黄土旱塬农田土壤有机碳、氮的演变与模拟

土壤有机质是影响土地生产力的重要因素。有机质在改善土壤结构、保持水分、防止土壤侵蚀和退化、提供植物养分特别是氮素等方面具有重要作用。黄土高原是我国主要生态脆弱区，了解这一地区管理措施对有机质周转影响，分析该地区土地生产潜力是调控土壤有机质含量的基础。本文以中国科学院长武试验站的长期试验（始于1985年）为依托，通过对典型处理8-15年的土壤养分、作物产量以及同期降水量等的系统分析，揭示了黄土旱塬区不同种植体系中土壤有机碳、氮的演变规律：阐明了长期施肥条件下土壤硝态氮的迁移积累机理；提出了目前水肥条件下黄土旱塬区冬小麦生产潜力及其提高途径。在获得上述实验资料的基础上，建立了黄土旱塬区土壤有机碳周转的模拟模型。其主要新进展如下： （1）在黄土旱塬区，禾本科连作能够保持土壤有机碳、氮的含量(6.50gkg-1、0.82gkg-1；禾本科与豆科作物轮作土壤有机碳、氮积累略有提高；小麦与红豆草轮作或苜蓿连作对提高土壤有机碳、氮积累具有显著的促进作用；长期休闲土壤有机碳、氮呈缓慢降低趋势。 （2）不同作物系统中，增施化肥显著提高了土壤有机碳、氮的积累，有机碳、氮增幅分别为19-33％、22-35％。 （3）本区降水量的不足与多变限制了豌豆-小麦轮作对土壤有机碳、氮积累的促进作用，但在红豆草-小麦轮作中，红豆草对有限土壤水分的消耗促进了土壤有机碳、氮的积累。 （4）本区土壤C/N比一般稳定在8.3左右，作物和施肥措施对此影响不大。 （5）不同土地利用方式显著影响土壤微生物碳、氮含量。本区不同种植系统中土壤微生物碳含量占土壤有机碳含量的1-4％；微生物氮含量占有机氮含量的2-6％，微生物碳（氮）含量与有机碳（氮）含量具有显著的相关关系。相同管理条件下，微生物碳含量、微生物碳与有机碳比率变化方向与有机碳一致。但与土壤有机碳相比，微生物碳含量、微生物碳与有机碳比率变化幅度更大。因此可以利用土壤微生物碳含量、微生物碳与有机碳比率变化指示土壤质量变化。 （6）土壤水分含量依赖于年际、季节间降水量的变化。作物、施肥不改变土壤水分的变化模式，但影响土壤水分变化强度。休闲处理土壤水分含量季节性变化相对稳定。不同作物对土壤水分含量的影响强度顺序为：苜蓿＞小麦＞休闲地。不同施肥条件下，小麦地收获期土壤水分含量和播种前降水入渗深度大小为：不施肥处理、M、PM、N处理＞NP、NM、NPM处理。常年生长苜蓿的土壤，其水分含量显著低于休闲处理，降水入渗深度显著降低。苜蓿连作土壤中，施肥措施对土壤水分影响不大。 作物影响土壤NO3-N的含量、迁移和积累。小麦连作中，施氮肥处理土壤NO3-N含量显著升高，N处理的NO3-N向下迁移深度显著大于NPM、MN处理。不同处理NO3-N迁移深度与相应处理降水入渗深度基本一致。NO3-N在土壤剖面（0-300cm）积累量可占到氮肥施用总量的12-55％。其NO3-N积累量的大小顺序为：N处理＞NPM，MN＞NP，与相应 11 黄土旱源农田土壤有机碳、氮的演变与模拟 处理氮肥的利用率大小颀序相反。首捂连作中，NO3N迁移深度与降水的入渗深度一样显著 变浅，即使在NPM施肥条件下也没有发生NO3N在剖面中的显著积累。 （7）不同作物与施肥条件下，建立的土壤有机碳周转模拟模型（SCNC）与测定值相对 误差在t 10％范围内的模拟值可达到80％以上，而RohC－－26．3模型的模拟值与测定值相对误差 均在30％以上。 （8）目前水肥条件下，本区小麦产量远未达到水肥资源生产潜力。分析表明，休闲期门一9 月)降水量是影响产量的重要因素，但小麦产量只与7月降水量关系密切，因而提高8月、9 月降水的入渗、保持和利用是本区冬小麦产量进一步提高的重要途径。增施化肥是提高黄土 旱源区作物产量的主要措施。在目前氮肥投入水平（12 kgNha’）基础上，进一步增施氮肥， 小麦产量还具有一定的增产空间。 上述研究结果为黄士旱源区土壤生产力提高、土壤有机碳、氮的调控管理提供了新的理 论依据。