小麦—玉米轮作土壤磷素长期演变规律研究

以“国家土壤肥力和肥料效益长期监测基地网”为基础,选择具有土壤和气候类型不同的5个小麦-玉米轮作体系,通过15年长期定位试验,分析作物生物量、土壤及植株中磷含量,揭示磷肥效率,建立土壤有效磷消长模型,确定土壤有效磷临界值,从而阐明小麦-玉米轮作土壤磷素长期演变规律,以期达到保障作物持续高产和生态安全目的。主要研究结果如下: 1、5个试验点不施磷肥(CK、N和NK)小麦籽粒产量15年的平均值为1312kg/ha;施磷(NP、NPK、NPKM和NPKSt)小麦产量平均4212kg/ha。不施磷肥5个试验点玉米籽粒产量15年的平均值为3066kg/ha;施磷玉米产量平均5789kg/ha。施磷小麦和玉米产量比不施磷肥的分别高221%和88.8%。 2、磷肥对小麦的增产贡献率变幅在97～321%之间,平均为171%;磷肥对玉米的增产贡献率在14～204%之间变化,平均为56%。磷肥对小麦的增产贡献率高于玉米。同时因为玉米生长季节的温度高于小麦,在相同试验点玉米生长时期土壤自然供磷力比小麦的平均高42.3%。因此在小麦-玉米轮作体系中要重施小麦,轻施玉米。施磷肥处理中小麦和玉米收获指数分别高于0.4和0.5。 3、不施肥土壤Olsen-P的含量随试验时间而下降,直到土壤中Olsen-P的含量下降到约3mg/kg时,随后,Olsen-P的含量保持不变。在不施肥土壤中Olsen-P含量随试验时间而下降的趋势能被指数模型所描述。在年施磷量(P)为29.2～82.2kg/ha的土壤中,土壤Olsen-P将发生累积。通过土壤Olsen-P初始含量、施磷量、作物产量和土壤pH建立土壤磷肥力预测模型。这两个模型可通过独立数据验证。在小麦-玉米轮作系统中,磷的平均年累积率是1.21mg/kg。 4、每施入1公斤磷肥在NP、NPK、NPKM和NPKSt处理中可获得小麦籽粒产量分别为104、112、47.7和96kg,平均90kg;可获得玉米籽粒产量分别为151、162、173和177kg,平均166kg。在不施磷土壤中每吸收1公斤磷可获得小麦和玉米籽粒分别为268kg和325kg;在施磷肥土壤中可分别获得233kg和285kg。与不施磷肥土壤相比,施磷土壤中每吸收1公斤磷可获得的小麦和玉米籽粒量分别下降了13.1%和12.3%。 5、对于NP、NPK、NPKM和NPKSt处理,5个试验点15年平均磷累积利用率分别为51.3、56.0、35.5和47.9%。在CK、N和NK处理中15年累积亏缺磷(P)149、162和185kg/ha(平均每年亏缺约11.0kg/ha);施磷肥处理土壤磷素全部盈余,在NP、NPK、NPKM和NPKSt处理中积累在土壤中的磷为455、410、1333和549kg/ha(平均每年磷盈余约45.8kg/ha)。 6、通过使用双直线、直线-平台及米切里西模型,小麦平均土壤Olsen-P临界值分别为12.5、14.6和21.7mg/kg,平均16.3mg/kg;对于玉米分别为12.0、13.2和20.7mg/kg,平均15.3mg/kg。 我们的研究结果表明在小麦-玉米轮作系统中为获得更高的作物产量,当做磷肥推荐和制定措施时,应充分考虑作物目标产量、磷肥效率、长期土壤磷平衡以及土壤有效磷临界值。