連續(xù)施肥對(duì)不同肥力稻田土壤基礎(chǔ)地力和土壤養(yǎng)分變化的影響

魯艷紅，廖育林,3，聶 軍,3，周 興，謝 堅(jiān)，楊曾平

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連續(xù)施肥對(duì)不同肥力稻田土壤基礎(chǔ)地力和土壤養(yǎng)分變化的影響

魯艷紅1,2，廖育林1,2,3，聶 軍1,2,3，周 興1,2，謝 堅(jiān)1,2，楊曾平1,2

（1湖南省土壤肥料研究所，長(zhǎng)沙410125；2農(nóng)業(yè)部湖南耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，長(zhǎng)沙 410125；3南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410128）

【目的】研究雙季稻種植制度下，連續(xù)3年施肥與不施肥對(duì)不同肥力土壤基礎(chǔ)地力產(chǎn)量、基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率、土壤氮磷鉀表觀平衡和土壤養(yǎng)分變化的影響，為不同肥力土壤基礎(chǔ)地力培育及土壤肥力維持和提升提供參考?！痉椒ā繌?2年長(zhǎng)期施用不同肥料定位試驗(yàn)的不施任何肥料（CK）、施氮磷鉀肥（NPK）和氮磷鉀肥配施稻草（NPKS）處理采取土壤，分別代表3種不同肥力水平，設(shè)置連續(xù)3年施肥與不施肥處理的盆栽試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)雙季水稻產(chǎn)量、土壤基礎(chǔ)地力產(chǎn)量、基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率和土壤氮磷鉀養(yǎng)分的變化?！窘Y(jié)果】在試驗(yàn)期間，不同肥力土壤的早晚稻基礎(chǔ)地力產(chǎn)量、基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為：NPKS處理土壤＞NPK處理土壤＞CK處理土壤，且隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜难娱L(zhǎng)，不同肥力土壤之間的差異呈逐漸縮小趨勢(shì)，到試驗(yàn)第3年，不同肥力土壤之間的差異變得不顯著。無(wú)論施肥或不施肥，初始肥力越高的土壤經(jīng)3年6季水稻種植，由作物收獲帶走的氮、磷、鉀養(yǎng)分越多。不同肥力土壤在連續(xù)施肥條件或不施肥條件下，肥力養(yǎng)分變化規(guī)律存在較大差異，這種差異與水稻種植體系中養(yǎng)分輸入-輸出平衡狀況有一定關(guān)系?！窘Y(jié)論】初始肥力越高的土壤如果連續(xù)不施肥，其基礎(chǔ)地力下降得越快。因此，對(duì)于地力水平較低的土壤應(yīng)注重合理施肥，培育和提高農(nóng)田土壤肥力和基礎(chǔ)地力；地力水平較高的土壤也應(yīng)注意高效合理補(bǔ)充養(yǎng)分，以維持土壤較高的肥力水平和持續(xù)生產(chǎn)力。

雙季稻田；不同肥力；土壤基礎(chǔ)地力；土壤養(yǎng)分；連續(xù)施肥

0 引言

【研究意義】2015年中國(guó)糧食總產(chǎn)量達(dá)到6.2144×108t，糧食生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)“十二連增”，這主要與近年來(lái)中國(guó)糧食生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、科技進(jìn)步和糧食播種面積穩(wěn)步擴(kuò)大有關(guān)，也與中低產(chǎn)田改良密不可分[1]。為了實(shí)現(xiàn)新形勢(shì)下國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略中谷物基本自給和口糧絕對(duì)安全的目標(biāo)，進(jìn)一步提高中國(guó)糧食生產(chǎn)能力成為必然要求。但是，在中國(guó)糧食連續(xù)多年增產(chǎn)后基數(shù)大、生產(chǎn)資源約束趨緊的形勢(shì)下，如何滿足未來(lái)糧食持續(xù)增產(chǎn)成為亟待解決的問(wèn)題。通過(guò)合理施肥提高農(nóng)田土壤質(zhì)量，提升面積廣大的中低產(chǎn)田地力水平，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源利用的可持續(xù)性成為應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題的有效途徑?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】農(nóng)田基礎(chǔ)地力提升對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量提高有非常重要的作用，同時(shí)對(duì)減少化肥投入，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)也有重要意義[2-4]。農(nóng)田地力水平的高低取決于養(yǎng)分補(bǔ)償與消耗的動(dòng)態(tài)平衡。中低產(chǎn)田改良過(guò)程也是土壤地力培育和提升過(guò)程[5-6]，高強(qiáng)度種植中，農(nóng)田地力的提升有賴于生產(chǎn)過(guò)程中培育補(bǔ)償作用的加大和生物轉(zhuǎn)化過(guò)程中物質(zhì)積累的貢獻(xiàn)。合理施肥既是水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要途徑，也是土壤基礎(chǔ)地力培育的重要措施[7-8]。通過(guò)農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力的提高，可以實(shí)現(xiàn)“藏糧于地”。合理均衡施肥或有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施能緩慢培育或維持土壤肥力，而長(zhǎng)期非均衡或不施肥則可能導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降、土壤養(yǎng)分比例失衡、養(yǎng)分耗竭[9-10]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，中國(guó)中低產(chǎn)田存在的主要問(wèn)題是土壤貧瘠化加重，高產(chǎn)田也普遍存在退化速度加快的問(wèn)題。不同施肥使土壤基礎(chǔ)地力朝不同方向發(fā)展，但以往關(guān)于施肥制度的研究較多集中在作物產(chǎn)量效應(yīng)、養(yǎng)分吸收及養(yǎng)分利用效率等方面，有關(guān)施肥對(duì)于不同肥力土壤基礎(chǔ)地力變化和土壤肥力變化的比較研究相對(duì)較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究從32年長(zhǎng)期施用不同肥料定位試驗(yàn)的不施任何肥料（CK）、施氮磷鉀肥（NPK）和氮磷鉀肥配施稻草（NPKS）處理采取土壤，分別代表高、較高、低3種不同肥力水平，在這3種土壤基礎(chǔ)上設(shè)置施氮磷鉀肥和不施肥盆栽試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)連續(xù)3年6季水稻種植中的3種不同肥力水平土壤上雙季稻產(chǎn)量效應(yīng)和基礎(chǔ)地力的變化規(guī)律，分析不同肥力土壤基礎(chǔ)地力變化特征的差異，研究土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分變化規(guī)律的差異及分析造成這種差異可能的原因，探討同一施肥條件下不同肥力土壤基礎(chǔ)地力變化的方向及速率，揭示農(nóng)田地力提升機(jī)理，提出農(nóng)田地力定向培育對(duì)策，為克服農(nóng)田高強(qiáng)度種植中的養(yǎng)分限制因素、提升農(nóng)田基礎(chǔ)地力和阻控高產(chǎn)田退化提供科學(xué)數(shù)據(jù)和理論支撐。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2012—2014年在湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院盆栽試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)點(diǎn)地處亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降雨量1 400 mm，降雨主要集中在春季和夏季，年均氣溫為16.8℃，最高和最低月平均氣溫分別在7月（28.9℃）和1月（4.7℃）。

1.2 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了保證供試土壤除肥力不同外其他因素較為一致，盆栽土壤采自農(nóng)業(yè)部望城紅壤水稻土生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站的長(zhǎng)期定位肥料試驗(yàn)，以該長(zhǎng)期定位試驗(yàn)CK、NPK和NPKS三種處理的0—20 cm耕層土壤，分別代表低肥力、較高肥力和高肥力3種不同土壤肥力水平。土壤為第四紀(jì)紅土發(fā)育的水稻土（粉質(zhì)輕黏土，土壤系統(tǒng)分類名稱為普通簡(jiǎn)育水耕人為土），基本理化性狀見(jiàn)表1。在每種肥力土壤上分別設(shè)置常規(guī)施肥（施NPK化肥，conventional fertilization，CF）和不施肥（no fertilization，NF）處理，9次重復(fù)。試驗(yàn)采用的陶瓷盆缽高32.0 cm，直徑20.0 cm，每盆裝干土10.0 kg。盆栽土壤均過(guò)5 mm篩，混合均勻裝盆后，浸水兩天使土壤完全濕潤(rùn)再施基肥。盆栽試驗(yàn)氮、磷、鉀化肥品種分別為尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。氮肥（N）按早稻1.38 g/盆和晚稻1.60 g/盆施入；磷肥（P）按早稻、晚稻各0.35 g/盆施入；鉀肥（K）按早稻、晚稻各0.89 g/盆施入。2012—2014年早稻為常規(guī)稻品種湘早秈24號(hào)，晚稻為雜交稻品種豐源優(yōu)272，插秧時(shí)每盆3穴。種植制度為雙季稻-冬閑。

表1 盆栽試驗(yàn)供試土壤的基本理化性狀

1.3 樣品采集與測(cè)定

每季水稻成熟后各盆缽單獨(dú)測(cè)產(chǎn)，測(cè)定稻谷和稻草重量，并制備植株樣品用于測(cè)定氮、磷、鉀含量。于每年早晚稻成熟后從各盆缽采集0—15 cm土層土壤樣品，用于分析土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀含量。采用常規(guī)分析法測(cè)定[11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

基礎(chǔ)地力產(chǎn)量（Yield of basic soil productivity，BSPY）=不施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量；

基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率（Contribution rate of basic soil productivity to yield，BSPCR）=不施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量/施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量。

數(shù)據(jù)處理及分析采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.5等數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 結(jié)果

2.1 不同肥力土壤連續(xù)不施肥和施肥下的水稻產(chǎn)量效應(yīng)

2.1.1 不同肥力土壤基礎(chǔ)地力產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)變化 不同肥力土壤連續(xù)3年不施肥早晚稻基礎(chǔ)地力產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)變化如圖1所示。在試驗(yàn)期間，不同肥力土壤早晚稻基礎(chǔ)地力產(chǎn)量均表現(xiàn)為：NPKS處理土壤＞NPK處理土壤＞CK處理土壤，但在試驗(yàn)前2年不同肥力土壤之間基礎(chǔ)地力產(chǎn)量存在較大差異，試驗(yàn)第3年不同肥力土壤之間的早晚稻基礎(chǔ)地力產(chǎn)量差異不明顯（＞0.05）。

不同大、小寫字母分別表示處理間差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）和顯著水平（P＜0.05）。下同

早稻基礎(chǔ)地力產(chǎn)量在試驗(yàn)第1年NPK處理土壤較CK處理土壤高78.2%（＜0.01），試驗(yàn)第2年高38.4%（＜0.01），試驗(yàn)第3年僅高1.4%（＞0.05）；試驗(yàn)第1年NPKS處理土壤較NPK處理土壤高21.9%（＜0.01），試驗(yàn)第2年高21.4%（＜0.05），試驗(yàn)第3年高2.2%（＞0.05）。晚稻基礎(chǔ)地力產(chǎn)量在試驗(yàn)第1年NPK處理土壤較CK處理土壤高30.1%（＜0.05），試驗(yàn)第2年高25.8%（＜0.05），試驗(yàn)第3年高2.4%（＞0.05）；試驗(yàn)第1年NPKS處理土壤較NPK處理土壤高31.5%（＜0.05），試驗(yàn)第2年高18.5%（＜0.05），試驗(yàn)第3年高6.7%（＞0.05）。從總體上看，隨著不施肥年限的延長(zhǎng)，不同肥力土壤之間基礎(chǔ)地力產(chǎn)量的差異呈逐漸縮小趨勢(shì)。

2.1.2 不同肥力土壤施肥處理產(chǎn)量的變化 在試驗(yàn)期間，不同肥力土壤早、晚稻施肥處理產(chǎn)量均表現(xiàn)為：NPKS處理土壤＞NPK處理土壤＞CK處理土壤（圖2）。早稻施肥處理產(chǎn)量在試驗(yàn)第1年長(zhǎng)期NPK處理土壤較CK處理土壤高13.1%（＜0.05），試驗(yàn)第2年高6.2%（＜0.05），試驗(yàn)第3年高0.4%（＞0.05）；試驗(yàn)第1年NPKS處理土壤較NPK處理土壤高13.3%（＜0.05），試驗(yàn)第2年高2.5%（＞0.05），試驗(yàn)第3年高0.9%（＞0.05）。晚稻施肥處理產(chǎn)量在試驗(yàn)第1年NPK處理土壤較CK處理土壤高38.3%（＜0.01），試驗(yàn)第2年高10.6%（＜0.05），試驗(yàn)第3年高2.0%（＞0.05）；試驗(yàn)第1年NPKS處理土壤較NPK處理土壤高1.1%（＞0.05），試驗(yàn)第2年NPKS處理土壤較NPK處理土壤高6.6%（＞0.05），試驗(yàn)第3年高1.8%（＞0.05）。從總體上看，試驗(yàn)前2年不同土壤之間施肥處理產(chǎn)量差異大于試驗(yàn)第3年。

圖2 不同肥力土壤施肥處理產(chǎn)量的變化動(dòng)態(tài)

2.2 不同肥力土壤基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率的變化

不同肥力土壤早晚稻基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率動(dòng)態(tài)變化如圖3所示。在試驗(yàn)期間，不同肥力土壤早晚稻基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為：NPKS處理土壤＞NPK處理土壤＞CK處理土壤，試驗(yàn)前兩年不同肥力土壤之間基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率存在較大差異，試驗(yàn)第3年不同肥力土壤之間早、晚稻基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率差異不明顯（＞0.05）。

早稻基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率在試驗(yàn)第1年NPK處理土壤較CK處理土壤高25.3%，提高率為50.7%（＜0.01），試驗(yàn)第2年提高7.1%，提高率21.9%（＜0.05），試驗(yàn)第3年NPK處理土壤與CK處理土壤之間無(wú)顯著差異（＞0.05）；試驗(yàn)第1年NPKS處理土壤較NPK處理土壤提高14.1%，提高率18.8%（＜0.05），試驗(yàn)第2年提高5.8%，提高率為14.8%（＜0.05），試驗(yàn)第3年2種土壤間無(wú)顯著差異（＞0.05）。晚稻基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率在試驗(yàn)第1年NPK處理土壤較CK處理土壤提高2.6%，提高率為5.9%（＞0.05），試驗(yàn)第2年提高5.0%，提高率12.8%（＜0.05），試驗(yàn)第3年二者無(wú)顯著差異（＞0.05）；試驗(yàn)第1年NPKS處理土壤較NPK處理土壤提高9.5%，提高率19.9%（＜0.05），試驗(yàn)第2年提高4.0%，提高率8.9%（＞0.05），試驗(yàn)第3年提高1.6%，提高率4.4%（＞0.05）。從總體上看，隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜难娱L(zhǎng)，不同肥力土壤之間土壤基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率的差異呈縮小趨勢(shì)。

進(jìn)一步分析不同肥力土壤基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率在試驗(yàn)期間的變化，發(fā)現(xiàn)初始肥力最高的NPKS處理土壤其早稻基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率由試驗(yàn)第1年的89.3%下降至第3年的31.8%，年均下降28.7%，初始肥力較高的NPK處理土壤由試驗(yàn)第1年的75.1%下降至第3年的31.8%，年均下降21.7%，初始肥力較低的CK處理土壤由試驗(yàn)第1年的49.8%下降至第3年的30.8%，年均下降9.5%；晚稻基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率NPKS處理土壤由試驗(yàn)第1年的57.2%下降至第3年的38.1%，年均下降9.6%，NPK處理土壤由試驗(yàn)第1年的47.7%下降至第3年的36.5%，年均下降5.6%，CK處理土壤由試驗(yàn)第1年的45.3%下降至第3年的36.4%，年均下降4.4%。這一結(jié)果表明在連續(xù)不施肥條件下，初始肥力水平越高的土壤其基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率下降的速率越快。

圖3 不同肥力土壤基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率的變化動(dòng)態(tài)

2.3 氮磷鉀養(yǎng)分投入與水稻收獲帶出收支平衡分析

通過(guò)計(jì)算3年6季水稻種植中氮、磷、鉀養(yǎng)分總投入和總支出分析養(yǎng)分表觀平衡。由于在本試驗(yàn)中未測(cè)定干濕沉降中的氮磷鉀養(yǎng)分，表2中養(yǎng)分投入僅包括通過(guò)肥料的養(yǎng)分投入。試驗(yàn)采用的陶瓷盆缽底部完整無(wú)孔，不產(chǎn)生養(yǎng)分淋溶損失；由于未測(cè)定揮發(fā)和降雨時(shí)溢出水分的養(yǎng)分量，表2中養(yǎng)分支出為6季水稻收獲帶走的總養(yǎng)分量。

由表2可以看出，3種土壤不施肥處理（NF）的氮、磷、鉀支出由高到低均表現(xiàn)為NPKS處理土壤＞NPK處理土壤＞CK處理土壤，施肥處理（CF）氮、磷、鉀養(yǎng)分支出也表現(xiàn)為NPKS處理土壤＞NPK處理土壤＞CK處理土壤。這表明無(wú)論施肥或不施肥，在相同條件下初始肥力越高的土壤由作物收獲帶走的養(yǎng)分越多。在分析中還發(fā)現(xiàn)，不同肥力土壤作物帶走養(yǎng)分的這種高低差異在試驗(yàn)前期更明顯，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行不同土壤間的差異在減?。〝?shù)據(jù)未列出）。

表2 氮、磷、鉀養(yǎng)分表觀平衡狀況分析

2.4 不同肥力土壤連續(xù)施肥或不施肥下土壤養(yǎng)分的變化

不同肥力土壤連續(xù)不施肥處理和施肥處理土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化特征有所差異（圖4）。試驗(yàn)期間，連續(xù)施肥條件下CK處理土壤和NPK處理土壤有機(jī)質(zhì)隨試驗(yàn)?zāi)晗蕹噬仙厔?shì)，NPKS處理土壤有機(jī)質(zhì)隨年限變化不顯著；連續(xù)不施肥條件下CK處理土壤有機(jī)質(zhì)隨年限呈上升趨勢(shì)，NPK處理土壤有機(jī)質(zhì)隨年份基本不變化，NPKS處理土壤有機(jī)質(zhì)呈下降趨勢(shì)。

不同肥力土壤在連續(xù)施肥或連續(xù)不施肥條件下土壤全氮在試驗(yàn)前兩年有下降趨勢(shì)，第3年又有所回升。從總體上看，初始全氮含量最高的NPKS處理土壤全氮隨年限呈下降趨勢(shì)。3種土壤全氮初始含量差異較大，經(jīng)過(guò)3年6季連續(xù)不施肥后全氮含量變得基本接近；經(jīng)過(guò)3年連續(xù)施肥，其土壤全氮含量差異也呈減小趨勢(shì)。在試驗(yàn)期間，3種肥力土壤連續(xù)施肥或連續(xù)不施肥下土壤堿解氮含量均隨試驗(yàn)?zāi)晗蕹噬仙厔?shì)。

連續(xù)不施肥條件下，肥力較高的NPK和NPKS處理土壤全磷隨試驗(yàn)?zāi)晗薜耐埔瞥氏陆第厔?shì)。3種肥力土壤連續(xù)施肥下有效磷均呈上升趨勢(shì)，但變化均不顯著；連續(xù)不施肥下土壤有效磷均隨試驗(yàn)?zāi)晗尥埔瞥氏陆第厔?shì)，初始肥力越高的土壤有效磷下降越明顯。

3種土壤連續(xù)施肥或連續(xù)不施肥下土壤全鉀含量隨試驗(yàn)?zāi)晗蘧鶡o(wú)明顯變化。連續(xù)不施肥條件下，3種肥力土壤速效鉀均隨試驗(yàn)?zāi)晗薜耐埔瞥氏陆第厔?shì)。連續(xù)施肥條件下，CK處理土壤速效鉀隨試驗(yàn)?zāi)晗蕹噬仙厔?shì)，NPKS處理和NPK處理土壤速效鉀隨試驗(yàn)?zāi)晗拮兓幻黠@。

圖4 連續(xù)施肥和不施肥對(duì)不同肥力土壤養(yǎng)分的變化動(dòng)態(tài)

3 討論

3.1 連續(xù)施肥或不施肥下不同肥力土壤作物產(chǎn)量的變化

地力條件是制約作物生長(zhǎng)的主要因素之一，不僅不施肥下的作物產(chǎn)量（基礎(chǔ)地力產(chǎn)量）受土壤地力水平影響，施肥條件下的作物產(chǎn)量也與土壤地力水平密切相關(guān)[12-13]。夏圣益[14]認(rèn)為基礎(chǔ)地力高的土壤作物獲得高產(chǎn)的潛力較大，基礎(chǔ)地力低的土壤只有在較高施肥水平下才能獲得較高產(chǎn)量。曾祥明等[15]在不同肥力田塊上的研究表明無(wú)論是施肥或不施肥，在相同施肥條件下高肥力稻田水稻產(chǎn)量均高于低肥力稻田，在其他作物上的研究也得到類似結(jié)果[15-18]。葉全寶等[19]認(rèn)為不同土壤條件下水稻施肥產(chǎn)量效應(yīng)差異的主要原因可能與土壤基礎(chǔ)肥力的差異有關(guān)。本研究試驗(yàn)結(jié)果也表明，在3種不同肥力土壤上，在試驗(yàn)期間，無(wú)論施肥或不施肥早、晚稻產(chǎn)量均表現(xiàn)為初始肥力越高的土壤其產(chǎn)量也越高，這一結(jié)果也證明土壤地力條件對(duì)作物產(chǎn)量的重要影響。因此，培育和維持較高的土壤肥力是獲得水稻高產(chǎn)、高效的基礎(chǔ)。本試驗(yàn)結(jié)果還表明不同初始肥力土壤在不施肥條件下水稻產(chǎn)量的差異隨試驗(yàn)?zāi)晗尥埔瞥蕼p小趨勢(shì)，這可能是由于在連續(xù)不施肥種植條件下，土壤處于一種養(yǎng)分持續(xù)消耗狀態(tài)，初始肥力較高土壤在試驗(yàn)前兩年產(chǎn)量較高，隨作物收獲移出土壤的養(yǎng)分較多，其土壤養(yǎng)分消耗量也越多，肥力下降速度也越快，從而導(dǎo)致產(chǎn)量差異隨試驗(yàn)?zāi)晗尥埔浦饾u變小。連續(xù)不施肥條件下土壤養(yǎng)分處于不斷消耗狀態(tài)，在理想條件下同一土壤同一處理水稻產(chǎn)量應(yīng)該呈現(xiàn)逐年降低趨勢(shì)，但在本試驗(yàn)中觀察到第1年水稻產(chǎn)量低于第2年的現(xiàn)象，這可能主要與兩方面原因有關(guān)：一是供試土壤從大田取回后即進(jìn)行晾干、混勻和過(guò)篩，裝盆泡水2 d后立即開(kāi)展試驗(yàn)，此時(shí)土壤結(jié)構(gòu)、孔隙、耕層土壤養(yǎng)分分布等條件并不利于水稻生長(zhǎng)，而經(jīng)過(guò)2季水稻種植后土壤結(jié)構(gòu)等物理性狀得到改善，有利于水稻生長(zhǎng)；二是可能與該盆栽場(chǎng)為露天場(chǎng)地，2013年的氣候條件更有利于作物生長(zhǎng)有關(guān)。

3.2 連續(xù)不施肥條件下不同肥力土壤基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率的變化

長(zhǎng)期不施肥可能導(dǎo)致土壤基礎(chǔ)地力下降[20-22]，如黃欠如等[20]通過(guò)23年的長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)23年長(zhǎng)期不施肥紅壤性水稻土地力貢獻(xiàn)率較第1年降低9.4%。本試驗(yàn)研究連續(xù)3年不施肥條件下不同肥力土壤基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率變化的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)期間初始肥力高的土壤其早晚稻基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率也較高，初始肥力低的土壤其基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率也較低，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)不同肥力土壤基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率均隨試驗(yàn)時(shí)間的推移呈下降趨勢(shì)，而肥力越高的土壤其基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率下降速率越快，到連續(xù)不施肥第3年，初始肥力差異較大的3種土壤基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率已無(wú)明顯差異。這說(shuō)明對(duì)于低地力土壤，只有通過(guò)長(zhǎng)期合理施肥來(lái)培育基礎(chǔ)地力和提高土地生產(chǎn)力，才能實(shí)現(xiàn)“藏糧于地”，保證糧食生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性；對(duì)于高地力土壤，同樣要注重合理施肥，因?yàn)樵谀壳案邚?qiáng)度種植制度下，地力越高的土壤其養(yǎng)分消耗得越快，如果不通過(guò)合理施肥使農(nóng)田地力生產(chǎn)消耗與地力培育補(bǔ)償相匹配，有效調(diào)控農(nóng)田系統(tǒng)生產(chǎn)力，高產(chǎn)田退化速度將十分迅速。

3.3 連續(xù)不同施肥措施下不同肥力土壤的養(yǎng)分變化及其與土壤基礎(chǔ)地力的關(guān)系

土壤肥力是土壤的核心和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[23]。土壤養(yǎng)分含量是土壤地力最直觀的因素，通常地力水平較高的土壤其各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)也相對(duì)較高[17]。不同施肥制度對(duì)土壤肥力養(yǎng)分的作用已有大量研究[24-30]。廖育林等[24]通過(guò)27年長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期不施肥土壤有機(jī)質(zhì)隨試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)而顯著下降，施氮磷鉀肥土壤有機(jī)質(zhì)隨時(shí)間延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)；向艷文等[25]研究認(rèn)為雙季稻種植制度下長(zhǎng)期不施肥導(dǎo)致土壤全氮、水解性氮下降，長(zhǎng)期均衡施肥促進(jìn)土壤全氮和水解性氮含量的提高；宇萬(wàn)太等[26]認(rèn)為不施肥導(dǎo)致土壤全磷、速效磷明顯降低。這些研究均表明不同施肥制度對(duì)土壤養(yǎng)分具有重要的影響，但這些研究多是集中在不同施肥制度對(duì)同一土壤條件下土壤養(yǎng)分影響方面，對(duì)于連續(xù)不同施肥對(duì)不同肥力土壤養(yǎng)分變化的比較研究還相對(duì)較少。本研究結(jié)果表明連續(xù)施肥或不施肥條件下，對(duì)于同一質(zhì)地的土壤和在相同的種植制度和管理措施下，土壤的肥力水平差異對(duì)土壤養(yǎng)分的變化存在明顯影響，這種影響的差異主要表現(xiàn)在土壤養(yǎng)分變化方向和變化速率上。而土壤養(yǎng)分變化方向和速率也是決定土壤基礎(chǔ)地力發(fā)展方向的基本因素。在本試驗(yàn)條件下影響土壤養(yǎng)分變化方向和速率的重要因素是養(yǎng)分投入和養(yǎng)分支出的輸入-輸出平衡關(guān)系，養(yǎng)分投入和消耗的動(dòng)態(tài)平衡通過(guò)影響土壤養(yǎng)分的變化也影響土壤基礎(chǔ)地力產(chǎn)量和基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率的變化速率與方向。

4 結(jié)論

4.1 不同肥力土壤的早、晚稻基礎(chǔ)地力產(chǎn)量、基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為：NPKS處理土壤＞NPK處理土壤＞CK處理土壤，在試驗(yàn)前兩年不同肥力土壤之間存在較明顯的差異，但不同肥力土壤之間的差異隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜耐埔瞥手饾u縮小趨勢(shì)，到試驗(yàn)第3年，不同肥力土壤之間的差異已不顯著。

4.2 無(wú)論施肥或不施肥，在相同條件下初始肥力越高的土壤由作物收獲帶走的氮、磷、鉀養(yǎng)分越多。水稻種植體系中養(yǎng)分輸入-輸出平衡狀況對(duì)不同肥力的土壤肥力養(yǎng)分變化產(chǎn)生一定的影響。不同肥力土壤在連續(xù)施肥條件下或連續(xù)不施肥條件下土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷等養(yǎng)分的變化規(guī)律有所差異。

4.3 初始肥力越高的土壤如果連續(xù)不施肥，其基礎(chǔ)地力下降得也越快。因此，根據(jù)土壤肥力水平的特性及其與水稻生產(chǎn)的關(guān)系，有針對(duì)性地調(diào)節(jié)施肥措施，能更好地發(fā)揮土地生產(chǎn)潛力，增加水稻產(chǎn)量。對(duì)于地力水平較低的農(nóng)田土壤，應(yīng)注重合理施肥培育和提高農(nóng)田土壤肥力與基礎(chǔ)地力；地力水平較高的土壤也應(yīng)注意高效合理補(bǔ)充養(yǎng)分，維持土壤較高的肥力水平和持續(xù)生產(chǎn)力。

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（責(zé)任編輯 趙伶俐）

Effect of Successive Fertilization on Dynamics of Basic Soil Productivity and Soil Nutrients in Double Cropping Paddy Soils with Different Fertilities

LU Yan-hong1,2, LIAO Yu-lin1,2,3, NIE Jun1,2,3, ZHOU Xing1,2, XIE Jian1,2, YANG Zeng-ping1,2

(1Soil and Fertilizer Institute of Hunan province, Changsha 410125;2Scientific observing and experimental Station of Arable Land Conservation (Hunan), Ministry of Agriculture, Changsha 410125;3Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Changsha 410128)

【Objective】Effects of successive fertilization for 3 years on the dynamic change of basic soil productivity (BSP) yield, contribution rate of basic soil productivity, apparent balance of NPK and soil nutrients in paddy soils with different fertilities under double-cropping rice system were studied to provide reference for basic soil productivity cultivation and soil fertility maintaining and improving in different fertility soils.【Method】A pot experiment based on three different fertility soils collected from a long-term fertilizer experiment including no fertilizer (CK), NPK fertilizer (NPK) and NPK fertilizer plus rice straw (NPKS) was conducted. Two treatments were designed including no fertilizer (NF) and NPK application (CF) for three years for the above soils to monitor the impacts of these treatments on the changing characteristics of rice yield, BSP yield, BSP contribution rateof double-cropping rice, soil NPK nutrients and soil organic matter.【Result】Results showed that the orders both of BSP yield and BSP contribution rate in soils with different fertilities were NPKS treatment soil＞NPK treatment soil＞CK treatment soil during the period of the experiment, and the differences of BSP yield and BSP contribution rate among different fertility soils decreased with the experimental years. The differences of BSP yield and BSP contribution rate among soils with different fertilities were insignificant in the last experimental year. Whether fertilization or nofertilization, the higher fertility was of the initial soil, more nitrogen, phosphate and potassium nutrients were taken away from soil by rice plant in six seasons ofthree years rice planting. There were greater differences between different fertility soils in nutrient fertility change rule under continuous fertilization or no fertilization, which had a certain relationship with the nutrient input-output balance in rice planting system.【Conclusion】The higher the initial soil fertility, the faster the basic soil productivity declined under successive no fertilization. Therefore, reasonable fertilization in low fertility soil should be attached great importance in order to cultivate and improve soil fertility and basic soil productivity, and scientific and attention also should be paid to reasonable adding nutrients in high fertility soil to maintain relatively higher level of soil fertility and sustainable productivity.

double cropping paddy soil; different fertilities; basic soil productivity; soil nutrition; successive fertilization

2016-03-29；接受日期：2016-08-19

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃（2013BAD07B11）、國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201203013）、湖南省自然科學(xué)基金（2016JJ6063）、國(guó)際植物營(yíng)養(yǎng)研究所（IPNI）資助項(xiàng)目（Hunan-17）

聯(lián)系方式：魯艷紅，Tel：0731-84693197；E-mail：luyanhong6376432@163.com。通信作者聶軍，E-mail:junnie@foxmail.com