長期不同施肥條件下黑土區(qū)春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力演變特征.pdf

1、農(nóng)田地力水平的高低取決于生產(chǎn)消耗與培育補(bǔ)償?shù)膭討B(tài)平衡。我國幅員遼闊，由于地理環(huán)境、土壤理化性狀和耕作管理模式不同，不同區(qū)域農(nóng)田地力存在顯著差異。同時在高強(qiáng)度利用條件下，重生產(chǎn)，輕保育，農(nóng)田地力水平總體處于比較低水平的平衡。面對人口日益增長，國家增糧需求與高強(qiáng)度利用條件下農(nóng)田地力總體水平低的矛盾，加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)地力培育和挖掘農(nóng)田生產(chǎn)潛力成為我國急需探索和解決的問題。
　　國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）“農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及

2、其主控因素(2011CB100501)”專家組經(jīng)過反復(fù)研究討論，定義農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力(Basic Soil Productivity，BSP)狹義是指在當(dāng)?shù)氐牧⒌貤l件、土壤剖面理化性狀、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平下，經(jīng)過多年水肥培育后，當(dāng)季旱地?zé)o水肥投入、水田在無養(yǎng)分投入時的土壤生產(chǎn)能力。
　　本研究以973專家組給出的農(nóng)田基礎(chǔ)地力定義為基礎(chǔ)，以我國東北黑土糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤為研究對象，選擇當(dāng)?shù)刂饕魑锎河衩?，利用公主嶺黑土肥力和肥料效

3、益長期定位監(jiān)測點(diǎn)22年（1990-2011年）試驗(yàn)數(shù)據(jù)和12個黑土區(qū)國家級耕地土壤監(jiān)測點(diǎn)1988-2006年數(shù)據(jù)，建立時空坐標(biāo)（以長期試驗(yàn)的時間序列為時間坐標(biāo)，以黑土區(qū)南北緯度梯度帶為空間坐標(biāo)），應(yīng)用農(nóng)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移決策支持系統(tǒng)DSSAT(Decision Support System for Agro-Technology Transfer)作物生長模型和構(gòu)建的基礎(chǔ)地力指數(shù)模型(BSPI)模擬研究黑土區(qū)農(nóng)田長期不同施肥條件下基礎(chǔ)地力的時空

4、演變規(guī)律。以多元統(tǒng)計分析方法解析影響基礎(chǔ)地力提升的主控因素，并通過大田和盆栽試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，為我國糧食主產(chǎn)區(qū)地力定向培育提供科學(xué)依據(jù)，對保障國家糧食安全，實(shí)現(xiàn)增糧需求具有重要的理論和實(shí)際意義。主要結(jié)論與結(jié)果如下:
　　(1)本研究利用校驗(yàn)好的DSSAT模型模擬不同施肥處理下黑土春玉米20年（1992-2011年）的基礎(chǔ)地力產(chǎn)量和地力貢獻(xiàn)率，可以很好的表征不同施肥處理的基礎(chǔ)地力變化。結(jié)果表明，化肥與有機(jī)肥或秸稈配施可以顯著提高農(nóng)田基礎(chǔ)

5、地力產(chǎn)量，年平均增長率在4.1％-6.0％之間。施用化肥(NPK)、有機(jī)肥與化肥(NPKM)、高倍有機(jī)肥與化肥(1.5NPKM)和玉米秸稈與化肥(NPKS)，4種施肥處理下20年春玉米基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率均值分別為76.4％、80.4％、84.7％和74.4％。說明增施有機(jī)肥不僅具有增產(chǎn)效應(yīng)，對培肥地力，提高農(nóng)田基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)較大。而長期不施肥CK處理的產(chǎn)量整體呈下降趨勢，下降了8.9％。因此，長期定位試驗(yàn)中CK產(chǎn)量的變化不能真實(shí)反映施肥條件下

6、農(nóng)田基礎(chǔ)地力的演變特征。
　　(2)利用大田試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)對模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示，模型模擬的基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率與大田試驗(yàn)實(shí)測的貢獻(xiàn)率比較接近，歸一化均方根差RMSE=5.39％，一致性指數(shù)d=0.74。與盆栽試驗(yàn)相比，模擬和實(shí)測的基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率大小排列次序一致，均為:1.5NPKM＞NPKM＞NPK＞NPKS。有機(jī)肥與化肥配施(1.5NPKM、NPKM)兩個處理模型模擬值與盆栽試驗(yàn)實(shí)測值最接近，誤差在8.3％以內(nèi)。
　　(

7、3)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常規(guī)施肥方式下，農(nóng)田基礎(chǔ)地力指數(shù)(BSPI)隨著時間的變化呈現(xiàn)顯著上升趨勢(P＜0.01);基礎(chǔ)地力指數(shù)與黑土的緯度分布有關(guān)，隨著緯度的升高呈現(xiàn)增加趨勢。這一變化趨勢與黑土有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量隨著緯度的升高而增加的空間變化趨勢一致。
　　(4)公主嶺長期定位試驗(yàn)點(diǎn)基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率與土壤有機(jī)質(zhì)含量極顯著相關(guān)，與全氮、全磷和有效磷也達(dá)到了顯著的相關(guān)水平。吉林和黑龍江12個國家黑土監(jiān)測點(diǎn)的春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力指數(shù)都與土壤有機(jī)

8、碳(SOC)、全氮含量相關(guān)性最顯著。說明土壤有機(jī)碳和氮素是影響東北黑土區(qū)農(nóng)田基礎(chǔ)地力的最關(guān)鍵因素。當(dāng)SOC含量增加1 gkg-1，春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力產(chǎn)量大約提高220 kgha-1。
　　(5) NPKM和1.5NPKM處理下，SOC含量均隨著施肥年限的增加呈顯著上升趨勢。到2008年，1.5NPKM、NPKM、NPKS、NPK4個處理分別比對照不施肥處理(CK)SOC含量增加了65.6％、65.1％、26.0％和21.7％。而C

9、K處理的SOC含量從1990年的12.49 g kg-1下降到2008年的11.67 g kg-1，下降了6.6％。0-20 cm土層SOC儲量也提升了12.8％-41.5％。只有長期不施肥CK處理SOC儲量從31.0 t C ha-1下降到29.2 t C ha-1，下降了6.2％，說明沒有有機(jī)物料的投入，僅靠根茬很難維持黑土SOC水平。NPKM和1.5NPKM處理的固碳速率比較高，分別為0.895、0.823 t C ha-1yr-

10、1。單施化肥雖然也能增加SOC儲量，但固碳速率只有0.218 t C ha-1yr-1。公主嶺黑土農(nóng)田碳的平均轉(zhuǎn)化效率約為0.12，SOC的年分解速率約為0.14。要維持SOC的穩(wěn)定，每年需維持投入1.17 t ha-1。
　　(6) NPKM和1.5NPKM施肥處理下全氮含量隨時間均呈顯著上升趨勢，尤其是1.5NPKM處理，土壤全氮含量由試驗(yàn)初期的1.43 g kg-1增加到2008年的1.76 g kg-1，提高了21.7％。

11、而NPK和CK處理的全氮含量呈現(xiàn)顯著下降趨勢，20年分別下降了20.7％和30.3％。NPKS處理19年來土壤全氮含量維持穩(wěn)定，變化不顯著，平均1.33 g kg-1。
　　(7)不施肥CK處理和單施化肥、秸稈還田配施化肥處理土壤速效氮含量呈下降趨勢，下降了7.4％-15.0％。而無機(jī)有機(jī)配施土壤速效氮含量呈上升趨，增加了11.4％-12.5％。不同施肥處理土壤速效氮平均含量（1990-2005年）順序?yàn)?.5NPKM(149.0

12、6 mg kg-1)＞NPKM(135.07 mg kg-1)＞NPK(122.26 mg kg-1)＞NPKS(114.56 mg kg-1)＞CK(109.06 mg kg-1)。
　　(8)黑土不同施肥處理下土壤C/N隨著時間發(fā)生了不同變化，其中長期不施肥CK處理和NPK處理C/N值有顯著增加，分別由1990年的9.5、8.3上升到2008年的12.7和12.8，提高了33.7％和54.2％。主要原因是19年來SOC含量變化