旱地農(nóng)田土壤有效養(yǎng)分與水分時(shí)空耦合關(guān)系研究.pdf

1、關(guān)于土壤養(yǎng)分和水分的研究始終是學(xué)科所關(guān)注的兩大焦點(diǎn)問題，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了極為豐富的研究成果和資料，但是，仍然遺留有許多亟待研究和解決的科學(xué)問題。以往研究對(duì)于土壤養(yǎng)分全量給予了極大的關(guān)注，測(cè)定播種前耕層土壤養(yǎng)分狀況的居多，監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)過程中土壤剖面養(yǎng)分消長(zhǎng)規(guī)律的極少；以耕層養(yǎng)分含量為主要依據(jù)確定施肥量居多，考慮地區(qū)土壤墑情周年變化特征，確定施肥量和施肥深度者研究較少。本研究正是基于生產(chǎn)實(shí)際，瞄準(zhǔn)學(xué)科發(fā)展動(dòng)向，企圖探討以土壤墑情為主要科學(xué)依據(jù)，

2、進(jìn)行“精確時(shí)間和精確空間”施肥理論基礎(chǔ)的研究，以便使旱地土壤養(yǎng)分和水分能夠在時(shí)空關(guān)系上實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)。 土壤有效養(yǎng)分是土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，這是因?yàn)橥寥烙行юB(yǎng)分首先與農(nóng)作物的產(chǎn)量水平具有高度的相關(guān)性，常作為土壤肥力水平診斷的主要依據(jù)；土壤有效養(yǎng)分是土壤養(yǎng)分庫的直觀表現(xiàn)，同時(shí)又是土壤潛在養(yǎng)分有效化能力的指示。因此，土壤有效養(yǎng)分表征著自然因素、土壤性質(zhì)、以及人為的土壤管理水平與使用情況等信息。其次，土壤有效養(yǎng)分是土壤中最為活躍的成

3、分，它的空間移動(dòng)對(duì)于協(xié)調(diào)養(yǎng)分和水分錯(cuò)位分布具有極為重要的作用。所以，本研究立足于研究土壤中最為活躍的有效養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化特征，分析其與水分狀況的基本關(guān)系，揭示旱地土壤水分養(yǎng)分時(shí)空耦合機(jī)制，為旱地土壤水肥管理奠定科學(xué)依據(jù)。 基于上述目標(biāo)，本研究在關(guān)中頭道塬旱地農(nóng)田設(shè)置了定位觀察點(diǎn)，監(jiān)測(cè)了常規(guī)施肥管理模式條件下在冬小麥和夏玉米生育期土壤剖面0～100cm范圍內(nèi)水分和養(yǎng)分的變異過程，揭示現(xiàn)代集約化生產(chǎn)與耕作模式下土壤養(yǎng)分、水分的時(shí)空變異規(guī)

4、律。取得了如下主要結(jié)論： 1.相對(duì)而言硝態(tài)氮素是最為活躍土壤營(yíng)養(yǎng)成分，它的遷移是土壤剖面上氮素與水分在空間上實(shí)現(xiàn)自然協(xié)調(diào)途徑之一。 旱地土壤在小麥生育期間硝態(tài)氮含量有著明顯的空間分布梯度，從表層到底層土壤硝態(tài)氮含量明顯降低，從表層0～30cm的40mg/kg降低到了70cm左右處的10mg/kg，70cm以下土壤硝態(tài)氮含量降低到5mg/kg以下。特別是在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)土壤硝態(tài)氮含量為40mg左右的高峰位于剖面的30～40cm

5、處，并不是在通氣和氧化條件較好的表層。30～40cm土壤墑情相對(duì)穩(wěn)定是主要原因。 小麥生育期間土壤硝態(tài)氮含量有明顯的階段變化特征。在前90天內(nèi)土壤硝態(tài)氮向下遷移，遷移鋒面從約60cm推進(jìn)到約80cm處。90天～120天范圍內(nèi)0～80cm范圍內(nèi)土壤硝態(tài)氮素明顯被耗竭遞減。第120～150天在0～30cm土壤硝態(tài)氮仍處于消耗期，在40～80cm處土壤硝態(tài)氮遷移遞增。從第150天～180天期間0～40cm土層硝態(tài)氮處于恢復(fù)遞增，40c

6、m以下剖面上土壤硝態(tài)氮處于基本穩(wěn)定過程。第180天以后到小麥?zhǔn)斋@期土壤剖面上硝態(tài)氮向下遷移，供后季作物吸收利用。在玉米生育期前30天內(nèi)，土壤硝態(tài)氮素延續(xù)了小麥生育期間土壤剖面硝態(tài)氮素平衡狀態(tài)，在第30天以后0～100cm范圍土壤整體上處于明顯的硝態(tài)氮素消耗階段，下層土壤又恢復(fù)到小麥播種前的水平。旱地硝態(tài)氮素淋而不失，被作物吸收，自然實(shí)現(xiàn)了土壤養(yǎng)分和水分空間協(xié)調(diào)。 2.旱地土壤堿解氮素在剖面上呈現(xiàn)出明顯的垂直遞減分布梯度，印證著現(xiàn)

7、代施肥制度。小麥生育期間堿解氮的含量時(shí)空變化過程呈現(xiàn)出“二元結(jié)構(gòu)特征”，即40cm以上土壤堿解氮含量相對(duì)較為穩(wěn)定，40cm以下層呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，小麥生育中后期土壤深層堿解氮耗竭更為明顯；而墑情不穩(wěn)定的上層土壤堿解氮素變異不大。 在玉米生育期間上層0～20cm變異不大。在玉米生育期前30天內(nèi)在20～70cm土壤堿解氮素有明顯遞減過程，與玉米根系分布相對(duì)較淺有關(guān)，第30天以后土壤剖面間接氮素分布狀態(tài)基本穩(wěn)定。 3.

8、土壤速效磷的垂直遞減的梯度更為顯著。在小麥生育期間0～60cm范圍土壤有效磷從表層13mg/kg下降到5mg/kg，且有隨生育過程進(jìn)行幾乎同步持續(xù)性降低趨勢(shì)。既印證了磷肥的使用方式，又反映了深層土壤磷素的生物有效性。尤其是在中后期60cm以下深層土壤速效磷明顯被耗竭，土壤剖面上速效磷的耗竭過程證實(shí)了旱地土壤根系的延伸過程。 在玉米生長(zhǎng)階段土壤剖面速效磷的整體水平較低，上下層之間變異在9mg/kg到3mg/kg，盡管如此，土壤速效

9、磷素仍然表現(xiàn)為明顯的水平分布梯度。在玉米生育期0～100cm土壤速效磷素含量水平很低，上下土層變異范圍為5mg/kg～3mg/kg之間；隨著玉米生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行先在40cm以上土壤速效磷素逐漸增加，后在第60～70天，深層土壤速效磷才增加，深層土壤速效磷的遞增與該階段土壤水分增加有很大關(guān)系。從第75天起土壤剖面屬于速效磷素的耗竭過程。盡管玉米根系分布較淺，在旱地深層土壤磷素同樣具有重要的生物學(xué)意義。 4.土壤速效鉀在小麥生育過程中大

10、多是隨時(shí)間的變化梯度比隨空間變化梯度更加明顯，這是因?yàn)橥寥浪傩р浭芡寥滥纲|(zhì)類型作用程度較強(qiáng)，人為培肥作用對(duì)其影響相對(duì)較弱緣故。速效鉀在小麥生育前期主要耗竭于50cm以上土層，在第100～170天期間50cm以下土層速效鉀耗竭才非常明顯，整個(gè)小麥生育期間剖面上各層土壤速效鉀減小量平均在50～55mg/kg。 玉米生育期間土壤剖面速效鉀素分布特征呈現(xiàn)出了明顯的水平分布梯度，在40～70cm處呈現(xiàn)出低谷。上層0～30cm土壤速效鉀含量

11、變異不大，而40～70cm土壤速效鉀升降過程明顯。尤其在生育后期40cm以下土壤速效鉀減少較為明顯。 5.關(guān)中旱地土壤剖面除0～20cm以外，其下層水分顯示出較強(qiáng)的整體移動(dòng)特征，也即土壤水分的增減過程在20～100cm范圍內(nèi)有很強(qiáng)的同步性。而0～20cm水分含量變異性強(qiáng)，也即對(duì)于作物生長(zhǎng)的安全性和保障率相對(duì)低，20cm以下土壤墑情相對(duì)穩(wěn)定，基本上能夠穩(wěn)定在土壤田間持水量的50～80％以上，而且由于土體具有較強(qiáng)和整體移動(dòng)性能，基本