徐明岗-农田土壤肥力演变与培肥讲解课件

我国农田土壤肥力演变 与培肥及粮食安全

徐明岗

（中国农业科学院农业资源区划所）安徽农科院土肥所学术报告2013.9合肥我国农田土壤肥力演变安徽农科院土肥所学术报告2013.9合肥1土壤生产力 （产量）

Contributionfrom

BasicSoilFertility

地力贡献率！

SoilProductivityEffectsofManagement: Fertilization, irrigation,…...

资源利用效率！土壤生产力 ContributionfromEffec2基础地力水肥效应地力效应IncreasingSoilfertility

CropProductivity:提高生产力的2条基本途径SoilfertilityinteractionwithefficiencyofWater andfertilizers

Increasingefficiencyof waterandfertilizers

Cropyield基础地力水地IncreasingSoilfertilit3<2020~30SoilFertilityContributiontoGrainYieldinChina:52%

Forrice,wheatandmaizeinaverage

我国三大作物产量的平均地力贡献率52%

30~40 40~50 50~60 60~70 70~80 80~90 >90TangandHuang,2009单季稻早稻晚稻小麦玉米<2020~30SoilFertilityContrib4<2020~3030~4040~5050~6060~7070~8080~90中国主要作物产量的地力贡献率(%)：52%比欧美国家低约20个百分点Why???

>90TangandHuang,2009单季稻晚稻小麦

水 肥 贡 献力基贡础献地贡水献肥 基 础 地 力 贡 献品种和技术相同早稻

产量玉米

美 国中国难以摆脱对大量水肥的依赖<2070~80中国主要作物产量的地力贡献率(%)：52%比5LowerSoilFertilityinChina土壤肥力低

LowSOM

InChina,SOMin26%ofarablesoilislessthan1%, whichisonly30-50%ofEuropeanSoils.

Requirement:

Techniquestoincreasesoilfertility,SOCRegion ChinaEuropeBrownearths

1％－1.5％

>3%Cinnamon soils

≈1% >2%Chernozems

≈3% ≈8%LowerSoilFertilityinChina土6每公斤养分所增加的粮食(kg/kg)玉米产量(t/ha)耕地质量差，水肥用量大，施肥效益低，环境污染

风险大！•肥料利用率：氮肥30%-35

％，磷肥10％-20％，钾 肥45%左右，低于发达国 家10-20个百分点。

010 8 6 4 2 0605040302010ChinaChina

256USA

USA

138

•每公斤养分所增产的粮食 不及世界的1/2，美国的

1/3

2005年玉米施肥量和产量比较提高耕地质量是节本增效、生态、安全农业生产的重要途径！每公斤养分所增加的粮食(kg/kg)玉米产量(t/ha)耕地7因此，提高农田土壤肥力，藏粮于土，是确保我国粮食安全（生态安全、环境安全）的重要基础和战略选择！因此，提高农田土壤肥力，藏8报告内容1.为什么说提高耕地质量是国家粮食安全的战略选择？2.耕地质量培育与有机质提升的技术与原理？3.减肥增效-有机肥替代的技术与原理？4.长期试验数据整理分析的一些技巧？5.进一步研究的思考！报告内容1.为什么说提高耕地质量是国家粮食安全的战略选择？29一、提高耕地质量是国家粮食安全的战略选择！一、提高耕地质量战略选择！10贡献率（%）

土壤改良与培肥（良田）是提高我国粮食产能的主攻途径！？？？大量数据表明：粮食增产中，土壤肥料技术的贡献率约占1/3（相当于优良品种）中国粮食安全之根本途径：良种+良田+良法

农业技术对粮食单产提高的贡献率 （1985-2005）（来源：农业部）353025201510 5 0土壤改良培肥优良品种植保与栽培贡献率（%） 土壤改良与培肥（良田）大量数据表明：中国粮食安11玉米产量(吨/公顷)7.619.56.17.98.854.95.23010 515 1120198019952005高产记录区试产量实际产量

(张世煌徐志刚，2009)新品种产量潜力不断扩展，但农田实际产量增长缓慢；玉米高产品种潜力在实际生产中不能得到发挥！???1、我国良田问题凸显，成为粮食增产主要限制因素！

单产提高－－良种？

25玉米产量(吨/公顷)7.619.56.17.98.854.912玉米最高产量(kg/ha)

（河北潮土，高菲2008）仅仅良种不能大面积提高我国粮食单产单产提高－－良种？

玉米最高产量(kg/ha)947710257130481200010000 8000 6000 4000 2000 014000低肥力中肥力高肥力玉米最高产量(kg/ha) （河北潮土，高菲2008）单产提13高产品种

高产田单产（公斤/亩）中低产田单产 （公斤/亩）降低幅度超级稻750500-60020%-35%小麦60045025%玉米80060025%相同水/肥/植保等管理措施，中低产田单产水平仍较低－－仅仅良法也不能大面积提高我国粮食单产(农业部国家耕地质量监测点，2006-2010)单产提高－－良法？我国不同地力耕地的高产品种单产水平2、仅仅良法也不能大面积提高我国粮食单产！高产品种 高产田单产中低产田单产降低幅度超级稻750500-14增产途径增产现状未来增产潜力良种较多、品种潜力受限较小良法水肥等农资投入巨大中等良田数量少、可改良面积大巨大我国粮食安全主要依赖于提高我国粮食单产；限制我国粮食单产水平的一个重要因素？？缺少大面积的良田！提高我国粮食单产的途径与潜力3、缺少大面积的良田限制我国粮食单产提高！增产途径增产现状未来增产潜力良种较多、品种潜力受限较小良法水1542.76%

全国耕地高、中、低地力面积（1996年）26.15%高产田中产田低产田

我国人多地少，耕地整体质量低肥力低下、难于农林牧利用的土壤，总面积的1/4

31.09%耕地土壤有机质含量

低于1%的面积达26%中低产耕地面积大，占

2/342.76% 全国耕地高、中、低地力面积（1996年）高产田16中产田7.13(39%)

低产田 5.85(32%)高产田5.3(28.99%)

农业部2008

注：数据来源于农业部种植业司2008

我国中低产田面积和比例大面积12.9亿亩，占耕地总面积的70%

全国高中低产田面积（亿亩）及比例（%）

全国耕地面积18.28亿亩中产田 低产田 我国中低产田面积和比例大17粮食总产量，亿斤13000120001100010000 9000 8000 7000

13000 12000 11000 10000 9000 8000 700019851990199520002005201020152020202520302035

年份

4、提升耕地质量是粮食安全的战略途径耕地继续减少；人口和粮食需求刚性增长！如何在有限的耕地上，实现粮食安全？确保粮食自给，提升耕地质量和单产是唯一选择！高产：中国农业不懈的追求和梦想！

我国粮食总产变化和需求预测粮食总产量，亿斤13000 13000 4、提升耕地质量是18Wheatgrainyield(t/ha)5、长期试验和土壤肥力演变是培肥土壤的理论基础长期试验是土壤学研究的重要手段土壤肥力演变与培育是相对缓慢的过程，需要长期试验才能揭示其规律！国内外大量资料：施肥、轮作、耕作能显著培肥土壤10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 01850187519001925195019752000英国洛桑试验站，1843年开始，已经进行了167年Wheatgrainyield(t/ha)5、长期试验和土壤19我国长期试验及其发展？红壤长期试验，湖南祁阳（1990-黄土长期试验，陕西杨凌（1990-我国长期试验及其发展？红壤长期试验，湖南祁阳（1990-黄土20长期试验意义、国外概况长期试验是野外监测、试验和研究农田生态环境的重要平台！土壤学研究的重要手段！国际上100年以上长期试验25个：11个在英国，5个在美国3个在丹麦，2个在法国，2个在德国，2个在乌克兰10-100年长期试验600个长期试验意义、国外概况长期试验是野外监测、试验和研究农田生21长期试验的时间概念：长期试验：大于20年的定位试验！至少在10年以上！大于50年的为珍贵的长期试验！以英国洛桑试验站最著名：建于1843年，170年历史长期试验的时间概念：长期试验：大于20年的定位试验！大于22

TheclassicalexperimentsatRothamsted主要处：N,P,K,Manure，及其组合BroadbalkContinuousWheatExperimentFirstsown1843 Theclassicalexperimentsat232013年9月11日Wednesday2013年9月11日Wednesday242013年9月11日Wednesday2013年9月11日Wednesday25LTEsIntheWorld世界第2The2ndLongestOne:MorrowPlots,locatedinUniversityofIllinoisatChamigan-Urbana,establishedin1876137-yearhistory,FoundationofUSAAgri.LTEsIntheWorld世界第2The2n262013年9月11日WednesdayEffectsofRotationandFertilizationonCropProductivityandSoilQuality,NationalHistoricalLandmark2013年9月11日WednesdayEffectsof27InChina1.Chemicalfertilizerexperimentnetbeganduring“the6thfive-yearplan”andconducedaboutin1980（1980年前后开始的化肥网）2.TheChineseNationalSoilandFertilizerLong-TermMonitoringNetwassetupduring“the7thfive-yearplan”andconducedin1990（1990年开始的肥力网）InChina1.Chemicalfertilize28▲▲▲▲■■■■■Nationallong-termfertilizerexperimentsnet

From1980,about80long-termfertilizerexperimentsthrough22provincesand10soiltypesinChina,conductedtoinvestigatetheeffect,rateandratioofN,PandKfertilizers■■■■

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▲▲ ▲图例■双季稻区试验点；■水旱两熟区试验点；▲旱作两熟区实验点▲旱作一熟区试验点全国定位试验点分布示意图

▲▲▲▲▲■■■■■Nationallong-term29PaddysoilNetwork(CSFEN)

●CSFENwasestablishedin1990

●Thereare9experimentalsites inthenetworkalloverChina

Blacksoil Graydessertsoil Drabfluvo-aquicsoil Fluvo-aquicsoil Paddysoil Loesssoil Purplesoil Redsoil

ChinaLong-termSoilFertilityExperimentPaddysoilNetwork(CSFEN) ●30农田长期试验基地！70个长期试验，10个主要土壤类型；10个主要耕作模式；覆盖主要粮食作物长期肥料试验：68个长期轮作试验：21个长期耕作试验：12个旱作

水旱轮作全国长期试验基地（农业部、教育部、中科院等）

单季水稻 双季旱作农田长期试验基地！覆盖主要粮食作物旱作全国长期试验基地（农业31二、耕地质量培育与有机质提升的技术与原理二、耕地质量培育与原理32Organicmatter(g/kg)OC(g/kg)Organicmatter(g/kg)Organicmatter(g/kg)R=0.6917作物产量与土壤有机质之间呈正相关关系y=8E-05x+8.1621 R2=0.5658.58.010.07000110001500019000Cropyield(wheat+corn)(kg/ha)灰潮土y=0.8909Ln(x)+1.4013 R2=0.996876151413121110 90100020003000400050006000Wheatyield(kg/ha)1/2OMOMCFy=3.5361Ln(x)-16.08721514191817167000110001500019000Cropyield(wheat+corn)(kg/ha)砂姜黑土y=1.4992Ln(x)-4.3345 R2=0.7167989.5 109.0117000110001500019000Cropyield(wheat+corn)(kg/ha)白散土河南潮土Organicmatter(g/kg)OC(g/kg)Org33粮食主产区，粮食单产水平与耕地土壤有机质水平密切相关。北方旱区，0.1%的有机质相当于0.5t/hm2的粮食生产地力而南方稻区0.1%的有机质相当于0.6-0.8t/hm2的粮食生产地力平均，土壤有机质提高0.1%，粮食产量的稳产性提高10%~20%。大量统计结果粮食主产区，粮食单产水平与耕地土壤有北方旱区，0.1%的34土壤培肥的主要结论：提高土壤有机质（SOM或SOC）是培育土壤肥力的根本，是保障粮食安全（高产稳产）的根本！“藏粮于土”－保证粮食安全！培肥土壤的核心是什么？

是提高SOM！如何提高SOM（原理？技术？）土壤培肥的主要结论：提高土壤有机质（SOM或SOC）是培育土35农田生态系统碳循环流程图农田生态系统碳循环流程图36观测近20年的典型农田土壤肥料长期试验站（点）观测近20年的典型农田土壤肥料长期试验站（点）37有机碳(g/kg)有机碳（g/kg)祁阳红壤1510 5 025201990199219941996200020022004

1998年份CKNPKMNPK1.5NPKM哈尔滨黑土50201510197919841989199419992004年份CKNPKNPKM有机碳(g/kg)有机碳（g/kg)祁阳红壤1525199038SOCcontentg/kg202010 614(b)Xinjiang 26 22 185101586(c)Gansu 14 12 1051015202510 614(a)Jinlin 26 22 1851015CKNPKMNPKNPKSFertilizationtime(yr)（10 7）

4

0(d)Beijing 130510152010 7 4

0(e)Henan 1305101510 7 4

200(f)Jiangsu 130510152025SOCchangeinupland旱地土壤SOC变化SOCcontentg/kg20201014(b)Xinj39t/ha/yrSOC0=9.49R2=0.9555**公主岭哈尔滨乌鲁木齐y=0.2264x-0.4011120369120369SOC0=6.67SOC0=6.5徐州郑州1.61.20.80.0036912

y=0.1921x-0.53191.2R2=0.961**1.2

2.02.0

0.80.8

0.40.4

0.00.0-0.4-0.4土壤有机碳变化（）旱作土壤碳对系统投入的响应

2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0.0-0.40

2.4 1.8 1.2 0.6 0.0-0.6

0.0-0.40.4036R2=0.9837**R2=0.9743**0.4

2.0 1.6y=0.1x-0.21491.2y=0.0811x-0.171 0.80.4122.01.61.20.8

0.0 0

912-0.4 -0.4系统碳投入（t/ha/yr）36912SOC0=15.431.6SOC0=13.051.6y=0.2142x-0.4188

R2=0.9348** 369

2.0

SOC0=11.54

张掖 y=0.3451x-0.8038 R2=0.838* 036912

SOC0=8.58

祁阳y=0.1056x-0.0836 R2=0.9634**t/ha/yrSOC0=9.49R2=0.9555**40t/ha/yrChangeofSOC祁阳y=0.1056x-0.0836 R2=0.9634**0.01.61.20.80.42.0036912有机碳变化量（）-0.4

碳投入Cinput（t/ha/yr）投入碳的转 化效率

Conversion coefficient

维持投入MaintainCinput湖南祁阳旱地SOC对有机碳投入的响应关系t/ha/yrChangeofSOC祁阳y=0.1056416000R=0.8404**

土壤固碳效率的影响因素：水热条件、土壤性质（质地）y=3.5332e-0.0009x 2

n=60.2 00.4(a) 0.62000300040005000土壤固碳效率年活动积温(°C)y=0.4599e-0.0025x

R2=0.8401** n=60.2 00.4(b) 0.60200400600800年降雨量(mm)(c)y=0.0559e0.0413x

R2=0.50560.2 00.40.61000010203040土壤粘粒含量(%)6000R=0.8404** 土壤固碳效率的影响因素：42ChangeofSOC(t/ha/yr)Henany=0.0685x-0.143R2=0.9638**

n=7p<0.01

0.8 0.4 0.0-0.41.22.01.6036912Cinput（t/ha/yr）Conversion coefficientMaintaining Cinput

1.86t/ha/y郑州潮土SOC对有机碳投入的响应关系

CarbonChangeofSOC(t/ha/yr)Henany=043试验点起始有机碳

g/kg最低维持投 入tC/ha农田SOC维持投入

维持SOC所需增加的有机肥投 入t/ha/yr

鲜猪粪 秸秆祁阳遂宁武昌南昌望城

8.58 9.2215.9114.8519.720.80.82.22.51.418162326292.32.05.45.83.6试验点起始有机碳最低维持投农田SOC维持投入所需增加的有机肥44农田SOC培肥(提升）投入试验起始有机最低维持SOC提升10%

碳投入预计有机碳需投入有机肥

t/ha/yr

点祁阳遂宁武昌南昌望城(g/kg) 8.58 9.22 15.91 14.85 19.72(tC/ha) 0.8 0.8 2.2 2.5 1.4（g/kg）

9.4 10.1 17.5 16.7 21.7鲜猪粪

33.5 36 46 48 60秸秆

4.2 3.3 8.2 7.4 9农田SOC培肥(提升）投入试起始有机最低维持SOC提升45三、减肥增效-有机肥替代的技术与原理三、减肥增效-有机肥替代的技术与原理46Long-termexperimentsiteTheselectedlong-termfieldexperiment：

locatedinGongzhulingcity,Jilinprovince, startedin1980Croppingsystem：rainfedcontinuouscornSoiltype：blacksoil吉林公主岭的典型长期试验Long-termexperimentsiteThe47

Main- treatment(Manure)

Sub-treatment(Chemicalfertilizer)主区：3个有机肥用量；8个副区：不同化肥组合M0M2M4CKCKCKNNNPPPKKKNPNPNPNKNKNKPKPKPKNPKNPKNPKApplicationrateManure M0–0m3/ha(nomanure) M2--30m3/ha M4--60m3/haChemicalfertilizer PureN--150kg/ha P2O5--75kg/ha K2O--75kg/ha

Experimentaldesign试验处理Split-plotdesign:threemain-treatments(manure)andeightsub-treatments(fertilizers) Main- Sub-treatment(Chemica48After29yearsin2009,StillbigdifferencesforchemicalfertilizersinMoPlotMo区化肥之间差异显著！After29yearsin2009,Stillb49

After29yearsin 2009,However,no significant differencesfor chemicalfertilizersinM2andM4PlotsWhenandWhy?

有机肥区化肥之间没 有显著差异！

化肥无效的 时间原因？ After29yearsinWhenandWhy50增产率(%)Incrementofyield（%）增产率(%)Incrementofyield（%）增产率(%)Incrementofyield（%）Dynamicofyieldincrementduetofertilizer underdifferentmanurerates150100 50 0-50250200198019851990200020052010

1995年份YearNPNNKPPKKNPK

50 25 0-25-50100 75198019851990200020052010

1995年份YearNPNNKPPKKNPK

75 50 25 0-25-50100198019851990200020052010

1995年份YearNPNNKPPKKNPKM0M2M4增产率(%)Incrementofyield（%）增产率(%51土壤有机碳（g/kg）Soilorganiccarbon(g/kg)土壤有机碳（g/kg）Soilorganiccarbon(g/kg)土壤有机碳（g/kg）Soilorganiccarbon(g/kg)SOCdynamicunderdifferentmanurerates302520151035198019851990200020052010

1995年份YearCKNPNNKPPKKNPK302520151035198019851990200020052010

1995年份YearCKNPNNKPPKKNPK3025201510351980198519901995200020052010年份YearCKNPNNKPPKKNPK土壤有机碳（g/kg）Soilorganiccarbon(g52增产率(%)Incrementofyield(%)Relationshipbetweenyieldincrementdueto fertilizerandSOC250200150100 50 0-50101520253035土壤有机碳Soilorganiccarbon(g/kg)y1=-30.14x+543.64 R2=0.3745**SOC=17.6g/kgSOM=30.3g/kg

y2=-1.6295x+43.034 R2=0.1596**增产率(%)Incrementofyield(%)Relat53MajorConclusions主要结论1)WhentheSOMcontentreachedto30g/kg，thechemicalfertilizercanbecompletelyreplacedwiththemanureforachievingtheexpectedhighyield!2)Theresultsobtainedfrom160-yrRothexperimentalstation showthatproperchemicalfertilizerapplicationcanmaintain highyield.However,ourresultsindicatethatmanurealonecan alsoproducetheequivalenthighyieldwhenthesoilfertilityishighenough.当土壤肥力足够高时，有机肥可以100%替代化肥而保持高产！3)ThisisveryimportantforOrganicAgricultureorOrganicFramingandagriculturalsustainabledevelopment!MajorConclusions主要结论1)Whent54不同肥力土壤上高产的有机肥替代率不同！玉米产量（t/ha）2010 8 6 4198019851990199520002005201030%NPK+M70%NPK+M100%NPKM通过长期试验的分析，回答这个科学与技术问题！

肥力水平高产的替代率%低肥力

20%中肥力

50%高肥力

70%不同肥力土壤上高产的有机肥替代率不同！玉米产量（t/ha）255郑州潮土长期试验典型照片郑州潮土长期试验典型照片56同一地点相同投入下，产量变化反映了地力变化！从长期试验获得不同地力土壤。玉米产量（t/ha）10 8 6 4 2 01980198519901995200020052010CK30%NPK+M100%NPKM地力与产量关系图同一地点相同投入下，产量变化反映了地玉米产量（t/ha）1957不同地力土壤上有机肥替代率计算与验证计算的基本理论：土壤养分释放量+有机肥养分+化肥养分＞＝作物养分需求有机肥可能替代率=1-(土壤养分释放量-土壤基础养分供应量）/养分需求量潮土：低肥力：SOM＜10g/kg；替代率：*****中肥力：SOM11-15g/kg；替代率：*****高肥力：SOM＞16g/kg；替代率：*****需要田间验证！不同地力土壤上有机肥替代率计算与验证计算的基本理论：土壤养分58四、长期试验数据整理分析的一些技巧？如何从常规观测的大量数据中总结出高质量的论文？四、长期试验数据整如何从常规观测的大量数据59一个最长碰到的问题？我做到试验很基础、很简单，就是氮、磷、钾和产量，没有分子生物学、高级仪器等设备和指标如何能写出高质量的论文，特别是英文SCI论文？一个最长碰到的问题？我做到试验很基础、很简单，就是氮、磷、601.数据变化特征（2个方面）定性：增加，持平（没有显著变化），减少定量？如何全面系统的表征？不仅要注意变化的定性，更注意定量表征及其原因分析，以揭示差异的本质！定量，是论文结果更加明确，更加富有新颖性！例如：有机肥的增产、改土作用？1.数据变化特征（2个方面）定性：增加，持平（没有显著变61有机质(g/kg)土壤有机质演变规律-总量5300 199119921994199519961997199819992000200120022003 年份CKNNPNPKNPKMM增加幅度：CK23%;NPK78%,NPKS95%;

NPKM/M,110%;1.5NPKM160%25201510有机质(g/kg)土壤有机质演变规律-总量5300CKNNP62处理CKNNPNKPKNPKNPKM1.5NP KMM91-95平5731794337525175943555345349333387增产（%）0.0213.1489.0339.33.66520.4502.6761.0491.196-00平11373542469625361.54887542469964017增产（%）0.0-68.9117.2-45.0-68.2329.8377.0515.3253.301-04平1951061086319748.53130635171043826增产（%）0.0-45.4456.963.8283.81505.33156.93543.11862.3长期施肥玉米产量统计（kg/hm）YieldOfMaize2处理CKNNPNKPKNPKNPKM1.5NPM91-95632.如何量化数据？变化的绝对量？g/kg,mg/kg,kg/ha,……变化的相对量？%变化的速率？（快慢）变化的阶段性？（分阶段分析和描述）2.如何量化数据？变化的绝对量？g/kg,mg/kg,64有机碳变化(%)-20100 80 60 40 20 0120吉林河南CKNPKNPKM1.5NPKM

黑龙江北湖南

南

从北到南，化肥配施有机肥及其增量的图土壤有机碳提升效应随温度的升高和降水的增加而增大。有机碳变化(%)-20100120吉林河南CKNPKNPKM65有机质（g/kg）28262422201816141210 199019921994199619982000200220042006200820102012403836343230祁阳红壤有机质的时间演变

平均年提升（g/kg）1.5NPKMNPKM(豆)M0.55NPKM0.50NPKS0.160.580.52有机质（g/kg）2840祁阳红壤有机质的时间演变1.5NP66红壤pH值pHvalueofredsoil4.54.07.06.56.05.55.01990199219941996199820002002200420062008MNPKMCK

PKNPKSNP

NPK

NK

N

年份/year长期施肥下红壤pH变化

不同施肥下土壤酸化过程：10-12年出现转折点！施用有机肥能维持或改善土壤酸性！红壤pH值pHvalueofredsoil4.57.0199673.深入探求数量之间的关系？有机质----碳投入…全磷----有效磷……3.深入探求数量之间的关系？有机质----碳投入…68SOCcontentg/kg202010 614(b)Xinjiang 26 22 185101586(c)Gansu 14 12 1051015202510 614(a)Jinlin 26 22 1851015CKNPKMNPKNPKSFertilizationtime(yr)（10 7）

4

0(d)Beijing 130510152010 7 4

0(e)Henan 1305101510 7 4

200(f)Jiangsu 130510152025SOCchangeinupland旱地土壤SOC变化SOCcontentg/kg20201014(b)Xinj69t/ha/yrSOC0=9.49R2=0.9555**公主岭哈尔滨乌鲁木齐y=0.2264x-0.4011120369120369SOC0=6.67SOC0=6.5徐州郑州1.61.20.80.0036912

y=0.1921x-0.53191.2R2=0.961**1.2

2.02.0

0.80.8

0.40.4

0.00.0-0.4-0.4土壤有机碳变化（）旱作土壤碳对系统投入的响应

2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0.0-0.40

2.4 1.8 1.2 0.6 0.0-0.6

0.0-0.40.4036R2=0.9837**R2=0.9743**0.4

2.0 1.6y=0.1x-0.21491.2y=0.0811x-0.171 0.80.4122.01.61.20.8

0.0 0

912-0.4 -0.4系统碳投入（t/ha/yr）36912SOC0=15.431.6SOC0=13.051.6y=0.2142x-0.4188

R2=0.9348** 369

2.0

SOC0=11.54

张掖 y=0.3451x-0.8038 R2=0.838* 036912

SOC0=8.58

祁阳y=0.1056x-0.0836 R2=0.9634**t/ha/yrSOC0=9.49R2=0.9555**70土壤全磷（P2O5,g/kg）TotalP3.503.002.502.001.501.004.00199019931996199920022005年份CKNNPNPKMNPKM施用磷肥的处理，随施磷年限的延长土壤全磷的积累越来越多.施肥13年,1.5NPKM土壤全磷已超过开始时的3倍以上，NPK，NPKM处理也大于2倍以上没有施磷的CK、N处理，全磷下降10%左右土壤全磷（P2O5,g/kg）TotalP3.504.0071土壤有效磷（mg/kg）AvailableP土壤有效磷变化更明显CK、N、NK从1990年开始时10.8mg/kg下降到2003年的4mg/kg左右，降幅超过50%。施磷处理土壤速效磷明显上升，增幅达几倍到几十倍，1.5NPKM处理，土壤速效磷含量已达155.2mg/kg120 80 40 0160198919921995199820012004年份CKNNPNPKNPKMM土壤有效磷（mg/kg）AvailableP土壤有效磷变72△Olsen-P(mgkg-1)△Olsen-P(mgkg-1)△Olsen-P(mgkg-1)△Olsen-P(mgkg-1)△Olsen-P(mgkg-1)△Olsen-P(mgkg-1)

NPy=0.067x-5.3037 R2=0.550*

20 0-2040100 80 600200400600800Psurplus(kgha-1)c

PKy=0.059x-7.54 R2=0.599*

20 0-2040100 80 6005001000Psurplus(kgha-1)

NPKy=0.062x+0.609 R2=0.436*

20 0-2040100 80 600200400600800Psurplus(kgha-1)NPKS

80 60 40 20 0-201000800y=0.050x+5.13 R2=0.375* 200400600 Psurplus(kgha-1)M250200150100 50 0 -503000800y=0.306x-40.6 R2=0.870** 200400600 Psurplus(kgha-1)NPKM250200150100 50 0 -503000

y=0.220x-23.9 R2=0.744** 50010001500Psurplus(kgha-1)•不同施肥下土壤磷盈余与Olsen-P关系△Olsen-P(mgkg-1)△Olsen-P(mgkg-73管理策略评价指标极高较高

适宜较低控制维持管理手段(施肥量=作物带走量的50-70%)

投入=产出(施肥量=作物带走量的100%)

投入＞产出

(施肥量=作物带走量的130-170%)提高

投入＞＞产出极低(施肥量=作物带走量的200%)

不施肥

(施肥量=0)投入＜产出3-5年的监测周期3-5年的监测周期3-5年的监测周期根层土壤养分调控下限：保障作物持续稳定高产线根层土壤养分调控上限：环境风险线4.采用模拟或拐点强化科学性？

长期试验-土壤培肥与磷钾施用技术管理策略评价指标极高 适宜控制维持管理手段(施肥量=作物带走74环境临界值农学临界值建议Olsen-P20mg/kg土壤磷的效应曲线环境临界值农学临界值建议Olsen-P20mg/kg土壤磷75Grainyield(kgha)Grainyield(kgha)-1-1Grainyield(kgha)-1Grainyield(kgha)-1Olsen-P(mgkg)Olsen-P(mgha)Olsen-P(mgkg)Olsen-P(mgkg)010203040506070809010011012013014015010000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000-101020304050607010000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000-10204060801001201403000200010007000600050004000CKNPNPKNPKMNPKS0102030405060400020001200010000 8000 6000CKNPNPKNPKMHNKPMNPKS

-1郑州－玉米

CK NP NPK NPKM NPKS

-1陕西杨陵－玉米

CK NP NPK NPKM NPKSChangPing

北京昌平－玉米Wulumuqi

乌鲁木齐－玉米

典型土壤磷的累积过程、施肥响应、临界值和施肥模型Grainyield(kgha)Grainyield(kgh76水溶性磷（mg/kg）(kg/ha)产量Olsen-P（ppm）磷临界值

长期试验—作物产量土壤磷临界值和环境阈值

（杨凌）作物产量2.01.51.00.50.03.02.5020406080100120140160 Olsen-P（mg/kg）环境阈值水溶性磷（mg/kg）(kg/ha)产Olsen-P（ppm77五、进一步研究的思考提高土壤肥力特别是SOC的过程、机制与技术五、进一步研究的思考提高土壤肥力特别是SOC的过程、机制与技78Long-termExps.Lab. Anal.Short Field Exp.Greenhouse Exp.Model Exp.SOCResearchapproaches

Basedonlong-termExps

SimulateSOC byModified ModelLong-Lab.ShortGreenModelSOCRe79SOCResearchAreasSOC

Research2.SOCQualityandInfuencingFactors1.TotalSOCEvolvementandSequestration3.SOCModelingandestimation4.MitigationCO2andN2ObyfertilizationSOCResearchAreasSOC Research80

Majorpublications-SCIPapersSoilorganiccarbondynamicsunderlong-termfertilizationsinarablelandof northernChina.Biogeosciences，2010,7:409-425（IF3.5）Soilorganiccarbon,totalnitrogenandgrainyieldsunderlong-termfertilizationsintheuplandredsoilofsouthernChina.Nutr.Cycl.Agroecosyst2009.

84:59-69(IF1.8）Long-termeffectsofmanureapplicationongrainyieldunderdifferentcropping systemsandecologicalconditionsinChina.TheJournalofAgricultural Science.2009,147,31-42.（IF1.3）Trendsingrainyieldandsoilorganiccarboninalong-termfertilization experimentintheChinaLoessPlateau.J.PlantNutr.SoilSci.2008,171:448-457.

（IF1.6）CropYieldandSoilResponsestoLong-TermFertilizationonaRedSoilin SouthernChina.Pedosphere.2009,19(2):199–207.（IF0.81） Majorpublications-SCIPaper81ThanksforyourAttention!Thanksforyour82我国农田土壤肥力演变 与培肥及粮食安全

徐明岗

（中国农业科学院农业资源区划所）安徽农科院土肥所学术报告2013.9合肥我国农田土壤肥力演变安徽农科院土肥所学术报告2013.9合肥83土壤生产力 （产量）

Contributionfrom

BasicSoilFertility

地力贡献率！

SoilProductivityEffectsofManagement: Fertilization, irrigation,…...

资源利用效率！土壤生产力 ContributionfromEffec84基础地力水肥效应地力效应IncreasingSoilfertility

CropProductivity:提高生产力的2条基本途径SoilfertilityinteractionwithefficiencyofWater andfertilizers

Increasingefficiencyof waterandfertilizers

Cropyield基础地力水地IncreasingSoilfertilit85<2020~30SoilFertilityContributiontoGrainYieldinChina:52%

Forrice,wheatandmaizeinaverage

我国三大作物产量的平均地力贡献率52%

30~40 40~50 50~60 60~70 70~80 80~90 >90TangandHuang,2009单季稻早稻晚稻小麦玉米<2020~30SoilFertilityContrib86<2020~3030~4040~5050~6060~7070~8080~90中国主要作物产量的地力贡献率(%)：52%比欧美国家低约20个百分点Why???

>90TangandHuang,2009单季稻晚稻小麦

水 肥 贡 献力基贡础献地贡水献肥 基 础 地 力 贡 献品种和技术相同早稻

产量玉米

美 国中国难以摆脱对大量水肥的依赖<2070~80中国主要作物产量的地力贡献率(%)：52%比87LowerSoilFertilityinChina土壤肥力低

LowSOM

InChina,SOMin26%ofarablesoilislessthan1%, whichisonly30-50%ofEuropeanSoils.

Requirement:

Techniquestoincreasesoilfertility,SOCRegion ChinaEuropeBrownearths

1％－1.5％

>3%Cinnamon soils

≈1% >2%Chernozems

≈3% ≈8%LowerSoilFertilityinChina土88每公斤养分所增加的粮食(kg/kg)玉米产量(t/ha)耕地质量差，水肥用量大，施肥效益低，环境污染

风险大！•肥料利用率：氮肥30%-35

％，磷肥10％-20％，钾 肥45%左右，低于发达国 家10-20个百分点。

010 8 6 4 2 0605040302010ChinaChina

256USA

USA

138

•每公斤养分所增产的粮食 不及世界的1/2，美国的

1/3

2005年玉米施肥量和产量比较提高耕地质量是节本增效、生态、安全农业生产的重要途径！每公斤养分所增加的粮食(kg/kg)玉米产量(t/ha)耕地89因此，提高农田土壤肥力，藏粮于土，是确保我国粮食安全（生态安全、环境安全）的重要基础和战略选择！因此，提高农田土壤肥力，藏90报告内容1.为什么说提高耕地质量是国家粮食安全的战略选择？2.耕地质量培育与有机质提升的技术与原理？3.减肥增效-有机肥替代的技术与原理？4.长期试验数据整理分析的一些技巧？5.进一步研究的思考！报告内容1.为什么说提高耕地质量是国家粮食安全的战略选择？291一、提高耕地质量是国家粮食安全的战略选择！一、提高耕地质量战略选择！92贡献率（%）

土壤改良与培肥（良田）是提高我国粮食产能的主攻途径！？？？大量数据表明：粮食增产中，土壤肥料技术的贡献率约占1/3（相当于优良品种）中国粮食安全之根本途径：良种+良田+良法

农业技术对粮食单产提高的贡献率 （1985-2005）（来源：农业部）353025201510 5 0土壤改良培肥优良品种植保与栽培贡献率（%） 土壤改良与培肥（良田）大量数据表明：中国粮食安93玉米产量(吨/公顷)7.619.56.17.98.854.95.23010 515 1120198019952005高产记录区试产量实际产量

(张世煌徐志刚，2009)新品种产量潜力不断扩展，但农田实际产量增长缓慢；玉米高产品种潜力在实际生产中不能得到发挥！???1、我国良田问题凸显，成为粮食增产主要限制因素！

单产提高－－良种？

25玉米产量(吨/公顷)7.619.56.17.98.854.994玉米最高产量(kg/ha)

（河北潮土，高菲2008）仅仅良种不能大面积提高我国粮食单产单产提高－－良种？

玉米最高产量(kg/ha)947710257130481200010000 8000 6000 4000 2000 014000低肥力中肥力高肥力玉米最高产量(kg/ha) （河北潮土，高菲2008）单产提95高产品种

高产田单产（公斤/亩）中低产田单产 （公斤/亩）降低幅度超级稻750500-60020%-35%小麦60045025%玉米80060025%相同水/肥/植保等管理措施，中低产田单产水平仍较低－－仅仅良法也不能大面积提高我国粮食单产(农业部国家耕地质量监测点，2006-2010)单产提高－－良法？我国不同地力耕地的高产品种单产水平2、仅仅良法也不能大面积提高我国粮食单产！高产品种 高产田单产中低产田单产降低幅度超级稻750500-96增产途径增产现状未来增产潜力良种较多、品种潜力受限较小良法水肥等农资投入巨大中等良田数量少、可改良面积大巨大我国粮食安全主要依赖于提高我国粮食单产；限制我国粮食单产水平的一个重要因素？？缺少大面积的良田！提高我国粮食单产的途径与潜力3、缺少大面积的良田限制我国粮食单产提高！增产途径增产现状未来增产潜力良种较多、品种潜力受限较小良法水9742.76%

全国耕地高、中、低地力面积（1996年）26.15%高产田中产田低产田

我国人多地少，耕地整体质量低肥力低下、难于农林牧利用的土壤，总面积的1/4

31.09%耕地土壤有机质含量

低于1%的面积达26%中低产耕地面积大，占

2/342.76% 全国耕地高、中、低地力面积（1996年）高产田98中产田7.13(39%)

低产田 5.85(32%)高产田5.3(28.99%)

农业部2008

注：数据来源于农业部种植业司2008

我国中低产田面积和比例大面积12.9亿亩，占耕地总面积的70%

全国高中低产田面积（亿亩）及比例（%）

全国耕地面积18.28亿亩中产田 低产田 我国中低产田面积和比例大99粮食总产量，亿斤13000120001100010000 9000 8000 7000

13000 12000 11000 10000 9000 8000 700019851990199520002005201020152020202520302035

年份

4、提升耕地质量是粮食安全的战略途径耕地继续减少；人口和粮食需求刚性增长！如何在有限的耕地上，实现粮食安全？确保粮食自给，提升耕地质量和单产是唯一选择！高产：中国农业不懈的追求和梦想！

我国粮食总产变化和需求预测粮食总产量，亿斤13000 13000 4、提升耕地质量是100Wheatgrainyield(t/ha)5、长期试验和土壤肥力演变是培肥土壤的理论基础长期试验是土壤学研究的重要手段土壤肥力演变与培育是相对缓慢的过程