本文關(guān)鍵詞：長(zhǎng)期不同施肥條件下黑土區(qū)春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力演變特征，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：農(nóng)田地力水平的高低取決于生產(chǎn)消耗與培育補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)平衡。我國(guó)幅員遼闊,由于地理環(huán)境、土壤理化性狀和耕作管理模式不同,不同區(qū)域農(nóng)田地力存在顯著差異。同時(shí)在高強(qiáng)度利用條件下,重生產(chǎn),輕保育,農(nóng)田地力水平總體處于比較低水平的平衡。面對(duì)人口日益增長(zhǎng),國(guó)家增糧需求與高強(qiáng)度利用條件下農(nóng)田地力總體水平低的矛盾,加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)地力培育和挖掘農(nóng)田生產(chǎn)潛力成為我國(guó)急需探索和解決的問(wèn)題。國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)“農(nóng)田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素(2011CB100501)”專(zhuān)家組經(jīng)過(guò)反復(fù)研究討論,定義農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力(Basic Soil Productivity,BSP)狹義是指在當(dāng)?shù)氐牧⒌貤l件、土壤剖面理化性狀、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平下,經(jīng)過(guò)多年水肥培育后,當(dāng)季旱地?zé)o水肥投入、水田在無(wú)養(yǎng)分投入時(shí)的土壤生產(chǎn)能力。本研究以973專(zhuān)家組給出的農(nóng)田基礎(chǔ)地力定義為基礎(chǔ),以我國(guó)東北黑土糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤為研究對(duì)象,選擇當(dāng)?shù)刂饕魑锎河衩?利用公主嶺黑土肥力和肥料效益長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)22年(1990-2011年)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和12個(gè)黑土區(qū)國(guó)家級(jí)耕地土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)1988-2006年數(shù)據(jù),建立時(shí)空坐標(biāo)(以長(zhǎng)期試驗(yàn)的時(shí)間序列為時(shí)間坐標(biāo),以黑土區(qū)南北緯度梯度帶為空間坐標(biāo)),應(yīng)用農(nóng)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移決策支持系統(tǒng)DSSAT(Decision Support System for Agro-Technology Transfer)作物生長(zhǎng)模型和構(gòu)建的基礎(chǔ)地力指數(shù)模型(BSPI)模擬研究黑土區(qū)農(nóng)田長(zhǎng)期不同施肥條件下基礎(chǔ)地力的時(shí)空演變規(guī)律。以多元統(tǒng)計(jì)分析方法解析影響基礎(chǔ)地力提升的主控因素,并通過(guò)大田和盆栽試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,為我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)地力定向培育提供科學(xué)依據(jù),對(duì)保障國(guó)家糧食安全,實(shí)現(xiàn)增糧需求具有重要的理論和實(shí)際意義。主要結(jié)論與結(jié)果如下:(1)本研究利用校驗(yàn)好的DSSAT模型模擬不同施肥處理下黑土春玉米20年(1992-2011年)的基礎(chǔ)地力產(chǎn)量和地力貢獻(xiàn)率,可以很好的表征不同施肥處理的基礎(chǔ)地力變化。結(jié)果表明,化肥與有機(jī)肥或秸稈配施可以顯著提高農(nóng)田基礎(chǔ)地力產(chǎn)量,年平均增長(zhǎng)率在4.1%-6.0%之間。施用化肥(NPK)、有機(jī)肥與化肥(NPKM)、高倍有機(jī)肥與化肥(l.5NPKM)和玉米秸稈與化肥(NPKS),4種施肥處理下20年春玉米基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率均值分別為76.4%、80.4%、84.7%和74.4%。說(shuō)明增施有機(jī)肥不僅具有增產(chǎn)效應(yīng),對(duì)培肥地力,提高農(nóng)田基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)較大。而長(zhǎng)期不施肥CK處理的產(chǎn)量整體呈下降趨勢(shì),下降了8.9%。因此,長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中CK產(chǎn)量的變化不能真實(shí)反映施肥條件下農(nóng)田基礎(chǔ)地力的演變特征。(2)利用大田試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果顯示,模型模擬的基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率與大田試驗(yàn)實(shí)測(cè)的貢獻(xiàn)率比較接近,歸一化均方根差RMSE=5.39%,一致性指數(shù)d=0.74。與盆栽試驗(yàn)相比,模擬和實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率大小排列次序一致,均為:1.5NPKMNPKMNPKNPKS。有機(jī)肥與化肥配施(1.5NPKM、NPKM)兩個(gè)處理模型模擬值與盆栽試驗(yàn)實(shí)測(cè)值最接近,誤差在8.3%以內(nèi)。(3)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常規(guī)施肥方式下,農(nóng)田基礎(chǔ)地力指數(shù)(BSPI)隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)(P0.01);基礎(chǔ)地力指數(shù)與黑土的緯度分布有關(guān),隨著緯度的升高呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。這一變化趨勢(shì)與黑土有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量隨著緯度的升高而增加的空間變化趨勢(shì)一致。(4)公主嶺長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率與土壤有機(jī)質(zhì)含量極顯著相關(guān),與全氮、全磷和有效磷也達(dá)到了顯著的相關(guān)水平。吉林和黑龍江12個(gè)國(guó)家黑土監(jiān)測(cè)點(diǎn)的春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力指數(shù)都與土壤有機(jī)碳(SOC)、全氮含量相關(guān)性最顯著。說(shuō)明土壤有機(jī)碳和氮素是影響東北黑土區(qū)農(nóng)田基礎(chǔ)地力的最關(guān)鍵因素。當(dāng)SOC含量增加1 g kg-1,春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力產(chǎn)量大約提高220 kg ha-1。(5)NPKM和1.5NPKM處理下,SOC含量均隨著施肥年限的增加呈顯著上升趨勢(shì)。到2008年,1.5NPKM、NPKM、NPKS、NPK 4個(gè)處理分別比對(duì)照不施肥處理(CK)SOC含量增加了65.6%、65.1%、26.0%和21.7%。而CK處理的SOC含量從1990年的12.49 g kg-1下降到2008年的11.67 g kg-1,下降了6.6%。0-20 cm土層SOC儲(chǔ)量也提升了12.8%-41.5%。只有長(zhǎng)期不施肥CK處理SOC儲(chǔ)量從31.0 t C ha-1下降到29.2 t C ha-1,下降了6.2%,說(shuō)明沒(méi)有有機(jī)物料的投入,僅靠根茬很難維持黑土SOC水平。NPKM和1.5NPKM處理的固碳速率比較高,分別為0.895、0.823 t C ha-1 yr-1。單施化肥雖然也能增加SOC儲(chǔ)量,但固碳速率只有0.218 t C ha-1 yr-1。公主嶺黑土農(nóng)田碳的平均轉(zhuǎn)化效率約為0.12,SOC的年分解速率約為0.14。要維持SOC的穩(wěn)定,每年需維持投入1.17 t ha-1。(6)NPKM和1.5NPKM施肥處理下全氮含量隨時(shí)間均呈顯著上升趨勢(shì),尤其是1.5NPKM處理,土壤全氮含量由試驗(yàn)初期的1.43 g kg-1增加到2008年的1.76 g kg-1,提高了21.7%。而NPK和CK處理的全氮含量呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì),20年分別下降了20.7%和30.3%。NPKS處理19年來(lái)土壤全氮含量維持穩(wěn)定,變化不顯著,平均1.33 g kg-1。(7)不施肥CK處理和單施化肥、秸稈還田配施化肥處理土壤速效氮含量呈下降趨勢(shì),下降了7.4%-15.0%。而無(wú)機(jī)有機(jī)配施土壤速效氮含量呈上升趨,增加了11.4%-12.5%。不同施肥處理土壤速效氮平均含量(1990-2005年)順序?yàn)?.5NPKM(149.06 mg kg-1)NPKM(135.07 mg kg-1)NPK(122.26 mg kg-1)NPKS(114.56 mg kg-1)CK(109.06 mg kg-1)。(8)黑土不同施肥處理下土壤C/N隨著時(shí)間發(fā)生了不同變化,其中長(zhǎng)期不施肥CK處理和NPK處理C/N值有顯著增加,分別由1990年的9.5、8.3上升到2008年的12.7和12.8,提高了33.7%和54.2%。主要原因是19年來(lái)SOC含量變化不大,但全氮含量發(fā)生了顯著下降,因此C/N提升顯著。而長(zhǎng)期施用有機(jī)肥(1.5NPKM和NPKM處理),SOC含量增加顯著,同樣全氮含量也顯著增加,使C/N值有升高,但不如CK和NPK處理升高那么顯著。分別由1990年的10.1、9.5上升到2008年的11.1和12.2,提高了9.9%和28.4%。秸稈還田處理(NPKS)使耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量緩慢增加,而全氮含量變化不大,因此C/N也呈現(xiàn)緩慢升高趨勢(shì),提高了23.3%。
【關(guān)鍵詞】：長(zhǎng)期施肥 基礎(chǔ)地力 土壤有機(jī)碳 黑土 DSSAT模型
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S158
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 英文縮略表16-17
• 第一章 緒論17-28
• 1.1 研究目的與意義17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展17-23
• 1.2.1 長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤肥力的影響研究18-20
• 1.2.2 農(nóng)田基礎(chǔ)地力的表征方式20-21
• 1.2.3 長(zhǎng)期施肥對(duì)農(nóng)田基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率的影響21-22
• 1.2.4 農(nóng)田地力評(píng)價(jià)22
• 1.2.5 DSSAT模型發(fā)展與應(yīng)用22-23
• 1.2.6 展望23
• 1.3 研究思路與技術(shù)路線23-24
• 1.3.1 研究思路23-24
• 1.3.2 技術(shù)路線24
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 1.5 研究方法25-27
• 1.5.1 基于作物產(chǎn)量：作物生長(zhǎng)模型法(DSSAT模型)25-26
• 1.5.2 基于土壤性質(zhì)：基礎(chǔ)地力指數(shù)模型法（BSPI法）26
• 1.5.3 試驗(yàn)研究法（大田和盆栽試驗(yàn)）26-27
• 1.6 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題27-28
• 第二章 研究區(qū)域與方法28-38
• 2.1 研究區(qū)域概況28
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)28-35
• 2.2.1 國(guó)家黑土肥力和肥料效益監(jiān)測(cè)基地試驗(yàn)設(shè)計(jì)28-31
• 2.2.2 黑土區(qū)國(guó)家級(jí)耕地土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)31-33
• 2.2.3 高中肥力黑土大田和盆栽驗(yàn)證試驗(yàn)33-35
• 2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法35
• 2.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析35-38
• 第三章 DSSAT模型數(shù)據(jù)庫(kù)建立與模型校驗(yàn)38-45
• 3.1 DSSAT模型簡(jiǎn)介38-39
• 3.2 DSSAT模型結(jié)構(gòu)與功能39-40
• 3.3 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理40-41
• 3.4 DSSAT模型數(shù)據(jù)庫(kù)的組建41-43
• 3.4.1 氣象數(shù)據(jù)庫(kù)的建立41
• 3.4.2 土壤數(shù)據(jù)庫(kù)建立41
• 3.4.3 田間管理數(shù)據(jù)庫(kù)建立41-42
• 3.4.4 作物參數(shù)調(diào)試42-43
• 3.5 模型校驗(yàn)43-44
• 3.6 小結(jié)44-45
• 第四章 長(zhǎng)期不同施肥條件下黑土農(nóng)田基礎(chǔ)地力時(shí)間演變特征45-56
• 4.1 長(zhǎng)期不同施肥條件下春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力產(chǎn)量演變規(guī)律45-47
• 4.2 長(zhǎng)期不同施肥條件下春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率演變規(guī)律47-48
• 4.3 大田和盆栽驗(yàn)證試驗(yàn)48-53
• 4.3.1 不同肥力水平的大田驗(yàn)證試驗(yàn)48-51
• 4.3.2 盆栽驗(yàn)證試驗(yàn)51-53
• 4.4 討論53-54
• 4.4.1 農(nóng)田基礎(chǔ)地力的表征方式53
• 4.4.2 不同施肥方式對(duì)春玉米基礎(chǔ)地力的影響53-54
• 4.5 小結(jié)54-56
• 第五章 常規(guī)施肥條件下黑土區(qū)農(nóng)田基礎(chǔ)地力時(shí)空演變特征56-67
• 5.1 基礎(chǔ)地力指數(shù)模型構(gòu)建56-58
• 5.1.1 土壤生產(chǎn)力指數(shù)模型簡(jiǎn)介56-57
• 5.1.2 模型指標(biāo)選擇57
• 5.1.3 確定指標(biāo)權(quán)重57
• 5.1.4 構(gòu)建基礎(chǔ)地力指數(shù)模型57-58
• 5.2 黑土區(qū)春玉米產(chǎn)量變化規(guī)律58-59
• 5.3 春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力指數(shù)（BSPI）與產(chǎn)量的相關(guān)性分析59-61
• 5.4 常規(guī)施肥方式下黑土區(qū)農(nóng)田基礎(chǔ)地力時(shí)間演變特征61-62
• 5.5 常規(guī)施肥方式下黑土區(qū)農(nóng)田基礎(chǔ)地力空間演變特征62-64
• 5.5.1 黑龍江黑土農(nóng)田基礎(chǔ)地力演變規(guī)律62
• 5.5.2 吉林黑土農(nóng)田基礎(chǔ)地力演變規(guī)律62-63
• 5.5.3 農(nóng)田基礎(chǔ)地力區(qū)域差異分析63-64
• 5.6 討論64-65
• 5.6.1 基礎(chǔ)地力指數(shù)模型（BSPI）的構(gòu)建和完善64-65
• 5.6.2 黑土區(qū)農(nóng)田基礎(chǔ)地力的區(qū)域性差異65
• 5.7 小結(jié)65-67
• 第六章 黑土農(nóng)田基礎(chǔ)地力的主要影響因素分析67-75
• 6.1 土壤養(yǎng)分對(duì)農(nóng)田基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率的影響67-68
• 6.2 土壤養(yǎng)分對(duì)農(nóng)田基礎(chǔ)地力指數(shù)的影響68-71
• 6.3 討論71-73
• 6.3.1 土壤氮磷鉀養(yǎng)分對(duì)農(nóng)田基礎(chǔ)地力的影響71-72
• 6.3.2 土壤有機(jī)碳與農(nóng)田基礎(chǔ)地力的關(guān)系72-73
• 6.4 小結(jié)73-75
• 第七章 黑土農(nóng)田基礎(chǔ)地力關(guān)鍵因子演變規(guī)律75-91
• 7.1 長(zhǎng)期不同施肥黑土有機(jī)碳演變規(guī)律75-77
• 7.1.1 長(zhǎng)期不同施肥黑土有機(jī)碳含量變化規(guī)律75-76
• 7.1.2 長(zhǎng)期不同施肥黑土有機(jī)碳儲(chǔ)量變化規(guī)律76-77
• 7.2 長(zhǎng)期不同施肥黑土農(nóng)田有機(jī)碳投入與轉(zhuǎn)化分析77-81
• 7.2.1 春玉米地上植株碳含量78
• 7.2.2 農(nóng)田有機(jī)碳投入78-80
• 7.2.3 農(nóng)田有機(jī)碳轉(zhuǎn)化80-81
• 7.3 長(zhǎng)期不同施肥黑土氮素演變規(guī)律81-84
• 7.3.1 長(zhǎng)期不同施肥黑土全氮變化規(guī)律81-82
• 7.3.2 長(zhǎng)期不同施肥黑土速效氮變化規(guī)律82-83
• 7.3.3 長(zhǎng)期不同施肥黑土氮儲(chǔ)量變化規(guī)律83-84
• 7.4 討論84-89
• 7.4.1 不同施肥方式對(duì)SOC的影響84-86
• 7.4.2 不同施肥方式對(duì)土壤氮素的影響86-87
• 7.4.3 不同施肥方式對(duì)土壤碳氮比（C/N）的影響87-89
• 7.5 小結(jié)89-91
• 第八章 結(jié)論91-94
• 8.1 主要研究結(jié)論91-92
• 8.2 創(chuàng)新點(diǎn)92-93
• 8.3 存在問(wèn)題及不足93
• 8.4 未來(lái)研究方向93-94
• 參考文獻(xiàn)94-103
• 致謝103-104
• 作者簡(jiǎn)歷104

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  本文關(guān)鍵詞：長(zhǎng)期不同施肥條件下黑土區(qū)春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力演變特征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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