河西绿洲灌区灌漠土长期秸秆还田土壤肥力和作物产量特征分析

doi:10.11686/cyxb2020432

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (12): 59-70.DOI: 10.11686/cyxb2020432

河西绿洲灌区灌漠土长期秸秆还田土壤肥力和作物产量特征分析

吴科生¹^,²(), 车宗贤¹^,²(), 包兴国¹^,², 张久东¹^,², 卢秉林¹^,², 杨新强¹^,², 杨蕊菊¹^,²

^1.甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，甘肃兰州 730070
^2.农业部甘肃耕地保育与农业环境科学观测实验站，甘肃武威 733017

收稿日期:2020-09-27 修回日期:2020-11-11 出版日期:2021-11-11 发布日期:2021-11-11
通讯作者: 车宗贤
作者简介:Corresponding author. E-mail： chezongxian@163.com
吴科生（1978-），男，甘肃武威人，高级农艺师，博士。E-mail： wukesheng218@163.com
基金资助:
国家重点研发计划(2018YFC1903700)

Analysis of soil fertility and crop yield characteristics following long-term straw return to the field in a Hexi Oasis irrigated area

Ke-sheng WU¹^,²(), Zong-xian CHE¹^,²(), Xing-guo BAO¹^,², Jiu-dong ZHANG¹^,², Bing-lin LU¹^,², Xin-qiang YANG¹^,², Rui-ju YANG¹^,²

^1.Institute of Soil and Fertilizer and Water-saving Agriculture，Gansu Academy of Agriculture Science，Lanzhou 730070，China
^2.Gansu Scientific Observing and Experimental Station of Agri-Environment and Arable Land Conservation，Ministry of Agriculture，Lanzhou 730070，China

Received:2020-09-27 Revised:2020-11-11 Online:2021-11-11 Published:2021-11-11
Contact: Zong-xian CHE

摘要/Abstract

摘要：

系统研究长期秸秆还田对河西绿洲灌区灌漠土壤养分的演变规律、土壤肥力特征的影响，分析作物产量及稳定性和持续性，为秸秆还田培肥土壤和资源化利用提供科学和理论依据。利用河西绿洲灌区31年（1988-2018年）的灌漠土长期定位培肥试验，开展了以秸秆与磷肥配施（SP）、秸秆与氮磷肥配施［1/2（S+N）P］、氮磷配施（NP）、不施肥（CK）为处理的田间定位试验，测定了耕层0~20 cm土壤有机质（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、速效氮（AN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）、pH，研究了长期秸秆还田对小麦/玉米间作体系灌漠土土壤养分演变规律和作物产量的影响。结果表明：秸秆还田第31年和逐年平均值与试验初始值相比，土壤有机质增加73.3%和25.8%，土壤全氮增加50.6%和21.7%，土壤全磷增加22.5%和3.8%，土壤全钾含量增加19.9%和38.2%；与对照（CK）相比，土壤有机质增加55.3%和20.0%；土壤全氮增加28.8%和15.9%，土壤全磷增加50.2%和13.4%；土壤全钾增加23.5%和0.2%。秸秆连续还田9年后小麦产量比对照平均降低5.8%，第10年开始小麦产量逐年增加，比对照平均增加65.9%。玉米产量在秸秆连续还田13年间比对照平均降低8.2%，之后较对照平均增加22.0%。河西绿洲灌区灌漠土长期施用秸秆或秸秆氮磷肥配施，土壤培肥效果均显著优于单施化肥，可显著增加土壤有机质含量，提升土壤肥力，秸秆与氮磷化肥配施能持续提升作物产量及其稳定性和可持续性。

关键词: 长期秸秆还田, 河西绿洲灌区, 灌漠土, 土壤肥力特征, 作物产量稳定性和持续性

Abstract:

This paper reports a long-term （1988-2018） study of the effects of straw return， with and without fertilizer application， on productivity and soil nutrient status in a desert soil in the Hexi oasis irrigation area. The research was conducted to provide scientific data to inform management decisions on straw return and resource utilization. Data on soil fertility， crop yield， crop stability and sustainability were collected. Soil fertility data included total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available nitrogen， available phosphorus， available potassium and pH in the 0-20 cm soil horizon. Treatments included straw return with phosphorus fertilizer， straw return with nitrogen and phosphorus fertilizers； nitrogen and phosphorus and no fertilization. The effects of long-term straw return on evolution of soil nutrient status and crop yield in a wheat-maize inter-cropping system were studied. It was found that content of the soil and crop tissues， respectively， for organic matter increased by 73.3% and 25.8%， total nitrogen increased by 50.6% and 21.7%， total phosphorus increased by 22.5% and 3.8%， and total potassium content increased by 19.9% and 38.2%， compared with the initial value at the start of the experiment. Compared with CK， soil organic matter increased by 55.3% and 20.0%， total nitrogen increased by 28.8% and 15.9%， total phosphorus increased by 50.2% and 13.4% and total potassium increased by 23.5% and 0.2%. After nine successive years of straw return， the wheat yield decreased by 5.8% on average， but increased by 65.9% from the 10th year. The yield of maize decreased by 8.2% in 13 years， and then increased by 22.0% compared with CK. Long-term application of straw or straw N and P fertilizer resulted in better soil fertility than single application of chemical fertilizer， which can significantly increase soil organic matter content and soil fertility. Combined application of straw and nitrogen and phosphorus fertilizer greatly improved crop yield， stability and sustainability.

Key words: long-term straw return, Hexi Oasis irrigation area, desert soil irrigation, desert soil fertility building, stability and sustainability of crop yield

吴科生, 车宗贤, 包兴国, 张久东, 卢秉林, 杨新强, 杨蕊菊. 河西绿洲灌区灌漠土长期秸秆还田土壤肥力和作物产量特征分析[J]. 草业学报, 2021, 30(12): 59-70.

Ke-sheng WU, Zong-xian CHE, Xing-guo BAO, Jiu-dong ZHANG, Bing-lin LU, Xin-qiang YANG, Rui-ju YANG. Analysis of soil fertility and crop yield characteristics following long-term straw return to the field in a Hexi Oasis irrigated area[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(12): 59-70.

图/表 9

图1 不同施肥处理对土壤有机质含量和pH的影响不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。The different small letters mean the significant differences （P<0.05）.

Fig.1 Contents of soil organic matter and soil pH under different fertilization treatments

图2 不同施肥处理对土壤全氮和碱解氮含量的影响

Fig.2 Contents of soil total N and soil available N under different fertilization treatments

图3 不同施肥处理对土壤全磷和有效磷含量的影响

Fig.3 Contents of soil total P and soil available P under different fertilization treatments

图4 不同施肥处理对土壤全钾和有效钾含量的影响

Fig.4 Contents of soil total K and soil available K under different fertilization treatments

图5 不同施肥处理对小麦产量的影响

Fig.5 Wheat yields under different fertilization treatments

表1 土壤养分特征与作物产量的相关关系

Table 1 Correlation coefficients of soil nutrient characteristics and yield of crops

项目Item	SOM	pH	TN	AN	TP	AP	TK	AK	WY	MY
pH	0.216
TN	0.936**	0.222
AN	0.739**	0.237	0.779**
TP	0.745**	0.438	0.879**	0.665*
AP	0.872**	0.231	0.950**	0.810**	0.918**
TK	0.618**	0.198	0.633*	0.167	0.420	0.504
AK	0.644**	0.409	0.636*	0.531	0.337	0.614*	0.433
WY	0.053	0.518	0.228	0.062	0.586*	0.272	0.012	0.438
MY	0.025	0.595*	0.239	0.229	0.592*	0.325	0.029	0.469	0.814**
TY	0.034	0.596*	0.245	0.191	0.614*	0.323	0.025	0.478	0.899**	0.986**

图6 不同施肥处理对玉米产量的影响

Fig.6 Maize yields under different fertilization treatments

图7 不同施肥处理对小麦/玉米间作体系产量的影响

Fig.7 Wheat and maize system yields under different fertilization treatments

表2 施肥对作物产量稳定性、可持续性和肥料贡献率的影响

Table 2 Effects of fertilization on crop yield stability， sustainability and fertilizer contribution rate （%）

处理 Treatment	小麦Wheat			玉米Maize			小麦玉米体系Wheat-maize system
处理 Treatment	CV	SYI	FCR	CV	SYI	FCR	CV	SYI	FCR
SP	34.2	41.5	25.1	47.5	28.2	14.0	31.8	43.9	19.6
1/2（S+N）P	39.7	45.3	52.4	26.0	60.7	55.4	19.8	67.9	56.6
NP	36.6	49.1	53.9	27.2	54.7	58.7	20.6	62.7	59.7
CK	62.5	16.9	-	43.7	37.9	-	26.0	46.1	-

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河西绿洲灌区灌漠土长期秸秆还田土壤肥力和作物产量特征分析

Analysis of soil fertility and crop yield characteristics following long-term straw return to the field in a Hexi Oasis irrigated area

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