几种主要作物的营养物质输入模型

几种主要作物的营养物质输入模型

在一定的自然条件下，农业生产通过绿色植物的能量转化而来。因此，土壤中的物质含量决定了粮食产量的水平。陕北黄土丘陵区物质输入量很少。据陕西省土肥研究所和土壤肥料工作站资料,1980年黄土丘陵沟壑区通过有机肥输入土壤的氮磷为3.64kg/亩,化肥1.81kg/亩,若将实际耕地面积比上报面积大得多这个因素加进去,输入量更小。安塞县在黄土丘陵区属地多人少地区,据纸坊沟流域调查,1990-1991年年平均输入氮磷量,有机肥为2kg/亩,化肥1.54kg/亩。由于物质输入少,广种薄收,耕作粗放,产量低而不稳。为了寻求合理的物质输入,我们开展了长期肥料定位试验,根据8年试验研究结果,对陕北黄土丘陵区土壤的物质循环与粮食生产的关系予以探讨。1土壤理化性质试验布设于安塞县沿河湾镇纸坊沟流域,年降水量351.3～729.2mm,多年平均549.1mm,6-8月占55.3%,年平均气温9.3℃,无霜期157～194d。土壤为黄绵土。养分含量:川地有机质为7.7g/kg,全氮0.66g/kg,全磷0.62g/kg,碱解氮44.9mg/kg,速效磷2.96mg/kg;坡耕地有机质为4.6g/kg,全氮0.4g/kg,全磷0.59g/kg,碱解氮34.2mg/kg,速效磷2.1mg/kg。2不同物质的传输量中不同部位的生物量川旱地采用谷子—玉米轮作,坡耕地采用谷子—荞麦—谷子—糜子轮作。试验结果见表1,2。2.1种作物的最大产量和平均密度四种作物中玉米的生物量最高,川地玉米各处理平均比谷子高39.3%。坡地三种作物中,以糜子最高,其次为谷子,荞麦最低。将物质输入量(不包括种子和降水输入)与地上部生物量进行直线回归,得以下方程2.2谷物产量2.2.1不同立地条件对粮食的需求将表1、2的籽粒产量与其对应的物质输入量进行回归,得以下直线回归方程:从以上五个回归方程看,r值均在0.90以上,说明回归性良好,从回归方程系数看,每输入1kg的营养物质,川地玉米增产22.5kg,谷子5.96kg;坡地增产谷子为10.49kg,糜子为11.93kg,荞麦为6.93kg。从表1、2还可看出,合理的物质输入,可以大幅度提高粮食产量,输入不合理则作用很小,甚至无作用,例如N、P化肥同时输入,每kg养分在川地增产玉米32.5kg,谷子9.5kg;在坡地增产谷子9.32kg,糜子12.7kg,荞麦10kg。单独输入氮肥则每kg养分在川地增产玉米7.35kg,谷子5kg;在坡地增产谷子0.57kg,糜子不增产。根据试验结果,黄土丘陵区营养物质的输入,以有机肥与N、P或N肥配合及化肥N、P配合输入效果为佳。2.2.2产量和培养方法八年试验结果见表3,为消除气候因素影响,用最高产量(MNP)作为100,计算其相对产量,结果表明除个别年份外,均呈递减趋势。较肥沃的川地,谷子平均每茬递减6.4%,玉米递减4.47%,肥底差的坡耕地,每茬谷子递减9.19%,糜子7.66%,荞麦1.49%;自1986年以后,谷、糜、荞麦产量均在6.6～26kg/亩之间。2.3水直播与玉米养分含量的关系作物地上部籽秆比因作物不同而差异很大,以糜子最大,一般在1.5～1.67之间,谷子1.1～1.3之间,玉米最小在0.77～1.03之间,荞麦很特殊,有化肥磷素输入时在0.99～1.31之间,而无磷素化肥输入时则在1.66～2.27之间。从同一作物看,籽秆比也不是一个固定值,一般产量高,籽秆比小;产量低,籽秆比大。3不同物质输入下土壤养分平衡3.1携带出n量的分布从表4、5可以看出,养分携出量均以MNP最高,CK最低,携出量与产量高低基本一致。川地玉米高于谷子,坡耕地谷子最高,糜子次之,荞麦最低。在合理输入下,不同作物各部位占地上部携出量的百分数见表6。携出N量:籽粒占64%～77%,以玉米最大,荞麦最小,谷糜居中。叶占12.3%～16.2%,以糜子最大,其次为玉米,谷子最小。谷、糜的糠秕产量虽小,而携出的N量比茎多。携出P2O5量:籽粒占65.4%～88.4%,以玉米所占比例最高,荞麦最小,谷糜居中。谷子糠占7.4%～10%,叶占4.2%～5.7%,茎仅占3.9%;糜子、玉米叶分别占7.7%和7.5%,其余为茎、穗轴或糠秕。3.2复施肥,减少安重量表7为不同输入下,主要作物生产百公斤籽粒携出的N、P2O5量,结果表明,同一种作物在不同输入下生产百公斤籽粒所携出的营养物质数量是不同的,在合理输入下,每生产百公斤籽粒携出的营养物质平均值为:玉米N1.73kg,P2O50.49kg,川地谷子N2.52kg,P2O50.67kg;坡地谷子N为2.06kg,P2O50.56kg,糜子N2.11kg,P2O50.64kg,荞麦N2.65kg,P2O50.89kg。有机肥与磷肥配合或磷肥单独施用,生产百公斤籽粒所需N量减少,籽粒品质下降,磷素的无效消耗增加;单纯输入氮素,土壤库中有效磷缺乏,N素的无效消耗增加,反映在生产百公斤籽粒所需N素急剧增加。3.3土壤养分含量有机肥以湿重计,其养分含量平均值:川地含N4.09g/kg,P2O52.56g/kg,坡地含N2.96g/kg,P2O52.24g/kg。降水输入的N、P2O5数量,根据王继增1988年4-10月在本试区实测结果计算。挥发及反硝化损失,根据张卫用15N示踪结果,黄绵土土壤残留量占9.05%和本试验测得的N肥利用率平均值,用差减法计算而得。有机肥与土壤本身的挥发损失未计入。3.3.1化肥输入,土壤n、p活性及含量平衡结果见表8,从表8可以看出,在谷子—玉米轮作中,在无输入情况下,8年累计亏损的N23.08kg/亩P2Os5.732kg/亩。单独输入氮肥,增加磷素亏损;单独输入磷肥,增加氮素亏损,但数量都不大为12%～13%。N、P化肥同时输入,土壤N素仍处于亏损之中,8年累计亏损20.52kg/亩。有机肥的输入,使土壤N、P均有所积累,N素累积以MNP为最大,MP最小,P素累积以MP为最大,MN最小。从作物看,玉米除单独输入N素,氮的挥发及反硝化作用损失大以外,其余均很小,在有机肥与NP或N同时输入时,其累积量无论是N还是P2O5均小于谷子,在纯化肥输入下其亏损值均小于谷子,这与谷了的肥料利用率低和生产百公斤籽粒所需N、P2O5数量大于玉米有关。3.3.2设施型地泥砂浆携带出的量平衡结果见表9,从表9可以看出,N素平衡基本规律与川地一致,即有机肥输入,N素积累,其积累量和川地差别不大;纯化肥输入,N素均亏损,其亏损量小于川地。土壤磷库除MNP处于累积状态外,其余均处于亏损状态,这主要是水土流失造成的。坡耕地营养物质输出多了水土流失这个途径,径流携出的营养物质量虽少,但都是速效养分,泥沙携出是这个途径的主体,其携出的N量在MNP、MN、NP三个处理中相当于作物地上部携出量的20%～41%,平均为29.7%,其它处理产量低,携出量少,泥沙携出量所占比例更大。土壤磷素的亏缺,泥沙携出量是决定因素,其携出量比作物地上部携出量大数倍甚至数十倍,当然作物携出的都是有效成份,泥沙携出的以缓效和无效成份为主。但从整个土壤库来讲,NP储量减少。因此在坡耕地上要培肥土壤是困难的。4层土壤养分含量的变化4.1对土壤有机质的影响土壤有机质不仅影响到土壤的物理特性,而且在很大程度上是土壤营养元素的重要来源,并能调节及保蓄土壤营养元素,因此,土壤有机质的增减,可以反映土壤肥力的提高或降低。测定结果(表10)表明,单纯输入化肥,无论是单独输入还是配合输入,川地土壤有机质均减少,比播前减少14.4%～25.5%;坡地基本上处于自然平衡状态,增减均不明显。输入有机肥或有机肥与化肥同时输入,则有机质有明显的积累,川地增加10%～16.7%,坡地增加19.5%～36.6%。4.2土壤养分平衡.单纯输入化肥土壤全氮含量无明显变化,碱解氮含量降低,有机肥或有机肥与化肥同时输入,土壤全N含量增加,川地增加10%～15.2%,坡地增加19.5%～43.9%,碱解氮亦有增加的趋势。根据养分平衡的结果,单纯输入化肥川地土壤全N累计亏损17.56～25.84kg/亩,坡地亏损7.19～9.02kg/亩,川地耕层按15万kg/亩,坡地11.25万kg/亩土计算,应该能够检测出来,与播前应有明显差异,结果并非如此。输入有机肥或有机肥与化肥同时输入,N素赢余累计只有1.52～6.04kg/亩,应当检测不出,土壤分析结果却有明显差异。以上两个结果的产生,可能与土壤中自生固氮菌作用的结果和下层分散养分通过根系向表层富集有关。4.3对土壤各养分含量的影响在无输入情况下,速效磷含量减少,输入有机肥速效磷含量增加幅度很小,输入磷肥或磷肥与有机肥同时输入,土壤速效磷有明显提高,其增加趋势在川地和磷素累积量相一致,在坡地以单独输入磷素最高,其次为有机肥与氮磷同时输入。5立地条件分析5.1增加物质输入是提高粮食产量的基础,基本农田每亩输入N和P2O510～11kg,川地玉米亩产400kg,谷子200kg以上;梯田亩产玉米350kg以上,谷子150～200kg。坡地输入N和P2O55～6kg/亩,亩产糜谷90kg以上。5.2物质输入必须合理,黄土丘陵区的物质输入以有机肥与氮磷或氮素化肥配合输入效果为佳,不