长期施肥下红壤地区三种母质土壤熟化过程中肥力的变化特征

论文摘要

本文通过中国农业科学院湖南祁阳“生土熟化”长期定位试验（1982～2007年）,主要研究了红壤地区三种母质土壤（花岗岩母质土壤、第四纪红土土壤、紫色砂页岩土壤）在6种熟化措施（不施肥CK-T、不施肥秸秆还田CK-R、施氮磷钾肥NPK-T、施氮磷钾肥秸秆还田NPK-R、施有机物稻草M-T、施有机物稻草秸秆还田M-R）下土壤化学性质、土壤物理性状、土壤生物性状及作物产量的变化特征。同时采用统计学方法对土壤肥力指标进行综合评价,进一步分析长期施肥条件下土壤肥力的变化。主要研究结果如下:（1）三种母质土壤不施肥有机质含量无显著变化;不施肥秸秆还田能够缓慢增加土壤有机质含量,花岗岩母质土壤、第四纪红土土壤和紫色砂页岩土壤有机质含量分别增加了319.9%、105.7%和164.4%;施氮磷钾肥及施氮磷钾肥秸秆还田三种土壤有机质含量均显著增加,其中后者土壤有机质含量增加最大,比熟化前依次增加了460.6%、184.4%和205.9 %;施用有机物稻草的土壤有机质含量也显著增加,其增加量居不施肥和施氮磷钾肥之间。有机、无机物料配施和秸秆还田是快速提高南方红壤地区不同母质土壤有机质含量的重要措施。三种母质土壤有机质含量增长速率表现为花岗岩母质土壤大于紫色砂页岩土壤和第四纪红土土壤。（2）花岗岩母质土壤、第四纪红土土壤、紫色砂页岩土壤全氮和碱解氮含量均在施氮磷钾肥秸秆还田处理下增加最快,分别增加了716.9%和97.3%、158.8%和76.56%、165.2%和142.9%,其次依次为NPK-T、M-R、M-T、CK-R处理,秸秆还田有利于提高土壤氮素含量;第四纪红土土壤全氮含量较高,但是其碱解氮含量比花岗岩母质土壤和紫色砂页岩土壤低。三种母质土壤全磷和速效磷含量均是在施化肥的处理（NPK-T、NPK-R）下显著增加,施有机物稻草的处理（M-T、M-R）增加较缓慢,紫色砂页岩土壤全磷含量较高,由于母质性质其活性仅1.98%,低于两种酸性土壤。经过25年熟化后,不施钾肥花岗岩母质土壤各处理速效钾含量有所下降,其他两种土壤基本持平,施用化肥和施有机物稻草有利于维持土壤速效钾含量。（3）三种土壤交换性Ca2+、Mg2+含量增加速率在施化肥的处理（NPK-T、NPK-R）均较低,施有机物稻草的处理（M-T、M-R）增加较快,秸秆还田和有机无机物料配施等措施能够提高土壤交换性Ca2+、Mg2+含量,第四纪红土土壤交换性Ca2+、Mg2+含量增加快于花岗岩母质土壤和紫色砂页岩土壤。三种土壤pH值均呈下降趋势,尤其在施化肥处理下降更快,两种酸性土壤下降快于碱性土壤,花岗岩母质土壤和第四纪红土土壤pH分别比碱性土壤下降快0.11、0.08 /yr,紫色砂页岩土壤pH值向弱碱性转化,有利于作物生长。（4）施化肥秸秆还田措施均促进三种土壤细菌数量;施有机物稻草的处理（M-T、M-R）和施化肥秸秆还田（NPK-R）均有利于提高三种土壤真菌数量;土壤放线菌数量在两种酸性土壤上均是施化肥的处理（NPK-T、NPK-R）最低,在碱性土壤上NPK-T、NPK-R处理数量较高,表明土壤放线菌数量受土壤pH影响较大。总之,两种酸性土壤微生物总量较碱性土壤多,且花岗岩母质土壤、第四纪红土土壤、紫色砂页岩土壤微生物中均以细菌数量占有优势,分别达64%、87%、83%,其次是放线菌,分别占28%、11%、15%,真菌最少,分别占8%、2.3%、2.4%。有机无机物料配合施用和施有机物稻草均能改善三种土壤田间持水量和土壤容重,第四纪红土土壤物理性状好于花岗岩母质土壤好于紫色砂页岩土壤。（5）花岗岩母质土壤、第四纪红土土壤、紫色砂页岩土壤平均相对产量（相对于NPK-T处理）均在NPK-R处理下最高,分别为1.39、1.19、1.28;两种酸性土壤NPK-R处理随时间均显著、极显著下降,而紫色砂页岩土壤未达到显著下降水平;花岗岩母质土壤和紫色砂页岩土壤施有机物稻草的处理（M-T、M-R）相对产量分别是显著、极显著增加,而第四纪红土土壤各处理均未达到显著水平,表明施用化肥促进酸性土壤进一步酸化,而对碱性土壤影响不大;秸秆还田措施有利于提高作物产量,三种土壤相对产量以紫色砂页岩土壤较高,其次是花岗岩母质土壤,第四纪红土土壤最低。（6）土壤有机质,氮素,磷素、钾素、pH等构成土壤肥力指标,应用模糊数学原理和相关分析确定权重系数的方法进行土壤肥力数量化综合评价。结合土壤肥力长期定位监测试验的优点,用肥力综合指数表征土壤肥力动态的变化,并与其对应的相对产量达极显著正相关,表明评价结果能一定程度地反映土壤肥力的实际状况。三种土壤肥力综合指数的变化速率表现出:紫色砂页岩土壤>第四纪红土土壤>花岗岩母质土壤,表明紫色砂页岩土壤的潜在肥力较高,只要进行合理施肥,改善土壤的结构及土壤酸环境,促进土壤微生物活动就能发挥土壤潜能,这与肥力指标相关性分析结果一致,紫色砂页岩土壤除过速效钾外,产量和其他土壤养分正相关,与pH呈负相关,表明了碱性土壤pH下降时土壤肥力状况趋于良好。综上所述,从作物产量、土壤肥力及综合评价指数的总体变化看,现有施肥制度以化肥配合秸秆还田最佳,并且要注意合理施用化肥。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究的目的、意义
• 1.2 土壤熟化的概念
• 1.3 由长期肥料定位试验得出的若干研究结论
• 1.3.1 长期施肥对土壤化学性质的影响
• 1.3.2 长期施肥对土壤物理性质的影响
• 1.3.3 长期施肥对土壤生物性状的影响
• 1.3.4 长期施肥对作物产量的影响
• 1.4 土壤肥力评价指标与方法
• 1.4.1 土壤肥力评价指标
• 1.4.2 土壤肥力评价方法
• 第二章 材料与方法
• 2.1 试验点概况
• 2.2 试验设计
• 2.3 技术路线
• 2.4 测定项目及方法
• 2.4.1 土壤样品的采集及分析方法
• 2.4.2 土壤微生物取样及分析方法
• 2.5 数据统计与分析
• 第三章 长期不同施肥处理对土壤化学性状的影响
• 3.1 长期施肥对土壤有机质的影响
• 3.1.1 长期不同熟化措施对三种土壤有机质动态变化的影响
• 3.1.2 不同母质土壤间有机质变化的比较
• 3.2 长期施肥对土壤氮素的影响
• 3.2.1 长期不同熟化措施对三种土壤全氮的影响
• 3.2.2 长期不同熟化措施对三种土壤碱解氮的影响
• 3.3 长期施肥对土壤磷素的影响
• 3.3.1 长期不同熟化措施对三种土壤全磷的影响
• 3.3.2 长期不同熟化措施对三种土壤速效磷的影响
• 3.4 长期施肥对土壤速效钾的影响
• 2+、MG²⁺的影响'>3.5 长期施肥对土壤交换性CA²⁺、MG²⁺的影响
• 3.6 长期施肥对土壤PH 的影响
• 3.7 小结
• 第四章 长期不同施肥对三种土壤生物、物理性状及产量的影响
• 4.1 长期不同施肥对三种土壤生物性状的影响
• 4.2 长期不同施肥处理对三种土壤物理性状的影响
• 4.3 长期不同施肥处理对作物产量的影响
• 4.4 小结
• 第五章 长期施肥条件下土壤质量评价及分析
• 5.1 土壤肥力指标间的相关性
• 5.2 长期施肥下三种母质土壤肥力的综合评价
• 5.2.1 土壤肥力评价指标的选择和计算
• 5.2.2 单项指标权重系数的确定
• 5.2.3 土壤肥力综合指标值的计算
• 5.2.4 综合评价结果的验证
• 5.3 小结
• 第六章 结论与讨论
• 6.1 讨论
• 6.2 结论
• 6.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介