长期施用有机肥对粮食生产的影响

长期施用有机肥对粮食生产的影响

长期土壤定位试验可以系统地研究土壤肥力的发展和肥效规律，科学评价土壤养分的平衡、植物肥料的反应、施肥对土壤肥力的影响以及轮作施肥制度的建立。这在传统的短期测试中是不可替代的。世界上最早布置的长期田间试验—英国洛桑试验已经持续了160多年。我国70年代末至80年代初布置了一批肥料长期定位试验,沈阳农业大学棕壤肥料长期定位试验就是其中之一,到现在已经进行了20多年。棕壤为辽宁省的主要土壤,面积约七千多万亩,占全省总面积的36.32%。目前就长期连续施肥对棕壤的影响的研究进行的较多,但关于肥料残留养分作用的报道还很少。本文将就棕壤连续施肥15年后残留养分对作物产量和土壤化学性质的影响进行探讨。1材料和方法1.1设立感染间—供试土壤土壤样品采自沈阳农业大学棕壤肥料长期定位试验地,采样深度0~20cm,采样时间为每年秋收后。原始土壤的基本农业化学特征是:有机质15.9gkg-1,全氮800mgkg-1,碱解氮105.5mgkg-1,全磷371.9mgkg-1,速效磷(P2O5)7.90mgkg-1,pH值(H2O)6.50。1.2试验用肥料试验为裂区区组设计,共18个处理,3次重复,小区面积160m2,轮作方式为玉米—玉米—大豆。本研究从中选9个处理:(1)CK(不施肥);(2)P(施磷肥);(3)PK(施磷钾肥);(4)M1(施低量有机肥);(5)M1P(施低量有机肥+磷肥);(6)M1PK(施低量有机肥+磷钾肥);(7)M2(施高量有机肥);(8)M2P(施高量有机肥+磷肥);(9)M2PK(施高量有机肥+磷钾肥)。1979~1993年采用上述施肥方案,1994年休耕,1995~1997年停止施肥。试验用肥料:有机肥为猪厩粪,历年的有机肥平均含有机质11.96%,N0.58%,P2O50.83%,K2O1.09%;磷肥为过磷酸钙和三料磷肥;钾肥为硫酸钾。施肥量分别为:低量有机肥18750kghm-2,高量有机肥37500kghm-2;磷钾肥因作物而异,玉米年施P2O560kghm-2,K2O60kghm-2;大豆年施P2O590kghm-2,K2O90kghm-2。磷钾肥与猪厩粪均在播种前一次施入。1.3分析设计和测试土壤有机质、全磷、速效磷测定采用常规方法。2结果与讨论2.1不同施肥处理对作物产量的影响2.1.1不同施肥处理对作物产量的影响棕壤不同施肥处理连续五个轮作周期(1979~1993年)作物籽实结果见表1。由表1可知,不同施肥处理可使作物籽实产量比对照平均增加22.07%~138.2%。其中M2P处理产量最高,M2PK,M2,M1P,M1,M1PK处理的产量依次递减,单施化肥的P,PK处理,作物平均产量也较对照分别提高23.2%和22.1%。棕壤连续施肥期间,相同施肥处理不同年份作物产量变异系数在16.2%~38.4%之间,平均为22.37%;*通讯作者不同施肥处理同一年份作物产量变异系数在8.9%~46.7%之间,平均为28.4%。施肥效应大于气候等其它因素的综合影响效应。方差分析的结果显示,处理间差异极显著,F=28.08**(F0.01=3.11)。2.1.2不同肥料对总增产率的影响为了研究长期不同施肥处理残留养分的作用,从1995年起进行后效试验。3年的后效试验结果显示,各施肥处理作物产量均高于对照,但增产幅度各不相同(表2)。低量有机肥与磷钾肥配施处理增产率最高,比对照增加了119.5%,施化学磷肥的增产效果较低,只有2.1%和3.7%。各处理后效期间一个轮作周期的籽实平均产量与连续施肥条件下5个轮作周期的平均产量持平或略高。可见,肥料的累积施用具有明显而持久的后效。棕壤在连续培肥15年后,有机肥、磷肥残留养分的作用至少在3年以上。2.2不同处理的残余养分对土壤结构的影响2.2.1调节节能作用土壤中有机质含量虽少,但在土壤肥力上的作用很大。它不仅含有各种营养元素,而且还是土壤微生物生命活动的能源,并对土壤的水、气、热等物理性质起着重要的调节作用。土壤有机质是评价土壤潜在肥力的一个重要指标。图1是不同施肥处理后效期间土壤有机质的变化情况。从图1可以看出,单施化肥处理土壤有机质含量比对照低,同时CK,P,PK处理有机质含量较原始土壤(15.9gkg-1)下降了,说明不施肥或长期施用化肥促进了土壤有机质的分解。施用有机肥可大幅度提高土壤有机质含量。虽经3年的消耗,所有施有机肥的处理其有机质含量仍明显高于辽宁省高肥力棕壤耕层有机质含量的平均值(15.9gkg-1)。2.2.2对试验结果的分析图2是不同施肥处理后效期间土壤全磷含量及作物吸磷量的变化情况。由图2可知,3年后效试验结束时,各施肥处理土壤全磷含量仍高于对照处理,较原始土壤也有不同程度的提高。但不同施肥处理土壤全磷含量的变化却与作物产量的变化并不一致。磷素对作物有效性的大小与磷在土壤中的存在形态有关,土壤全磷含量受施磷量和作物生物学产量带走磷量的双重制约。在本试验条件下,土壤全磷含量与速效磷含量间呈明显的正相关关系,r=0.9259(n=9,α=0.01),这与已有的试验结果相一致。这是由于在同一类型土壤上,影响磷有效性的一系列因素大体上是一致的,近似常数。所以土壤全磷含量与作物产量变化不一致的原因主要是由作物带走磷量造成的。从图中还可以看出,在长期投入磷素相等的情况下,M2PK,M1PK分别比M2P和M1P带走的磷多,故土壤全磷含量低。土壤速效磷是评价土壤供磷水平的重要指标。图3是后效期间不同施肥处理土壤的速效磷含量。经过3年后效试验,各处理间土壤中速效磷含量仍有很大差别,最高的是M2P处理。相关分析结果表明,土壤速效磷含量与作物产量呈正相关关系,r=0.689*(n=9)。在各施肥处理中,M2处理速效磷含量是M1处理的2.38倍,是P处理的4.22倍;M2PK处理土壤速效磷含量是P处理的5.23倍。长期施入有机肥,使土壤中有机质有一定的积累,有机质所含的磷可以随着矿化作用的进行而转变为有效态的矿质磷。同时,有机质在分解过程中可产生有机络合剂,对无机磷组分中的Al-P、Fe-P、Ca-P类化合物中的Al、Fe、Ca等金属成分有络合作用,能把磷从这些不溶性磷酸盐中释放出来而成为有效态的磷。在本研究中,有机质(x)与土壤速效磷(y)含量之间存在着明显的相关关系,相关方程为yolsen-P=-225.664+16.035xr=0.841**(n=36)已有研究认为,有机肥单施或配合无机磷肥比之无机磷肥施用可降低朗格缪尔公式中磷的最大吸附量,这可能也是有机肥施用能维持土壤较高的有效磷水平的原因。3施肥与土壤有机质含量的关系(1)棕壤连续施肥15年后,有机肥、磷肥的后效作用至少在3年以上。低量有机肥与磷钾肥配施增产率最大。(2)不施肥或单施化肥可促进土壤有机质的