長期不同施肥對東北玉米產(chǎn)量和土壤肥力及溫室氣體排放的影響研究.pdf

1、糧食安全和全球變暖是當今人類社會面臨的重大挑戰(zhàn)。為了兼顧經(jīng)濟效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)的雙贏，采用良好的農(nóng)業(yè)施肥措施來提高作物產(chǎn)量，并促進溫室氣體減排是當今作物生產(chǎn)的一個重大技術(shù)需求。施肥措施的長期效果是研究農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要科學(xué)依據(jù)。本研究以始于1990年的國家（公主嶺）黑土肥力與肥料效益長期定位試驗為研究平臺，以不施肥(CK)、單施氮肥(N)、施氮鉀肥(NK)、施氮磷肥(NP)、施磷鉀肥(PK)、施氮磷鉀肥(NPK)、秸稈還田(SNPK)、氮

2、磷鉀配施有機肥(M1NPK)和高量有機肥與化肥配施(M2NPK)共9個處理為研究對象，探討長期不同施肥措施下玉米產(chǎn)量的可持續(xù)性、土壤肥力變化、以及溫室氣體CO2、N2O和CH4的排放規(guī)律、綜合溫室效應(yīng)和溫室氣體強度的差異，探討其影響機制，擬為東北黑土區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。結(jié)果如下:
　　1.等氮量施肥M1NPK、SNPK和NPK三處理25年的玉米平均產(chǎn)量差異不顯著，施化肥處理玉米平均產(chǎn)量排序為NPK＞NP＞NK

3、＞N＞PK、CK。氮、磷和鉀對玉米產(chǎn)量的農(nóng)學(xué)效應(yīng)差異顯著，1kg化學(xué)氮肥、磷肥、鉀肥的農(nóng)學(xué)效率分別為33.0、16.3、5.1 kg。有機無機配施處理SYI值高，SYI在0.694～0.767間，作物產(chǎn)量可持續(xù)性好，而不平衡施肥和不施肥處理的可持續(xù)產(chǎn)量指數(shù)(SYI)值最低。CK、PK、N或NK處理玉米產(chǎn)量變異系數(shù)較大，產(chǎn)量穩(wěn)定性差，分布在21.2％～36.9％間，而有機無機配施處理相對較小都在11.1％～14.1％間。黑土土壤對N、P和

4、K平均供應(yīng)能力分別為41.8％、85.6％和95.9％。單施N肥土壤平均生產(chǎn)力貢獻率為68.9％，并有逐漸降低趨勢，與PK配合施用土壤平均生產(chǎn)力貢獻率為91.2％，NPK處理與等氮量施肥M1NPK和SNPK兩處理平均生產(chǎn)力貢獻率差異不顯著。
　　2.在玉米各生育時期，M1NPK處理氮素累積量均高于等氮量NPK和SNPK處理;成熟期，M1NPK、NPK、SNPK、N和CK處理植株氮素總累積量分別達到286.2、276.2、249.4

5、、151.7和63.6 kg/hm2。 M1NPK、SNPK、NPK和N處理葉和莖鞘總氮素轉(zhuǎn)移量分別為99.0、79.7、87.2和41.8 kg/hm2，總的轉(zhuǎn)移氮素對籽粒的貢獻率分別為25.5％、23.8％、23.6％和21.7％，其中M1NPK處理的總氮素轉(zhuǎn)移量及其對籽粒氮貢獻率最高，與其它處理差異顯著。M1NPK氮素利用率、農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力都顯著高于化肥NPK處理，而化肥NPK處理與SNPK差異不顯著，其中，M1NPK氮肥

6、偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率分別為65.4和44.6 kg/kg。
　　3.不同施肥措施下耕層土壤日溫度的變化均近似呈正弦函數(shù)變化，在整個生育期間，有機無機配施(M1NPK)處理下土壤日平均溫度和累積溫度低于化肥NPK處理;秸稈還田(SNPK)處理下土壤日平均溫度、累積溫度、日平均最高溫度和日平均最低溫度都顯著低于化肥NPK處理(P＜0.05)，其日變化幅度也小于化肥NPK處理。CK處理下0～20cm表層土壤含水量低于其它處理，但30～90

7、 cm層次土壤含水量明顯高于其它處理(P＜0.05);有機無機配施處理（M1NPK和SNPK）下30～90cm層次土壤含水量顯著高于化肥NPK處理。有機無機配施M1NPK處理下，玉米水分利用效率顯著高于化肥NPK處理(P＜0.05);在干旱年份，秸稈還田(SNPK)水分利用效率高于化肥NPK處理。
　　4.農(nóng)家肥和化肥配施處理顯著提高了表層土壤有機碳、活性有機碳、微生物碳氮、全氮和堿解氮含量。秸稈還田(SNPK)處理土壤有機碳含量

8、波動不大，但其土壤活性有機碳較試驗初增加了36.8％;SNPK土壤全氮基本穩(wěn)定，但土壤堿解氮略有下降。不施肥(CK)和不平衡施肥處理（N和NP）表層土壤有機碳、活性有機碳、全氮和堿解氮含量均呈下降趨勢。秸稈還田(SNPK)處理表層土壤微生物碳氮為最高，有機肥和化肥配施處理顯著高于單施化肥處理土壤微生物碳氮。有機無機配施處理土壤有機碳和全氮的增加主要集中在0～40cm土層。與NPK處理比較，M2NPK、NP和N處理40cm土層以下硝態(tài)氮累

9、積量有所增加，而等氮量施肥的M1NPK和SNPK處理硝態(tài)氮累積量有所減少，尤其SNPK處理在0～100cm土層硝態(tài)氮累積量都明顯小于化肥NPK處理。
　　5.長期有機無機肥配施處理能顯著提高表層土壤全磷、速效磷和速效鉀含量，而不施肥(CK)處理土壤全磷、速效磷和速效鉀含量均有所下降;不施磷肥處理土壤全磷和速效磷含量呈下降趨勢，而施磷效果截然相反;不施鉀肥處理土壤速效鉀呈下降趨勢;施鉀肥能顯著提高土壤速效鉀含量;但各處理對土壤全鉀的

10、影響沒有差異。長期不同施肥對土壤酸化的影響主要集中在土層0-40cm，60cm土層以下各處理土壤pH值沒有差異，單施化肥處理土壤pH值顯著低于不施肥(CK)和有機無機配施處理，其中2012年NPK處理0-20cm表層土壤pH值比M2NPK和SNPK處理分別低1.6、2.17個單位。
　　6.各施肥處理土壤CO2和N2O的排放高峰都出現(xiàn)在玉米拔節(jié)期。在整個玉米生育期，秸稈還田(SNPK)土壤CO2累積排放量為最高，達到5595.4

11、kg/ha，其次為農(nóng)家肥和化肥配施(M2NPK)處理，CK處理為最低，僅為3147 kg/ha;有機無機肥配施SNPK和M2NPK處理土壤CO2排放通量和累計排放量顯著高于施化肥處理。農(nóng)家肥和化肥配施(M2NPK)處理土壤N2O排放量明顯高于施化肥處理;施用化肥處理土壤N2O排放量明顯高于不施肥(CK);秸稈還田(SNPK)處理土壤N2O排放量明顯小于化肥NPK處理。有機無機肥配施（M2NPK和SNPK）處理土壤CH4凈吸收量顯著高于不

12、施肥(CK)和N處理。從土壤凈綜合溫室效應(yīng)和總溫室氣體強度可分析出，與不施肥(CK)比較，偏施化肥N和NPK處理凈綜合溫室效應(yīng)(GWP)分別增加了109.8％和31.5％，SNPK凈綜合溫室效應(yīng)降低了13.2％;尤其是有機無機配施(M2NPK)處理凈綜合溫室效應(yīng)為負值，為凈碳匯。平衡施肥(NPK)和有機無機肥配施（SNPK和M2NPK）溫室氣體的排放強度也最弱，顯著低于不施肥(CK)和偏施化肥(N)處理，其中M2NPK和SNPK分別為-