黑河中游邊緣綠洲農(nóng)田土壤質(zhì)量及其農(nóng)業(yè)管理的影響.pdf

1、本文選擇黑河流域荒漠綠洲過(guò)渡區(qū)綠洲農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)展土壤質(zhì)量及其調(diào)控研究，得出主要結(jié)論：
　　 一、分析了黑河中游荒漠綠洲過(guò)渡區(qū)荒漠土壤和荒漠開(kāi)墾后的農(nóng)田表層土壤24種化學(xué)元素的含量。對(duì)自然荒漠土壤元素含量的統(tǒng)計(jì)，得出研究區(qū)域土壤元素背景值:大量元素Si、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na和P分別為:335.3、49.4、19.1、29.4、8.9、20.1、17.5和0.338 g/kg;常見(jiàn)的lL種重金屬元素Cr、Mn、Ni、C

2、u、Zn、Pb和As分別為:55.8、404.8、17.7、5.1、33.7和5.2 mg/kg;其它痕量元素Ti、V、Co、Rb、Sr、Y、Zr、Nb和Ba分別為:2.0、55.3、5.7、82.4、232.9、14.7、194.9,7.8和720.6 mg/kg?；哪寥篱_(kāi)墾后，隨著人為耕作、灌溉和施肥，土壤元素含量發(fā)生顯著的變化。Si、K、Na、Sr、Zr和Ba元素含量有一定程度的降低，Rb未發(fā)生明顯變化，其它17種元素含量均有顯

3、著的增加，增加幅度在17％～3.5倍。開(kāi)墾后長(zhǎng)期的灌溉土壤粘粉粒含量增加、長(zhǎng)期施用化肥和農(nóng)肥有機(jī)質(zhì)含量增加，是土壤元素得以積累的主要原因。土壤元素積累隨土壤發(fā)育程度而增加，表現(xiàn)為干潤(rùn)雛形土>早耕人為土>正常干旱土>砂質(zhì)新成土。
　　 二、對(duì)黑河中游邊緣綠洲區(qū)農(nóng)田表層土壤團(tuán)聚體特征及其影響因素的研究表明:研究的4種土類，除干潤(rùn)雛形土外，大部分土壤粒級(jí)組成以沙粒為主;土壤有機(jī)碳含量低，平均為5.88±2.52 g/kg，4種土類平均

4、含量變動(dòng)在4.75～10.51 g/kg，以砂質(zhì)新成土最低，干潤(rùn)雛形土最高;碳酸鈣含量普遍較高，平均含量變動(dòng)在84.7～164.8 g/kg，隨土壤粘粉粒和有機(jī)碳含量的增加而增加；>0.25 mm的干團(tuán)聚體以土類平均變動(dòng)在65.2％～94.6％，干團(tuán)聚體組成以>5 mm的大塊狀團(tuán)聚體(土塊)為主，平均重量粒徑(DMWD)變動(dòng)在3.2～5.5 mm；>0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體變動(dòng)在23.8％～45.4％，團(tuán)聚體破壞率(PAD)在52.

5、4％～66.8％，團(tuán)聚體組成和特征有利于抵抗土壤風(fēng)蝕，但穩(wěn)定性差，灌溉后易于分散、沉實(shí)板結(jié)、通透性差。土壤粘粉粒、有機(jī)碳、碳酸鈣及鐵鋁氧化物均對(duì)團(tuán)聚體的形成有顯著作用，以土壤粘粒和細(xì)粉粒作用最大，有機(jī)碳和碳酸鈣作用次之；但有機(jī)碳和碳酸鈣對(duì)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性較粘粉粒的影響更為明顯。退耕種植多年生苜蓿后，土壤有機(jī)碳、團(tuán)聚體數(shù)量及其穩(wěn)定性顯著增加。對(duì)生態(tài)脆弱的邊緣綠洲區(qū)新墾土地，退耕還草或推行草糧輪作，是改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、減輕土壤風(fēng)蝕的

6、可持續(xù)土地利用的有效途徑。
　　 三、土壤有機(jī)碳和氮在維持土壤質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量方面起著重要的作用。通過(guò)對(duì)黑河中游邊緣綠洲農(nóng)田退耕種植苜蓿4年后表層土壤碳、氮儲(chǔ)量的分析表明，在0～5 cm表層全量有機(jī)碳(SOC)、氮(TN)和顆粒有機(jī)碳、氮(POM-C,POM-N)的儲(chǔ)量退耕苜蓿地顯著高于相鄰對(duì)照農(nóng)田。但0～20 cm層，苜蓿地土壤與對(duì)照農(nóng)田SOC, POM-C, POM-N有顯著差異，而TN無(wú)顯著差異。兩種土地利用方式之間，POM

7、-C, POM-N較SOC, TN有更顯著的差異。退耕苜蓿地0～20 cm土層SOC和TN儲(chǔ)量平均為22.05 MgC/ha和2.31 MgN/ha，相鄰未退耕農(nóng)田土壤為19.78 MgC/ha和2.21 MgN/ha。退耕種植苜蓿4年后有機(jī)碳的固存率(0～20 cm)平均為0.56 MgC/hayr。研究區(qū)4種主要土類。0～20 cm土層有機(jī)碳的容量水平分別為:干潤(rùn)雛形土，31.4～35.5gC/kg;早耕人為土，19.0～24.5

8、g C/kg；砂質(zhì)新成土，10.8～15.2 gC/kg;正常干旱土，8.9～11.5gC/kg；表明邊緣綠洲土壤有巨大的碳固存潛力。土壤有機(jī)碳含量極低的沙質(zhì)土壤在土地利用轉(zhuǎn)變后較粉壤質(zhì)土壤有更大的碳固存潛力。在瘠薄耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄晟俎５睾笸寥繡庫(kù)的增加主要是由于POC的形成量增加。研究結(jié)果表明，在研究區(qū)域邊緣土地由一年生作物向多年生牧草的轉(zhuǎn)變是增加土壤碳氮庫(kù)、改善土壤質(zhì)量的有效對(duì)策。
　　 四、土壤有機(jī)碳的保持是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生

9、產(chǎn)力長(zhǎng)期穩(wěn)定的物質(zhì)基礎(chǔ)。不同的施肥管理措施顯著影響SOC的動(dòng)態(tài)變化。在黑河流域中游灌漠土長(zhǎng)期肥料定位試驗(yàn)研究表明，和不施肥對(duì)照相比，長(zhǎng)期單獨(dú)施用化肥，能夠維持較高的農(nóng)作物產(chǎn)量，但并不能增加SOC含量，23年的化肥施用較試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)SOC含量下降了18％。長(zhǎng)期不平衡施用化肥(單施氮肥和氮磷肥配施)顯著降低了有效P和K的含量。這表明，在研究區(qū)域?qū)嵭谐Ｒ?guī)耕作管理，農(nóng)作物秸稈不能還田的情況下，長(zhǎng)期無(wú)機(jī)肥的施用并不能維持SOC的養(yǎng)分水平。而長(zhǎng)期農(nóng)肥

10、的施用或農(nóng)肥與化肥的配施，SOC和全N含量從試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的12.1 g/kg和0.76 g/kg增加到15.46 g/kg和1.28 g/kg，在23年期間有效N, P和K含量分別增加了47％、50％和68％。施用有機(jī)肥處理較不施有機(jī)肥處理，土壤團(tuán)聚體的平均重量粒徑(MWD)增加0.48mm，同時(shí)增加了>2mm和2～0.25mm大團(tuán)聚體的比例。土壤有機(jī)碳含量與MWD有顯著的正相關(guān)關(guān)系((R2=0.75)。2-0.25mm團(tuán)聚體有最高的有機(jī)

11、碳含量，而微團(tuán)聚體((0.25-0.05mm)中含量最低。在不施有機(jī)肥的處理中，54％～60％的SOC被保護(hù)在微團(tuán)聚體((0.25-0.05mm)和土壤粘粉粒組分中(<0.05 mm)，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的處理，57％～64％的SOC被保護(hù)在大團(tuán)聚體(>0.25 mm)。長(zhǎng)期有機(jī)肥和N、P、K化肥的平衡配合施用對(duì)促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定性、保持和提高SOC和養(yǎng)分水平有顯著的效應(yīng)。
　　 五、研究了黑河中游邊緣綠洲沙地農(nóng)田不同灌溉

12、水平(常規(guī)灌溉，12000 m3/ha；節(jié)水10％，10800 m3/ha；節(jié)水20％,9600 m3/ha)和施氮水平(0、150、225、300和375kgN/ha)下玉米產(chǎn)量、氮肥利用率、灌溉水生產(chǎn)力及硝態(tài)氮在土壤剖面中的分布。結(jié)果表明，常規(guī)高量灌溉(12000 m3/ ha)和節(jié)水10％和20％的處理玉米產(chǎn)量和地上生物量無(wú)顯著差異;在施有機(jī)肥和磷、鉀肥的基礎(chǔ)上，施氮量150～375 kgN/ha較不施氮處理增產(chǎn)74.8％～108

13、.6％，施氮量超過(guò)225 kg Nhm-2，產(chǎn)量不再顯著增加;氮肥利用率平均變動(dòng)在50.6％～83.7％，隨施氮量的增加而下降，超過(guò)225 kgN/ha時(shí)顯著降低。在施用氮肥時(shí)，玉米灌溉水生產(chǎn)力變動(dòng)在0.97～1.35 kg m-3,隨灌溉量的增加而下降，施氮量超過(guò)225 kgN/ha時(shí)，灌溉水生產(chǎn)力不再顯著增加。水肥配合有顯著的交互效應(yīng)，高量的水氮配合可獲得較高的產(chǎn)量，但水肥利用效率顯著下降。對(duì)每次灌溉前土壤剖面水分含量的測(cè)定結(jié)果表明

14、，3個(gè)灌溉水平下0～160 cm土層土壤水分含量無(wú)顯著差異，表明常規(guī)高量灌溉并不能保持較長(zhǎng)時(shí)間的有效水分供作物吸收利用;高量灌溉下，0～200cm土壤剖面中N03-N的積累量低于節(jié)水灌溉處理，表明高量灌溉使更多的N03-N淋溶至更深的土層，對(duì)地下水氮污染風(fēng)險(xiǎn)加大。從水肥高效利用、降低氮污染風(fēng)險(xiǎn)和緩解水資源短缺綜合考慮，進(jìn)行合理的水肥調(diào)控、適度降低灌溉量和氮肥投入是沙地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)管理的合理選擇。通過(guò)合理的水肥調(diào)控沙地農(nóng)田仍有很大的節(jié)水潛