长期定位施肥对黄土旱塬黑垆土土壤酶活性的影响

以30年(1979~2008年)肥料长期定位试验为基础,探讨长期定位施肥对黄土旱塬黑垆土土壤酶活性的影响及不同土壤酶间相关性。结果表明:SNP和MNP处理可提高土酶蔗糖酶活性,比不施肥对照分别增加19.98%、19.14%;土壤脲酶活性单施M效果最佳,较对照提高30.72%,MNP和SNP处理优于其它处理;MNP提高碱性磷酸酶活性的效果最好、增幅196.5%,单施M和SNP效果次之;单施N可提高土壤蛋白酶活性,较对照增加28.3%,而施P有抑制黄土旱塬黑垆土蛋白酶活性的作用。脲酶与碱性磷酸酶呈显著正相关,相关系数为0.7241,过氧化氢酶与碱性磷酸酶、脲酶呈显著负相关。综合考虑,长期有机-无机NP肥配施是促进黄土旱塬黑垆土土壤良性循环、提高耕地质量的有效施肥管理措施。     

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（＞250 µm）SOC是微团聚体（＜53 µm)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。     

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SNPNPMNPM,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。     

不同肥力土壤的供磷能力和磷肥肥效研究

在陇东主要土壤黑垆土、黄绵土和石灰性新积土上设置１０４点（次）磷肥肥效试验。结果表明,土壤有机质、有效氮,有效磷对作物基础产量贡献最大。土壤有效磷是决定磷肥增产的主导因素。高肥力土壤基础供磷能力强,小麦对土壤磷素依存率高,磷肥利用率仅８．７％;低肥力土壤则相反,磷肥利用率可达１１．２％。土壤有效磷含量与相对产量呈极显著负相关（ｒ＝－０．８４７）,据此确定本区土壤有效磷丰缺指标：＜６ｍｇ／ｋｇ为极缺;６～１１ｍｇ／ｋｇ为缺;１１～１５ｍｇ／ｋｇ为稍缺;＞１５ｍｇ／ｋｇ为丰富。     

长期不施化学钾肥对陇东旱塬作物产量及土壤速效钾含量的影响

依托1978年开始的定位试验,研究了陇东旱塬长期不施化学钾肥条件下不同施肥制度对作物产量的影响以及麦田不同时期土壤速效钾在剖面的分布特征。试验包括6个处理:不施肥、单施氮肥、氮磷肥配施、秸秆与氮磷肥配施、单施有机肥、氮磷与有机肥配施。结果表明,与习惯氮磷配施比较,氮磷与有机肥配施大幅提高了作物总产22.57%,秸秆与氮磷配施也有增产效果,单施有机肥产量接近。施用有机肥提高了0~40 cm土层速效钾含量,秸秆还田可以缓解土壤钾素消耗,但不能抵消作物携出的钾素,单施氮肥、氮磷肥配施导致土壤速效钾严重耗竭。无有机肥投入各处理在孕穗期表层土壤速效钾含量较低,在夏闲期则中层土壤相对较低。与试验前初始值相比,施用有机肥处理0~20 cm土层速效钾有较大提高,秸秆还田以及其他各处理则明显降低。仅施氮肥或仅氮磷配施处理36年后土壤速效钾含量接近黄土高原大田作物钾素临界值,应及时考虑对土壤的钾素补充。     

甘肃省黄土高原旱地冬小麦—玉米轮作制长期定位施肥的增产效果

在黄土高原冬小麦—玉米轮作制中通过连续24年的田间试验,研究了旱地长期定位施肥的增产效果。结果表明,各肥料处理的产量大小及其增产趋势是基本一致的,干旱年和正常年为MNP>SNP>NP>M>N>CK;丰水年为NP>MNP>SNP>M>N>CK。干旱年产量降低顺序为N>NP>CK>M>MNP>SNP;丰水年产量增加顺序是N>CK>NP>M>MNP>SNP。降水对化肥尤其是氮肥的增产效果有明显的影响,而有机肥+化肥处理(SNP、MNP)的产量受降水影响较小。在肥料的增产中,化肥(NP)的平均贡献率56.28%,土粪(M)43.72%。在干旱、正常、丰水年型中,化肥的贡献率依次是53.25%、54.00%、59.93%,土粪为46.75%、46.00%、40.07%;NP处理中,N的贡献率依次为19.48%、34.76%、49.61%,而P(P2O5)的贡献率为80.82%、65.24%、50.39%,尤其是干旱年份P的贡献率高达88.4%～145.6%;秸秆(SNP处理)在丰水年的增产贡献率为31.42%,与土粪在对应年份的贡献率相差不大,但正常和干旱年增产贡献率达到66.46%和83.63%,较土粪处理的贡献率提高20.46%和36.88%。随着施肥年限的延长,长期施用氮肥增产作用下降,而秸秆还田及有机无机配合则有逐年递增趋势。     

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。     

长期不同施肥措施对雨养条件下陇东旱塬土壤氮素的影响

基于1978年开始的陇东旱塬定位试验,分析雨养条件下麦田0~100 cm剖面土壤氮素状况。设计6种试验处理:不施肥、氮肥、氮磷肥、氮磷配施秸秆、有机肥、氮磷配施有机肥。结果表明:有机肥、氮磷配施有机肥处理改善土壤氮素肥力效果优于其他施肥措施,0~40 cm土层全氮、碱解氮、无机氮含量均显著增加,其中0~20 cm土壤全氮较36年前平均提高了26.2%;氮磷配施秸秆处理土壤全氮及碱解氮显著高于对照,全氮与试验前持平或略有提升;氮肥、氮磷肥处理的耕层土壤全氮较试验前分别降低了13.1%和6.4%。氮肥处理深层土壤硝态氮明显较高,其他各施肥处理均能减少硝态氮下移。不同施肥处理改变了土壤的无机氮构成,有机肥与秸秆的作用有较大差异。结果说明不同施肥显著影响农田土壤氮素状况,施用有机肥是培育土壤氮库、而无机氮磷肥配合及有机无机配施是减少NO3--N下移的有效手段。