PDF《宇 万太 ,张璐,殷 秀岩,马 强 ,沈 善敏》

第19卷 第6期282003年11月农业工程学报Tr a n s a c t i o n s o f t h e CS AE VoI .

1

9 No.6 NOV.

20 03 农业生态 系统 养分循 环再 利用作 物产 量增 益 的地 理分异 宇万太 ,张璐,殷秀岩 ,马强,沈善敏 ( 中国科学 院沈 阳应 用生态研究 所,沈阳110016)摘要:根据

3 个 地点 中长 期 田间试 验联 网 比较研究 发现 , 保持养分 循环再利 用可明显减 少作物 产量的年 际波动 , 使 作物 具有较好 的产量稳定性 . 农业 生态系统养分 循环再利用 的产量增益与化肥施 用和所处气候 区的热量 因素有关 . 在无 化肥的 前 提下 , 保持

8 O 循环 率养分 循环再 利用 的平均 粮食增 产 量从北 向南 分别 是:海伦

2 6

2 k g・h m (

1 4年平 均),沈阳956kg・ h m (

1 2年平均 ) , 桃源3063kg・ h m (

1 1 年平 均) ;

在施用 N、 P化 肥基础上保 持养分循 环再利用 其增产量 分别为 : 海伦

2 5

0 k g・ h m (

1 4年平均) , 沈阳489kg・ h m (

1 2年平 均) , 桃源

1 5

3 1 k g・ h m (

1 1 年平均 ) .表明养分循环再 利用 这一生 态过程所产生 的效应有着 明显 的地理分异规 律.据此可 以认 为,保持农业 中养分循环再 利用对于热量充沛 的我国南 方热带 、 亚热 带地区尤为重要 . 关键词 : 养 分循 环再利 用;

产量增益地 理分异 ;

增产量 中圈分 类号 : S

1 8

1 ;

S

1 5

8 .

5 文献标识码 : A 文章编号 :

1 0

0 2 ―

6 8

1 9 (

2 0

0 3 )

0 6 ―

0 0

2 8 ―

0 4

1 引言保持农业生态 系统 内部养分循环再利用是我 国农 业施肥的传统 , 纵观 中国农业 发展历史 , 这一传统 的施 肥制度在

2 O世纪

4 0 ~5 0年代受到了来 自化肥的挑战 . 近年来,由于 无公 害农业的蓬 勃发展,人们对有 机肥又有了新的认识 , 但 由于研究条件的限制 , 这一传统施肥 制度对作物增产作用是否因外界 的热量或水分条件而 改变 , 则是 目前 尚未充分研究但不论在理论上还是在实 践上 均有 重要 意义的问题 之一.在 以往 的试 验 研究 中,绝大部分是研究有机肥对作物的增产作用 , 农家肥的用 量并非以系统内部养分的可循环量为依据 , 因此研究结 果便不足以说 明系统内部养分循环再利用 的增产效果 , 跨 区域 的联 网研 究则 更 是难 上 加难 .

1 9

9 0年,中国科 学院开始 实旌 网络 研 究计 划,一组 统 一设 计的中长 期 田间 试 验在 我 国东 部农 区 自北 向南 的 5个 实验 站上 进行,其目的是评估上世纪

5 O年代 以来我国农业中施肥进步和 保持养分循环再利用这一施肥传统的作物产量增益 , 同时比较 这一 增益在不 同 区域之 间的表 现.然而 十分 惋惜 的是 , 由于 种 种原 因,有2个 站 的试 验 因故 停止或改变试验设计 , 仅留存黑龙江海伦 、 辽宁沈阳、 湖南桃源等

3 组试 验 延续 至今.本 文就 是 上述

3 组 试验 截止2001年 的试验结果 , 研究讨论的重点是养分循环再利用作物产 量增益的区域分异现象 .

2 试验 的 自然条件与 方法

2 .

1 试验的自然条 件 3组 试验地点的气 候条件及试验开始时的土 壤肥力状 况 如表

1 所示.表1试验地点 的土壤及气候条 件Ta b l e

1 S o i l a n d c l i m a t e c o n d i t i o n o f t h r e e e x p e r i me n t a l s i t e s 海伦、 沈阳、 桃源 3站分别处在中温带、 中温带和中 亚热带 , 在湿度上则均属湿润区 , 因此 3站的气候条件 构成 了湿度大体相似但 在热量上形成了北低 南高的梯 度, 可 以系统研究养分循环再利用作物产量增益的地理 分异现象. 收稿 日期 :

2 0

0 3 ―

0 4 ―

2 9 修订 日期 :

2 0

0 3 ―

0 6 ―

0 9 基金项 目: 中国科 学院知识创新重大项 目( KZ C X2 ―

4 1

3 ―

4 ) ;

国家重 点基础发展规划项 目( NKB R S F 、 G1

9 9

9 0

1 1

8 0

4 ) ;

中国科 学院 九 '

五 重点项 目( K Z

9 5

2 一J卜2

1 4 ) 和所创新项 目( S C XMS O

3 O

1 ) 资助 作者简介 : 宇万 太,男,研究员 , 辽宁省 沈 阳市 中国科学 院沈 阳应 用生态所,110016由表 l可见,上述3站 试验地土壤的性 质明显不同, 但符合我 国土壤基本性质的地理分异规律 , 土壤酸 碱度 自北向南呈下降趋势 , 土壤有机质、 全氮、 速效钾含 量北高南低,桃源站 供试土壤是水稻土,故有 机质及全氮含量略高于旱作土壤 .通过表

1 还可 以看出, 3站供 试土壤的有效磷水平均较高 , 分属 不缺磷 和 丰磷 范围, 造成这种现象的原因是这些试验地均曾持续地施用 磷肥,鉴于此,各站试 验的最初几年未能显示 磷肥的增 产效 果,之后随着不施 肥对照区土壤的供 磷力下降,磷肥的增 产效 果开 始变 得明显.维普资讯 http://www.cqvip.com 第 6期 宇万 太等 : 农 业生 态 系统养 分循 环再 利 用作 物 产量增 益 的地 理 分异

2 .

2 试验设计2.2.1田问试验养分循环再利用田间模拟试验主要包括以下8个 处理:4J:1. 对照(CK) , 不施 肥;

Ⅱ. 循环猪圈肥,不施化肥,每年8O收获产品经喂饲~堆 腐后 以猪圈肥形式返 回本处理 ;

Ⅲ. 化肥N;

Ⅳ. 化肥N+循环猪圈肥,氮肥用量同Ⅲ, 循 环操 作同Ⅱ;

V. 化肥NP;

Ⅵ. 化肥NP+循环猪圈肥,N、 P用量同V, 循环操作同Ⅱ;

Ⅶ. 化肥NP K;

1 l l 里.化肥 NP K+循环猪圈肥,NP K 用量同Ⅶ,循环操作同Ⅱ. 上述8个 处理含盖了我 国农业中施肥进步的几种基本类型,同时,以不施肥对照和3个 化肥处理为基础形成了4对 无循环 和 加循环 处理对比.需要说明的是,由于地域 的不同,各站试验地的化肥用量也 不相同,但均采用 当地优化 的施肥用量 , 氮肥 年施用量分别 为海 伦100kg・h m~、沈阳150kg・h m~ 、 桃源260kg・ h m_ . , 大豆不 施氮肥 ;

磷肥 ( P) 年施用 量北方 一季 作地区16~18kg・ h m_. , 桃源39kg・h m_ . , 钾肥(K) 年施用量北方一季作地区3O~60kg・h m_ . , 桃源为137kg・h m _. . 供试作物和轮作方式各站也不同,桃源站每年采 用稻一稻一紫云英轮作,沈阳和海伦均为一 年一作,采用旱田轮 作,每处理的3个重复小区分别 为一 种作物并逐年依 次轮作,海伦为小麦一大豆一玉米,沈阳为玉米一玉米一大豆.2.2.2喂饲一堆腐试验 海伦 、 沈 阳试 验 中的养分循环再利用均采取 每年循 环处 理小 区收获籽实 的8O和相似 比例 的秸 秆分别 喂 猪垫 圈并 掺 土堆 腐制 成猪 圈肥 , 于下 一 年度返 回原处 理,桃源试验以一 定 比例 (

1 9

9 O ~

1 9

9 5年8O,1996年 以后 改为

5 O ) 收获稻谷 喂猪制成猪 圈肥 , 稻草及紫 云英则直接翻压回田.对 于 喂饲 一堆腐试验中的投料量、投料 中养分 量 以及制 成猪 圈肥后其 中所 含养分量 均已精确计算 和分析测定 , 有关 投料 中养分经 由喂饲 一堆腐 后的循环率等方面的研究结果,已在其它文章中发表L

4 J .这里需要 说明的是 , 本组试验不同于一般的有 机无机肥料配合试验,它的有 机肥料量来源于作物的生 物 学产量 , 循环 回 田的有机 养分量与本处理作物 吸收 的养 分量 密切相关 , 确 切地说 , 是完成 了 施肥―― 作物 吸收 ― ― 喂饲、堆腐―― 制成堆肥―― 回田 这一循环过程.3结果与 讨论3.1作物产量稳定性各站试 验的平均 作物产 量 以及 作物 产量 年际波动 的变异系数 ( C. V. ) 列于表

2 . 表2不同施肥 处理 作物 平均产 量 及年 际变 异 系数 Ta b l e

2 Av e r a g e c r o p y i e l d s a n d v a r i a t i o n c o e f f i c i e n t o f p l o t s wi t h d i f f e r e nt f e r t i l i z a t i o n t r e a t me n t s k g ・h m 一S'

: 标 准差 ;

Ay: 平均 产量 ( k g・h m一.),海伦 站97年前无 NP K处理.由表 2可 以看 出, 保持养分循 环再利用可明显减少 作物 产量 的变 异 系数 , 亦 即减 小 了作物 产量 的年 际波 动,使作物具有较好 的产量稳定 性.比较 3个地点

1 1 对 加循环 和 无循 环 的产量变 异系数 , 其中8对保持养 分循环再利用处理 的产量变异 系数 明显小于对应的 无 循环 处理 . 说 明均衡地 、 全面地供给作物所需养分有 利 于提高作物对 不同气候年份的适应性 , 从 而稳定 作物产 量,增强 作物产量 的年 际稳 定性 , 其 原因是施 用有机 肥 有利于改善 土壤对作物 养分供 给 的持续性 和全 面性的 缘故引.

3 .

2 养 分循 环再利用的作 物增产率及 地理分异将表2每 一对 加循环 和 无循环 处理的作 物产量减差 , 可计算获得 养分循 环再利用 的作物净增产量和 增 产率 ( 表3).由表 3可见 , 在 不施化肥和施用不 同化肥基础上保 持养分循环再利用可获得不同程 度的作物增产,但增产效果 以不施化 肥处 理(CK) 最为 显著 , 施 用化肥 则可 降 低养分 循环再 利用 的增 产效果 , 这 一现象符 合 报酬 递减 规律 , 即充 分供给作物养分 时,来自循环再利用 的养 分必定 只能获得较低的增产报酬 , 若适 当减少化肥用量 维普资讯 http://www.cqvip.com

3 0 农业工 程学报 便可相应提高养分循环再利用的作物产量增益 . 表3不同化肥 基础养分循 环再利用作 物净增产和增产 率Ta b l e

3 Ne t i n c r e me n t f u a n d i t y o f c r o p y i e l d a n d t h e y i e l d - i n c r e a s e r a t e o f r e c y c l e d n u t r i e n t s b a s e d o n d i f fe r e n t f e r t i l i z e r t r e a t me n t s 表 3还揭示了另一个非常有意义的现象 : 自北 向南 随气 候热 量 增长 , 海伦、沈阳、桃源养分循 环再 利用 的作 物净增产量和相对增产率不论 在何种化肥基础上均有 明显 增长的趋势 . 海伦站地 处黑 龙江省北 部,气候........