0.5～0.25mm的水稳性团聚体含量却增加了104.75%和23.13%.0～10cm土层各粒级水稳性团聚体含量均高于10～20cm土层.单施有机肥和有机无机肥配施处理5～2mm粒级的水稳性团聚体含量增加最多,>5mm粒级次之;增施有机肥、有机无机肥配合施用和秸秆还田处理能显著增加大粒径水稳性团聚体含量,改善土壤团聚体的结构.各处理0～10cm土壤水稳性团聚体平均质量直径(MMD)均大于10～20cm土层;自然土壤的团聚体MMD显著高于同层次耕作土壤,长期施肥处理MMD大于无肥对照,有机物质培肥处理明显高于化肥处理.土壤团聚体MMD与>0.25mm水稳性团聚体含量呈显著正相关.

黄土旱塬黑垆土—冬小麦系统中尿素氮的去向及增产效果

在黄土高原南部旱塬区陕西省长武县的黑垆土上 ,用田间小区和15N微区试验研究了氮肥的增产效果 ,水分利用率以及尿素氮的去向。结果表明 ,氮肥的增产效果随氮肥用量增加而降低 ,施N量为 1 0 0和 1 5 0kghm- 2 时每kg肥料N分别增产小麦 1 2 .1kg和6.4kg。施用氮肥亦提高了水分利用率 ,无氮区和施肥区的水分利用率分别为 7.6kghm- 2 mm- 1和 9.7～ 1 0 .5kghm- 2 mm- 1。15N微区试验结果表明 ,尿素作基肥混施入耕层后 ,小麦利用率为36.6%～ 38.4% ,土壤残留率为 2 9.2 %～ 33.6% ,标记氮肥在土壤剖面中的残留率随土层深度的加深而迅速降低。小麦吸收的氮素来自肥料氮的比例在 33%～ 40 %之间 ,来自土壤氮素的比例在 60

长期施肥对黑垆土无机磷形态的影响研究

对黄土高原旱地黑垆土进行25年长期定位肥料试验,对土壤无机P形态、数量和对作物的有效性进行了研究。结果表明,石灰性土壤无机P的组成以Ca10-P占绝对优势,约占无机P总量的57.7%,其次是闭蓄态P(O-P),占17.9%,而Al-P、Fe-P、Ca8-P分别占5.9%、5.7%、10.1%,最少的为Ca2-P,只有2.8%。所有施肥处理中,各形态无机P均以土粪+NP含量最高;Ca2-P、Ca8-P、Al-P以N处理最低,而Fe-P、O-P、Ca10-P以CK处理最低;长期施肥对无机P各组分相对含量也有影响,耗P处理主要是Ca2-P、Ca8-P、Al-P的降低,而施P处理是Ca10-P的降解和Ca2-P的积累。与1990年比较,CK处理均有下降;N处理除O-P、Ca10-P有增加外,其他各组分含量均下降;而NP、秸杆.+NP、土粪、土粪.+NP处理均呈增加趋势。不同处理对土壤有效P和缓效态P均有不同程度的影响,而与无效态P关系不大。同时做了各形态无机P与作物产量的相关性分析,在各级无机P与产量的相关性中,Ca2-P、Ca8-P、Al-P都达到了极显著水平,其中以Ca8-P与产量的相关性最高,而Fe-P、O-P、Ca10-P也都达到了显著水平。

生物炭对黑垆土土壤水分运移特征参数影响

为了了解生物炭施加对宁南山区黑垆土土壤水分运移特征参数影响,以宁南山区典型土壤黑垆土为研究对象,按0%,1%,2%和3%的比例将土壤改良剂生物炭施加到垂直和水平土柱中,探讨不同施加比例下入渗速率、饱和体积含水量、饱和导水率、饱和扩散率等土壤水分运移特征参数的变化.研究结果表明:生物炭施加比例1%,2%和3%的土壤体积含水量较0%增加了2.98%,6.45%和7.94%,生物炭施加减缓了土壤入渗速率,提高了土壤持水性能;Philip模型比Kostiakov模型更加能反映出不同比例生物炭施加下土壤水分入渗过程;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和体积含水量分别较0%增加了5.05%,8.33%和9.85%,饱和导水率分别减少了45.71%,62.86%和74.28%,生物炭施加提高了土壤持水能力;Van Genuchten中1%,2%,3%的参数a较0%分别减少了31.90%,29.25%,19.23%;n分别减少了0.28%,0.16%,0.66%;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和扩散率分别较0%减少了58.46%,77.96%和89.28%.生物炭施加改良了土壤结构,增加了土壤体积含水量,提高了土壤持水性能.

长期施肥下黄土旱塬黑垆土供氮能力的变化

【目的】本研究以36年长期定位试验为依托,分析了不同施肥处理对黄土旱塬区黑垆土全氮、碱解氮、微生物氮以及硝态氮和铵态氮的影响,以期为黄土旱塬区耕地质量的提高和农业可持续发展提供理论依据。【方法】田间试验始于1979年,设6个施肥处理,即不施肥(CK);单施氮肥(N);氮磷配合(NP);秸秆还田加氮磷肥(SNP);单施农家肥(M);农家肥加氮磷(MNP),试验基本为4年冬小麦-2年春玉米的一年一熟轮作制。于每年作物收获后以20 cm为间隔分层采集各处理0-100 cm土层土壤样品测定其土壤全氮、碱解氮、微生物氮以及硝态氮和铵态氮含量。【结果】长期施用有机肥能够明显提高旱塬区农田耕层土壤氮的总贮量,M和MNP处理的耕层土壤全氮含量较试验开始时提高了34.0%和42.7%;长期施有机肥能提高土壤中氮素养分的供应能力,SNP、M和MNP处理耕层土壤碱解氮含量比CK分别提高27.1%、34.2%和65.0%,比N处理提高了28.5%、35.7%和66.8%,比NP提高19.8%、26.5%和55.5%;长期施有机肥能够显著增加土壤有效氮的活性库,SNP、M和MNP处理的耕层土壤微生物氮比CK分别提高了217.0%、147.6%、120.2%;SNP、M和MNP处理能够有效减少土壤剖面中硝酸盐淋溶和深层累积,长期不施肥和单施化肥0-20 cm耕层NO_3^--N含量显著减少,相对MNP减少了58.3%~61.7%,长期单施氮肥土壤剖面深层硝态氮累积量最大在80-100 cm处硝态氮量达到23.98 kg/hm2,是NP处理的近7倍、MNP处理的51倍,长期施用有机肥和秸秆还田大幅度提高了0-20 cm耕层土壤硝态氮含量,降低了NO_3^--N向深层的转移,80-100 cm土层NO_3^--N含量不足0.5 mg/kg;长期单施氮肥0-100 cm剖面各层NO_4^--N含量均高于其它处理。【结论】长期施用农家肥、农家肥与氮磷肥配施、秸秆还田与氮磷肥配施既能增加旱地农田耕层土壤氮库,又能提高土壤中氮素养分的有效性和供应能力、扩大土壤有效氮的活性库,同时又可减少NO_3^--N向土壤深层的淋移和累积,使土壤中更多的NO_3^--N保留在耕层,耕层土壤矿质氮的蓄保能力增强,提高肥料利用率高,是黄土旱塬耕地质量提高和农业可持续发展的科学施肥方式。

陕西交道全新世黄土-黑垆土磁化率的CBD研究

根据黄士高原中部交道剖面全新世黄土－黑垆土剖面的非磁滞磁化率和ＣＢＤ提取前后的磁化率、频率磁化率以及热磁分析结果，分析了磁性矿物的种类和磁畴状态，讨论了古土壤的磁化率增强，指出ＣＢＤ技术强有力的支持古土壤磁化率增强的土壤成因观点．虽然ＣＢＤ能非常有效地溶解土壤成因的磁赤铁矿，但并不是完全选择性地溶解土壤成因的磁铁矿颗粒．此外，通过对样品ＣＢＤ处理前后磁化率数据的分析，从土壤化学角度为黄土的风成说提供了新证据。

黄土高原褐土和黑垆土剖面中Rb和Sr分布与全新世成土环境变化

对黄土高原 3个土壤剖面Rb和Sr分布规律的研究表明 ,全新世不同阶段的黄土和土壤中Rb和Sr分布存在明显的差异 ,Rb/Sr比值的变化反映了成土环境和成土作用强度的变化。全新世早期 ,气候比较温和干燥 ,风尘堆积速率降低 ,土壤发育表现为边沉积边成土 ;全新世中期 ,气候温暖湿润 ,沙尘暴很少发生 ,风尘堆积速率极低 ,生物风化成土作用达到最强 ,以至于在黄土高原面发育黑垆土 ,在关中盆地形成褐土。到了 3 10 0多年前 ,气候恶化变干 ,风尘堆积速率加快 ,土壤严重退化。从区域上看 ,冬季风对黄土高原南部的环境效应比夏季风对北部的环境效应要强 ;黄土高原南部季风场强的变化较北部大。

不同用量有机肥对陇东旱塬黑垆土磷素形态转化及有效性的影响

以覆盖黑垆土土壤为材料,研究了不同用量有机肥对土壤磷素有效性及不同形态无机磷含量的影响。结果表明:在陇东旱塬黑垆土上施肥能够增加全磷、有效磷含量,有机肥增加效果更明显,且随有机肥施用量的增加而增加。无磷肥输入的氮肥处理区,活性较强的Ca_2-P、Ca_8-P、A1-P和Fe-P含量都有所降低,而较稳定态的O-P和Ca_(10)-P含量则有所提高。与CK相比,有机肥处理随有机肥用量的增加,Ca_2-P、Ca_(10)-P、A1-P含量表现为增加,而Ca_8-P、Fe-P、O-P则相反。同时Ca_2-P与有机质、有效磷显著正相关,与p H值显著负相关。因此,在本试验条件下,从有效态的Ca_2-P和难溶性的Ca_(10)-P含量变化来看,在施等量氮的基础上配施农家肥60 000 kg·hm^(-2)更有利于活化土壤磷和减缓磷吸附,从而提高磷素的有效性。

长期定位施肥对黑垆土剖面养分分布特征的影响

对黄土高原旱地 1 5年连续施肥后土壤剖面养分分布的研究发现 ,施化肥对土壤剖面有机质、全N、全P含量的影响深达 1 0 0cm以下 ,所有施肥处理有机质、全N、全P、NO3- N、有效P含量在耕层 (0～ 2 0cm)都有不同程度增加 ;40～ 60、60～ 80cm土层有机质、全N、全P都低于长年不施肥处理 ,造成土壤下层养分的亏缺。长期大量施用氮肥造成N素养分下淋累积 ;长期大量施用磷肥土壤耕层有效P显著提高 ,而 2 0cm以下土层变化不大。

不同耕作方式对黄土高原黑垆土有机碳库组成的影响

以黄土高原黑垆土8年(2008—2015年)的不同耕作定位试验为对象,研究了在秸秆还田条件下3种连年单一耕作(翻耕(CC)、免耕(NN)、深松(SS))和3种轮耕措施(免耕-深松(NS)、深松-翻耕(SC)、翻耕-免耕(CN))对农田土壤有机碳库、玉米产量和秸秆还田后表观腐殖化系数的影响。结果表明:与翻耕相比,深松、免耕和轮耕措施主要增加了0~10 cm表层土壤有机碳(SOC)、微生物量碳(MBC)、水溶性碳(WSOC)的含量和储量,且提高了MBC/SOC和WSOC/SOC质量比。在0~10 cm表层土壤中,各耕作处理间难氧化有机碳(HOC)含量无明显差异,但深松、免耕和轮耕措施分别增加了10~20 cm、35~50 cm和20~35 cm土层的HOC/SOC质量比;免耕处理显著增加了0~50 cm土层的HOC总储量。与翻耕处理相比,深松、免耕和轮耕处理提高了玉米产量和玉米秸秆量,其中NS处理增加幅度最大,分别达到13.79%(籽粒)和12.04%(秸秆);进行8年玉米秸秆还田,在翻耕措施下其表观腐殖化系数为8.94%,免耕、深松和轮耕措施提高了还田玉米秸秆的表观腐殖化系数,其中NS处理达到14.09%,显著高于翻耕处理。从土壤碳库和玉米产量角度考虑,免耕与深松相结合的轮耕措施是适合当地土壤条件的耕作模式。

施肥对黄土旱塬区黑垆土土壤肥力及硝态氮累积的影响

本文以长期定位试验为依托,研究了黄土高原旱塬区黑垆土大田对比试验和长期定位施肥对土壤肥力及硝态氮累积和淋溶的影响。结果表明:长期施用有机肥能够明显增加土壤养分,氮磷和有机肥配施效果显著;和1984年土壤养分状况相比,大田对比试验土壤有机质增加了27.1%,全氮和全磷提高了84.2%和34.8%,有效氮、有效磷和速效钾增加了46.9%、540.0%和10.2%,养分水平与长期定位试验中氮磷配施相近。长期定位试验中氮磷配施或与有机肥配施能够有效地减少土壤剖面中硝酸盐的累积和淋溶,氮肥单施硝态氮累积量最大,为1006.4kg/hm2,大田对比试验土壤硝态氮总累积量较长期定位试验中施用氮肥处理的总累积量少。

黄土高原黑垆土施肥的作物累积产量及土壤肥力贡献

施肥的作物产量和土壤肥力贡献是评价施肥是否科学的关键参数,为了给黄土高原黑垆土区施肥及农业可持续发展提供科学的决策依据,通过设置在黄土高原黑垆上的长期定位试验系统研究了不同施肥的作物产量和土壤肥力贡献。试验设不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、秸秆与氮磷配施(SNP)、单施有机肥(M)和有机肥与氮磷配施(MNP)6个处理。结果表明,所有处理玉米和小麦累积产量与种植年限显著正相关。MNP、SNP、NP、M4处理玉米年均产量分别为8 856、7 089、7 226、7 043 kg·hm^(-2),小麦年均产量分别为4 916、3 747、4 132、3868kg·hm^(-2),均显著高于对照(CK)。SNP、M和MNP处理玉米和小麦产量与NP处理相近或高于NP处理。氮肥、磷肥的作物累积产量贡献量与种植年限分别呈二次凹函数和凸函数关系。氮磷配施(NP)、秸秆还田的作物累积产量贡献量则与种植年限显著正相关,其年均玉米产量贡献量分别为3408、2191kg·hm^(-2),小麦产量贡献量分别为429、206kg·hm^(-2)。长期施用有机肥及秸秆还田可显著增加土壤有机质和全氮含量。长期施磷肥土壤有效磷含量显著增加,而长期施用有机肥土壤有效磷和速效钾含量均显著增加。总体而言,黄土高原黑垆土区长期平衡施用化肥、施用有机肥、秸秆与化肥配合施用及有机肥与化肥配合施用均可增加作物产量,提升土壤肥力质量,适宜化肥施用量为N 90kg·hm^(-2)、P_2O_5 75 kg·hm^(-2),秸秆还田可隔年施磷。

黄土旱塬黑垆土长期肥料试验土壤磷素和磷肥效率的演变特征

依托甘肃平凉定位试验(1979年—),分析长期不同施肥下土壤磷素和磷肥效率的演变特征,为黄土旱塬雨养农田合理施用磷肥提供参考。试验包括6个处理:不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配合(NP)、秸秆还田加氮和隔年施磷(SNP)、单施农家肥(M)和农家肥加氮磷(MNP),种植制度为4年冬小麦-2年春玉米的一年1熟轮作制。结果表明,试验进行38年后,长期无磷投入(CK、N)处理耕层土壤全磷和Olsen-P含量及磷活化系数比试验开始时下降,而施磷处理(NP、SNP、M和MNP)土壤全磷分别增加22.8%、14.0%、38.6%和56.1%,Olsen-P相应提高99.1%、48.4%、206.4%和375.6%,磷活化系数分别是开始时的1.7倍、1.3倍、2.2倍和3.1倍。随试验年限延长,CK处理耕层土壤全磷基本不变;N和SNP耕层土壤全磷呈下降趋势,每年下降速率为1.9 mg·kg^(-1)和2.6 mg·kg^(-1);NP、M和MNP处理呈增加趋势,每年增加速率分别为1.2 mg·kg^(-1)、1.9 mg·kg^(-1)和2.8 mg·kg^(-1)。CK和N处理Olsen-P呈下降趋势,年下降速率分别为0.03 mg·kg^(-1)和0.09 mg·kg^(-1);NP、SNP、M和MNP处理土壤Olsen-P呈增加趋势,年增量分别为0.29 mg·kg^(-1)、0.24 mg·kg^(-1)、0.46 mg·kg^(-1)和0.89 mg·kg^(-1)。作物产量与耕层土壤Olsen-P含量呈极显著正相关(小麦R^2=0.116 9,n=132;玉米R^2=0.332 4,n=54)。施磷处理(NP、SNP、M和MNP)玉米的磷肥回收率、利用率和农学效率大于小麦,而生理效率小麦大于玉米;各处理磷肥效率4个指标的大小顺序均为SNP>NP>MNP>M,玉米磷肥效率的4个指标都随试验年限延长而提高。M较MNP处理P投入减少了14.2%,小麦、玉米磷素效率降低14.3%~69.5%、0.8%~75.5%。总之,有机无机结合是黄土旱塬区培肥地力、提高作物产量和资源利用效率的施肥措施。

甘肃东部地区黑垆土的发育演化模式与发生学特性的时空差异

本文研究了甘肃东部(亦称陇东)黄土塬区黑垆土的发育演化模式及成土速率与成土作用强度的时空变异规律。提出黑垆土叠加剖面的形成依次经历了古土壤发育、新冰期黄土粉尘堆积覆盖、人类耕作堆肥熟化三个阶段。埋藏古土壤普遍形成于距今7500—3500年高温期的温湿草原环境中,南部粘化黑垆土带还存在距今约13800—7500年的古土壤发育阶段,但此时的成土速率比中全新世小。同一阶段的成土速率和成土作用的强度南部比北部大。在新冰期(距今约3000—2500年)中黄土粉尘的加速堆积,是古土壤层被掩埋以及形成覆盖层的直接原因。具有普遍性的人为耕作熟化是在全新世黄土覆盖层上进行的,黑垆土剖面中不可能普遍存在古耕层。

黑垆土典型剖面养分分布特征及历史演变

利用土壤普查历史资料,采用原位采样及相同测定方法研究了不同时期典型黑垆土剖面的养分分布特征及演变趋势。结果表明:黑垆土剖面中有机质和全氮含量呈"S型"分布,均随土壤深度增加而呈下降趋势;全磷含量为"中低型"分布;全钾含量在整个剖面中基本趋于一致。与20世纪80年代相比,2008年黑垆土耕层有机质、全氮和全磷含量呈增加趋势,但在其他土层它们的含量均有不同程度的减少;全钾含量在整个土壤剖面均呈减少态势;耕层C/N平均值有所提高。

长期施肥下黄土旱塬黑垆土磷平衡及农学阈值

为研究长期施肥条件下土壤磷平衡和土壤有效磷对磷盈亏的响应,明确土壤有效磷(Olsen-P)的农学阈值及合理磷肥施用量,依托甘肃平凉肥料长期定位试验(始于1979),分析了黄土旱塬黑垆土36 a土壤磷盈亏动态、累积磷盈亏与有效磷的响应关系以及土壤磷残余,通过Mitscherlich方程模拟作物相对产量对土壤有效磷的响应关系,计算黄土旱塬黑垆土小麦和玉米的土壤有效磷农学阈值。结果表明:不施肥(CK)和单施氮肥(N)处理土壤磷始终亏缺,N处理每亏缺磷100 kg·hm^-2,有效磷含量下降1.05 mg·kg^-1;施磷处理土壤磷当季盈余4.3~207.9 kg·hm^-2,累积盈余154.9~7483.6 kg·hm^-2,其中有机、无机配施(MNP)处理磷盈余最大;土壤累积磷盈余与土壤有效磷增量呈线性正相关,土壤中每盈余100 kg·hm^-2磷,秸秆还田配施化肥(SNP,磷肥隔年施)、氮磷配施(NP)、有机肥(M)和有机、无机配施(MNP)处理土壤有效磷分别增加7.55、2.47、0.28 mg·kg^-1和0.46 mg·kg^-1;黄土旱塬黑垆土农田有效磷的小麦和玉米农学阈值分别为22.05 mg·kg^-1和13.96 mg·kg^-1,MNP处理土壤有效磷含量已高于作物农学阈值,NP和SNP处理土壤有效磷含量达到小麦农学阈值分别需要21 a和24 a,达到玉米农学阈值分别需要2 a和8 a,M处理土壤有效磷含量已高于玉米农学阈值,还需要3 a可达到小麦农学阈值。当磷投入量每年平均达22.9 kg·hm^-2时,土壤磷呈持平状态;当磷用量达33 kg·hm^-2时,不仅作物产量较高,而且磷肥当季利用率也较高;当磷用量增加到233 kg·hm^-2时,作物产量对增加磷投入无响应,土壤磷残余超过90%,大量磷素累积在土壤中,增加了土壤磷素的流失风险。黄土旱塬小麦玉米一年一熟轮作黑垆土农田土壤有效磷农学阈值为13.96 mg·kg^-1(玉米)和22.05 mg·kg^-1(小麦),秸秆还田可促进旱地农田耕层土壤有效磷含量的增加。