维普资讯 http://www.cqvip.com 中国农业科学2002。35(9):1109—1113 Scientia Agricultura Sinica 有机与无机IE ̄i]合对红壤稻田系统生产力 及其土壤肥力的影响 周卫军1,2王凯荣2,张光远 ,谢小立2 (。华中农业大学资源环境与农业化学系,武汉430070;2中国科学院亚热带区域农业研究所,长沙410125) 摘要:10年田间定位试验结果表明,以无肥(CK)为对照,有机物循环处理(c)可增产56.5%.NPK配合增产 62.5%,有机与无机肥配合增产8O.7%;施肥实现的水稻产量中由于化肥应用所占的贡献份额为38.5%,有机与 无机肥配合施用所占的贡献份额为44.7%;随着NPK配合程度的提高,土壤有机质含量由降低到基本平衡,有机 与无机肥配合能有效地促进土壤有机质的积累;氮、磷和钾进入红壤稻田系统及系统内有机物循环利用,可增强土 壤氮、磷和钾养分库。 关键词:有机肥;无机肥;红壤稻田系统;土壤肥力 Effects of Inorganic—organic Fertil izer Incorporation on Productivity and Soil Fertility of Rice Cropping System in Red Soil Area of China ZHOU Wei—jun 一,WANG Kai—rong ,ZHANG Guang~yuan ,XIE Xiao-li ( Department of Resource Environment and Agro-chemistry,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070; Institute of Subtropical Agriculture,The Chinese Academy of Sciences。Changsha 410125) Abstract:Ten—year(1990—1999)field located experimental results indicated that the productivity and the soil fertility of rice cropping system were significantly influenced by the fertilization system adopted in red soil area of China.Contrasting with no—fertilizer treatment,yield—increase rate of organic matter cycling treatment, NPK and inorganic—organic fertilizer incorporation treatments was 56.5%,62.5%and 80.7%,respectively.In the case of optimum fertilization system,the largest contribution portion of inorganic fertilizer applied was 38.5%while that of inorganic—organic fertilizer incorporation was 44.7%.The content of soil organic matter was changed from decrease to equilibrium with heightening the extent of N,P and K incorporation.Inorganic— organic fertilizer incorporation could effectivelly promote the organic matter to be accumulated in the soil.After N,P and K entered into rice cropping system and organic matter cycling of system had been maintained,the pools of total N,P and K could be strengthened. Key words:Fertilizer;Organic manure;Rice cropping system of red soil area in China;Soil fertility 自19世纪初期,有关植物营养和土壤施肥学说 和土壤肥力的影响等方面,国内外都进行了大量的 和著作相继问世以来,研究不同营养元素对植物的 研究 1--5]。可惜的是这些研究的试验设计并不是 相对重要性、为保持土壤生产力所必须补充的植物 以NPK养分进入农业系统的先后顺序及系统内有 营养元素、施肥对各种作物的增产效果和土壤肥力 机物可循环量为依据进行的,因此,试验结果便不足 的影响,尤其是长期施用化肥和有机肥对作物产量 以说明NPK养分和有机物循环的增产效果,及其 收稿日期:2001—03—08 基金项目:中国科学院知识创新项目工程(KZCX2—407) 作者简介:周卫军(1966一),男,湖南临澧人,副研究员,主要研究方向为农业生态系统物质循环与转化。 4612685:E—mail:wjzh@isa.ac.Clfl。通讯地址为湖南长沙马坡岭中国科学亚热带区域农业研究所 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国农业科学 在粮食生产上的贡献和对土壤肥力的影响。 (P:52.4g/kg)和氯化钾(K:498.1g/kg),施用量 1990年,根据中国科学院的一项生态学研究计 为,1990~1996年,N:262.5kg/ha,P:39.3kg/ha, 划,一批统一设计的中长期田间定位试验在我国东 K:137.0kg/ha。1997~1999年,N:182.3kg/ha,P: 部农区自北向南的5个试验站进行,旨在研究、评估 39.3kg/ha,K:197.2kg/ha。 自20世纪50年代以来我国农业随着化肥工业发 有机物循环是将收获稻谷的80%(1994年后减 展,NPK依次进入农业系统和系统内有机物循环的 为50%)及全部空瘪谷喂猪,猪粪尿还田,稻草和绿 作物产量增益及土壤肥力的变化,并比较其在不同 肥直接还田。NPK循环量分别为,C:137.0kg/ha、 区域间的差异【6--9]。 28.6kg/ha和181.5kg/ha;N+C:175.0kg/ha、34.0 本文的主要目的是评价NPK和有机物循环对 kg/ha和226.7kg/ha;NP+C:203.6kg/ha、39.6kg/ 红壤稻田系统生产力的影响和在红壤稻作区水稻增 ha和247.3kg/ha;NPK+C:208.6kg/ha、45.3kg/ 产中的贡献及其对土壤肥力的影响。 ha和309.3kg/ha。 l材料与方法 水稻成熟期分小区单打、单晒,稻谷产量按 14%的水分含量计算。 试验在中国科学院桃源农业生态站试验场(东 分析方法:有机质一重铬酸钾外加热法;全N一硫 经111o33 ,北纬28。55 )进行,年均气温16.5℃,降 酸重铬酸钾消化,半微量定氮法;全P一氢氧化钠碱熔, 水量1 447.9ram,日照1 531.4h,太阳辐射322.6kJ/ 钼锑抗比色法,全K_氢氧化钠碱熔,火焰光度法。 cm 。早稻为当地使用的常规稻,晚稻为杂交稻,且 每3年更换一次水稻品种。供试土壤为第四纪红色 2结果与分析 粘土发育的水稻土,基础肥力性状为:有机质23.2g/ 2.1生产力和稳产性能 ,全N 1.39g/kg,全P 0.60g/kg,全K 14.9g/kg, 稻田系统生产力的测定指标通常为单位面积的 速效N 53.4mg/kg,速效P 14.7mg/kg,速效K 生物产量和经济产量(稻谷),从表1可以看出,旋肥 67.7mg/kg,pH 5.74。 显著影响水稻产量,其中以CK处理产量最低,NPK 试验自1990年开始,以“稻一稻一绿肥”耕作制 +C最高,有有机物循环处理均比对应的无有机物 度为基础。共设8个处理:①无肥(CK),收获产品 循环处理高,且有随与NPK配合程度增加而提高 全部移出稻田系统;②有饥物循环(C),收获产品中 的趋势。 养分循环利用(简称“循环”,以C表示);③N;④N 根据统计分析结果(表1),不同处理的年平均 +C;⑤NP;⑥NP+C;⑦NPK;⑧NPK+C。其中 稻谷产量可分为5个水平档,其中NPK+C处理最 处理1与2、处理3与4、处理5与6和处理7与8 高,为9 775kg/ha;第二水平档的有NP+C、N+C 为4对对应的配对处理,即为无有机物循环与有机 和NPK 3处理,平均为9 114kg/ha;第三水平档的 物循环的配对。每处理重复3次,小区面积4.1m× 有NP和C 2处理,平均为8 123kg/ha;第四水平档 8.1m.随机区组排列。小区间用水泥埂隔开,地下 为N处理,为6 477kg/ha;最低为CK处理,为5 410 埋深0.5m,高出地表0.2m。 kg/ha。 供试化肥为尿素(N:450.0g/kg)、过磷酸钙 表1不同处理的年平均稻谷产量比较(1990 1999) Table 1 The compare of the average grain yield(1990—1999)of different treatments(kg/ha) 从表1还可以看出,红壤稻田系统的稳产性能 的水稻产量年际变异系数(CV)低于NP处理,而后 有随化肥的全面施用而下降的趋势,如NPK处理 者又低于N处理。可见,全面供应水稻所需要的养 维普资讯 http://www.cqvip.com !塑 周卫军等:有机与无机肥配合对红壤稻田系统生产力及其土壤肥力的影响 分有助于提高水稻对不同气候年景的适应性,从而 各生育阶段得到更为均衡的矿质营养[14, ,从而使 提高系统的稳定性。另外,系统内有机物循环利用 水稻产量提高。N+C处理虽然只是在保持系统内 可显著地提高水稻产量年际间的稳定性,这从4对 有机物循环的基础上配施N肥,但是,正是由于N 配对处理的水稻产量年际变异系数的差异可以看 肥的施用,解决了微生物分解有机物时,与作物争夺 到,凡是实行有机物循环的水稻产量年际变异系数 土壤中有效氮的矛盾,因而促进了微生物的活力和 均比不实行有机物循环的产量低,可能是由于有机 有机物养分的释放,改善了土壤的养分供应状况,从 物的持续循环利用,改善了土壤对水稻养分供给的 而使稻田系统的生产力提高【 ・11, ]。NP+C和 持续性和全面性的缘故 ・加J。 NPK+C处理由于化学磷和钾进入稻田系统,补充 2.2增产作用 了系统中的磷和钾养分,保持了磷和钾养分库的更 对照处理10年的平均产量为5 410kg/ha(表 新和活力,致使水稻产量进一步提高。在本试验条 1),国外一些长期肥料试验结果表明,连续百年以上 件下,有机、无机肥配合水稻产量增长80.7%,或通 无肥的农田也可维持1 000~3 000kg/ha的谷物产 过施肥达到的产量中有机、无机肥配合所占的份额 量,这是由土壤自身缓慢地释放养分、土壤中的生物 为44.7%。可见,在红壤稻作区重视系统内有机物 固氮以及大气沉降中养分所能维持的最低限产 循环利用对于发展粮食生产具有重要意义。 量…。本试验CK处理停止施肥仅仅10年,故稻谷 2.3土壤肥力 产量仍可维持较高的水平。 2.3.1有机质对照(CK)处理由于没有肥料的投 以CK处理为起点,依据近50年来随着化肥工 入,收获产品全部移出系统,分解矿化的有机质未得 业的发展,NPK化肥依次进入农业系统及其有机物 到有效的外源补充,因而有机质含量持续降低(表 循环的农业施肥发展历史,可以将我国施肥的变革历 2),1994年比1990年(试验前)降低0.8g/kg,1998 程分为两个发展方向:化学化和有机、无机肥配合。 年又比1994年降低0.5g/kg,累积降低1.3g/kg。 在化学化发展过程中,N、P和K化肥依次进入 随着NPK化肥依次进入稻田系统,生产力逐渐提 稻田系统,其对水稻生产的发展起到了明显的促进 高,有机物的自然归还量(水稻的落叶、根系等)也依 作用(表1)。N肥是最早进入农业系统的营养元 次增加["],土壤有机质随着NPK配合程度的提高 素,也是限制系统生产力最重要的营养元素,但是, 逐渐由降低到趋于平衡,且随时间延续有增加的趋 单施N肥红壤稻田系统的稻谷产量仍较低,仅比 势,例如,1994年与1990年比较,N处理降低0.6g/ CK处理增产19.7%;随着P、K肥进入稻田系统, kg,NP处理降低0.2g/kg,而NPK处理则基本持 其生产力大大提高,在保持水稻品种和农业技术不 平,1998年与1994年相比,N处理基本持平,NP和 变的条件下,依靠化肥应用的进步可使水稻产量增 NPK处理则略有积累,从整个试验期来看,N处理 长62.5%或通过施肥实现的水稻产量中由化肥应 呈降低趋势,累积降低0.5g/kg,NP和NPK处理均 用所占的贡献份额为38.5%。 有一定的累积效应,分别增加0.5g/kg和1.8g/kg。 有机、无机肥配合发展方向是指在维持系统内 c处理随着系统内可循环的有机物进入稻田系统, 有机物循环的基础上N、P和K化肥先后进入农业 由于有机肥改土培肥作用_4・11,¨],土壤有机质持续 系统。在保持红壤稻田系统内有机物循环的基础上 增加,1994年比1990增加2.0g/kg,1998年比1994 同时引入无机肥,可以获得更显著的增产效益(表 年增加1.2g/kg。有机、无机肥配合由于系统生产 1)。C处理虽然未从系统外部引进其它营养物质, 力的提高,可再循环的有机物量增加,因而土壤有机 但由于系统内可循环利用的有机物(水稻秸秆、猪 质积累速率进一步加快,其中以NPK+C处理增加 粪)全部还田,而秸秆、粪肥等有机肥除本身含有一 最快,1994年比1990年增加3.7g/kg,1998年比 定的养分外,且这些能量物质的投入,使土壤中微生 1994年增加2.7g/kg,累积增i//tl6.4g/kg。 物的种群和数量增加,使土壤本身的N、P、K和Si 2.3.2 全N、P、K从表2可以看出,除CK处理 等营养元素得到活化[ .11叫 ,从而保证了水稻生长 的土壤全N含量持续降低外,其余各处理的土壤全 的养分供应,使水稻产量增加,与CK处理相比,增 N含量都有不同程度的增加,其中增加最多的是 产率达到56.5%。有机、无机肥配合,一方面是有 NPK+C处理,共增加了0.84g/kg,其次是NP+C和 机肥直接补充了稻田系统中的土壤养分,同时又通 N+C处理,分别增加了0.52g/kg和0.49g/kg,再次, 过调节土壤与化肥养分的释放强度和速率,使水稻 C、N、NP和NPK处理,增加量在0.3~0.4g/kg之间。 维普资讯 http://www.cqvip.com ”试验前土壤有机质为23.2g/kg;全N 1.39g/kg;全P 0.60g/kg;全K14.9g/kg Before experiment,organic matter,total N,P and K of soil was 23.2g/kg,1.39g/1【g,0.60g/kg and 14.9g/kg,respectively CK和N处理的土壤全P含量持续降低,分别 降低了0.03g/kg和0.06g/kg,随着化学P肥进入 稻田系统和有机物的循环利用,土壤全P均有不同 率为62.5%,是生产力水平随着农业化学化水平的 提高实现的第2次飞跃;有机、无机肥配合稻田系统 的增产率可达80.7%,是在保持农业系统内有机物 程度的增加,其中增加最多的是NPK+C处理,增 加了0.21g/kg,最少的是C处理,仅增加了0.02g/ kg。 循环的基础上,NPK化肥依次进入农业系统,生产 力水平实现的第3次飞跃。 References CK、C和N处理的全K含量在试验初期有较 快的下降,而后处于稳定状态(表2)。如,C处理的 全K含量1994年比试验前(1990年)降低0.5g/ kg,1998年则与1994年持平。NP处理的全K含量 在试验初期维持稳定,随着试验时间的延长则有下 降的趋势。NP+C和NPK处理在试验开始时有一 快速增加阶段,然后又逐渐趋于稳定。N+C和 NPK+C处理的全K含量有随着试验时间的延续 而增加的趋势。可见,为维持和增强红壤稻田系统 土壤K库的平衡,采用系统内有机物循环和结合K 肥的施用是行之有效的措施。 [1]Shen S M.Long.telTP_fertilizer experiments of overseas(I). 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