黄土丘陵区长期施肥对坡耕地土壤质量及农田系统可持续性的影响

摘要

针对黄土丘陵区坡耕地土壤质量演变的科学问题和可持续发展的现实需求，本研究以陕西省安塞县纸坊沟流域的坡耕地 34 年长期定位施肥试验为研究对象，施肥处理分别为CK（无肥对照）、N（单施氮肥）、P（单施磷肥）、NP（氮磷肥配施）、M（单施有机肥）、MN（有机肥与氮肥配施）、MNP（有机肥与氮磷肥配施），研究长期定位施肥对坡耕地土壤质量的影响以及土壤质量指标和作物属性演变趋势；同时，以该区长期施肥下梯田土壤质量演变特征为对照，探讨同一土壤气候类型区坡耕地土壤质量演变与梯田土壤质量演变的差异性，分析不同土壤指标响应的敏感性、关键限制性土壤质量因子。为了评价长期施肥下黄土丘陵区坡耕地农田系统的可持续性，本研究基于三角形面积法综合土壤养分属性、生物属性以及作物属性评价不同施肥处理下系统的可持续性，为指导该地区坡耕地合理施肥、进行土壤保育和管理提供依据，促进农业可持续发展。取得主要结论如下： 1.与对照相比，长期施用有机肥以及氮磷肥配施能提高土壤养分含量、改善土壤生物环境和土壤结构状况，单施氮肥和磷肥会导致土壤质量退化。经过 34 年长期施用有机肥以及氮磷肥配施后，坡耕地土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别提 高 了 1.12%~31.81% 、 16.96%~40.74% 、 23.34%~53.95% 、 2.04%~106.60% 、20.81%~41.28%，土壤酶活性和微生物量碳氮磷含量提高了 20.87%~70.55%和24.20%~121.77%；氮磷肥配施以及施用有机肥使得＞2mm 团聚体含量增加了2.77%~76.17%；单施氮肥土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量分别降低了14.97%、2.71%、25.13%、14.38%，单施氮肥和磷肥土壤水稳性团聚体含量分别减少了 2.04%、0.66%。 2.坡耕地长期施肥过程中，土壤有机质、全氮、碱解氮含量呈增加趋势，土壤全磷、速效磷和速效钾含量增加不明显。经过 34 年长期施肥，土壤有机质、全氮、碱解氮含量较试验前分别增加了 36.0%~110.8%、9.2%~37.5%、11.4%~39.0%，增长速度分别为0.04~0.13g/(kg·a)、0.0011~0.0043g/(kg·a)、0.08~0.27mg/(kg·a)，增长速度小于该地区梯田土壤培肥后土壤质量指标的增长速度。 3.施肥能改善坡耕地作物氮磷营养状况，单施氮肥、单施磷肥对提高作物各器官含氮量、含磷量的效果最佳。长期施肥能提高作物生物产量和经济产量，有机肥的增产效果优于化肥，有机肥配施氮磷肥效果最佳。尽管长期施肥下坡耕地土壤养分和结构状况持续改善，但在当前的施肥和农田管理措施下，研究区坡耕地作物产量已达到最大并趋于稳定。 4.长期施肥下土壤微生物量碳、氮含量增长率大于土壤和作物碳、氮含量的增长率，对施肥更敏感；土壤全磷含量增长率较小，但是微生物量磷和作物全磷含量大幅度增加，作物茎秆全磷含量增长率最大，对施肥更敏感。经过 34 年长期施肥，黄土丘陵区坡耕地土壤和微生物量磷含量相对丰富，碳氮含量偏低，造成土壤和微生物量C/N和C/P偏低，因此在该地区坡耕地应注意提高有机肥的投入。土壤生态化学计量比改变对作物茎秆元素比值有显著影响，对微生物元素化学计量比未见显著影响。 5.陕北黄土丘陵区坡耕地长期施用有机肥（M、MN和MNP）能使农田系统可持续发展，而长期施用化肥（N、P、NP）的农田系统不可持续。有机肥与氮磷肥配施（即每年施有机肥500kg/亩，N7.6kg/亩，P16kg/亩）处理下，土壤质量指数、养分指数、生物指数、作物指数和可持续性指数较对照分别提高了43.46%、33.54%、66.40%、411.07%和352.13%，是研究区坡耕地的推荐施肥处理。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 目前研究中存在的不足

第二章 研究内容与方法

2.1 研究目标

2.2 研究内容

2.3 材料与方法

2.4 技术路线

第三章 长期施肥下坡耕地土壤质量及演变特征

3.1 引言

3.2 结果与分析

3.3 讨论

3.4 小结

第四章 不同施肥处理下作物营养元素及产量变化特征

4.1 引言

4.2 结果与分析

4.3 讨论

4.4 小结

第五章 不同施肥处理下土壤-微生物-作物碳氮磷生态化学计量特征

5.1 引言

5.2 结果与分析

5.3 讨论

5.4 小结

第六章 长期施肥下坡耕地土壤质量及农田系统可持续性评价

6.1 引言

6.2 结果与分析

6.3 讨论

6.4 小结

第七章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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