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当期目录

    2015年 第48卷 第23期 刊出日期:2015-12-01
      
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    土壤管理与可持续利用——献给2015国际土壤年及《中国农业科学》创刊55周年
    武雪萍,徐明岗,潘根兴
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4603-4606.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.001
    摘要 ( 411 )   HTML ( 1 )   PDF (266KB) ( 687 )   收藏
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    土壤是地球自然体,是地球上所有生态系统的自然支撑和生物屏障,调节着地球表层系统过程,并为全人类提供生态系统服务。人类首先利用土壤于农业生产,“民以食为天,食以土为本”,自古以来认定土壤是农业生产的基石,是粮食安全的保障。土壤管理是保障农业可持续发展的重要基础措施[1],而可持续土壤管理是通过良好土地利用方式和培育管理措施定向提升土壤质量,进而保障和提高土壤的生产能力——作物产量和质量,并改善生态系统服务,促进环境和生态安全。
    我国耕地质量整体偏低[2-5],根据农业部2014年发布的《全国耕地质量等级情况公报》 和2013年发布的第二次全国土地调查数据,耕地基础地力对粮食产量的贡献率为50%左右,低于欧美等国20—30个百分点。中低产田占2/3,坡耕地约占40%,土壤养分失衡比较普遍。从复种指数看,我国耕地利用强度是美国的2.2倍、印度的3.3倍。长期过度开发和不合理的土壤管理方式导致严重的土壤退化,如西北地区水土流失及次生盐渍化,东北地区黑土层变薄、土壤有机质下降,南方红壤酸化,设施菜地土壤盐渍化和连作障碍等退化问题日益突出;部分耕地已经受到重金属中、重度污染不宜种粮食作物[2],严重影响到农田可持续利用,威胁国家粮食安全、食品安全、水安全和生态环境安全[6]。因此,农业土壤的可持续管理不但是我国重大的现实需求,也是我国社会可持续发展的长远任务。
    2004年以来的历次中央一号文件中,有9次将耕地质量提到国家治理的首要任务高度。特别是2015年中央一号文件头条提出了“加强耕地质量保护与提升”。国务院总理在相关会议报告中强调“通过实施深松耕地、秸秆还田、施用有机肥等措施,恢复并提升地力”;2015年7月11日在“土壤与生态环境安全”高层论坛上,农业部领导明确提出,将“稳产量、强产能、可持续”和实现“三个安全”,即粮食及主要农产品有效供给安全、农产品质量安全、农产品产地资源环境安全作为我国农业的核心目标任务,强调提高综合生产能力和可持续发展能力,做到“藏粮于土”[2]。中国科学院南京土壤研究所赵其国院士建议[3],应以“人地和谐,地力常新,安全健康,永续利用”为土壤保护的出发点,构建具有我国特色的“土-水-气-生-人”一体化的土壤圈研究体系,全面实施土壤保护战略。因此,采取合理的土壤管理措施,培育农田地力,实现农田可持续利用意义重大。
    长期以来,我国政府始终把提升耕地质量作为保证国家粮食安全的战略任务,高度重视农田地力培育和土壤质量提升。近年来国家持续加大投入,实施新增千亿斤粮食生产能力规划和科技创新工程,加强高标准农田建设,为粮食十一年连增发挥了重要作用。土壤研究领域针对区域土壤有机质下降快,有机肥与无机肥施用比例失调,耕层土壤物理性状变劣,养分非均衡化等问题,开展了大量的土壤肥力培育技术研究,为提升土壤质量和粮食高产稳产发挥了重要的科技支撑作用。当前,“十八届五中全会”将生态文明思想进一步提高到绿色发展的高度,我国土壤的可持续管理不但事关农业生产的可持续发展,而且事关“绿水青山就是金山银山”的生态和环境可持续发展。我国的土壤管理在已取得成效的基础上,在提升耕地质量、在治理污染保障环境安全上以及在防治退化、促进生态安全等方面任重道远。
    土壤管理与农田地力培育:主要致力于土壤地力培肥、土壤改良、平衡施肥、精准施肥等基础研究与应用技术研发,围绕施肥措施(有机肥、秸秆还田、平衡施肥)、耕作栽培措施(少免耕覆盖、轮作、间作套种等)、生物改良措施(种植耐旱植物、牧草、绿肥等)以及化学改良措施(保水剂、水肥调理剂等),开展了有机质和养分快速提升技术[7-9]、旱地耕层快速熟化技术、保护性耕作及覆盖保水技术[10-11]等研究。在土壤地力演变、土壤培育培肥、中低产田改良、土壤肥料信息系统与养分精确管理、保护性耕作与水肥资源高效利用等方面积累了大量的基础理论和科研成果,形成了一大批成熟技术。
    土壤管理与退化防治:针对我国生态脆弱区存在的土壤旱薄化、沙化、盐渍化与酸化、结构与生物功能退化等问题,开展了土壤水肥调节[12-13]、土壤结构改善[14]、土壤酸化防治、土体构建与培肥、盐碱改良[15]等研究,研发了表土控蚀的覆盖固土制剂与技术;土壤旱薄化阻控制剂与水肥等功能调控技术;土壤酸化阻控制剂与生物-化学调节技术;新土体构建组配技术等,形成了一批规范化土壤退化阻控关键技术体系,达到构建新土体、增加土壤生物活性、保水保肥,调节土壤水、肥、气、热状况的目的,综合提升了我国生态脆弱地区土体稳定性,增强了土壤生态服务功能与土地生产能力。
    土壤管理与环境质量保护:以区域土壤污染物减量化、资源化、无害化为原则,从资源高效利用与土壤环境质量保护的角度出发,重点针对土壤残留农药、有机农膜、重金属与化肥污染等问题,开展了农田土壤污染元素迁移、转化与修复等研究[16-18]土壤修复剂与调理剂等环保生物和化学新材料技术等研究[19-20]通过采用生物、水、肥、耕作等管理调控技术进行污染阻断,强化了土壤环境系统自身抗污净化功能,提高了系统自然修复机制,促进了农业生态系统水-土-生物-大气圈层营养物良性循环。
    随着全球人口不断增长,水土资源日益短缺和全球环境变化日益严峻,服务于农业和生态环境可持续发展的土壤科学也面临新挑战[21-23]。我国粮食安全基础不牢,靠天吃饭的局面没有根本改变,土壤退化问题直接威胁粮食安全。土壤有机质是土壤结构的关键物质,是土壤的最关键属性,是土壤质量的核心[24]。我国土壤肥料长期定位试验结果表明,有机肥和无机肥配合施用,土壤有机质增加明显,15年后增加1倍以上[25]。因此,采取合理的措施,实现可持续土壤固碳和农田有机质提升。改良和培肥土壤、稳定土体结构、加厚土壤耕作层、保持土壤地力、提高土壤质量是土壤持续利用和农业可持续发展的战略性重要工作[26-27],今后应重点加强耕地质量提升、土壤退化防治和现代土壤管理技术等研究,全面提升我国农业生产综合能力,确保国家粮食安全。
    2015年是第68届联合国大会确定的“国际土壤年(International Year of Soils)”,目的是呼吁全球社会关注世界土壤退化和保障土壤安全。国际土壤年的口号是“健康土壤带来健康生活”,期望全社会充分认识到土壤对粮食安全与营养、气候变化适应和减缓、生态系统服务、减贫和可持续发展等方面所发挥的突出作用,并推动可持续土壤资源管理和保护方面的有效政策和行动。2015年也是《中国农业科学》创刊55周年。土、肥、水是农业的重要资源,其研究一直是农业科学的重要基础性内容。《中国农业科学》一直将土壤及其养分和水的相关研究列为一个重要的栏目,每年发表的文章占到期刊1/6左右版面,为中国农业发展起到了显著的科学支撑和信息传播作用。
    为了让全社会了解和深刻认识土壤管理在我国农业生产及粮食安全与社会可持续发展中的重大作用,由中国农业科学院农业资源与农业区划研究所和南京农业大学等单位牵头策划,组织全国科研院所和大专院校,出版了“土壤管理与可持续利用”专刊,以此献给联合国2015国际土壤年和《中国农业科学》创刊55周年。
    本专刊介绍了土壤可持续管理的科学认知和国际动态,提出了土壤管理与社会可持续发展关系的重要认识;通过长期施肥与土壤质量及生产力变化、土壤地力演变与土壤生物、化学和物理质量变化与土壤环境质量变化等相关主题的一系列论文,分别讨论了土壤管理及其与农业和环境可持续性的关系,并分析了合理施肥和养分等管理技术改善土壤质量和环境安全的效应等,提出了分析评价土壤可持续管理的科学方法。这些论文代表了我国土壤学界特别是农业资源与环境科学领域对于土壤质量及其演变的研究,期望这些论文能为我国土壤管理及可持续利用起到积极的指导和推动作用。同时,也希望能引起我国科学界、社会和管理部门对土壤资源及质量的关注,支持和推进我国土壤可持续利用与管理研究和技术发展,共同构筑我国社会发展的绿色文明基石。
    可持续土壤管理:土壤学服务社会发展的挑战
    潘根兴,程琨,陆海飞,李恋卿,刘晓雨,卞荣军,张旭辉,郑聚峰,郑金伟
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4607-4620.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.002
    摘要 ( 288 )   HTML ( 1 )   PDF (527KB) ( 427 )   收藏
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    国际土壤年唤醒了全社会对土壤变化的关注。地球环境与生命发育历史赋予了土壤自然资源资产价值,提供了生命和生态系统发育的多种服务,从而惠及全人类,支撑了社会的可持续性发展。全球土壤的这种支撑能力建立在“体-质-量”统一的土壤属性基础上。然而,在人类快速发展的驱动下,全球土壤已经或正在发生十分普遍和严重的土壤退化,土壤连续体遭到破坏,土壤功能严重削弱,且地表土壤覆盖被大面积固封。因此,必须充分认识土壤变化对于人类长远发展的潜在风险,着力构建可持续土壤管理体系,致力于保持土壤自然资产价值、平衡和最大化土壤的生态系统服务、优化兼顾农业安全(粮食安全-环境安全-生态安全)的土壤利用与保护。保持土壤自然资产、保持土壤的生态系统服务和保持土壤对全人类的惠利应该纳入生态文明的土壤观。而管控土壤变化势必成为可持续土壤管理的核心任务。这需要在政策上,推行生态补偿机制来处理利用者与受益者的利益关系;在行动上,实施区域土壤可持续管理工程,应对土壤变化;而在技术上,创新兼效多赢的管理实践措施,特别是有利于自然养育或恢复的土壤保护和培育技术。推进土壤可持续管理研究,探索可持续土壤管理途径,对于中国社会经济的可持续发展具有至关重要的意义。
    土壤生态系统服务功能表征与计量
    程琨,岳骞,徐向瑞,闫明,潘根兴
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4621-4629.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.003
    摘要 ( 286 )   HTML ( 1 )   PDF (381KB) ( 440 )   收藏
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    2015年是世界土壤年,健康的土壤是地球可持续发展的基石。然而,由于人类直接或间接的干扰,如土地利用变化、土壤管理和土地退化,使得土壤在全球变化压力下变得愈加脆弱。土壤在生态系统服务供应中发挥着至关重要的作用,土壤所提供的各种生态系统服务之间的相互协同或抵消作用是土壤生态系统服务功能研究的主要内容。土壤的碳、氮、水三大生物地球化学循环以及土壤的生物多样性与供给、调节、支持和文化四个生态系统服务紧密相关。为探索土壤可持续管理途径,提升土壤的生态系统服务能力,从碳、氮、水循环与生物多样性出发进行土壤生态系统服务功能表征与计量方法学研究亟待进行。开发用于评价土地利用和土壤管理可持续性的生态系统服务指标体系,采用多尺度、多目标、多因素集成分析探讨各生态系统服务之间的协同或抵消效应是研究的难点,而模型模拟可以在土壤生态系统服务功能计量研究中扮演重要的角色。
    旱作地膜覆盖农田土壤有机碳平衡及氮循环特征
    李小刚,李凤民
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4630-4638.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.004
    摘要 ( 338 )   HTML ( 1 )   PDF (366KB) ( 510 )   收藏
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    近10余年来随着应用面积的迅速增加,地膜覆盖对中国北方旱作农田生产力可持续性的影响受到越来越多的关注。文章对地膜覆盖栽培技术增产效果作了简要评述,重点综述了近年来关于地膜覆盖对农田土壤有机碳平衡和氮循环过程影响的研究进展。地膜覆盖沟垄栽培技术有效减轻了旱作农业区水热条件不足对粮食生产造成的限制,从而对提高耕地生产力发挥了重要作用。对大量文献分析发现,地膜覆盖沟垄栽培技术的增产效果具有明显的地域性,在中国北方半干旱区范围内,水热限制越强烈的地区增产效应越明显。地膜覆盖对农田土壤有机碳平衡和氮循环影响的研究还比较薄弱。目前的研究结果表明,地膜覆盖促进土壤有机碳矿化但同时增加作物根系有机碳输入,初步显示地膜覆盖对土壤有机碳含量的影响可能是中性的。地膜覆盖促进土壤有机氮矿化,提高氮素的有效性,增加作物对氮素的吸收,影响化肥氮的作物利用效率、淋溶和挥发损失,但并不明确是否增加反硝化作用。基于目前研究现状,文章提出了旱作地膜覆盖农田需要加强研究的主要领域:(1)土壤有机质稳定性及其增强机制研究;(2)农田养分管理的系统性研究;(3)在水热条件相对较好的旱作农业区,建议结合秸秆覆盖开展更多研究。
    耕作管理对潮土团聚体形成及有机碳累积的长期效应
    张先凤,朱安宁,张佳宝,杨文亮,闫惊涛
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4639-4648.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.005
    摘要 ( 207 )   HTML ( 1 )   PDF (418KB) ( 331 )   收藏
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    【目的】研究黄淮海平原潮土区耕作管理对土壤水稳性团聚体形成及有机碳累积的长期效应,为提升潮土地力、推动农业可持续发展提供理论基础与技术支持。【方法】采集河南省封丘县中国科学院封丘农业生态实验站连续8年保护性耕作的不同处理原状土壤样品,分析测定土壤团聚体的数量、稳定性以及土壤和各粒径团聚体中的有机碳含量。【结果】与常规翻耕处理相比,长期免耕和间歇性翻耕使0—10 cm土层粗大团聚体和10—20 cm土层细大团聚体的质量比例分别提高了63.4%和28.1%。秸秆还田主要提高了0—20 cm土层大团聚体的质量比例,平均提高率为3.0%。降低翻耕频率或秸秆还田处理,使不同土层团聚体的稳定性有所提升,前者使0—10 cm平均重量直径(mean weight diameter,MWD)和几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)值分别增加了11.9%—31.6%和4.1%—13.7%;后者使0—20 cm MWD和GMD值分别增加了3.5%和4.5%,翻耕频率对团聚体稳定性的影响程度显著高于秸秆还田处理。在0—10 cm土层,各粒径团聚体的有机碳含量随翻耕频率的降低而提高,而秸秆还田对团聚体有机碳的影响可以深入0—20 cm土层。耕作方式耦合秸秆还田处理对团聚体特征的影响显著大于降低翻耕频率或秸秆还田处理。潮土有机碳积累的主要贡献来源于粗大团聚体和细大团聚体,通过降低翻耕频率,可以提高0—10 cm土层粗大团聚体和10—20 cm土层细大团聚体对潮土有机碳积累的相对贡献,提高率分别达49.2%和29.1%。【结论】长期免耕和间歇性翻耕结合秸秆还田能显著提高潮土大团聚体的数量及其稳定性,通过提高大团聚体对土壤有机碳积累的相对贡献,可以增加潮土碳累积量。
    长期有机无机配施黑土土壤有机碳对农田基础地力提升的影响
    查燕,武雪萍,张会民,蔡典雄,朱平,高洪军
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4649-4659.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.006
    摘要 ( 233 )   HTML ( 1 )   PDF (499KB) ( 377 )   收藏
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    【目的】探讨长期不同施肥方式对提升东北黑土土壤有机碳和农田基础地力的差异。【方法】以国家黑土肥力和肥料效益长期监测试验(1989—2011年)资料为基础,采用 DSSAT ver.4.0作物生长模型模拟:(1) CK(对照,不施肥);(2)NPK(施氮磷钾肥);(3)NPKM(有机肥+NPK化肥,M指有机肥);(4)l.5NPKM(NPKM处理的1.5倍);(5)NPKS(秸秆+NPK化肥,S指玉米秸秆)5种施肥方式下东北黑土区春玉米20年的农田基础地力产量,在分析长期不同施肥措施下基础地力与土壤有机碳的演变规律的基础上,进一步探讨两者之间的数量化关系。【结果】经过20年施肥管理,NPK、NPKM、1.5NPKM和NPKS施肥处理春玉米农田基础地力产量分别增长了53.4%、78.0%、101.2%和69.4%,而CK处理的基础地力产量随时间延长呈下降趋势。到2008年,1.5NPKM、NPKM、NPKS、NPK 4个处理的土壤有机碳含量分别比CK处理的土壤有机碳含量增加了65.6%、65.1%、26.0%和21.7%,土壤有机碳储量分别提升了69.9%、44.2%、25.2%和16.7%。土壤有机碳含量与春玉米基础地力产量呈显著正相关(P<0.01),土壤有机碳含量每增加1 g?kg-1,春玉米农田基础地力产量大约提高220 kg?hm-2。【结论】土壤有机碳是黑土区基础地力的主要驱动因素,有机肥或秸秆与化肥配施提升了土壤有机碳,因而能有效提高春玉米农田基础地力产量和基础地力贡献率。增加有机物料投入是黑土区农田基础地力培育的最佳施肥措施。
    外源有机物料碳氮在红壤团聚体中的残留特征
    徐虎,张敬业,蔡岸冬,王小利,张文菊
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4660-4668.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.007
    摘要 ( 260 )   HTML ( 1 )   PDF (398KB) ( 361 )   收藏
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    【目的】土壤团聚体不仅是土壤结构的重要单元,也是土壤有机碳和氮素固持的重要场所。探究还田秸秆和有机肥中的有机碳和氮素在土壤团聚体中的残留特征,为深刻认识团聚体对外源有机碳和氮素的固持机制及土壤的可持续管理提供依据。【方法】以中国南方典型红壤(C3植物为主的自然植被)为研究对象,设置以下5个处理:(1)对照;(2)低量玉米秸秆添加;(3)高量玉米秸秆添加;(4)低量15N标记有机肥(与处理(2)等碳量);(5)高量15N标记有机肥(与处理(3)等碳量)。采用室内模拟培养试验(恒温恒湿条件下培养300 d),运用13C和15N同位素示踪技术,研究培养后土壤大团聚体(250—2 000 µm)、微团聚体(53—250 µm)、粉黏粒组分(<53 µm)中有机碳和氮含量及其同位素丰度(13C和15N),分析外源碳氮在土壤各团聚体组分的分配比例及残留特征。【结果】培养300 d后,与对照相比,添加秸秆或有机肥显著提高土壤总有机碳和全氮含量(P<0.05),提高幅度随物料添加量增加而增加。低量或高量有机肥添加后土壤及各级团聚体有机碳和氮素含量显著高于等碳量的秸秆处理。与对照相比,秸秆处理显著提高大团聚体(250—2000 µm)有机碳和氮的分配比例,其中,高量处理分别提高19.5和22.4个百分点;但该处理显著降低粉黏粒组分(<53 µm)有机碳和氮素分配比例,平均降低11.4和12.6个百分点。与对照相比,有机肥处理显著提高微团聚体(53—250 µm)有机碳和氮素的分配比例,其中,低量有机肥处理分别提高11.6和8.3个百分点;而显著降粉黏粒组分(<53 µm)的有机碳和氮的分配比例,平均降低6.0和9.4个百分点。同位素结果显示,高量或低量秸秆处理各粒级团聚体之间,大团聚体(250—2 000 µm)有机碳的δ13C值最高,其次为粉黏粒组分(<53 µm),微团聚体(53—250 µm)最低。而不同处理之间,高量秸秆处理总土及各粒级团聚体δ13C值明显高于低量秸秆和对照处理,而后两者没有明显差异。高量秸秆处理下,秸秆有机碳残留率为57.6%,其中,大团聚体的秸秆有机碳残留率(25.9%)相当于粉黏粒组分(<53 µm)残留率(13.3%)的2倍。添加15N标记的有机肥处理后,来源于有机肥的氮素在土壤中总残留率为77.3%,其中,微团聚体中有机肥氮素残留率为45.2%,相当于大团聚体(10.4%)的4倍以上。【结论】等碳量条件下,有机肥相对于秸秆更有利于土壤碳氮的积累。还田后50%的残留秸秆有机碳在大团聚体内固持,而58%残留的有机肥氮被固定在微团聚体中。
    长期施肥对紫色水稻土团聚体中有机碳和微生物的影响
    陈轩敬,梁涛,赵亚南,张跃强,石孝均
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4669-4677.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.008
    摘要 ( 256 )   HTML ( 1 )   PDF (432KB) ( 436 )   收藏
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    【目的】土壤微生物在维持土壤肥力、土壤健康和提高作物产量等方面都具有非常重要的作用,探讨长期不同施肥措施对紫色水稻土团聚体微生物量及活性的影响,明确不同施肥制度下土壤不同粒级团聚体中微生物特性,为系统了解施肥管理对土壤肥力演变的影响提供理论依据。【方法】依托重庆市北碚区中性紫色水稻土22年的长期定位试验,选取对照(CK,不施肥)、氮磷钾(NPK)、稻草还田(S)、氮磷钾+稻草还田(NPK+S)4个处理,采集0—20 cm耕层土壤样品,采用湿筛法获得不同粒级土壤团聚体,研究不同粒级土壤团聚体中的有机碳以及微生物量、呼吸代谢熵等微生物特性。【结果】连续22年定位试验表明,与CK相比,各施肥处理均显著增加了耕层土壤中水稳性大团聚体(>0.25 mm)含量,以NPK+S的促进作用最为明显,表明化肥与稻草还田长期配施有利于紫色水稻土水稳性大团聚体的形成;施肥还显著提高了团聚体稳定性和土壤有机碳水平,以稻草还田(S和NPK+S处理)效果最佳。长期施肥改变了土壤养分及生物活性在不同粒径团聚体上的分布。土壤中有机碳、微生物量碳、呼吸代谢熵在不同粒级团聚体中呈异质分布,在2.00—1.00 mm和1.00—0.25 mm两个级别的水稳性大团聚体中土壤有机碳、呼吸速率和代谢熵显著高于0.25—0.053 mm和<0.053 mm两个级别的水稳性小团聚体。【结论】>0.25 mm的水稳性团聚体是土壤有机碳和微生物量碳的主要载体,2.00—1.00 mm团聚体的生物活性最强;长期氮磷钾配施结合稻草还田显著提高了紫色水稻土团聚体的水稳性及大团聚体中有机碳和微生物量碳的含量,是改善紫色水稻土团粒结构和生物功能的有效措施。
    长期有机无机肥配施改变了 土团聚体及其有机和无机碳分布
    王仁杰,强久次仁,薛彦飞,张树兰,杨学云
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4678-4689.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.009
    摘要 ( 202 )   HTML ( 1 )   PDF (419KB) ( 281 )   收藏
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    【目的】研究小麦-玉米轮作体系长期有机无机肥配施对土土壤水稳性团聚体分布及其有机碳、无机碳含量的影响,以了解土碳固存机制对施肥的响应。【方法】依托21年长期肥料定位试验,采集不施肥(CK)和施用有机无机肥(MNPK)处理0—10、10—20和20—30 cm土层土样,利用湿筛法分析不同大小水稳性团聚体的质量百分比、原土和团聚体中有机碳和无机碳含量。【结果】长期有机无机肥配施显著降低各个土层>1 mm团聚体百分含量,显著增加0—20 cm土层0.25—1 mm团聚体百分含量。长期有机无机肥配施较对照显著降低了所有土层平均重量直径(MWD),3个土层分别降低26.6%、38.3%和62.4%。显著降低了20—30 cm土层几何平均直径(GMD),但对0—20 cm土层GMD值没有影响。有机无机肥配施较不施肥显著增加原土所有土层有机碳含量,3个土层有机碳含量分别增加150%、97%和42%;也增加了0—10 cm和10—20 cm土层所有级别团聚体有机碳的含量,其中0—10 cm土层>2、1—2、0.5—1、0.25—0.5以及<0.25 mm土壤团聚体有机碳含量增加幅度分别为163%、160%、111%、86%和61%,10—20 cm的增加幅度分别为97%、109%、118%、39%和45%,团聚体有机碳含量随团聚体增大而增加。长期有机无机肥配施显著增加20—30 cm土层无机碳含量,增加幅度为28.2%。另外,0—10 cm土层有机无机肥配施土壤大团聚体无机碳含量较对照有降低的趋势,其中>2 mm和0.25—0.5 mm团聚体无机碳含量显著降低;10—20 cm土层影响不显著;而20—30 cm土层有机无机肥配施均显著增加了各团聚体无机碳含量,增幅为22.1%—36.6%。土大于50%的有机碳储存在<0.25 mm的微团聚体中,1—2 mm团聚体储存最少(<10%)。长期有机无机肥配施降低了>2 mm和<0.25 mm团聚体有机碳分配比例,其中0—10 cm土层分别降低了4.33%和13.78%,10—20 cm土层分别降低10.24%和7.81%。显著增加了0.5—1 mm和0.25—0.5 mm团聚体的有机碳分配比例,0—10 cm土层分别增加13.8%和5.66%,10—20 cm土层分别增加13.46%和5.41%。长期有机无机肥配施增加0—10 cm和10—20 cm土层0.5—1 mm和0.25—0.5 mm团聚体的无机碳分配比例,0—10 cm和10—20 cm增加量分别为9.03%、4.59%和9.28%、6.96%;显著降低了>2 mm团聚体无机碳所占比例,分别降低6.95%和12.53%;对于20—30 cm土层,长期有机无机肥配施显著增加<0.25 mm团聚体的无机碳分配比例,增加量为18.89%;显著降低了>2 mm和1—2 mm团聚体无机碳分配比例,分别降低16.67%和5.28%。【结论】长期有机无机肥配施通过影响土团聚体分布以及碳在团聚体中的分配比例而增加有机碳固定。另外,GMD作为衡量土团聚体稳定性的指标较MWD更合理。
    15年保护性耕作对黄土坡耕地区土壤及团聚体固碳效应的影响
    李景,吴会军,武雪萍,蔡典雄,王碧胜,梁国鹏,姚宇卿,吕军杰
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4690-4697.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.010
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    【目的】保护性耕作是提高土壤有机碳(SOC)含量、促进土壤团聚体形成的重要措施。论文旨在揭示保护性耕作对土壤表层(0—10 cm)有机碳含量及储量的影响,探讨不同级别团聚体的固碳特征,为阐明土壤固碳机理和筛选黄土坡耕地区农田土壤增碳耕作措施提供理论依据。【方法】长期试验位于黄土高原坡耕地区,开始于1999年,共设4个处理:少耕(RT)、免耕覆盖(NT)、深松覆盖(SM)和传统翻耕(CT)。利用15年长期试验的作物产量和0—10 cm 土层土壤有机碳数据分析农田碳投入和土壤固碳量;通过湿筛法筛分>2、1—2、0.25—1、0.053—0.25和<0.053 mm粒级团聚体,分析不同团聚体的固碳特征。【结果】15年长期免耕覆盖和深松覆盖处理显著提高了土壤0—10 cm表层有机碳含量及储量,同传统翻耕处理相比,有机碳含量分别提高了22.9%和21.8%,有机碳储量分别提高了21.8%和16.7%,固碳速率分别为0.09和0.06 t C?hm-2?a-1。微团聚体(<0.25 mm)存储了大部分的有机碳,占总团聚体有机碳储量的65%,但其有机碳含量较低。大团聚体(>0.25 mm)有机碳含量较高,约为微团聚体的3—8倍,且对不同耕作措施反应敏感,可作为评价长期不同耕作措施对土壤有机碳含量影响的指标。土壤固碳量随着累积碳投入量的增加而显著增加,要维持土壤有机碳储量稳定,每年最低需投入外源碳2.4 t C?hm-2。【结论】长期保护性耕作(包括免耕覆盖和深松覆盖)提高了黄土坡耕地区土壤及团聚体有机碳储量,是有利于该地区土壤增碳的管理措施。
    长期施肥旱地土壤易分解与耐分解氮的矿化特性
    武红亮,于维水,朱平,张水清,赵雅雯,刘婧,王士超,孟繁华,卢昌艾
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4698-4706.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.011
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    目的】土壤易分解氮库和耐分解氮库是土壤有机质的重要组分,其矿化能力的大小可反映土壤有机氮的周转性能。论文旨在研究长期不同施肥制度下土壤易分解氮库与耐分解氮库的矿化特性,为了解不同培肥措施及其氮素供应提供依据。【方法】以中国长期不同施肥处理的2种旱地土壤(黑土和潮土)为例,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPKS)和化肥配施有机肥(NPKM)4个处理,采用颗粒密度法,将土壤有机氮分为易分解氮和耐分解氮2个组分,室内培养分析不同组分氮的矿化特性。【结果】筛分及培养结果显示,黑土和潮土的平均质量回收率和氮回收率均超过97%,易分解和耐分解氮组分矿化量之和占原土矿化量的平均比例为99.91%(99.89%—99.93%),是一种研究土壤易分解和耐分解氮组分矿化特性的可行方法。2种旱地土壤NPK、NPKS和NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势(除黑土NPK处理差异不显著)较CK处理显著提高26.82%—137.10%;不同施肥处理对旱地黑土、潮土易分解氮组分净氮矿化潜势影响显著,其中,黑土NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势为1.48 mg?kg-1?d-1,显著优于NPKS(1.02 mg?kg-1?d-1)与NPK(0.75 mg?kg-1?d-1)处理;潮土NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势为1.17 mg?kg-1?d-1,显著优于NPKS(0.89 mg?kg-1?d-1)与NPK(0.76 mg?kg-1?d-1)处理;旱地土壤各处理耐分解氮组分净氮矿化潜势之间差异不显著,其中,黑土各处理耐分解氮组分平均净氮矿化潜势为0.58 mg?kg-1?d-1(0.52—0.63 mg?kg-1?d-1),潮土为0.51 mg?kg-1?d-10.40—0.62 mg?kg-1?d-1)。不同施肥处理旱地黑土、潮土易分解氮组分净氮矿化潜势均显著大于同处理耐分解氮组分净氮矿化潜势,NPKM处理两者显现出最大差异,其中,黑土易分解氮组分净氮矿化潜势是同处理(按CK、NPK、NPKS、NPKM顺序)耐分解氮组分的1.41、1.39、1.75和2.35倍,潮土易分解氮组分净氮矿化潜势是同处理(按CK、NPK、NPKS、NPKM顺序)耐分解氮组分的1.22、1.33、1.56和1.87倍。土壤矿化过程中易分解组分对原土矿化贡献率受施肥措施显著影响,其大小按CK、NPK<NPKS<NPKM顺序递增,黑土依次为10.82%、12.51%、14.94%、18.91%,潮土依次为8.49%、9.71%、11.34%、16.2%;旱地土壤各处理耐分解氮组分的矿化贡献率之间无显著差异,黑土为86.24%(83.96%—88.51%),潮土为88.46%(86.71%—90.20%)。【结论】旱地易分解氮组分净氮矿化潜势和矿化贡献率对不同施肥措施的反应较耐分解氮组分敏感,各施肥处理易分解氮组分净氮矿化潜势显著高于耐分解组分,NPKM处理两组分矿化潜势差异最大,且对氮素矿化潜势和矿化贡献率的提高优于NPKS处理,更优于NPK处理。
    长期施肥下黑土活性氮和有机氮组分变化特征
    郝小雨,马星竹,高中超,陈苗苗,周宝库
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4707-4716.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.012
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    【目的】研究长期不同施肥措施下土壤活性氮和有机氮组分特征,探讨土壤活性氮和有机氮组分之间的关系,为评价土壤肥力、制定合理施肥措施提供科学依据。【方法】利用开始于1979年的哈尔滨黑土肥力长期定位试验,选取对照(CK,不施肥)、不施氮肥(PK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、有机无机肥配施(MNPK)5个处理,采用氯化钾浸提-差减法、氯仿熏蒸-K2SO4提取法和Bremner法分别测定不同处理土壤可溶性有机氮、微生物生物量氮和有机氮组分含量。【结果】长期施用化肥对土壤耕层活性氮和有机氮组分含量无显著影响。单施有机肥和有机无机肥配施处理较单施化肥处理可溶性有机氮含量分别增加34.7%和56.2%,微生物生物量氮含量分别增加89.8%和144.7%。与单施化肥相比,长期单施有机肥和有机无机肥配施显著增加了酸解铵态氮、酸解氨基酸氮、酸解氨基糖氮和酸解未知氮的含量,增幅分别在23.3%—29.1%、19.2%—33.2%、30.6%—47.6%和20.2%—32.0%,对非酸解氮无显著影响。不同施肥措施下有机氮各形态的分布趋势为非酸解氮>酸解氨基酸氮>酸解铵态氮>酸解未知氮>酸解氨基糖氮。与单施化肥相比,长期单施有机肥和有机无机肥配合施用处理酸解有机氮占全氮比例有所提高,增幅达6.4%和9.9%。土壤全氮、可溶性有机氮、微生物生物量氮均与酸解有机氮组分之间均存在显著的正相关关系。在土壤有机氮组分中,酸解氨基酸氮、酸解未知氮和酸解铵态氮对可溶性有机氮和微生物生物量氮的影响最大。【结论】土壤氮素含量的变化与施肥措施密切相关,有机无机肥配施措施能显著增加土壤活性氮和有机氮组分含量,有利于提高土壤氮素供应能力;酸解氨基酸氮、酸解未知氮和酸解铵态氮是土壤活性氮的主要贡献因子。
    氮肥与有机肥配施对设施土壤可溶性氮动态变化的影响
    段鹏鹏,丛耀辉,徐文静,张玉玲,虞娜,张玉龙
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4717-1427.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.013
    摘要 ( 255 )   HTML ( 1 )   PDF (679KB) ( 468 )   收藏
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    【目的】在氮肥与有机肥配施条件下,研究设施番茄生长期内土壤可溶性氮(矿质氮和可溶性有机氮)的动态变化,评估可溶性氮在设施土壤中的作用,为设施土壤的合理施肥提供理论参考。【方法】以连续两年不施肥(CK)、不同施氮量(N0、N1、N2、N3)、单施有机肥(M)以及不同氮量配施有机肥(MN0、MN1、MN2、MN3)的设施番茄栽培的田间小区试验的方法,研究氮肥与有机肥配施以及不同施氮量对番茄生长期、休耕期土壤可溶性氮动态变化的影响。【结果】在番茄生长期,与施用氮肥处理相比,氮肥与有机肥配施处理均能够显著增加0—30 cm土层土壤矿质氮和土壤可溶性有机氮的含量(P<0.01),特别是提高了矿质氮的含量。土壤矿质氮和土壤可溶性有机氮均表现出比较大的动态变化,总体来说,土壤矿质氮和土壤可溶性有机氮含量均在第一穗果膨大期最高,在第二穗果膨大期土壤矿质氮含量大于可溶性有机氮含量,而在收获期土壤可溶性有机氮含量大于矿质氮含量,且在整个生长季内土壤矿质氮和土壤可溶性有机氮含量之间均有显著的正相关关系(P<0.05)。在休耕期(番茄收获后60 d),与施用氮肥处理相比,氮肥与有机肥配施处理均能显著增加0—50 cm土层土壤矿质氮和0—10 cm土层土壤可溶性有机氮的含量(P<0.05);在0—50 cm土层内,土壤矿质氮和土壤可溶性有机氮的含量均随土层深度加深呈逐渐下降趋势,且在20—40 cm处有明显的累积。此外,不管是在番茄生育期还是在休耕期,总体上来看,不施有机肥处理下,土壤矿质氮和土壤可溶性有机氮的含量均以N2处理的含量为最高,而且土壤可溶性有机氮在可溶性氮中占有更大的比例;而在氮肥与有机肥配施处理中,MN2和MN3处理的土壤矿质氮和土壤可溶性有机氮含量最高,而且在可溶性氮库中以土壤矿质氮为主。【结论】本试验条件下,适量氮肥与有机肥配施能够更好协调和改善设施土壤中可溶性氮的供应状况。
    中国主要土壤有效磷演变及其与磷平衡的响应关系
    展晓莹,任意,张淑香,康日峰
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4728-4737.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.014
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    【目的】明确土壤有效磷的演变规律及其与磷平衡(土壤磷输入减去磷输出)的响应关系,为指导磷肥施用以及管理有效磷水平提供依据。【方法】选取21个农业部国家耕地质量长期监测点,分析常规施肥条件下中国主要5种类型土壤上有效磷的演变规律与土壤磷素的平衡状况,得到单位磷平衡的有效磷变化量(即有效磷效率),同时对土壤的有效磷效率与土壤性质(pH、有机质、全氮和碱解氮)进行相关性分析。【结果】21个土壤监测点中有2个点的磷素出现耗竭,19个点的磷素出现累积,累积磷盈亏在-290—4 919 kg?hm-2。在监测时间内,有14个监测点的有效磷随年份显著上升,2个监测点显著下降,其余持平。21个监测点的有效磷年均上升0.74 mg?kg-181%的土壤监测点有效磷与磷平衡呈显著的正相关关系,土壤每累积100 kg P?hm-2,褐土有效磷平均增加1.12 mg?kg-1,变异系数为25%;黑土有效磷增加3.76 mg?kg-1,水稻土有效磷平均增加5.01 mg?kg-1,变异系数为52%;紫色土有效磷平均增加2.34 mg?kg-1,变异系数为68%;灌淤土有效磷增加0.47 mg·kg-1。有效磷效率与土壤pH呈显著的直线负相关关系(r=0.65,P<0.01),与土壤有机质(r=0.62,P<0.01)、全氮(r=0.52,P<0.01)和碱解氮(r=0.63,P<0.01)呈显著的直线正相关关系。【结论】中国主要类型土壤的有效磷效率有一定差异,范围在0.47—10.76 mg?kg-1,有效磷效率均值在不同土类之间为水稻土>黑土>紫色土>褐土>灌淤土,且土壤pH、有机质、全氮、碱解氮与土壤有效磷效率呈显著的直线相关关系。
    长期施肥条件下潮土土壤磷素对磷盈亏的响应
    杨军,高伟,任顺荣
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4738-4747.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.015
    摘要 ( 193 )   HTML ( 1 )   PDF (440KB) ( 330 )   收藏
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    【目的】土壤磷素状况是评价土壤养分的重要指标之一。探讨长期施肥条件下土壤有效磷、全磷对土壤磷素盈亏(平衡)的响应,为潮土区施肥管理和土壤培肥提供科学依据。【方法】分析了天津潮土33年(1979—2012)肥料长期定位试验中,不同施肥处理下土壤磷素盈亏与Olsen磷、全磷的变化特征。【结果】长期不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)及秸秆与氮肥配施(NS)处理,土壤中磷素常年处于亏缺状态。施磷处理(PK,NP,NPK)和有机肥与氮肥配施(NM),土壤中磷素均有盈余,PK处理盈余最多,但随试验年限延长(约20年后),NP,NPK和NM处理土壤中磷素盈余量呈下降趋势。土壤有效磷增加量随磷盈亏而变化,二者呈显著正相关(P<0.05)。施用无机磷肥或有机肥,均可使土壤中的磷素盈余,土壤中每盈余100 kg·hm-2磷,PK、NP、NPK、NM处理土壤中的Olsen磷分别增加3.59、1.19、1.75和2.40 mg·kg-1。长期不同施肥,土壤磷平衡与土壤全磷增量间呈正相关,但不同处理下差异较大。单施氮肥(N)和秸秆还田(NS)处理,可认为累积磷平衡对土壤全磷增量无影响。施用无机磷肥或有机肥,土壤中每盈余100 kg P·hm-2PK、NP、NPK、NM处理土壤中全磷分别增加0.06、0.070.07和0.10 g·kg-1。【结论】土壤磷素盈亏状况与肥料配施类型密切相关,长期施用化学磷肥或有机肥,土壤有效磷、全磷增加量与土壤磷素盈亏呈显著直线正相关。有机肥与氮肥配施提升土壤全磷的速率大于施用化肥。
    长期施肥红壤及其有机无机复合体非交换性钾释放动力学
    岳龙凯,王伯仁,黄庆海,柳开楼,蔡泽江,李冬初,黄晶,张会民
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4748-4758.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.016
    摘要 ( 163 )   HTML ( 1 )   PDF (916KB) ( 315 )   收藏
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    【目的】研究长期不同施肥土壤及复合体中非交换性钾释放动力学特征,深入探索长期不同施肥引起的土壤供钾能力差异,明确不同施肥土壤及其有机无机复合体中非交换性钾的供应能力。【方法】以持续20年以上的进贤和祁阳旱地长期试验为研究基础,采用超声波打散,虹吸管法分离土壤<2、2—10、10—50、50—100、>100 µm粒级有机无机复合体,制备钙饱和样品,通过草酸连续浸提,得到原土及不同粒级有机无机复合体非交换性钾释放量并建立动力学方程,探索非交换性钾释放规律。【结果】浸提300 h,土壤非交换性钾累积释放量变化表现为进贤试验点化学氮、磷、钾肥与有机肥配施(NPKM)处理和化学氮、磷、钾肥配施(NPK)处理较化学氮、磷肥配施(NP)处理分别增加98.0和81.0 mg·kg-1,增加率分别为30.7%和25.4%;祁阳试验点NPKM和NPK较NP处理分别增加130.0和40.0 mg·kg-1,增加率分别为52.1%和16.0%。施用钾肥较不施钾肥显著增加<2 µm粒级复合体非交换性钾累积释放量。采用一级动力学方程和Elovich方程对土壤及复合体非交换性钾释放特性进行拟合均达到极显著水平(P0.001),同时一级动力学方程a值、Elovich方程b值均与非交换性钾释放量呈极显著正相关(P0.001)。【结论】红壤长期施用钾肥及其配施有机肥提高土壤非交换性钾供应能力,这种能力的变化主要集中在<2 µm粒级复合体;一级动力学方程a值和Elovich方程b值可以很好地模拟土壤及复合体非交换性钾的释放能力。
    四川盆地水稻产量对基础地力与施肥的响应
    梁涛,陈轩敬,赵亚南,黄兴成,李鸿,石孝均,张跃强
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4759-4768.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.017
    摘要 ( 216 )   HTML ( 1 )   PDF (1166KB) ( 302 )   收藏
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    【目的】四川盆地是中国主要的单季稻种植区之一。研究四川盆地稻田土壤基础地力、养分供应能力和施肥效果,评价土壤基础地力和施肥对水稻产量的影响,为四川盆地稻田地力的保育培肥和区域合理施肥提供依据。【方法】依托2005年以来在四川盆地布置的474个水稻田长期定位试验点,选取对照(不施肥CK)、磷钾(PK)、氮钾(NK)、氮磷(NP)和氮磷钾(NPK)5个处理,测定水稻产量和养分吸收量,分析四川盆地稻田土壤基础地力现状、土壤养分供应能力和施肥效果及其之间的关系,基于水稻产量评价不同基础地力稻田的施肥效果及产量稳定性和可持续性。同时通过调研四川盆地水稻研究结果,分析30多年来稻田基础地力的变化趋势。【结果】文献调研表明,四川盆地田基础地力稳定提升,2000年以来稻田基础地力产量在5.6—6.4 t·hm-2,比二十世纪八九十年代提高了1.5 t·hm-2,地力贡献率也上升6.7%。田间试验表明,基础地力和肥料对产量的贡献率分别为67.4%—75.9%和24.1%—32.6%。四川盆地稻田土壤氮、磷、钾养分供应量分别为103—120、23.2—27.5和139—185 kg·hm-2,土壤养分对产量的平均贡献率达到78.2%、88.8%、90.8%,而施肥对产量的贡献率低于30%,且氮肥的增产效果高于磷肥和钾肥。四川盆地不同生态区土壤基础地力和养分供应能力均表现为成都平原>盆地中部浅丘区>盆地周边丘陵区>盆地东部丘陵区;土壤基础地力越高越容易实现水稻高产,土壤基础地力与土壤贡献率呈显著正相关,而与肥料贡献率呈显著负相关;土壤基础地力越高,产量可持续性和稳定性越高。【结论】提高稻田土壤基础地力可促进水稻高产稳产,降低高产对肥料的依赖性,有利于水稻的可持续生产。
    陕西关中不同年代小麦品种产量及氮素吸收利用对土壤肥力的响应
    韩晓宇,黄芳,王峥,张树兰,杨学云
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4769-4780.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.018
    摘要 ( 172 )   HTML ( 1 )   PDF (453KB) ( 330 )   收藏
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    【目的】探讨陕西关中地区小麦品种演替过程中产量及氮效率对土壤肥力的响应。【方法】以20世纪80年代至今关中冬麦区3个代表性小麦主栽品种为材料,以33年长期不同施肥处理构建的土壤肥力水平梯度为平台,研究品种演替和土壤肥力及其交互对作物产量、氮利用效率的影响。供试品种有20世纪80年代品种小偃6号、90年代末品种小偃22和近年品种西农979。长期施肥包括6个处理:不同水平的氮磷化肥配施(N1P1和N2P2)、有机肥与无机肥配施(M1N1P1、M1N2P2、M2N1P1和M2N2P2),以不施肥为对照(CK)。【结果】在各个肥力水平土壤上,籽粒产量及收获指数均随小麦品种更替而呈现增加的趋势,尤其在高肥力土壤上更为明显。土壤肥力水平的提高显著提高了小麦籽粒产量,其中西农979增产幅度最大(151.0%—610.5%),其次为小偃22(127.9%—349.7%),小偃6号增幅最低(148.1%—341.8%)。土壤肥力与品种对小麦籽粒产量及收获指数有显著的交互作用,低肥力条件下,小偃6号籽粒产量高于西农979,高肥力条件下则相反。小麦百公斤籽粒需氮量随品种演替有降低的趋势,但随土壤肥力水平提高有增加的趋势。土壤肥力与品种对百公斤籽粒需氮量也有显著的交互作用。在小麦品种更替过程中氮肥生理效率和农学效率均呈增加的趋势,但随着土壤肥力水平的提高,各品种小麦的氮肥生理效率呈下降的趋势,氮肥农学效率呈先升高后下降的抛物线变化趋势。土壤肥力与品种对小麦氮肥生理效率和农学效率无明显交互作用。【结论】陕西关中小麦品种演替在高肥力以及养分投入充足时不仅表现出单产不断提高,而且氮效率也呈逐步增加的趋势。因此,品种更新的同时还要注重提升土壤肥力,才能保证粮食安全,实现农业生产可持续发展。
    长期施肥对砂姜黑土作物产量及土壤物理性质的影响
    王道中,花可可,郭志彬
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4781-4789.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.019
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    【目的】保持和提高土壤肥力,提升土壤生产力,是农业持续发展的重要内容。研究无机肥与牛粪、猪粪和小麦秸秆长期配合施用对砂姜黑土作物产量及土物理性质的影响,为培肥改良砂姜黑土、提升砂姜黑土生产力提供理论依据。【方法】利用1982年建立在安徽省蒙城县砂姜黑土上的长期定位试验,分析牛粪、猪粪、秸秆等不同有机物料与无机肥料配施对作物产量、土壤容重和土壤田间持水量的影响,评价有机物料与无机肥配施对砂姜黑土的培肥效果。【结果】长期不施肥处理的小麦、大豆产量持续下降,平均年降低分别为39.0和70.9 kg·hm-225年后产量在极低水平波动。单施无机肥或无机肥与有机物料配施,小麦产量均呈逐年增高的趋势。无机肥和有机物料配施的处理与单施无机肥(NPK)处理相比均表现出增产效果,年均增产率在5%以上。不同有机物料处理间的增产效果是牛粪处理(NPK+CM)优于猪粪处理(NPK+PM),而猪粪处理优于秸秆处理(NPK+S)。小麦、大豆产量年际间波动幅度较大,长期不施肥处理小麦产量变异系数(CV)最高,增施肥料可以降低CV,有机物料和无机肥配施的处理CV低于单施无机肥处理,牛粪处理CV最小。牛粪、猪粪、秸秆与无机肥料长期配合施用能降低砂姜黑土土壤容重,显著提高土壤田间持水量,小麦、大豆产量与土壤容重呈显著负相关,与土壤田间持水量呈显著正相关,有机物料与无机肥配施可以改善砂姜黑土不良的物理性状。【结论】长期均衡施用无机肥料或有机物料与无机肥配施均能提高土壤肥力水平,小麦产量呈逐年增高的趋势。有机物料与无机肥配施能提高作物产量,降低产量变异,增强产量稳定性,作物高产稳产;能改善砂姜黑土不良的物理性状,提高土壤肥力。有机物料与无机肥配施是安徽省砂姜黑土地区较为适宜的施肥模式。
    长期不同施肥对东北黑土区玉米产量稳定性的影响
    高洪军,彭畅,张秀芝,李强,朱平
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4790-4799.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.020
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    【目的】通过阐明长期不同施肥下东北黑土区玉米产量的变化规律及其稳定性差异,为建立合理施肥模式、促进东北黑土区玉米持续稳产和高产提供科学依据。【方法】以(公主岭)国家黑土肥力与肥料效益长期试验为研究平台,利用8种不同施肥模式(CK、NP、NK、PK、NPK、M1NPK、SNPK和M2NPK)的25年数据分析玉米产量变化及土壤养分状况对施肥模式的响应。【结果】长期有机肥与化肥配施玉米产量总体上表现为上升趋势,有机肥氮替代部分化肥氮的有机无机配施处理增产效果也较为明显;M1NPK、SNPK和NPK 3个等氮量施肥处理玉米平均产量差异不显著,其前11年NPK处理玉米产量高于SNPK和M1NPK处理,后14年NPK处理玉米产量低于SNPK和M1NPK处理;施化肥处理玉米平均产量(1990—2014年)排序为NPK>NP>NK>PK、CK。氮、磷和钾肥对玉米产量的增产效应差异较大,每千克氮肥、磷肥和钾肥的产量效应分别为33.0、16.2和15.3 kg。有机无机配施处理玉米产量可持续指数(SYI)值高,分布在0.712—0.798,玉米产量可持续性好,而不平衡施肥和不施肥处理的SYI值最低;CK、PK和NK处理玉米产量变异系数较大,分布在18.5%—34.7%,产量稳定性差,而有机无机配施处理相对较小都在10.8%—13.0%。在施肥处理中,PK处理平均生产力贡献率最低,仅为37.8%,但与氮配施平均生产力贡献率达到91.2%;NPK、M1NPK与SNPK 3个等氮量施肥处理平均生产力贡献率差异不显著。长期施用有机肥可明显提高土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量,施用化肥磷对土壤有效磷含量提高较显著,但施用化肥氮和钾分别对土壤全氮和速效钾含量提高效果不显著;通过相关性分析可知玉米产量与土壤有机质、全氮和速效磷均呈极显著正相关(P<0.01),而与土壤速效钾含量呈显著正相关(P<0.05)。【结论】长期不施肥或偏施化肥玉米产量的稳定性减弱、土壤生产力贡献率下降;平衡施用化肥可有效提高黑土区玉米产量稳定性和可持续性;有机肥与化肥配施具有明显的增产和稳产效果。因此,施用有机肥氮替代部分化肥氮的有机无机配施模式是东北黑土区最有效的施肥措施
    吉林省农田土壤肥力现状及变化特征
    焉莉,王寅,冯国忠,高强
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4800-4810.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.021
    摘要 ( 163 )   HTML ( 1 )   PDF (434KB) ( 344 )   收藏
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    【目的】距离中国第二次土壤普查已有近30年的时间,受种植活动、作物品种、耕作方式等变化的影响,农田土壤肥力已发生了巨大的变化。为实现土地资源的有效利用和种植业的可持续发展,必须明确农田土壤养分的现状与变化特征。【方法】通过对2005—2010年吉林省测土配方施肥项目中大量的土壤养分数据进行分析,研究吉林省农田土壤肥力现状,并与第二次普查数据对比以了解农田土壤养分的变化特征。【结果】目前,吉林省农田土壤的pH平均为6.6,有机质含量平均为26.1 g·kg-1,碱解氮含量平均为146.8 mg·kg-1, 有效磷含量平均为26.7 mg·kg-1,速效钾含量平均为121.9 mg·kg-1。吉林省不同区域土壤养分存在显著差异,pH自东向西逐渐升高,而有机质、碱解氮和有效磷含量从东到西逐渐降低,速效钾含量东部地区显著低于其他地区。与第二次土壤普查结果相比,目前吉林省农田土壤有机质含量明显下降,碱解氮和有效磷含量大幅提高,速效钾含量略有降低。【结论】在长期耕作和较高施肥量条件下,吉林省农田土壤养分变化明显。建议今后在作物种植过程中大力推广科学施肥技术,重视有机肥与化肥配施,适当控制氮、磷肥施用,推进秸秆还田,以实现吉林省农田土壤肥力的提高和养分的平衡供应。
    中国南方水稻土酸化演变特征及影响因素
    周晓阳,周世伟,徐明岗,Colinet Gilles
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4811-4817.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.022
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    【目的】明确中国南方水稻土酸化特征及主要影响因素,为防控水稻土酸化提供理论依据。【方法】选择中国南方江苏、湖南、广东、广西、四川和云南6个省份(自治区)的20个水稻土长期定位监测点,统计分析水稻土pH演变特征及阶段性变化规律,并探讨施肥量及土壤氮素含量对水稻土酸化的影响。【结果】1988—2013年25年间中国南方水稻土显著酸化,土壤pH下降0.59个单位,平均每年下降0.023个单位。水稻土酸化具有明显的阶段性特征,起始的14年中水稻土pH急速下降,平均每年可下降0.051个单位;近10年间,土壤pH趋于平稳。增施化肥特别是化学氮肥可导致水稻土酸化,二者与土壤pH均呈显著负相关关系(P<0.01),由此推算出化学氮肥每增施100 kg·hm-2,水稻土pH可下降0.65个单位。减少有机肥的施用也可引起水稻土酸化,有机肥施用量与土壤pH之间呈显著正相关关系,有机肥每减少100 kg·hm-2,水稻土pH下降0.51个单位。土壤全氮及碱解氮含量与pH间均呈极显著负相关关系,土壤全氮和碱解氮含量每增加100 mg·kg-1,水稻土pH约下降0.1个单位。【结论】在过去25年间,中国南方水稻土显著酸化,酸化具有明显的阶段性特征,施肥初期土壤pH显著降低。减少化学氮肥的施用和增施有机肥是控制水稻土酸化的重要措施。
    不同母质和植被类型下红壤pH和交换性酸的剖面特征
    赵凯丽,蔡泽江,王伯仁,文石林,周晓阳,孙楠
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4818-4826.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.023
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    【目的】成土母质和植被类型是影响土壤酸化的2个主要因素,研究不同母质和植被类型下红壤pH和交换性酸的剖面变化及其酸化特征,为防治土壤酸化提供依据。【方法】选取3种植被类型(马尾松林、湿地松林、阔叶林)下4种母质(第四纪红土、红砂岩、板页岩和花岗岩)发育的红壤,通过测定不同层次(0—20、20—40、40—60、60—80和80—100 cm)土壤的pH及交换性酸,以及通过比较表层土壤(0—40 cm)与深层土壤(60—100 cm)pH的差异来表征红壤是否酸化及酸化程度大小。【结果】4种母质发育的剖面红壤均呈酸性或强酸性。在0—40 cm土层,4种母质红壤pH大小顺序为:花岗岩>红砂岩>第四纪红土>板页岩,3种植被类型下红壤pH大小顺序为:马尾松林>湿地松林>阔叶林,交换性酸含量则呈现相反的变化趋势;随着土层深度的增加,红砂岩、板页岩和花岗岩红壤pH呈减小趋势,交换性酸含量呈增加趋势,而第四纪红土红壤pH和交换性酸含量则呈现相反的变化趋势;在40—100 cm土层,4种母质红壤pH大小顺序为:花岗岩>第四纪红土>红砂岩>板页岩,3种植被类型下红壤pH的大小顺序为:湿地松林>马尾松林>阔叶林,交换性酸含量则呈现相反的变化趋势;随着土层深度的增加,第四纪红土、红砂岩和花岗岩红壤pH呈增加趋势,交换性酸含量呈减小趋势,而板页岩红壤pH和交换性酸含量变化不明显;通过比较表层土壤与深层土壤pH可得出:4种母质红壤的酸化程度大小顺序为:第四纪红土>红砂岩>花岗岩>板页岩;3种植被类型酸化效果的大小顺序为:湿地松林>阔叶林>马尾松林。【结论】3种植被类型下4种母质发育的红壤,剖面土壤pH和交换性酸的变异主要发生在0—40 cm土层,而40—100 cm土层pH和交换性酸的变化较小。在3种植被类型下,0—40 cm土层以第四纪红土红壤酸化最为严重,其次为红砂岩红壤和花岗岩红壤,再次为板页岩红壤;湿地松林的酸化效果最强,其次为阔叶林,以马尾松林的酸化效果最弱。
    长期施肥对土壤及玉米籽粒中Pb、As含量的影响
    杨振兴,周怀平,解文艳,关春林,车丽
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4827-4836.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.024
    摘要 ( 158 )   HTML ( 1 )   PDF (385KB) ( 265 )   收藏
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    【目的】探究褐土区长期施肥农田土壤重金属PbAs含量的动态变化规律。【方法】基于22年的氮磷化肥与有机肥配施长期定位试验,通过对0202040 cm土层及2013年玉米籽粒PbAs含量的测定,分析褐土农田PbAs的累积状况、年际变化特征、剖面分布特征及对玉米籽粒PbAs含量的影响。【结果】不施肥处理土壤PbAs含量均有所减少,其他施肥处理均有所累积;土壤Pb含量整体呈升高趋势,较基础土样升高了1.778.41 mg?kg-1,升高幅度为4.42%20.95%;土壤As含量呈下降趋势,较基础土样降低了17.10%41.54%;Pb具有表聚性,As2040 cm土层的含量要高于耕层;2013年不同施肥处理土壤重金属PbAs含量均未超过土壤环境质量二级标准;其中磷肥和有机肥对褐土中 Pb、As含量的处理间差异影响不显著;2013年玉米籽粒中Pb、As含量低于国家食品安全限量标准。【结论】施肥处理均表现出重金属Pb累积现象,因此应注意控制肥料的施用量。
    长期施肥下黑土重金属的演变特征
    苏姝,王颖,刘景,朱平,高洪军,张崇玉,周世伟
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4837-4845.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.025
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    【目的】探讨长期施肥下黑土重金属的演变特征,为该地区科学施肥和土壤环境保护提供理论依据。【方法】设计长期定位施肥试验:CK(对照,不施肥)、N(氮)、NP(氮磷)、NPK(氮磷钾)、NPKM(氮磷钾+有机肥)和1.5NPKM(1.5倍的NPKM),共6个处理。试验采集起始(1989年)和各施肥年限(1994、2000、2006、2010、2012年)的耕层(0—20 cm)土壤样品,测定Cu、Zn、Pb、Cd总量和有效态含量,并计算其活化度。【结果】长期施用化肥不影响黑土重金属总量、有效态含量。Pb不受施肥影响,Cu、Zn、Cd受粪肥影响,其总量和有效态都显著增加,Cu和Zn活化度增加,但Cd活化度显著降低(维持在8%—9%,明显低于化肥处理的35%)。长期施用有机肥,重金属演变呈现阶段性。1989—2000年缓慢增加,2000—2010年快速增加,2010年后稳定或缓慢下降。1.5NPKM 3个阶段Cd总量变化分别为0.03 mg·kg-1·a-10.07 mg·kg-1·a-1-0.13 mg·kg-1·a-1NPKM处理的Cu有效态变化分别为0.11 mg·kg-1·a-10.53 mg·kg-1·a-1-1.25 mg·kg-1·a-1。重金属演变的阶段性是源于粪肥重金属含量的阶段性变化,即养殖方式的变化。金属活化度相关性分析表明:Cu与Olsen-P、Zn与SOM皆显著正相关,而Pb与pH显著负相关;Cd与Olsen-P和SOM显著负相关,与pH显著正相关,意味着Cd对土壤性质的响应更加复杂。【结论】长期施用化肥对重金属演变没有明显影响,长期施用有机肥显著改变了其演变特征,重金属演变呈现出先缓慢增加、然后快速增加、最后稳定或缓慢下降的阶段性变化,而且阶段性演变特征源于粪肥金属含量的阶段性变化。在农业生产中,既要适度增施有机肥又要关注其潜在风险,现有施肥量(30 t·hm-2)和玉米种植体系下,当地牛粪长期施用仍存在很大风险。
    紫色泥岩土壤<2 mm岩屑及其对抗剪强度的作用机制
    钟守琴,刘波,魏朝富,胡斐南
    中国农业科学. 2015, 48(23):  4846-4858.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.026
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    【目的】土壤抗剪强度是反映土壤抗滑、抗侵蚀及抗倾覆稳定性的重要指标。而紫色土中大量岩石碎屑能够显著影响土壤抗剪强度。但过去的研究主要集中在>2 mm的岩石碎屑上,而<2 mm的岩石碎屑却被忽视。因此,研究<2 mm岩屑及其对抗剪强度的作用机制对紫色土区域土壤资源的可持续发展有非常重要的实践指导意义。【方法】以紫色泥岩发育的坡耕地土壤为研究对象,采用吸管法测定土壤颗粒组成,采用应变控制式直剪仪测定土样在不同含水率和垂向压力下的抗剪强度,通过对比分析研究<2 mm的岩石碎屑及其对抗剪强度的作用机制。【结果】从坡顶至坡谷,坡顶至坡脚旱地土壤与母岩的颗粒组成呈极显著性相关,而坡脚与坡谷水田土壤与母岩的颗粒组成的相关性则不显著,即紫色泥岩发育的旱地土壤的颗粒组成与其母岩的颗粒组成具有高度的一致性;土壤中<0.25 mm颗粒累积含量在99.84%—99.91%,其中,以>0.25 mm岩石碎屑存在的土壤颗粒的比例为0.96%—57.82%,以>0.25 mm团聚体存在的土壤颗粒的比例为6.33%—19.66%,随着位置高程的降低,土壤中岩石碎屑含量减少,且旱地土壤中岩石碎屑的含量显著高于水田土壤;而团聚体及黏粒含量则逐渐增加。在土壤含水率从7%增加到25%的过程中,土壤水分对旱地土壤黏聚力的影响要小于水田土壤;内摩擦角随着土壤含水率的降低而线性减小,且随着位置高程的降低,土壤水分对内摩擦角的影响逐渐增大;在相同垂直压力下,土壤水分对土壤抗剪强度的影响同样也随着位置高程的降低、岩石碎屑含量的减少而增大。【结论】在紫色泥岩发育的土壤中存在大量<2 mm的岩石碎屑。这些<2 mm岩石碎屑的存在改变了对传统土壤团聚体的认识,使得土壤团聚体可进一步细分为先天团聚体(<2 mm岩石碎屑)以及后天团聚体(水稳性团聚体)。同时,土壤中这些<2 mm岩石碎屑能够降低土壤水分对黏聚力及内摩擦角的影响,从而降低土壤水分对土壤的抗剪强度特性的影响。