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。

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。

长期施用化肥对黑垆土酶活性影响

对设在黄土高原旱地土壤上的长期化学肥料定位试验经16年连续施肥后收获期土壤的5种酶活性进行了测定,结果表明,土壤过氧化氢酶活性随施磷量的增加而降低,脲酶活性随施氮肥量增加而增加。相关分析表明碱性磷酸酶活性与有机C相关达显著水平,过氧化氢酶活性与有效磷达极显著负相关。通径分析表明蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性对产量的影响作用达到显著或极显著水平,土壤酶活性是土壤物理化学性质等的综合作用结果,用它们可以对长期施用化肥的土壤肥力进行评价。

陇东旱塬冬小麦平衡施肥模式

覆盖黑垆土和梯田黑垆土是陇东地区冬小麦的主要种植土壤,盲目施肥是冬小麦生产效益低下的重要原因。选择覆盖黑垆土和梯田黑垆土的典型地块,采用两年定点"3414"试验,通过田间试验研究冬小麦平衡施肥模式,研究两种土壤冬小麦氮磷钾最佳施用量和最优组合,为陇东旱塬冬小麦科学施肥提供理论依据。结果表明:陇东旱塬覆盖黑垆土冬小麦田平衡施肥模型为Y=23.98+20.44X1-0.64X12+14.61X2-0.07X22+86.88X3-8.21X32-0.15X1X2-2.96X1X3-2.77X2X3,最佳经济施肥量为N:149.9 kg·hm-2;P2O5:82.1 kg·hm-2;K2O:29.9 kg·hm-2;陇东旱塬梯田黑垆土冬小麦平衡施肥模型为Y=208.25+5.87X1-0.45X21-7.96X2+0.26X22+12.69X3+2.02X23+1.74X1X2-2.38X1X3-1.09X2X3,最佳经济施肥量为N:107.0 kg·hm-2;P2O5:70.5 kg·hm-2;K2O:37.5 kg·hm-2。陇东旱塬黑垆土钾素营养丰富,氮、磷养分缺乏,氮、磷肥增产效果显著,且互作效应明显,钾肥无明显增产效应。图2,表4,参9。

长期轮作对旱地黑垆土纤维素分解菌数量及分解强度的影响

采用最大或然数法(MPN法)和埋片法研究了黄土高原旱地粮草长周期(苜蓿→苜蓿→苜蓿→苜蓿→马铃薯→小麦→小麦→小麦)和粮草短周期(红豆草→小麦→小麦+红豆草)轮作制度及茬口年限对黑垆土纤维素分解菌数量和分解强度的影响。结果表明:轮作制度及茬口年限对黑垆土纤维素分解菌数量的影响程度大于分解强度。纤维素分解菌数量呈现显著性差异变化,分别在粮草长周期轮作中第1年苜蓿茬和粮草短周期轮作中第2年小麦茬达到最高值,在粮草长周期轮作中马铃薯茬和粮草短周期轮作中第1年小麦茬达到最低值;纤维素分解强度在同一轮作制度中各茬口差异不显著,但换茬可提高分解强度;随着苜蓿和小麦种植年限延长,纤维素分解菌数量和分解强度均大致呈现降低趋势。红豆草茬纤维素分解菌数量低于苜蓿茬,但粮草短周期轮作更有利于提高黑垆土纤维素分解强度。

长期施肥对黑垆土冬小麦、玉米产量和磷素利用效率的影响

以甘肃省平凉市1979—2007年的肥料长期定位试验为基础,研究了长期不同施肥方式和施肥量对黑垆土冬小麦和玉米的产量、磷素吸收利用的影响,结果表明,长期施磷[氮磷肥配合施用（NP）、氮磷肥和秸秆配合施用（SNP）、单施有机肥（M）、氮磷肥和有机肥配合施用（MNP）]的冬小麦折合产量为3 519~4 621 kg/hm2,玉米折合产量为5 303~6 332 kg/hm2,二者均较不施磷处理[（不施肥（CK）、单施氮肥（N）]提高了2~4倍。施磷处理之间的玉米、冬小麦产量无显著差异,且玉米的吸磷量均高于冬小麦。经过28 a的施磷处理,玉米的农学利用效率为12.42~77.10 kg/kg,冬小麦的农学利用效率为9.13~73.41 kg/kg;玉米季的磷肥回收率平均为5.18%~30.15%,冬小麦季为2.93%~20.07%。玉米季磷肥农学利用效率和回收率的平均值均高于冬小麦季。

陇东旱塬麦田土壤水吸力分析

对陇东旱塬黑垆土冬小麦田5个土壤层次的土壤水吸力和含水量的分析结果表明,土壤水吸力与土壤含水量之间存在着一定的反相关关系,即土壤含水量越大,土壤水吸力就越小;相同土壤含水量条件下,不同土层的土壤水吸力表现为0~12cm土层>12~17cm土层>17~42cm土层>42~57cm土层>57~103cm土层;在相同含水量范围内,上层土壤水分特征曲线比下层土壤变化趋势更陡。

陇东黑垆土区冬小麦肥料利用率研究

为探明平凉市黑垆土区测土配方施肥方式、机械施肥方式及配施生物有机肥下冬小麦肥料利用率,提高当地冬小麦生产的肥料利用率,实现化肥减量和小麦增产。进行了测土配方施肥、机械施肥、配施生物有机肥等冬小麦氮磷钾肥利用率试验,结果表明,测土配方施肥方式、机械施肥方式及配施生物有机肥均能够更好地促进冬小麦对氮磷钾养分的吸收,从而提高冬小麦的产量,其中配施生物有机肥对促进冬小麦增产,提高氮肥、磷肥利用率效果较好,而测土配方施肥对提高钾肥利用率效果较好。通过对各试点冬小麦籽粒产量、秸秆产量及其养分分类归并,应用肥料利用率计算方法得出,平凉市冬小麦生产中氮肥、磷肥、钾肥平均利用率分别为40.57%、20.61%、61.06%。

长期施肥条件下黄土高原黑垆土作物产量与土壤碳氮的关系

通过设置在黄土高原黑垆土区的长期定位试验系统,研究了长期施肥条件下作物产量与土壤碳氮的互馈关系.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)、施有机肥(M)和有机肥与氮磷配施(MNP) 6个处理.结果表明:与对照相比,长期平衡施用化肥、单施有机肥、化肥与有机肥配合施用和秸秆还田配施化肥显著增加了作物产量及其稳定性,NP、SNP、M、MNP处理玉米和小麦产量分别增加92%、97%、93%、141%和147%、164%、139%、214%.NP处理玉米和小麦年均产量与当地常规施肥作物产量相当且稳定,小麦-玉米轮作体系施肥量为N 90 kg·hm^(-2)、P_2O_575 kg·hm^(-2)能够满足作物需要.秸秆还田与隔年施磷相配合的SNP处理与NP处理作物产量相似,且可减少磷肥施用量50%.平衡施用化肥、有机肥、化肥与有机肥配施和秸秆还田配施化肥均可显著增加土壤有机碳含量,而施用化肥对土壤全氮含量影响不明显,综合所有处理,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关.不同处理土壤有机碳固存率在15%～41%.SNP处理土壤有机碳累积投入量增加1 t·hm^(-2),土壤有机碳含量增加0.06 g·kg^(-1),而CK、N、NP、M和MNP处理的增幅在0.12～0.15 g·kg^(-1).玉米和小麦产量都与土壤全氮含量呈显著正相关,玉米产量随土壤有机碳含量的增加而增加,但小麦产量随土壤有机碳含量的增加先快速增加后趋于平稳,拐点出现在6.8 g·kg^(-1).长期平衡施用化肥、有机肥、有机肥与化肥配合施用及秸秆还田配施化肥可显著增加黄土高原黑垆土土壤有机碳和全氮含量、作物产量和根茬还田量,根茬还田量的增加又进一步增加了土壤有机碳和全氮含量,形成了相互促进的互馈关系.