黑龍江省黑土區(qū)不同施肥制度對土壤肥力影響分析

李 玲，孫彥坤*，周寶庫

（1.東北農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省農業(yè)科學院土壤肥料研究所，哈爾濱 150030）

黑土肥力長期定位監(jiān)測試驗是指監(jiān)測黑土在長期不施肥、施用有機肥、化肥以及有機肥與化肥配合施用條件下，土壤肥力的演變規(guī)律[1-4]。同時也是研究黑土資源的保護、提高黑土土壤肥力、合理施用肥料、提高肥料利用率等研究的平臺[5]。對科學培肥黑土、合理開發(fā)黑土資源和建立高產、優(yōu)質、高效益施肥體系，具有重要的深遠意義[6]。黑土土質肥沃，但近年來由于重用輕養(yǎng)，土壤肥力呈下降趨勢，養(yǎng)分大量耗損，黑土層變薄[7]。針對此情況，本文對國家黑土長期定位監(jiān)測基地1980～2006年的部分數據進行整理分析，旨在探明不同施肥制度對黑土區(qū)土壤肥力的影響，為黑土區(qū)可持續(xù)農業(yè)的發(fā)展提供科學依據和技術規(guī)范。

1 材料與方法

1.1 試驗處理

黑土肥力長期定位監(jiān)測試驗站就建立在哈爾濱典型黑土上（東經 126°35′，北緯 45°40′，海拔151 m），屬松花江二級階地，地勢平坦，成土母質為洪積黃土狀粘土。氣候屬中溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫3.5℃，年降雨533 mm，無霜期135 d。到2006年已經對黑土肥力連續(xù)監(jiān)測了26年，監(jiān)測試驗小區(qū)面積大，小區(qū)之間沒有人為設置隔離設施。試驗小區(qū)采用黑土地區(qū)的典型輪作方式。在耕作上采取淺翻深松、旋耕深松相結合。

試驗區(qū)土壤基本理化性狀為pH 7.22，有機質含量 26.60 g·kg-1，全 N 1.47 g·kg-1，全 P 1.07 g·kg-1，堿解氮 151.1 mg·kg-1，速效 P 51 mg·kg-1，速效 K 200 mg·kg-1。試驗面積 8500 m2，小區(qū)面積 168 m2，每小區(qū)8壟，壟長30 m，壟距70 cm。

1980年設16個常量施肥處理:①不施肥（CK）；② 常量氮化肥（N）；③ 常量磷化肥（P）；④ 常量鉀化肥（K）；⑤ 常量氮磷化肥（NP）；⑥ 常量氮鉀化肥（NK）；⑦ 常量磷鉀化肥（PK）；⑧ 常量氮磷鉀化肥（NPK）；⑨ 常量有機肥（D）；⑩ 常量有機肥+常量氮化肥（DN）；常量有機肥+常量磷化肥（DP）；常量有機肥+常量鉀化肥（DK）；常量有機肥+常量氮磷化肥（DNP）；常量有機肥+常量氮鉀化肥（DNK）；常量有機肥+常量磷鉀化肥（DPK）；常量有機肥+常量氮磷鉀化肥（DNPK）。

常量施肥處理，在玉米上為N 150 kg·hm-2，P2O575kg·hm-2，K2O75kg·hm-2；在大豆上為 N75kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2，K2O 75 kg·hm-2，記作 N、P、K，氮肥為尿素，磷肥為三料過磷酸鈣、磷酸二銨，鉀肥為硫酸鉀，均秋施肥。有機肥為純馬糞，按氮量75 kg·hm-2（約馬糞18600 kg·hm-2），記作D，每輪作周期施一次，于玉米收獲后施用。每年秋季收獲后取田間土壤樣品，在每小區(qū)中間位置隨機選5點，取0～20 cm土壤混合。

1.2 資料來源

本文所選土壤肥力評價指標為:堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質。各項評價指標均來自黑土肥力長期定位監(jiān)測試驗站1980～2006年監(jiān)測數據。

2 結果與分析

2.1 不同施肥制度對黑土有機質影響分析

土壤有機質是土壤肥力的重要指標之一，也是衡量土壤質量的重要指標，不同施肥制度對土壤有機質有不同影響。

各施肥制度與1979年黑土有機質基礎肥力26.60 g·kg-1相比，CK處理下土壤有機質含量減少了2.23%；N處理下減少1.29%；P處理下增加了3.92%；K處理下增加了3.70%；NP處理下增加了1.81%；NK處理下增加了2.98%；PK處理下減少了1.73%；NPK處理下減少了0.23%；D處理下增加了7.64%；DN處理下增加了6.96%；DP處理下增加了12.10%；DK處理下增加了7.57%；DNP處理下增加了11.21%；DNK處理下增加了7.01%；DPK處理下含量增加了5.20%；DNPK處理下增加了 3.35%（見圖1）。

有機肥配施化肥，有利于提高土壤有機質含量，增強土壤養(yǎng)分供貯能力。其中以DP和DNP處理效果最為明顯。顯然，這與大量有機肥的投入增加了土壤碳源有關。

由圖2可知，不同施肥制度下有機質含量年紀變化總體趨勢相近，即1980～2003年波動較大，2003～2006年，相對平穩(wěn)；隨著施肥處理時間的延長，各施肥制度下，有機質年紀變化趨于穩(wěn)定。DNPK處理下，有機質年紀變化較大（尤其在1982～1985年間）。

2.2 不同施肥制度對黑土速效磷影響分析

各施肥制度與1979年土壤速效P基礎肥力51 mg·kg-1相比，CK處理下土壤速效磷含量減少了41.96%；N處理下減少了48.82%；P處理下增加了148.60%；K處理下減少了47.25%；NP處理下增加了75.79%；NK處理下減少了20.00%；PK處理下增加了190.03%；NPK處理下增加了142.64%；D處理下減少了11.37%；DN處理下減少了21.18%；DP處理下增加了145.83%；DK處理下減少了13.53%；DNP處理下增加了132.37%；DNK處理下增加了27.51%；DPK處理下增加了203.95%；DNPK處理下增加了145.71%（見圖3）。

施磷肥處理，可使含量有明顯提高，其中施DPK及施PK處理組提高土壤速效磷較為明顯；而不施P肥的處理組，只減緩了土壤速效磷下降速度。

圖1 不同施肥制度下有機質含量與土壤有機質基礎肥力比較Fig.1 Comparison of organic manure and its basic fertility under different fertilization systems

圖2 不同施肥制度下有機質含量1980～2006年紀變化Fig.2 Comparison of organic manure changes 1980-2006 under different fertilization systems

圖3 不同施肥制度下速效磷含量與速效磷基礎肥力比較Fig.3 Available phosphorus and its basic fertility under different fertilization systems

由圖4可知，不同施肥制度下速效磷含量年紀變化差異較大，PK、DPK、DNPK施肥處理下，速效磷年紀波動較大，其中均以1983～1985年、1992～2000年最為顯著；不施用氮肥、鉀肥的施肥處理組，速效磷含量年紀變化波動小。

2.3 不同施肥制度對黑土速效鉀影響分析

各施肥制度與1979年土壤速效K基礎肥力200.0 mg·kg-1相比，CK處理下土壤速效K含量減少了8.60%；N處理下減少了7.45%；P處理下減少了6.30%；P處理下增加了7.79%；NP處理下減少了10.50%；NK處理下增加了8.24%；PK處理下增加了13.10%；NPK處理下增加了8.08%；D處理下減少了2.05%；DN處理下減少了4.10%；D處理下減少了2.25%；DK處理下增加了14.71%；DNP處理下減少了0.95%；DNK處理下增加了19.33%；DPK處理下增加了17.81%；DNPK處理下增加了11.09%（見圖5）。

施鉀肥處理，可使土壤速效鉀含量有所提高，其中以DNK和DPK肥較為明顯；而不施K肥的處理組，土壤速效鉀均呈下降趨勢，其中不含K肥的處理組配施有機肥可減低黑土速效鉀下降速度。

圖4 不同施肥制度下速效磷1980～2006年紀變化Fig.4 Comparison of available phosphorus changes 1980-2006 under different fertilization systems

圖5 不同施肥制度下速效鉀含量與速效鉀基礎肥力比較Fig.5 Comparison of available potassium and its basic fertility under different fertilization systems

由圖6可知，在1988～1994年，不同施肥制度下速效鉀年紀波動大，其中在P、PK、DNK施肥處理下，速效鉀年紀波動顯著。

2.4 不同施肥制度下對黑土堿解氮影響分析

各施肥制度與1979年土壤堿解N的基礎肥力151.1 mg·kg-1相比，CK處理下土壤堿解氮含量減少了8.27%；N處理下減少了0.99%；P處理下減少了5.03%；P處理下減少了5.43%；NP處理下增加了1.55%；NK處理下增加了1.26%；PK處理下減少了6.88%；NPK處理下減少了3.64%；D處理下減少了4.17%；DN處理下增加了7.44%；DP制度下減少了4.04%；DK處理下減少了7.21%；DNP處理下增加了1.57%；DNK處理下增加了2.78%；DKP處理下減少了4.04%；DNPK處理下增加了5.68%（見圖7）。

有機肥與化肥配施對于提高黑土堿解氮效果并不顯著，對提高黑土堿解N來說，常量氮化肥與其他的無機肥和有機肥混合施用，要比單施氮化肥效果好，其中以DN、DNPK、DNK處理效果較佳；最差施肥制度為DK處理。

圖6 不同施肥制度下速效鉀1980～2006年紀變化Fig.6 Comparison of available potassium changes 1980-2006 under different fertilization systems

圖7 不同施肥制度下堿解氮含量與堿解氮基礎肥力比較Fig.7 Comparison of alkali-hydrolyzable nitrogen and its basic fertility under different fertilization systems

1985～1991年，不同施肥制度下堿解氮含量年紀變化總體趨勢相近，結果見圖8。

由圖8可知，堿解氮含量呈直線遞增，2003～2006年，相對平穩(wěn)；隨著施肥處理時間的延長，各施肥制度下，堿解氮年紀變化趨于穩(wěn)定。DNPK處理下，堿解氮年紀變化較大（尤其在1982～1985年），這與不同施肥處理下，有機質年紀變化相似。

圖8 不同施肥制度下堿解氮含量1980～2006年紀變化Fig.8 Comparison of alkali-hydrolyzable nitrogen changes 1980-2006 under different fertilization systems

3 討論

在田間試驗中，土壤肥料長期定位試驗一般采取既“長期”，又“定位”的方法。它具有時間的長期性和氣候的重復性等特性，并且該方法信息量豐富，準確可靠，解釋能力強，能為農業(yè)的生產發(fā)展提供決策依據，因此它具有常規(guī)試驗不可比擬的優(yōu)點。長期施肥對土壤肥力的影響，仍然是我國肥料長期試驗主要研究內容[8]。這些數據，仍將在很大程度上為我國土壤增肥與施肥制度的確立、國家糧食安全戰(zhàn)略提供重要的決策依據。正由于上述研究的重要意義，國家應十分重視長期定位試驗，并在政策與資金等方面予以扶持。但長期定位試驗的近期效益并不顯著，因此，很容易被人們所忽略。在今后的研究中，應加強有機肥與化肥、營養(yǎng)元素間相互作用研究；長期施肥對有機質組分、中微量元素、微量元素的影響研究。同時還要把長期試驗放在一個農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中進行研究，不斷改進試驗手段和監(jiān)測方法。

4 結論

通過與27年各土壤物理指標與基準數據對比后發(fā)現，有機肥配施化肥可以較全面提高黑土區(qū)土壤肥力，其中以DNK效果最佳；不同施肥制度對黑土速效磷含量影響最大。提高有機質含量最佳施肥制度為DP（有機質含量增加12.10%）；提高黑土速效磷含量最佳施肥制度為DPK（速效磷含量增加203.95%）；提高黑土堿解氮含量最佳施肥制度為DN（堿解氮含量增加7.44%）；提高黑土速效鉀含量最佳施肥制度為DNK（速效鉀含量增加19.33%）。在DNPK施肥處理下，有機質和堿解氮在1980～2006年年紀波動顯著；在PK處理下，速效磷在1980～2006年年紀變化顯著；在P處理下，速效鉀在1980～2006年年紀變化顯著。

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