我國(guó)褐土耕地質(zhì)量的演變及對(duì)生產(chǎn)力的影響

陳延華，王樂(lè)，張淑香，郭寧，馬常寶，李春花，徐明崗，鄒國(guó)元

我國(guó)褐土耕地質(zhì)量的演變及對(duì)生產(chǎn)力的影響

陳延華1,2，王樂(lè)1，張淑香1，郭寧3，馬常寶4，李春花1，徐明崗1，鄒國(guó)元2

（1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所，北京 100097；3北京市土肥工作站，北京 100029；4農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)保護(hù)中心，北京 100125）

【目的】耕地質(zhì)量是影響土壤生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素，也是科學(xué)施肥的重要依據(jù)。褐土區(qū)為我國(guó)小麥和玉米的主產(chǎn)區(qū)，研究該區(qū)域31年間（1988—2018）耕地質(zhì)量的演變，并分析它們對(duì)生產(chǎn)力的影響，為褐土區(qū)的科學(xué)施肥提供依據(jù)。【方法】基于31年全國(guó)103個(gè)褐土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分析褐土耕地質(zhì)量的演變；并通過(guò)冗余分析，比較影響生產(chǎn)力的因素；在此基礎(chǔ)上對(duì)褐土區(qū)的科學(xué)施肥提出了合理建議。【結(jié)果】（1）褐土區(qū)土壤理化性質(zhì)的演變及現(xiàn)狀：有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀2018年均值分別為17.9 g·kg-1、29.2 mg·kg-1和164 mg·kg-1，監(jiān)測(cè)期間分別提高了21.2%、200.9%和55.0%；全氮和緩效鉀2018年均值分別為1.1 g·kg-1和945 mg·kg-1，監(jiān)測(cè)期間趨于平穩(wěn)；中微量元素和重金屬含量數(shù)值分布在合理范圍；pH下降0.3個(gè)單位；耕層厚度為21.9 cm，容重為1.33 g·cm-3，均屬于中等水平。（2）褐土區(qū)施肥量，2018年總量為730.2 kg·hm-2，肥料氮（N）磷（P2O5）鉀（K2O）的比例約為2﹕1﹕1，化肥與有機(jī)肥的比例約為3.45﹕1；氮肥用量378.9 kg·hm-2，監(jiān)測(cè)期間趨于平穩(wěn)，磷肥和鉀肥用量監(jiān)測(cè)期內(nèi)呈下降趨勢(shì)，分別降低24.1%和50.8%。（3）31年間褐土區(qū)小麥產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)末期達(dá)到6 651 kg·hm-2，比初期提高27.6%；玉米產(chǎn)量較為平穩(wěn)，監(jiān)測(cè)末期達(dá)到8 851 kg·hm-2，監(jiān)測(cè)中期和末期均與初期無(wú)顯著性差異。小麥季和玉米季的地力貢獻(xiàn)率分別為49.0%和59.6%；對(duì)產(chǎn)量的影響，物理指標(biāo)中耕層厚度（對(duì)小麥產(chǎn)量的解釋率，2.7%）和容重（對(duì)小麥和玉米產(chǎn)量的解釋率分別為1.2%和1.5%）的作用較大；化學(xué)指標(biāo)中有機(jī)質(zhì)對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量的解釋率均較高，分別為2%和1.7%，有效磷對(duì)玉米產(chǎn)量的解釋率也較高（3.6%）；肥料用量指標(biāo)中，鉀肥對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量的解釋率均最高，分別為5.6%和6%，其次，磷肥對(duì)小麥產(chǎn)量（1.3%）、氮肥對(duì)玉米產(chǎn)量（1.3%）的解釋率也較高。【結(jié)論】31年間褐土的耕地質(zhì)量得到提升，但是總體肥力偏低，物理指標(biāo)處于中等水平。考慮耕地質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)力影響的基礎(chǔ)上，對(duì)于小麥和玉米，需要制定不同的施肥方案，均需提高鉀肥的投入，且重點(diǎn)保障小麥的磷肥和玉米的氮肥供應(yīng)；對(duì)于物理指標(biāo)需要引起高度關(guān)注，耕層和容重處于中等水平，但不需要繼續(xù)優(yōu)化，維持現(xiàn)狀更利于獲得高產(chǎn)。

褐土；耕地質(zhì)量；物理指標(biāo)；化學(xué)指標(biāo)；作物產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】耕地是糧食生產(chǎn)的載體，耕地質(zhì)量是保障國(guó)家糧食安全及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[1-2]。褐土為我國(guó)重要的土壤類(lèi)型之一，面積2 516萬(wàn)hm2，在山西、河北、河南、甘肅、山東、陜西、四川、遼寧、北京等省市區(qū)均有分布，其中山西省分布面積最大。褐土區(qū)是我國(guó)糧食作物小麥和玉米的主產(chǎn)區(qū)，因此褐土的耕地質(zhì)量是影響我國(guó)的糧食安全和科學(xué)施肥的重要因素[3-4]。【前人研究進(jìn)展】20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)的化肥用量大幅提高，作物產(chǎn)量得以穩(wěn)步提升[5-7]，對(duì)我國(guó)的糧食安全起到保障作用，然而肥料的長(zhǎng)期過(guò)量施用，不僅造成產(chǎn)量的穩(wěn)定性降低[8]和肥料利用率下降[9]，也引發(fā)了一系列的環(huán)境問(wèn)題[10]。有預(yù)測(cè)表明，到2030年，中國(guó)實(shí)現(xiàn)糧食自給，糧食產(chǎn)量至少要比2011年增長(zhǎng)35.8%[7]。一方面是糧食產(chǎn)量的需求，另一方面是“化肥零增長(zhǎng)”的要求，因此摸清耕地質(zhì)量的演變及現(xiàn)狀迫在眉睫，這是科學(xué)施肥的基礎(chǔ)，同時(shí)科學(xué)施肥又能促進(jìn)耕地質(zhì)量的提升。土壤耕地質(zhì)量的研究多采用長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的方式，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀和pH是受關(guān)注最多的幾個(gè)指標(biāo)[3-4,11-16]，作物高產(chǎn)不僅需要土壤養(yǎng)分的供給，還需要水、氣、熱相協(xié)調(diào)的物理環(huán)境，因此土壤的物理性質(zhì)也是耕地質(zhì)量的一個(gè)重要組成部分[2,17]，但長(zhǎng)期試驗(yàn)中物理指標(biāo)與化學(xué)指標(biāo)相結(jié)合的研究較少。土壤容重是土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性及保水能力的綜合反映[18-19]，容重增大會(huì)增加根系生長(zhǎng)的阻力，降低根系生長(zhǎng)速率，降低產(chǎn)量[20-21]；合理的耕層厚度可以通過(guò)改善土壤結(jié)構(gòu)、提高作物水分利用效率、提高根系活力、葉面積指數(shù)，提高產(chǎn)量[22-23]。但是物理性質(zhì)受土壤類(lèi)型、氣候、耕作方式、施肥等多個(gè)因素的影響，沒(méi)有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)[17]。【本研究切入點(diǎn)】以往耕地質(zhì)量的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究多集中在對(duì)化學(xué)性質(zhì)的分析，對(duì)物理性質(zhì)的研究不多，且物理性質(zhì)的研究多為短期內(nèi)對(duì)作物產(chǎn)量的影響；理化性質(zhì)對(duì)產(chǎn)量的綜合影響缺乏長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的數(shù)據(jù)支持。本文在褐土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用理化性質(zhì)相結(jié)合的方式——化學(xué)指標(biāo)在常規(guī)指標(biāo)基礎(chǔ)上增加了中微量元素和重金屬含量，物理指標(biāo)選擇了容重和耕層厚度，對(duì)褐土的耕地質(zhì)量做一個(gè)更為全面的評(píng)估。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在對(duì)褐土耕地質(zhì)量較為全面評(píng)估的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年來(lái)農(nóng)民習(xí)慣施肥，對(duì)褐土區(qū)影響產(chǎn)量的因素進(jìn)行綜合比較，從而為褐土區(qū)科學(xué)施肥工作提供更有力的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)概況

褐土國(guó)家級(jí)耕地質(zhì)量長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照褐土的主要分布區(qū)域進(jìn)行布局，主要分布在華北區(qū)域，東北、西南等地區(qū)也有少量分布。前三批集中建點(diǎn)時(shí)間分別在1988年、1997年和1998年，建點(diǎn)44個(gè)，各站點(diǎn)的基本信息如表1所示。之后監(jiān)測(cè)點(diǎn)增加，2018年達(dá)到290個(gè)，從監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的完整性角度進(jìn)行篩選，篩選出103個(gè)點(diǎn)。有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬于一年一熟制，只有小麥的產(chǎn)量，多數(shù)為小麥和玉米一年兩熟制，也有少數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)種植有其他作物。

表1 各站點(diǎn)的基本信息

1.2 試驗(yàn)處理

設(shè)空白區(qū)和常規(guī)施肥區(qū)，無(wú)重復(fù)。空白區(qū)處理除不施肥外，其他管理同常規(guī)施肥區(qū)，常規(guī)施肥區(qū)的施肥量同文獻(xiàn)[4]，即小麥季施化肥氮（N）180—250 kg·hm-2，化肥磷（P2O5）120 —150 kg·hm-2，化肥鉀（K2O）27—50 kg·hm-2；有機(jī)肥氮（N）0—455 kg·hm-2（均值72 kg·hm-2）、有機(jī)肥磷（P2O5）0—556 kg·hm-2（均值54 kg·hm-2）、有機(jī)肥鉀（K2O）0—1 335 kg·hm-2（均值130 kg·hm-2）；玉米季施化肥氮（N）95—270 kg·hm-2、化肥磷（P2O5）40—120 kg·hm-2、化肥鉀（K2O）19—38 kg·hm-2；有機(jī)肥氮（N）0—239 kg·hm-2（均值27 kg·hm-2）、有機(jī)肥磷（P2O5）0—309 kg·hm-2（均值15 kg·hm-2）、有機(jī)肥鉀（K2O）0—476 kg·hm-2（均值47 kg·hm-2）每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的小區(qū)面積不小于334 m2。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)均詳細(xì)記錄作物種類(lèi)、肥料種類(lèi)、施肥量、肥料養(yǎng)分含量、田間管理情況等信息，收獲期分別測(cè)定各小區(qū)的產(chǎn)量。小麥季秸稈還田。收獲期分別測(cè)定各小區(qū)的產(chǎn)量，采用實(shí)打?qū)嵤蘸碗S機(jī)取樣脫粒測(cè)產(chǎn)。各處理于每年秋季采取耕層（0—20 cm）土壤，采樣后送相應(yīng)省級(jí)土壤測(cè)試中心進(jìn)行測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀含量和pH的監(jiān)測(cè)始于1988年，土壤容重和耕層厚度的監(jiān)測(cè)始于2015年，土壤的中微量元素（鈣、鐵、硫、銅、鋅、鎂、硅、錳、硼、鉬）和重金屬元素（鎘、鉻、鉛、汞、砷）僅在2016年進(jìn)行了測(cè)定。

土壤樣品取自施肥區(qū)，肥力指標(biāo)的測(cè)定采用常規(guī)方法[24]：有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀滴定法，全氮用硫酸-硫酸鉀-硫酸銅消煮-蒸餾滴定法，堿解氮用擴(kuò)散法，有效磷用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀用醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法，緩效鉀用硝酸浸提-火焰光度計(jì)法，pH用電位法（水土比2.5﹕1）。土壤容重用環(huán)刀法，耕層厚度為旋耕深度。有效鐵、錳、銅、鋅用DTPA浸提-原子吸收分光光度法，有效硫采用硫酸鋇比蝕法，鈣和鎂離子用EDTA滴定法，有效硅用硅鉬藍(lán)比色法，有效硼用分光光度法測(cè)定，有效鉬用極譜儀測(cè)定法。重金屬元素鎘、鉻、鉛用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定，汞和砷用原子熒光儀測(cè)定。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率=不施肥處理作物產(chǎn)量/常規(guī)施肥處理作物產(chǎn)量×100%[4]。

運(yùn)用SPSS 22進(jìn)行相關(guān)性分析及單因素ANOVA分析（Duncan），運(yùn)用 Origin8.5作柱狀圖和箱式圖，運(yùn)用R語(yǔ)言進(jìn)行冗余分析。

2 結(jié)果

2.1 褐土耕地質(zhì)量的演變及現(xiàn)狀

2.1.1 土壤化學(xué)指標(biāo) 2018年褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)均值為17.9 g·kg-1，其中分布在10.0—20.0 g·kg-1區(qū)間的監(jiān)測(cè)點(diǎn)最多，占62.9%，其次是20.0—30.0 g·kg-1區(qū)間，占29.5%（圖1-A）。監(jiān)測(cè)的31年間（1988—2018），褐土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量呈上升趨勢(shì)（圖1-B）。1994—1998年為第一個(gè)顯著的上升階段，較監(jiān)測(cè)初期（1988—1993年）提高15.9%，之后趨于平穩(wěn)；2009年后又顯著提高，2014—2018年達(dá)到17.8 g·kg-1，比監(jiān)測(cè)初期（1988—1993年）提高21.2%。

2018年褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)的全氮均值為1.1 g·kg-1，1.0—1.5 g·kg-1區(qū)間的監(jiān)測(cè)點(diǎn)62個(gè)，占監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)的52.1%；其次是0.75—1 g·kg-1區(qū)間，35個(gè)，占29.4%。這兩個(gè)區(qū)間的數(shù)量達(dá)到總監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)的81.5%（圖1-A）。31年間，褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤全氮含量變化不大，基本穩(wěn)定在1.0 g·kg-1左右（圖1-B）。

2018年褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)的有效磷均值為29.2 mg·kg-1，10.0—20.0 mg·kg-1區(qū)間監(jiān)測(cè)點(diǎn)最多，占監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)的35.6%；其次是低于10.0 mg·kg-1的區(qū)間，占20.2%；其余幾個(gè)區(qū)間數(shù)量接近，占11.5%—17.3%（圖1-A）。監(jiān)測(cè)31年間，褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤有效磷含量處于緩慢上升趨勢(shì)（圖1-B），1999年之后顯著高于監(jiān)測(cè)初期（1988—1993年），提高了133.1%，但是1999之后的4個(gè)階段無(wú)顯著性差異，2014—2018年褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)有效磷含量較監(jiān)測(cè)初期（1988—1993年）提高200.9%。

2018年褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)的速效鉀均值為164 mg·kg-1，100—150 mg·kg-1區(qū)間的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)最多，占監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)的32.4%；<50 mg·kg-1的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)為0；其余幾個(gè)區(qū)間監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量接近，比例分布在19.0%—27.6%（圖1-A）。監(jiān)測(cè)的31年間，褐土速效鉀含量呈上升趨勢(shì)（圖1-B），從監(jiān)測(cè)初期102.9 mg·kg-1上升至159. 4 mg·kg-1，提高了55.0%。

2018年褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤緩效鉀平均含量945 mg·kg-1，40.0%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布在>1 000 mg·kg-1的區(qū)間，其次是800—1 000 mg·kg-1區(qū)間，占28.6%（圖1-A）。監(jiān)測(cè)26年間（1988—1993年無(wú)數(shù)據(jù)），褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤緩效鉀含量變化幅度不大（圖1-B），主要分布在818—923 mg·kg-1。

2018年，褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤pH在5.3—8.9之間，其中7.5—8.5區(qū)間的監(jiān)測(cè)點(diǎn)最多，占監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)的73.3%（圖1-A）。監(jiān)測(cè)31年間，褐土的pH呈現(xiàn)小幅波動(dòng)，總體下降的趨勢(shì)。1999—2003和2009—2013年兩個(gè)階段出現(xiàn)顯著下降，監(jiān)測(cè)末期（2014—2018年）比監(jiān)測(cè)初期（1988—1993年）下降了0.3個(gè)單位（圖1-B）。

2.1.2 土壤物理指標(biāo) 耕層厚度和容重（表2）由于監(jiān)測(cè)時(shí)間短，變化趨勢(shì)不明顯。2015—2018年耕層厚度的均值為21.9 cm，屬于3級(jí)（中）分類(lèi)級(jí)別；容重的均值為1.33 g·cm-3，屬于3級(jí)（中）分類(lèi)級(jí)別[25]。

2.1.3 土壤的中微量元素和重金屬元素含量 由表3可見(jiàn)，褐土區(qū)2016年土壤的鈣、鐵、硫、銅、鋅含量豐富，鎂、硅、錳、硼、鉬含量適中[26]；重金屬含量均值在限量范圍內(nèi)，但是點(diǎn)位之間的數(shù)值差異較大，鎘的最大值超標(biāo)28.3%，砷的最大值超標(biāo)28.8%[27]，需要對(duì)超標(biāo)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

2.2 褐土區(qū)施肥量的演變及現(xiàn)狀

2018年褐土區(qū)化肥氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）與有機(jī)氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）的投入量（kg·hm-2）如圖2所示。肥料的總投入量為730.2 kg·hm-2，氮（N）磷（P2O5）鉀（K2O）比例約為2﹕1﹕1，化肥與有機(jī)肥的比例約為3.45﹕1。

箱式圖內(nèi)，中間實(shí)線代表中位數(shù)，空心圓圈代表平均值，箱子下邊緣線和上邊緣線分別代表下四分位數(shù)和上四分位數(shù)，星號(hào)代表異常值。不同小寫(xiě)字母表示不同監(jiān)測(cè)時(shí)期差異顯著（<0.05）。下同。A列為各肥力指標(biāo)2018年的現(xiàn)狀，即各區(qū)間監(jiān)測(cè)點(diǎn)的比例，B列為各肥力指標(biāo)的演變

Solid line in box represents the median, the hollow circle represents the average value, the bottom edge line and the upper edge line represent the lower quartile and the upper quartile respectively, and the asterisk represents the abnormal value. Lowercase indicates the difference significance among different monitoring periods at the 0.05 level. The following is the same as this. A is listed as the present situation of each fertility index in 2018, which is the proportion of monitoring points in each interval, and B is listed as the evolution of each fertility index

圖1 常規(guī)肥力指標(biāo)的現(xiàn)狀及演變

Fig. 1 Content and evolution of conventional fertility indexes

表2 褐土物理性質(zhì)（2015—2018）

表3 褐土的中微量元素及重金屬含量（2016）

C-N：化肥氮，C-P：化肥磷，C-K：化肥鉀，O-N：有機(jī)肥氮，O-P：有機(jī)肥磷，O-K：有機(jī)肥鉀

監(jiān)測(cè)期間氮、磷、鉀肥料的施用量，如圖3所示。氮肥總量基本穩(wěn)定，各階段無(wú)顯著性差異，均值為378.9 kg·hm-2；磷肥總量，前期較為平穩(wěn)，2009年開(kāi)始顯著下降，監(jiān)測(cè)末期（2014—2018年）比初期（1988—1993年）降低24.1%；鉀肥總量也呈下降趨勢(shì)，從1994年開(kāi)始顯著下降，之后趨于穩(wěn)定，1994—2018年的均值為183.7 kg·hm-2，僅為監(jiān)測(cè)初期（1988—1993年）的50.8%。在施肥總量中，氮肥所占比例最高，顯著高于磷肥和鉀肥，磷肥和鉀肥所占的比例相近。監(jiān)測(cè)期內(nèi)，氮肥占的比例在初期最低（圖3），為42.9%，之后顯著提高，最高的階段2009—2013年比初期提高29.8%。磷肥占的比例，1988—2008年間各階段無(wú)顯著性差異，2009年后有降低趨勢(shì)，且比1999—2003年數(shù)值顯著降低21.5%。鉀肥占的比例，初期1988—1993年最高，達(dá)到29.2%，之后顯著降低，1994—2018年數(shù)值較為穩(wěn)定，均值為20.3%。

圖3 褐土區(qū)氮、磷、鉀肥料的用量及占比

2.3 褐土區(qū)生產(chǎn)力的演變及影響因素

2.3.1 生產(chǎn)力演變 小麥的產(chǎn)量在監(jiān)測(cè)期內(nèi)逐漸升高（圖4），2014—2018年產(chǎn)量為6 651 kg·hm-2。1999年后的4個(gè)階段顯著高于監(jiān)測(cè)初期（1988—1993年），分別比監(jiān)測(cè)初期高18.7%、20.1%、26.0%和27.6%，但是4個(gè)階段之間差異不顯著（<0.05）。

玉米的產(chǎn)量在監(jiān)測(cè)期內(nèi)較為平穩(wěn)（圖4）。監(jiān)測(cè)末期（2014—2018年）產(chǎn)量達(dá)到8 851 kg·hm-2，顯著高于監(jiān)測(cè)中期的3個(gè)階段（1994—1998、1999—2003、2004—2008年），分別提高26.2%、23.2%和14.0%，但是監(jiān)測(cè)中期和監(jiān)測(cè)末期均與初期無(wú)顯著性差異（<0.05）。玉米產(chǎn)量較為平穩(wěn)的原因可能是玉米季施肥量低，從前文[4]可知，玉米季肥料的投入以低量的化肥為主，有機(jī)肥氮、磷、鉀肥的投入為0的點(diǎn)位分別占61.8%、62.5%和62.8%，而且玉米季高溫、多雨，肥料的轉(zhuǎn)化和淋溶快。

圖4 褐土區(qū)長(zhǎng)期施肥下小麥、玉米的產(chǎn)量變化

2.3.2 褐土的基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率 由圖5可見(jiàn)，監(jiān)測(cè)31年間，褐土基礎(chǔ)地力對(duì)小麥和玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為49.0%（n=334，<0.01）和59.6%（n= 505，<0.01），表明褐土基礎(chǔ)地力對(duì)玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率高于小麥，即外源肥料投入下小麥增產(chǎn)效應(yīng)優(yōu)于玉米。

圖5 土壤地力對(duì)產(chǎn)量的影響

2.3.3 生產(chǎn)力的影響因素分析 土壤理化性質(zhì)、施肥量與生產(chǎn)力的關(guān)系如圖6所示，前三軸的貢獻(xiàn)率達(dá)到78.4%（n=150）。與小麥產(chǎn)量正相關(guān)的指標(biāo)依次是氮肥用量、鉀肥用量、土壤有機(jī)質(zhì)含量、磷肥用量、容重；耕層厚度與小麥產(chǎn)量負(fù)相關(guān)；解釋率由大到小依次是鉀肥用量（5.6%）、耕層厚度（2.7%）、有機(jī)質(zhì)（2.0%）、磷肥用量（1.3%）、容重（1.2%）。與玉米產(chǎn)量正相關(guān)指標(biāo)依次是磷肥用量、緩效鉀、氮肥用量、鉀肥用量；容重和耕層厚度與玉米產(chǎn)量負(fù)相關(guān)；解釋率由大到小依次是鉀肥用量（6.0%）、有效磷（3.6%）、有機(jī)質(zhì)（1.7%）、容重（1.5%）、氮肥用量（1.3%）。由此可見(jiàn)，褐土區(qū)，耕層厚度和容重對(duì)產(chǎn)量的解釋率均較高；有機(jī)質(zhì)對(duì)兩種作物的產(chǎn)量解釋率均較高，有效磷對(duì)玉米產(chǎn)量的解釋率也較高，超過(guò)了有機(jī)質(zhì)的解釋率；鉀肥用量對(duì)兩種作物的解釋率均最高，此外，磷肥用量對(duì)小麥產(chǎn)量、氮肥用量對(duì)玉米產(chǎn)量的解釋率也較高。

NF：氮肥用量，PF：磷肥用量，KF：鉀肥用量，TST：土壤耕層厚度，BD：土壤容重，pH：土壤酸堿度，SOM：土壤有機(jī)質(zhì)，Olsen-P：土壤有效磷，AK：土壤速效鉀，SAK ：土壤緩效鉀。數(shù)字1代表小麥產(chǎn)量的影響因素，數(shù)字2代表玉米產(chǎn)量的影響因素

3 討論

3.1 褐土區(qū)耕地質(zhì)量的演變及現(xiàn)狀

施肥是提高土壤質(zhì)量的重要措施。例如長(zhǎng)期施肥提升了紅壤的有機(jī)碳，有效磷，交換性鈣、鎂，有效銅、鋅含量[28]；提升了黃壤的綜合肥力（pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀）[29]；提高了潮褐土0—20 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量[30]和全氮含量[31]。

本文分析了31年間農(nóng)民習(xí)慣施肥對(duì)褐土耕地質(zhì)量的影響，常規(guī)肥力指標(biāo)得到了提升，與田有國(guó)[3]、趙秀娟等[11]的結(jié)論相同，與其他類(lèi)型土壤上的結(jié)論相似[28-31]。褐土耕地質(zhì)量的提升與20世紀(jì)80年代氮肥用量增加、90年代以來(lái)化肥用量進(jìn)一步增加密不可分，并且秸稈還田也是一個(gè)重要因素。有研究發(fā)現(xiàn)，增加秸稈還田可以提高0—40 cm土層有機(jī)碳（SOC）的含量[32]。盡管監(jiān)測(cè)期間褐土耕地質(zhì)量得到了提升，但是整體肥力依然偏低（圖1-A），這可能與多年來(lái)褐土區(qū)有機(jī)肥的投入量下降有關(guān)[4]，需要高度關(guān)注。pH值在監(jiān)測(cè)期（1988—2018年）內(nèi)降低了0.3個(gè)單位，與趙秀娟[11]的結(jié)論相近。pH的降低可能是因?yàn)榉柿贤度胫校实谋壤兴撸住⑩浄实谋壤兴档停▓D3）。土壤pH的變化是一個(gè)緩慢的過(guò)程，監(jiān)測(cè)時(shí)間越長(zhǎng)，趨勢(shì)越明顯，因此該項(xiàng)監(jiān)測(cè)需要持續(xù)開(kāi)展。但是褐土區(qū)土壤pH的降低能夠提高磷和多種微量元素的有效性，因此，如何評(píng)價(jià)pH降低的影響，有待深入研究。褐土區(qū)的中微量元素尚未出現(xiàn)缺乏現(xiàn)象，可能與褐土區(qū)的土質(zhì)及pH的降低有關(guān)；5種重金屬均值未超出農(nóng)田重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)，但是超標(biāo)的點(diǎn)位仍需要跟蹤和關(guān)注。褐土的物理性質(zhì)屬于3級(jí)（中）水平，即耕層厚度偏低、容重偏高，這對(duì)作物的生長(zhǎng)不利。

地力貢獻(xiàn)率又稱(chēng)為地力貢獻(xiàn)系數(shù)，是土壤自身生產(chǎn)力和養(yǎng)分供給能力的重要體現(xiàn)，也是耕地質(zhì)量的體現(xiàn)，受地域[33]、土壤基礎(chǔ)性質(zhì)[34]及施肥[35]的影響。地力貢獻(xiàn)率與產(chǎn)量的穩(wěn)定性有關(guān)，地力貢獻(xiàn)率越高，產(chǎn)量穩(wěn)定性越好，地力貢獻(xiàn)率與產(chǎn)量變異系數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)[13]。地力貢獻(xiàn)率因作物而異，小麥季和玉米季的地力貢獻(xiàn)率分別為49.0%和59.6%，與陳延華等[4]的結(jié)果相近。與徐明崗等[36]提出的中國(guó)長(zhǎng)期施肥基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率逐年下降的結(jié)論不同，可能是由于褐土區(qū)氮沉降量大[37]、灌溉水中養(yǎng)分含量升高[38]等，也可能是由于本文的不施肥處理為每年不施肥，所以計(jì)算數(shù)值高于實(shí)際數(shù)值，即地力貢獻(xiàn)率被高估了，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。褐土區(qū)玉米季的地力貢獻(xiàn)率高于小麥季，與黃壤區(qū)的59%接近，可能褐土與黃壤的綜合肥力相近，且玉米產(chǎn)量對(duì)土壤基礎(chǔ)地力的依賴(lài)程度較大[39]。即使對(duì)于同一種作物，地力貢獻(xiàn)率也因作物類(lèi)型而異，例如，水稻多年（＞20年）種植下，早稻、晚稻和單季稻的地力貢獻(xiàn)率分別為 55.1% 、67.1% 和 54.9%[13]。

耕地質(zhì)量是土壤理化性質(zhì)、生物性質(zhì)等多方面的綜合體現(xiàn)[2]。化學(xué)指標(biāo)在監(jiān)測(cè)之初便進(jìn)行了設(shè)定；物理指標(biāo)的設(shè)置始于2015年，物理性質(zhì)短期內(nèi)趨勢(shì)不明顯，因此需要開(kāi)展長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，而且需要繼續(xù)完善，例如有效含水量、黏粒含量等[40]；生物指標(biāo)也需要進(jìn)一步補(bǔ)充。

3.2 褐土區(qū)產(chǎn)量的影響因素分析

本文分析了理化性質(zhì)和施肥量等10個(gè)影響因素與產(chǎn)量的關(guān)系。土壤物理指標(biāo)中容重和耕層厚度的解釋率均較高。兩種作物的產(chǎn)量與容重的關(guān)系不同：小麥產(chǎn)量與容重正相關(guān)，可能盡管容重的增加會(huì)通過(guò)限制根系的生長(zhǎng)影響產(chǎn)量[20-21]，但小麥生長(zhǎng)季（10月至次年6月）內(nèi)提高土壤的保水、保肥、保溫作用[17-18]對(duì)于高產(chǎn)更為關(guān)鍵；玉米產(chǎn)量與容重負(fù)相關(guān)，可能因?yàn)橛衩准荆?—9月）與雨季（7—9月）重合，降雨充足（年降雨500—700 mm），溫度高，因此對(duì)保水、保肥和保溫的需求弱，容重的增加對(duì)根系生長(zhǎng)的抑制作用更加明顯，從而降低產(chǎn)量，與韓成衛(wèi)等[21]和鄭存德[17]的結(jié)論相同。耕層厚度增加，意味著疏松土壤的厚度增加，對(duì)于小麥季土壤的保水、保肥和保溫不利，對(duì)玉米季影響不大，所以耕層厚度對(duì)小麥產(chǎn)量負(fù)相關(guān)，對(duì)玉米產(chǎn)量影響不大，與高建勝等[22]和王育紅等[23]的結(jié)論吻合。化學(xué)指標(biāo)中有機(jī)質(zhì)對(duì)兩種作物的產(chǎn)量解釋率均較高，與康日峰等[41]、陳延華等[4]的結(jié)論相同。土壤有效磷對(duì)玉米產(chǎn)量的解釋率高于有機(jī)質(zhì)，可能因?yàn)橛衩讓?duì)于有效磷的供應(yīng)更為敏感，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。鉀肥用量對(duì)兩種作物的解釋率均最高，可能與褐土區(qū)速效鉀含量偏低有關(guān)，盡管均值達(dá)到中等含量級(jí)別，但是分布在低含量（100—150 mg·kg-1）區(qū)間的比例最高（圖1-A）。此外，磷肥用量對(duì)小麥產(chǎn)量、氮肥用量對(duì)玉米產(chǎn)量的解釋率也較高，可能因?yàn)榱追蕦?duì)小麥、玉米產(chǎn)量影響最關(guān)鍵的時(shí)期是苗期，苗期磷肥供應(yīng)充足，是作物獲得高產(chǎn)的一個(gè)必要條件，小麥的苗期處于冬季，氣溫偏低，加上褐土區(qū)磷肥利用率不高，所以底肥中磷肥用量對(duì)于小麥產(chǎn)量的保障更加重要；玉米季溫度高，玉米對(duì)肥料的吸收利用率高，氮肥的增產(chǎn)作用更為突出。

3.3 褐土的科學(xué)施肥建議

（1）對(duì)于褐土區(qū)兩種主要作物小麥和玉米，分別制定不同的施肥方案，即對(duì)于小麥，提高鉀肥投入，保障磷肥供應(yīng)；對(duì)于玉米，提高鉀肥投入，保障氮肥供應(yīng)。鉀肥對(duì)于兩種作物產(chǎn)量的保障都是首要因素，因此鉀肥的充足供應(yīng)需要引起重視。鉀肥的施用和/或秸稈還田能夠減輕土壤鉀的消耗，提高土壤鉀的供應(yīng)能力[32]。李昊昱等[42]研究發(fā)現(xiàn)，雙季秸稈還田處理對(duì)提高小麥-玉米周年產(chǎn)量效果最好，兩個(gè)周年平均增產(chǎn)達(dá) 14.3%。除了秸稈還田，各地應(yīng)因地制宜廣辟肥源，在提高鉀供應(yīng)的同時(shí)，做到用地與養(yǎng)地相結(jié)合，提高農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用。對(duì)于玉米，除了鉀肥，氮肥的用量需要重點(diǎn)保障。對(duì)于小麥，除了鉀肥，磷肥的供應(yīng)十分關(guān)鍵，但是磷肥的應(yīng)用，并非單純地增加用量。近年來(lái)，隨著磷肥用量的增加，全球農(nóng)田土壤磷含量普遍上升2—19倍[43-44]，我國(guó)農(nóng)田土壤有效磷以11%的速度累積，累積速度高于世界均值[45]。設(shè)施菜田、露地和大田的土壤有效磷均值分別為179、100和34 mg·kg-1[46]，當(dāng)表層土壤有效磷超過(guò)環(huán)境閾值（60—80 mg·kg-1）時(shí)，會(huì)增加水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)土壤有效磷超過(guò)農(nóng)學(xué)閾值時(shí)，作物產(chǎn)量不再增加[47-48]，且閾值受作物類(lèi)型、土壤類(lèi)型、pH和有機(jī)質(zhì)含量的影響顯著[48]。WU等[47]指出褐土區(qū)玉米和小麥Olsen-P的農(nóng)學(xué)閾值分別為14.2 mg·kg-1和14.4 mg·kg-1；給出未來(lái)5年磷肥用量（P）應(yīng)控制在0—87.5 kg·hm-2的施肥建議。本文2018年褐土監(jiān)測(cè)點(diǎn)的有效磷含量均值為29.2 mg·kg-1，超過(guò)了農(nóng)學(xué)閾值；但是分布在10—20 mg·kg-1區(qū)間監(jiān)測(cè)點(diǎn)最多，占35.6%；其次是<10 mg·kg-1的區(qū)間，占20.2%，由此可見(jiàn)，褐土區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間有效磷含量的差異需要引起重視，不能一概而論，對(duì)于超過(guò)農(nóng)學(xué)閾值的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控磷，對(duì)于未達(dá)到農(nóng)學(xué)閾值的監(jiān)測(cè)點(diǎn)科學(xué)施用磷肥。

（2）重視物理指標(biāo)的指示作用。肥效的發(fā)揮，不僅取決于投入肥料的合理配比、合理用量，還受土壤物理性質(zhì)的影響，例如耕層厚度、容重等。褐土區(qū)耕層厚度均值21.9 cm，與鄭存德[17]提出的適宜的玉米耕層厚度為20—30 cm相吻合；與高建勝等[22]提出的耕層厚度25 cm（與15 cm、20 cm和40 cm進(jìn)行比較）更有利于小麥產(chǎn)量的提高的結(jié)論相似，即并非耕層厚度越高，產(chǎn)量越高。褐土區(qū)容重的均值為1.33g·cm-3，容重與玉米產(chǎn)量的負(fù)相關(guān)性與鄭存德[17]的結(jié)論相同，研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量>11 250 kg·hm-2的玉米田，容重為1.30— 1.33 g·cm-3；產(chǎn)量6 750—11 250 kg·hm-2的玉米田，容重為1.33—1.38 g·cm-3。物理性質(zhì)是土農(nóng)田管理措施的綜合體現(xiàn)，受多因素影響，例如氣候、耕作方式、灌溉、施肥等。對(duì)于褐土區(qū)，容重并非越小越高產(chǎn)，耕層厚度并非越深越高產(chǎn)，保持現(xiàn)狀對(duì)于獲得高產(chǎn)更有利，相關(guān)研究有待進(jìn)一步開(kāi)展。

4 結(jié)論

4.1 長(zhǎng)期施肥下，我國(guó)褐土耕地質(zhì)量得到提升，但是總體肥力偏低。化學(xué)性質(zhì)中有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量呈升高趨勢(shì)，全氮和緩效鉀含量趨于穩(wěn)定，pH有降低趨勢(shì)；中微量元素未出現(xiàn)缺乏，重金屬未出現(xiàn)超標(biāo)；土壤容重和耕層厚度均屬于中等水平。

4.2 影響我國(guó)褐土區(qū)生產(chǎn)力的物理因素中，耕層厚度和容重的解釋率均較高；化學(xué)因素中有機(jī)質(zhì)的解釋率均較高，有效磷對(duì)玉米產(chǎn)量的解釋率較高；肥料用量因素中，鉀肥用量解釋率最高。此外，磷肥用量對(duì)小麥產(chǎn)量、氮肥用量對(duì)玉米產(chǎn)量的解釋率也較高。

4.3 在科學(xué)施肥方面，對(duì)于褐土區(qū)兩種主要作物小麥和玉米，均需提高鉀肥投入，此外還要保障小麥的磷肥供應(yīng)和玉米的氮肥供應(yīng)；重視土壤的物理性質(zhì)，容重和耕層厚度保持現(xiàn)狀更利于獲得高產(chǎn)。

[1] 吳大放, 劉艷艷, 董玉祥, 陳梅英, 王朝暉. 我國(guó)耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量與空間變化研究綜述. 熱帶地理, 2010, 30(2): 108-113.

WU D F, LIU Y Y, DONG Y X, CHEN M Y, WANG Z H. Review on the research of quantity, quality and spatial change of cultivated land in China., 2010, 30(2): 108-113. (in Chinese)

[2] 溫良友, 孔祥斌, 辛蕓娜, 孫曉兵.對(duì)耕地質(zhì)量?jī)?nèi)涵的再認(rèn)識(shí).中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 24(3): 156-164.

WEN L Y, KONG X B, XIN Y N, SUN X B. Evolution of cultivated land quality connotation and its recognition., 2019, 24(3): 156-164. (in Chinese)

[3] 田有國(guó), 張淑香, 劉景, 徐明崗, 李昆.褐土耕地肥力質(zhì)量與作物產(chǎn)量的變化及影響因素分析.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2009, 16(1): 98-104.

TIAN Y G, ZHANG S X, LIU J, XU M G, LI K. Change of soil fertility index and crop yield of cinnamon soil and its affecting factors., 2009, 16(1): 98-104. (in Chinese)

[4] 陳延華, 王樂(lè), 張淑香, 任意, 李春花, 徐明崗, 趙同科. 長(zhǎng)期施肥下褐土生產(chǎn)力的演變及其影響因素. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2018, 24(6): 1445-1455.

CHEN Y H, WANG L, ZHANG S X, REN Y, LI C H, XU M G, ZHAO T K. Evolution of cinnamon soil productivity and the main influencing factors under long-term fertilization., 2018, 24(6): 1445-1455. (in Chinese)

[5] TONG C L, HALL C A S, WANG H Q. Land use change in rice, wheat and maize production in China (1961-1998)., 2003, 95(2/3): 523-536.

[6] RONDANINI D P, GOMEZ N V, AGOSTI M B, MIRALLES D J. Global trends of rapeseed grain yield stability and rapeseed-to-wheat yield ratio in the last four decades., 2012, 37(1): 56-65.

[7] LI Y X, ZHANG W F, MA L, WU L, SHEN J B, DAVIES W J, OENEMA O, ZHANG F S, DOU Z X. An analysis of China's grain production: Looking back and looking forward., 2014, 3(1): 19-32.

[8] 林治安, 趙秉強(qiáng), 袁亮, HWAT BING-SO. 長(zhǎng)期定位施肥對(duì)土壤養(yǎng)分與作物產(chǎn)量的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(8): 2809-2819.

LIN Z A, ZHAO B Q, YUAN L, HWAT B S. Effects of organic manure and fertilizers long-term located application on soil fertility and crop yield., 2009, 42(8): 2809-2819. (in Chinese)

[9] 張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 崔振嶺, 馬文奇, 陳新平, 江榮風(fēng). 中國(guó)主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑. 土壤學(xué)報(bào), 2008, 45(5): 915-924.

ZHANG F S, WANG J Q, ZHANG W F, CUI Z L, MA W Q, CHEN X P, JIANG R F. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement., 2008, 45(5): 915-924. (in Chinese)

[10] LIU Q P, GUO Y L, GIESY J P. Assessment on ecological safety of farmland fertilization of China., 2014(962/965): 2170-2174.

[11] 趙秀娟, 任意, 張淑香. 25年來(lái)褐土區(qū)土壤養(yǎng)分演變特征. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 2017, 31(8): 1647-1655.

ZHAO X J, REN Y, ZHANG S X. Evolution characteristics of cinnamon soil nutrients in 25 years., 2017, 31(8): 1647-1655. (in Chinese)

[12] 李建軍, 辛景樹(shù), 張會(huì)民, 段建軍, 任意, 孫楠, 徐明崗. 長(zhǎng)江中下游糧食主產(chǎn)區(qū)25 年來(lái)稻田土壤養(yǎng)分演變特征. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(1): 92-103.

LI J J, XIN J S, ZHANG H M, DUAN J J, REN Y，SUN N，XU M G. Evolution characteristics of soil nutrients in the main rice production regions, the middle-lower reach of Yangtze River of China., 2015, 21(1): 92-103. (in Chinese)

[13] 李忠芳, 張水清, 李慧, 孫楠, 逄煥成, 婁翼來(lái), 徐明崗. 長(zhǎng)期施肥下我國(guó)水稻土基礎(chǔ)地力變化趨勢(shì). 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(6): 1394-1402.

LI Z F, ZHANG S Q, LI H, SUN N, PANG H C, LOU Y L, XU M G. Trends of basic soil productivity in paddy soil under long-term fertilization in China., 2015, 21(6): 1394-1402. (in Chinese)

[14] 黃興成, 石孝均, 李渝, 張雅蓉, 劉彥伶, 張文安, 蔣太明. 基礎(chǔ)地力對(duì)黃壤區(qū)糧油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(2): 300-312.

HUANG X C, SHI X J, LI Y, ZHANG Y R, LIU Y L, ZHANG W A, JIANG T M. Inherent soil productivity effect on high, steady and sustainable yield of grain and oil crops in yellow soil region., 2017, 50(2): 300-312. (in Chinese)

[15] 郝小雨, 周寶庫(kù), 馬星竹, 高中超. 長(zhǎng)期不同施肥措施下黑土作物產(chǎn)量與養(yǎng)分平衡特征. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2015, 31(16): 178-185.

HAO X Y, ZHOU B K, MA X Z, GAO Z C. Characteristics of crop yield and nutrient balance under different long-term fertilization practices in black soil., 2015, 31(16): 178-185. (in Chinese)

[16] 蔡澤江, 孫楠, 王伯仁, 徐明崗, 黃晶, 張會(huì)民. 長(zhǎng)期施肥對(duì)紅壤pH、作物產(chǎn)量及氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(1):71-78.

CAI Z J，SUN N，WANG B R，XU M G，HUANG J，ZHANG H M. Effects of long-term fertilization on pH of red soil crop yields and uptakes of nitrogen，phosphorous and potassium., 2011, 17(1): 71-78. (in Chinese)

[17] 鄭存德. 土壤物理性質(zhì)對(duì)玉米生長(zhǎng)影響及高產(chǎn)農(nóng)田土壤物理特征研究[D]. 沈陽(yáng): 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012.

ZHENG C D. Research of physical properties on maize growth and properties of high yield maize farmland[D]. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2012. (in Chinese)

[18] 張玉嬌, 王浩, 王淑蘭, 王瑞, 李軍, 王小利. 小麥/玉米輪作旱地長(zhǎng)期輪耕的保墑增產(chǎn)效應(yīng). 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2018, 34(12): 126-136.

ZHANG Y J, WANG H, WANG S L, WANG R, LI J, WANG X L. Soil moisture preservation and improving of crop yield in dry land under long-term wheat/maize rotation., 2018, 34(12): 126-136. (in Chinese)

[19] 申冠宇, 楊習(xí)文, 周蘇玫, 梅晶晶, 陳旭, 彭宏揚(yáng), 蔣向, 賀德先. 土壤耕作技術(shù)對(duì)小麥出苗質(zhì)量、根系功能及粒重的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(12): 2042-2055.

SHEN G Y, YANG X W, ZHOU S M, MEI J J, CHEN X, PENG H Y, JIANG X, HE D X. Impacts of soil tillage techniques on seedling quality, root function and grain weight in wheat., 2019, 52(12): 2042-2055. (in Chinese)

[20] 李潮海, 李勝利, 王群, 郝四平, 韓錦峰. 下層土壤容重對(duì)玉米根系生長(zhǎng)及吸收活力的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, 38(8): 1706-1711.

LI C H, LI S L, WANG Q, HAO S P, HAN J F. A study on corn root growth and activities at different soil layers with special bulk density., 2005, 38(8): 1706-1711. (in Chinese)

[21] 韓成衛(wèi), 孔曉民, 宋春林, 吳秋平, 曾蘇明, 蔣飛, 孫澤強(qiáng). 山東省褐土土壤容重對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成的影響.中國(guó)土壤與肥料, 2017(6): 143-148.

HAN C W, KONG X M, SONG C L, WU Q P, ZENG S M, JIANG F, SUN Z Q. Effects of different soil bulk density on growth and yield of corn under cinnamon soil in Shandong province., 2017(6): 143-148. (in Chinese)

[22] 高建勝, 董國(guó)豪, 郭建軍, 郭良海, 郭智慧, 崔慧妮. 耕層厚度對(duì)冬小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 50(8): 54 -57.

GAO J S, DONG G H, GUO J J, GUO L H, GUO Z H, CUI H N. Effects of topsoil thickness on agronomic traits and yield of winter wheat., 2018, 50(8): 54-57. (in Chinese)

[23] 王育紅, 席玲玲, 周新, 沈東風(fēng). 深耕對(duì)夏玉米產(chǎn)量形成及土壤理化性質(zhì)的影響. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2018, 38(2): 9-14.

ＷANG Y H, XI L L, ZHOU X, SHENG D F. Effects of deep tillage treatments on summer maize yield and soil physicochemical properties., 2018, 38(2): 9-14. (in Chinese)

[24] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社, 1999.

LU R K.. Beijing: China Agricutural Science and Technology Press, 1999. (in Chinese)

[25] 全國(guó)土壤普查辦公室. 中國(guó)土壤. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 1998.

National Soil Census Office.. Beijing: China Agricutural

Press, 1998. (in Chinese)

[26] 姜存?zhèn)}. 果園測(cè)土配方施肥技術(shù). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2011：149.

JIANG C C.. Beijing: Chemical Industry Press, 2011: 149. (in Chinese)

[27] 生態(tài)環(huán)境部國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局. 土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn): GB15618—2018. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2018.

State Administration of Market Supervision and Administration, Ministry of Ecological Environment. Soil Environmental Quality Risk Control Standard for Soil Contamination of Agricultural Land: GB15618—2018. Beijing: China Environmental Science Press, 2018. (in Chinese)

[28] ZHANG H M, WANG B R, XU M G, FAN T Lu. Crop yield and soil responses to long-term fertilization on a red soil in southern China., 2009, 19(2): 199-207.

[29] 黃興成, 李渝, 白怡婧, 張雅蓉, 劉彥伶, 張文安, 蔣太明. 長(zhǎng)期不同施肥下黃壤綜合肥力演變及作物產(chǎn)量響應(yīng).植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2018, 24(6): 1484-1491.

HUANG X C, LI Y, BAI Y J, ZHANG Y Y，LIU Y Y，ZHANG W A，JIANG T M. Evolution of yellow soil fertility under long-term fertilization and response of corp yield., 2018, 24(6): 1484-1491. (in Chinese)

[30] 宋永林, 唐華俊, 李小平. 長(zhǎng)期施肥對(duì)作物產(chǎn)量及褐潮土有機(jī)質(zhì)變化的影響研究. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2007, 22(增刊): 100-105.

SONG Y L, TANG H J, LI X P. The effects of long-term fertilization on crop yield and aqui-cinnamon soil organic matter., 2007, 22 (Supplement): 100-105. (in Chinese)

[31] 蓋霞普, 劉宏斌, 翟麗梅, 楊波, 任天志, 王洪媛, 武淑霞, 雷秋良.長(zhǎng)期增施有機(jī)肥/秸稈還田對(duì)土壤氮素淋失風(fēng)險(xiǎn)的影響.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(12): 2336-2347.

GAI X P, LIU H B, ZHAI L M, YANG B, REN T Z, WANG H Y, WU S X, LEI Q L. Effects of long-term additional application of organic manure or straw incorporation on soil nitrogen leaching risk., 2018, 51(12): 2336-2347. (in Chinese)

[32] ZHAO S C, HE P, QIU S J, JIA L L, LIU M C, JIN J Y, JOHNSTON A M. Long-term effects of potassium fertilization and straw return on soil potassium levels and crop yields in north-central China., 2014, 169: 116-122.

[33] 湯建東, 葉細(xì)養(yǎng). 土壤肥力長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究初報(bào). 土壤與環(huán)境, 1999, 8(2): 113-116.

TANG J D, YE X Y. A preliminary report on long-term stationary experiment on soil fertility., 1999, 8(2): 113-116. (in Chinese)

[34] 湯勇華, 黃耀. 中國(guó)大陸主要糧食作物地力貢獻(xiàn)率及其影響因素的統(tǒng)計(jì)分析. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 27(4): 1283-1289.

TANG Y H, HUANG Y. Statistical analysis of the percentage of soil fertility contribution to grain crop yield and driving factors in mainland China., 2008, 27(4): 1283-1289. (in Chinese)

[35] 沈善敏, 殷秀巖, 宇萬(wàn)太, 張璐, 陳欣，劉鴻翔, 王德祿, 王凱榮, 周衛(wèi)軍, 謝小立. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)再利用作物產(chǎn)量增益的地理分異. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 1998, 9(4): 379-385.

SHEN S M, YIN X Y, YU W T, ZHANG L, CHEN X, LIU H X, WANG D L, WANG K R, ZHOU W J, XIE X L. Geographic differentiation of yield increase efficiency caused by recycled nutrients in agroecosystems., 1998, 9(4): 379-385. (in Chinese)

[36] 徐明崗, 梁國(guó)慶, 張夫道. 中國(guó)土壤肥力演變. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社, 2006.

XU M G, LIANG G Q, ZHANG F D.. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2006. (in Chinese)

[37] 張婧婷. 多因子變化對(duì)中國(guó)主要作物產(chǎn)量和溫室氣體排放的影響研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2017.

ZHANG J T. Influence of multifactor environmental changes on main crop yields and greenhouse gases emissions in China[D]. Beijing: China Agricultural University, 2017. (in Chinese)

[38] 魯艷紅, 廖育林, 周興, 聶軍, 謝堅(jiān), 楊曾平. 長(zhǎng)期不同施肥對(duì)紅壤性水稻土產(chǎn)量及基礎(chǔ)地力的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2015, 52(3): 597-606.

LU Y H, LIAO Y L, ZHOU X, NIE J, XIE J, YANG Z P. Effect of long–term fertilization on rice yield and basic soil productivity in red paddy soil under double- rice system., 2015, 52(3): 597-606. (in Chinese)

[39] 李忠芳, 徐明崗, 張會(huì)民, 張文菊, 高靜. 長(zhǎng)期施肥下中國(guó)主要糧食作物產(chǎn)量的變化. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 43(7): 2407-2414.

LI Z F, XU M G, ZHANG H M, ZHANG W J, GAO J. Grain yield trends of different food crops under long-term fertilization in China., 2009, 43(7): 2407-2414. (in Chinese)

[40] 段興武, 謝云, 馮艷杰, 王曉嵐, 高曉飛. 東北黑土區(qū)土壤生產(chǎn)力評(píng)價(jià)方法研究. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(5): 1656-1664.

DUAN X W, XIE Y, FENG Y J, WANG X L, GAO X F. Study on the method of soil productivity assessment in northeast black soil regions of China., 2009, 42(5): 1656-1664. (in Chinese)

[41] 康日峰, 任意, 吳會(huì)軍, 張淑香. 26 年來(lái)東北黑土區(qū)土壤養(yǎng)分演變特征. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(11)：2113-2125.

KANG R F, REN Y, WU H J, ZHANG S X. Changes in the nutrients and fertility of black soil over 26 years in northeast China., 2016, 49(11): 2113-2125. (in Chinese)

[42] 李昊昱, 孟兆良, 龐黨偉, 陳金, 侯永坤, 崔海興, 金敏, 王振林, 李勇. 周年秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤固碳及冬小麥-夏玉米產(chǎn)量的影響. 作物學(xué)報(bào), 2019, 45(6): 893-903.

LI H Y, MENG Z L, PANG D W, CHEN J, HOU Y K, CUI H X, JIN M, WANG Z L, LI Y. Effect of annual straw return model on soil carbon sequestration and crop yields in winter wheat-summer maize rotation farmland., 2019, 45(6): 893-903. (in Chinese)

[43] SHARPLEY A, JARVIE H P, BUDA A, MAY L, SPEARS B, KLEINMAN P. Phosphorus legacy: Overcoming the effects of past management practices to mitigate future water quality impairment., 2013, 42(5):1308-1326.

[44] MADONALD G K, BENNETT E M, POTTER P A, CARPENTER R S. Agronomic phosphorus imbalances across the world’s croplands., 2011, 108(7): 3086-3091.

[45] MA J, HE P, XU X, HE W T, LIU Y X, YANG F Q, CHEN F, LI S T, TU S H, JIN J Y, JOHNSTON A M, ZHOU W. Temporal and spatial changes in soil available phosphorus in China (1990-2012)., 2016, 192: 13-20.

[46] YAN Z, LIU P, LI Y, MA L, ALVA A, DOU Z, CHEN Q, ZHANG F. Phosphorus in China’s intensive vegetable production systems: overfertilization, soil enrichment, and environmental implications., 2013, 42(4): 982-989.

[47] WU Q H, ZHANG S X, REN Y, ZHAN X Y, XU M G, FENG G. Soil phosphorus management based on the agronomic critical value of Olsen P., 2018, 49(8): 934-944.

[48] BAI Z H, LI H G, YANG X Y, ZHOU B K, SHI X J, WANG B R, LI D C, SHEN J B, CHEN Q, QIN W, OENEMA O, ZHANG F S. The critical soil P levels for crop yield, soil fertility and environmental safety in different soil types., 2013, 372(1/2): 27-37.

Quality Change of Cinnamon Soil Cultivated Land and Its Effect on Soil Productivity

CHEN YanHua1,2, WANG Le1, ZHANG ShuXiang1, GUO Ning3, MA ChangBao4, LI ChunHua1, XU MingGang1, ZOU GuoYuan2

(1Institute of Agricultural Resource and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;2Institute of Plant Nutrition and Resources, Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Beijing 100097;3Beijing Soil Fertilizer Extension Service Station, Beijing 100029;4Center of Arable Land Quality Monitoring and Protection, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125)

【Objective】The quality of cultivated land is a key factor affecting soil productivity, which serves also as scientific basis for rational fertilization. Cinnamon soil is the main soil type at the production area of wheat and corn in China. This study examined the current status of cultivated land quality and the evolution characteristics of cinnamon soil during the past 31 years (1988-2018). Though considering the evolution of fertilizer application rate, their influence on productivity was studied, and the guidance for reducing fertilizer input and increasing efficiency in cinnamon soil area was proposed.【Method】Using the data of 103 long-term (31 years) location test points in China, the evolution of cinnamon soil cultivated land quality was analyzed by combining physical and chemical indexes. The factors influencing the yield were compared through the redundancy analysis (RDA). Based on these results, reasonable suggestions were put forward to reduce fertilizer input and increase efficiency in cinnamon soil area.【Result】(1) The present situation and evolution of soil physical and chemical properties in cinnamon soil area were shown in the study. Specifically, the average values of organic matter content, available phosphorus and available potassium in 2018 were 17.9 g·kg-1, 29.2 mg·kg-1-and 164 mg·kg-1, respectively, which represented an increase of 21.2%, 200.9% and 52.0% during 31years, respectively. The average values of total nitrogen and slow available potassium in 2018 were 1.1 g·kg-1and 945 mg·kg-1, respectively, which remained relatively stable during the monitoring period. The contents of soil secondary elements and micronutrient elements and heavy metals were in an acceptable range. The pH was reduced by 0.3 unit. Topsoil thickness was 21.9 cm and bulk density was 1.33 g·cm-3, which belonged to the middle level. (2) The fertilizer application rate in cinnamon soil area was 730.2 kg·hm-2in 2018. The proportion of N (N):P (P2O5):K (K2O) was about 2:1:1, and the proportion of chemical fertilizer to organic fertilizer was about 3.45:1. The nitrogen fertilizer application rate was 378.9 kg·hm-2, which was stable during the past 31 years. The application rate of phosphate and potassium fertilizer decreased by 24.1% and 50.8%, respectively. (3) The wheat yield showed an upward trend during 31 years, and the maximum reached 6 651 kg·hm-2at the end of monitoring, which was 27.6% higher than the value at the initial stage. The corn yield was stable, reaching 8 851 kg·hm-2at the end of monitoring. The contribution rate of soil fertility in wheat season and corn season was 49.0% and 59.6%, respectively. The yield was influenced by soil physical factors, including the thickness of plough layer (which could explain the wheat production for 2.7%, denoted as explanation rate), bulk density (explanation rates of wheat and corn productions for 1.2% and 1.5%, respectively) and chemical index, such as organic matter explanation rates of wheat and corn productions for 2% and 1.7%, respectively, and available phosphorus (explanation rate of corn for 3.6%). Theexplanation rates of potassium fertilizer were the highest for wheat and corn productions, which reached 5.6% and 6%, respectively. The explanation rates of phosphorus fertilizer for wheat yield (1.3%) and of nitrogen fertilizer for corn yield (1.3%) were also relatively high.【Conclusion】The cultivated land quality in cinnamon soil area has been improved in 31 years, but the overall fertility was low and the physical properties were in middle level. Considering the impact of land quality on productivity, different fertilization schemes needed to be formulated for wheat and corn. Both of which needed to increase the input of potassium fertilizers, and focused on ensuring the supply of phosphorus fertilizers for wheat and nitrogen fertilizers for corn. Physical indicators needed to be highly concerned. The topsoil thickness and bulk density were at a medium level, but there was no need to continue to optimize, and maintaining the status quo was more conductive to obtaining high yield.

cinnamon soil; cultivated land quality; soil physical properties; soil chemical properties; crop yield

2019-07-20；

2019-11-06

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFC0503805）、國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)（201503120）、北京市農(nóng)林科學(xué)院創(chuàng)新能力建設(shè)項(xiàng)目（KJCX20170416）

陳延華，E-mail：yhchen55@126.com。通信作者張淑香，E-mail：zhangshuxiang@caas.cn；通信作者李春花，E-mail：lichunhua@caas.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）