论文部分内容阅读
华北平原是我国重要的小麦和玉米产区，它在保障我国的粮食安全中具有重要作用。本研究以封丘县为典型研究区域，通过县域农田采样和田块尺度多点跟踪监测田间试验，研究了县域农田土壤肥力的时空变异规律，农田土壤肥力、施肥、水分、农田管理措施等因子对农田生产力的影响，以及农田氮肥施用对土壤硝酸盐积累和淋失的影响。研究结果为揭示华北地区农田生态系统关键生态过程对生产力的作用机制，保障农田土壤的持续高效利用，提高区域农田生产力，实现环境友好，具有重要的理论和实践意义。主要研究结果表明：
1.区域潮土的肥力质量得到普遍提高，土壤有机质、全氮、速效磷等养分平均含量得到显著增加，同时有机质、全氮、碱解氮和速效磷等养分指标低含量等级的比例显著降低，而较高含量水平等级比例显著增多，而土壤速效钾平均含量显著降低，较高含量的等级比例显著减少，而可能缺钾的土壤比例显著增多。
2.农田县域多点土壤肥力与生产力相关分析表明，土壤速效磷与玉米产量显著相关(P=0.046)，而土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾与作物产量相关不显著。表明磷肥仍是限制区域玉米产量的主要因子。
3.土壤肥力因子、农田管理措施等与玉米产量的灰色关联分析表明，土壤养分含量与玉米单产的关联度要明显大于几项农田管理措施。土壤肥力因素中，速效磷对玉米单产量的影响最大，碱解氮、全氮和有机质次之，它们的关联度都超过0.78；在农田管理措施与土壤类型中，以土壤类型对玉米单产的影响为最大，灌溉次数次之。
4.田块多点跟踪监测结果表明，土壤有机质含量与小麦产量之间存在着显著正相关关系，其关系式为YoM=1.5263x+2.8945(P=0.026)，其他土壤养分则相关不显著。小麦季氮肥总用量、基施氮肥用量、肥料总养分含量均与产量存在着显著负相关；玉米的产量与氮肥施用量也呈显著负相关，表明田块上氮肥总体施用过量。土壤肥力指标、施肥与小麦产量的灰色关联度分析表明，土壤肥力水平大于施肥指标；土壤肥力指标中，有机质、CEC的关联度最大，含氮量次之。施肥措施中，肥料养分总量对产量的影响最大。施肥与玉米产量的灰色关联度分析结果表明，土壤中的速效养分对玉米产量的影响大于施肥的影响。
5.田块尺度上土壤水势变化与土壤类型、灌水条件、地形地貌等密切相关。玉米季土壤水势显著高于小麦季，而且较低水势的天数明显较少。小麦生长季土壤耕层平均水势与小麦产量有着显著的正相关关系(P=0.032)，而玉米的产量与其生长期耕层土壤水势无显著相关性，这与玉米生长季降水较多有关。
6.田块尺度上施肥与不同类型土壤剖面上硝态氮的积累和淋失有明显的关系。相关分析结果表明，两合土土壤剖面中的硝态氮浓度和总量与氮肥使用量无显著相关关系。而在砂土田块，氮肥用量与土壤剖面中的硝态氮总量和1m以下剖面中的硝态氮总量分别达到了极显著相关和显著相关，方程为y=0.0749x-14.57(P=0.008)和y=0.189x-36.109(P=0.018)。小麦和玉米生长期120深处土壤溶液水中硝态氮含量与田块氮肥施用量的相关分析结果表明，土壤溶液硝态氮浓度与施氮量极显著相关和显著相关，方程分别为y=0.1114x-3.8643(P＜0.001)，y=0.2207x-19.897，P=0.047。两合土田块的土壤溶液水全氮浓度与氮肥施用量之间没有显著相关性。因此，砂性土壤过量施肥更易引起硝态氮向下淋失。