不同施肥制度潮土养分库容特征及环境效应

摘要

本文于2012-2016年，以华北平原冬小麦-夏玉米两熟制农田26年长期肥料定位试验为平台，开展化肥、有机肥及有机无机配合施肥不同施肥制度潮土养分库容特征及环境效应研究，主要结果如下：
　　1.不同施肥制度对作物产量及品质的影响。连续26年后，等氮量、常量施肥（当地农民施肥水平）条件下，化肥、有机肥以及有机无机配合施肥不同施肥制度之间冬小麦、夏玉米产量均无显著性差异，证明长期施用有机肥或化肥被有机肥替代50％的情况下，可获得与化肥相同的产量；长期加倍施用化肥或有机肥，未表现出明显提高作物产量的效果。与不施肥的对照相比，无论施用有机肥还是化肥均能显著提高玉米籽粒蛋白质含量，提高幅度为12%-18%，并且随着施肥量的增加而增加，化肥、有机肥、有机无机配合施肥制度之间的上述指标无显著差异。
　　2.不同施肥制度对潮土物理肥力的影响。与不施肥的对照相比，长期施用化肥、有机肥或有机无机配合施肥，均降低了耕层土壤容重、增加了土壤总孔隙度。长期施用有机肥或有机无机配合施肥处理较化肥显著降低耕层土壤容重、增加了土壤总孔隙度。与化肥处理相比，长期施用有机肥显著提高了土壤中＞0.25mm粒径土壤水稳性团聚体的比例。土壤水分特征曲线研究结果表明，同一吸力下，长期施用有机肥或有机无机配合施肥较化肥处理显著提高了土壤含水量，土壤保水性能得到改善。
　　3.不同施肥制度潮土碳库特征。与化肥处理相比，长期施用有机肥以及有机无机配合施肥，可显著提高土壤有机碳、活性有机碳和腐殖质碳含量，增加幅度分别为53%-136%、81%-189%和112%-158%，高量施用有机肥可进一步促进土壤有机碳和活性有机碳的累积，高量施用化肥则对土壤有机碳和活性有机碳的累积影响不显著。同时，长期施用有机肥或有机无机配合施肥可提高土壤胡富比，改善土壤腐殖质的品质。
　　4.不同施肥制度潮土氮库特征。等氮量施肥条件下，与化肥处理相比，长期施用有机肥或有机无机配合施肥，能显著增加土壤全氮和有机氮含量，增加幅度为38%-60%，且随着施肥量的增加而增加，并显著降低了0-20 cm和20-40 cm土壤硝态氮含量，降低幅度分别为33%和60%。无论是长期施用化肥、有机肥或有机无机配合施肥，土壤有机氮组分以酸解态氮为主，占土壤全氮的74%-88%，其中酸解态氮中氨基酸氮、氨态氮和酸解未知态氮受施肥影响较显著。
　　5.不同施肥制度潮土磷库特征。与不施肥的对照相比，长期施用化肥、有机肥或有机无机配合施肥，显著增加了土壤全磷、无机磷、有机磷和速效磷含量，增加幅度分别为51%-147%、61%-174%、36%-218%和5-72倍。长期施用有机肥或有机无机配合施肥显著增加了土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P含量，而长期施用化肥处理则显著增加了土壤Ca8-P和Al-P含量。长期施用有机肥显著提高了各组分土壤有机磷（活性、中等活性、中稳性和高稳性有机磷）含量，而长期施用化肥显著增加了土壤中等活性有机磷含量，而对其它有机磷组分影响不显著。
　　6.不同施肥制度潮土钾库特征。与不施肥的对照相比，长期施用化肥、有机肥或有机无机配合施肥，对土壤全钾和矿物钾含量无显著影响，高量有机肥处理显著增加了土壤缓效钾含量，增加幅度为15%；与化肥处理相比，长期施用有机肥显著增加了土壤速效钾含量，增加幅度为81%，且随着有机肥施用量的增加而增加。
　　7.不同施肥制度对潮土中微量元素含量的影响。与化肥处理相比，长期施用有机肥或有机无机配合施肥能显著增加土壤全量和有效锌、铜含量，增加幅度分别为18%-32%、17%-30%、27%-141%和268%-496%，并且增加了冬小麦和夏玉米籽粒中铜和锌的含量。长期施用有机肥或有机无机配合施肥对土壤中微量元素库进行补给，是增加籽粒微素含量、改善籽粒品质的有效措施。
　　8.不同施肥制度的环境效应。（1）土壤氨挥发。与不施肥的对照相比，无论施用化肥、有机肥或有机无机配合施肥，均增加了土壤氨挥发量；无论施用化肥还是有机肥，均随施氮量的增加，土壤氨挥发量增加；相同施氮量条件下，化肥处理的土壤氨挥发量高于有机肥和有机无机配合施肥，说明施用有机肥或有机无机配合施肥能减少氨挥发损失。（2）土壤氧化亚氮排放。与不施肥的对照相比，无论施用化肥还是有机肥，均增加了土壤氧化亚氮排放量；无论施用化肥还是有机肥，均随施氮量的增加，土壤氧化亚氮排放增加；相同施氮量条件下，化肥处理的土壤氧化亚氮排放高于有机肥和有机无机配合施肥，说明施用有机肥或有机无机配合施肥能减少土壤氧化亚氮排放损失。（3）土体硝态氮含量及其分布。与不施肥的对照相比，无论施用化肥、有机肥或有机无机配合施肥，均提高了土体硝态氮的含量；无论是有机肥还是化肥，均随施氮量的增加，土体硝态氮含量提高，硝酸盐淋失和环境风险加大；相同施氮量条件下，化肥处理的土体硝态氮含量高于有机肥，说明化肥处理的硝酸盐环境风险高于有机肥。（4）土壤重金属含量。长期施用有机肥比化肥显著增加了土壤有效镉和有效铅含量，常量有机肥比常量化肥增加幅度分别为40%和27%，高量有机肥比高量化肥增效幅度分别达到60%和30%。常量施肥条件下，化肥与有机肥配合施肥土壤有效镉和有效铅含量与化肥处理没有显著性差异。长期施用有机肥显著增加了冬小麦和夏玉米籽粒中砷含量，常量有机肥比常量化肥小麦和玉米籽粒砷含量分别提高42%和65%，而高量有机肥比高量化肥小麦和玉米籽粒砷含量分别提高34%和75%，但绝对含量低于国家食品安全标准（GB2762-2012）。相同施氮量条件下，化肥与有机肥配合施肥处理的小麦和玉米籽粒砷含量与化肥处理的没有显著性差异。