幾種主要作物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入模型

幾種主要作物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入模型

在一定的自然條件下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)通過(guò)綠色植物的能量轉(zhuǎn)化而來(lái)。因此，土壤中的物質(zhì)含量決定了糧食產(chǎn)量的水平。陜北黃土丘陵區(qū)物質(zhì)輸入量很少。據(jù)陜西省土肥研究所和土壤肥料工作站資料,1980年黃土丘陵溝壑區(qū)通過(guò)有機(jī)肥輸入土壤的氮磷為3.64kg/畝,化肥1.81kg/畝,若將實(shí)際耕地面積比上報(bào)面積大得多這個(gè)因素加進(jìn)去,輸入量更小。安塞縣在黃土丘陵區(qū)屬地多人少地區(qū),據(jù)紙坊溝流域調(diào)查,1990-1991年年平均輸入氮磷量,有機(jī)肥為2kg/畝,化肥1.54kg/畝。由于物質(zhì)輸入少,廣種薄收,耕作粗放,產(chǎn)量低而不穩(wěn)。為了尋求合理的物質(zhì)輸入,我們開(kāi)展了長(zhǎng)期肥料定位試驗(yàn),根據(jù)8年試驗(yàn)研究結(jié)果,對(duì)陜北黃土丘陵區(qū)土壤的物質(zhì)循環(huán)與糧食生產(chǎn)的關(guān)系予以探討。1土壤理化性質(zhì)試驗(yàn)布設(shè)于安塞縣沿河灣鎮(zhèn)紙坊溝流域,年降水量351.3～729.2mm,多年平均549.1mm,6-8月占55.3%,年平均氣溫9.3℃,無(wú)霜期157～194d。土壤為黃綿土。養(yǎng)分含量:川地有機(jī)質(zhì)為7.7g/kg,全氮0.66g/kg,全磷0.62g/kg,堿解氮44.9mg/kg,速效磷2.96mg/kg;坡耕地有機(jī)質(zhì)為4.6g/kg,全氮0.4g/kg,全磷0.59g/kg,堿解氮34.2mg/kg,速效磷2.1mg/kg。2不同物質(zhì)的傳輸量中不同部位的生物量川旱地采用谷子—玉米輪作,坡耕地采用谷子—蕎麥—谷子—糜子輪作。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1,2。2.1種作物的最大產(chǎn)量和平均密度四種作物中玉米的生物量最高,川地玉米各處理平均比谷子高39.3%。坡地三種作物中,以糜子最高,其次為谷子,蕎麥最低。將物質(zhì)輸入量(不包括種子和降水輸入)與地上部生物量進(jìn)行直線回歸,得以下方程2.2谷物產(chǎn)量2.2.1不同立地條件對(duì)糧食的需求將表1、2的籽粒產(chǎn)量與其對(duì)應(yīng)的物質(zhì)輸入量進(jìn)行回歸,得以下直線回歸方程:從以上五個(gè)回歸方程看,r值均在0.90以上,說(shuō)明回歸性良好,從回歸方程系數(shù)看,每輸入1kg的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),川地玉米增產(chǎn)22.5kg,谷子5.96kg;坡地增產(chǎn)谷子為10.49kg,糜子為11.93kg,蕎麥為6.93kg。從表1、2還可看出,合理的物質(zhì)輸入,可以大幅度提高糧食產(chǎn)量,輸入不合理則作用很小,甚至無(wú)作用,例如N、P化肥同時(shí)輸入,每kg養(yǎng)分在川地增產(chǎn)玉米32.5kg,谷子9.5kg;在坡地增產(chǎn)谷子9.32kg,糜子12.7kg,蕎麥10kg。單獨(dú)輸入氮肥則每kg養(yǎng)分在川地增產(chǎn)玉米7.35kg,谷子5kg;在坡地增產(chǎn)谷子0.57kg,糜子不增產(chǎn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,黃土丘陵區(qū)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入,以有機(jī)肥與N、P或N肥配合及化肥N、P配合輸入效果為佳。2.2.2產(chǎn)量和培養(yǎng)方法八年試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3,為消除氣候因素影響,用最高產(chǎn)量(MNP)作為100,計(jì)算其相對(duì)產(chǎn)量,結(jié)果表明除個(gè)別年份外,均呈遞減趨勢(shì)。較肥沃的川地,谷子平均每茬遞減6.4%,玉米遞減4.47%,肥底差的坡耕地,每茬谷子遞減9.19%,糜子7.66%,蕎麥1.49%;自1986年以后,谷、糜、蕎麥產(chǎn)量均在6.6～26kg/畝之間。2.3水直播與玉米養(yǎng)分含量的關(guān)系作物地上部籽稈比因作物不同而差異很大,以糜子最大,一般在1.5～1.67之間,谷子1.1～1.3之間,玉米最小在0.77～1.03之間,蕎麥很特殊,有化肥磷素輸入時(shí)在0.99～1.31之間,而無(wú)磷素化肥輸入時(shí)則在1.66～2.27之間。從同一作物看,籽稈比也不是一個(gè)固定值,一般產(chǎn)量高,籽稈比小;產(chǎn)量低,籽稈比大。3不同物質(zhì)輸入下土壤養(yǎng)分平衡3.1攜帶出n量的分布從表4、5可以看出,養(yǎng)分?jǐn)y出量均以MNP最高,CK最低,攜出量與產(chǎn)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,蕎麥最低。在合理輸入下,不同作物各部位占地上部攜出量的百分?jǐn)?shù)見(jiàn)表6。攜出N量:籽粒占64%～77%,以玉米最大,蕎麥最小,谷糜居中。葉占12.3%～16.2%,以糜子最大,其次為玉米,谷子最小。谷、糜的糠秕產(chǎn)量雖小,而攜出的N量比莖多。攜出P2O5量:籽粒占65.4%～88.4%,以玉米所占比例最高,蕎麥最小,谷糜居中。谷子糠占7.4%～10%,葉占4.2%～5.7%,莖僅占3.9%;糜子、玉米葉分別占7.7%和7.5%,其余為莖、穗軸或糠秕。3.2復(fù)施肥,減少安重量表7為不同輸入下,主要作物生產(chǎn)百公斤籽粒攜出的N、P2O5量,結(jié)果表明,同一種作物在不同輸入下生產(chǎn)百公斤籽粒所攜出的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)數(shù)量是不同的,在合理輸入下,每生產(chǎn)百公斤籽粒攜出的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平均值為:玉米N1.73kg,P2O50.49kg,川地谷子N2.52kg,P2O50.67kg;坡地谷子N為2.06kg,P2O50.56kg,糜子N2.11kg,P2O50.64kg,蕎麥N2.65kg,P2O50.89kg。有機(jī)肥與磷肥配合或磷肥單獨(dú)施用,生產(chǎn)百公斤籽粒所需N量減少,籽粒品質(zhì)下降,磷素的無(wú)效消耗增加;單純輸入氮素,土壤庫(kù)中有效磷缺乏,N素的無(wú)效消耗增加,反映在生產(chǎn)百公斤籽粒所需N素急劇增加。3.3土壤養(yǎng)分含量有機(jī)肥以濕重計(jì),其養(yǎng)分含量平均值:川地含N4.09g/kg,P2O52.56g/kg,坡地含N2.96g/kg,P2O52.24g/kg。降水輸入的N、P2O5數(shù)量,根據(jù)王繼增1988年4-10月在本試區(qū)實(shí)測(cè)結(jié)果計(jì)算。揮發(fā)及反硝化損失,根據(jù)張衛(wèi)用15N示蹤結(jié)果,黃綿土土壤殘留量占9.05%和本試驗(yàn)測(cè)得的N肥利用率平均值,用差減法計(jì)算而得。有機(jī)肥與土壤本身的揮發(fā)損失未計(jì)入。3.3.1化肥輸入,土壤n、p活性及含量平衡結(jié)果見(jiàn)表8,從表8可以看出,在谷子—玉米輪作中,在無(wú)輸入情況下,8年累計(jì)虧損的N23.08kg/畝P2Os5.732kg/畝。單獨(dú)輸入氮肥,增加磷素虧損;單獨(dú)輸入磷肥,增加氮素虧損,但數(shù)量都不大為12%～13%。N、P化肥同時(shí)輸入,土壤N素仍處于虧損之中,8年累計(jì)虧損20.52kg/畝。有機(jī)肥的輸入,使土壤N、P均有所積累,N素累積以MNP為最大,MP最小,P素累積以MP為最大,MN最小。從作物看,玉米除單獨(dú)輸入N素,氮的揮發(fā)及反硝化作用損失大以外,其余均很小,在有機(jī)肥與NP或N同時(shí)輸入時(shí),其累積量無(wú)論是N還是P2O5均小于谷子,在純化肥輸入下其虧損值均小于谷子,這與谷了的肥料利用率低和生產(chǎn)百公斤籽粒所需N、P2O5數(shù)量大于玉米有關(guān)。3.3.2設(shè)施型地泥砂漿攜帶出的量平衡結(jié)果見(jiàn)表9,從表9可以看出,N素平衡基本規(guī)律與川地一致,即有機(jī)肥輸入,N素積累,其積累量和川地差別不大;純化肥輸入,N素均虧損,其虧損量小于川地。土壤磷庫(kù)除MNP處于累積狀態(tài)外,其余均處于虧損狀態(tài),這主要是水土流失造成的。坡耕地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸出多了水土流失這個(gè)途徑,徑流攜出的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量雖少,但都是速效養(yǎng)分,泥沙攜出是這個(gè)途徑的主體,其攜出的N量在MNP、MN、NP三個(gè)處理中相當(dāng)于作物地上部攜出量的20%～41%,平均為29.7%,其它處理產(chǎn)量低,攜出量少,泥沙攜出量所占比例更大。土壤磷素的虧缺,泥沙攜出量是決定因素,其攜出量比作物地上部攜出量大數(shù)倍甚至數(shù)十倍,當(dāng)然作物攜出的都是有效成份,泥沙攜出的以緩效和無(wú)效成份為主。但從整個(gè)土壤庫(kù)來(lái)講,NP儲(chǔ)量減少。因此在坡耕地上要培肥土壤是困難的。4層土壤養(yǎng)分含量的變化4.1對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響土壤有機(jī)質(zhì)不僅影響到土壤的物理特性,而且在很大程度上是土壤營(yíng)養(yǎng)元素的重要來(lái)源,并能調(diào)節(jié)及保蓄土壤營(yíng)養(yǎng)元素,因此,土壤有機(jī)質(zhì)的增減,可以反映土壤肥力的提高或降低。測(cè)定結(jié)果(表10)表明,單純輸入化肥,無(wú)論是單獨(dú)輸入還是配合輸入,川地土壤有機(jī)質(zhì)均減少,比播前減少14.4%～25.5%;坡地基本上處于自然平衡狀態(tài),增減均不明顯。輸入有機(jī)肥或有機(jī)肥與化肥同時(shí)輸入,則有機(jī)質(zhì)有明顯的積累,川地增加10%～16.7%,坡地增加19.5%～36.6%。4.2土壤養(yǎng)分平衡.單純輸入化肥土壤全氮含量無(wú)明顯變化,堿解氮含量降低,有機(jī)肥或有機(jī)肥與化肥同時(shí)輸入,土壤全N含量增加,川地增加10%～15.2%,坡地增加19.5%～43.9%,堿解氮亦有增加的趨勢(shì)。根據(jù)養(yǎng)分平衡的結(jié)果,單純輸入化肥川地土壤全N累計(jì)虧損17.56～25.84kg/畝,坡地虧損7.19～9.02kg/畝,川地耕層按15萬(wàn)kg/畝,坡地11.25萬(wàn)kg/畝土計(jì)算,應(yīng)該能夠檢測(cè)出來(lái),與播前應(yīng)有明顯差異,結(jié)果并非如此。輸入有機(jī)肥或有機(jī)肥與化肥同時(shí)輸入,N素贏余累計(jì)只有1.52～6.04kg/畝,應(yīng)當(dāng)檢測(cè)不出,土壤分析結(jié)果卻有明顯差異。以上兩個(gè)結(jié)果的產(chǎn)生,可能與土壤中自生固氮菌作用的結(jié)果和下層分散養(yǎng)分通過(guò)根系向表層富集有關(guān)。4.3對(duì)土壤各養(yǎng)分含量的影響在無(wú)輸入情況下,速效磷含量減少,輸入有機(jī)肥速效磷含量增加幅度很小,輸入磷肥或磷肥與有機(jī)肥同時(shí)輸入,土壤速效磷有明顯提高,其增加趨勢(shì)在川地和磷素累積量相一致,在坡地以單獨(dú)輸入磷素最高,其次為有機(jī)肥與氮磷同時(shí)輸入。5立地條件分析5.1增加物質(zhì)輸入是提高糧食產(chǎn)量的基礎(chǔ),基本農(nóng)田每畝輸入N和P2O510～11kg,川地玉米畝產(chǎn)400kg,谷子200kg以上;梯田畝產(chǎn)玉米350kg以上,谷子150～200kg。坡地輸入N和P2O55～6kg/畝,畝產(chǎn)糜谷90kg以上。5.2物質(zhì)輸入必須合理,黃土丘陵區(qū)的物質(zhì)輸入以有機(jī)肥與氮磷或氮素化肥配合輸入效果為佳,不