徐　娜，黨廷輝，2，劉文兆，2

（1 中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100；2 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌 712100）

黃土高塬溝壑區(qū)農(nóng)田土壤養(yǎng)分與作物產(chǎn)量變化的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)

徐娜1，黨廷輝1，2*，劉文兆1，2

（1 中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100；2 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌 712100）

【目的】土壤養(yǎng)分含量是反映土壤肥力狀況的重要指標(biāo)，對(duì)農(nóng)田肥料投入和土壤養(yǎng)分進(jìn)行長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)，有利于準(zhǔn)確反映土壤養(yǎng)分變化趨勢(shì)。利用黃土高塬溝壑區(qū)不同施肥監(jiān)測(cè)區(qū) 10年的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料，分析對(duì)比不同監(jiān)測(cè)區(qū)土壤養(yǎng)分含量和作物產(chǎn)量的變化，分析土壤養(yǎng)分、產(chǎn)量與施肥的關(guān)系，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)田生產(chǎn)的施肥管理提供理論依據(jù)?！痉椒ā?本研究試驗(yàn)監(jiān)測(cè)區(qū)的農(nóng)田管理完全參照大田管理模式，共設(shè)置四大試驗(yàn)監(jiān)測(cè)區(qū)，包括無肥監(jiān)測(cè)區(qū)（CK）、化肥監(jiān)測(cè)區(qū)（HF）、化肥有機(jī)肥監(jiān)測(cè)區(qū)（HM）和農(nóng)民地塊監(jiān)測(cè)區(qū)（NM），肥料均于作物播種前作為基肥撒施。在每年冬小麥?zhǔn)斋@期 6 月中下旬，或玉米收獲期 9 月中下旬，采集表層（0—20 cm）土壤樣品，處理后進(jìn)行土壤養(yǎng)分的分析，并且在作物收獲期測(cè)算作物產(chǎn)量以及植株地上部分的氮、磷、鉀含量?！窘Y(jié)果】與試驗(yàn)前相比，CK 監(jiān)測(cè)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)降低 1.73 g/kg，HF監(jiān)測(cè)區(qū)增加 1.97 g/kg，HM監(jiān)測(cè)區(qū)增加 2.20 g/kg，NM 監(jiān)測(cè)區(qū)增加 1.44 g/kg；CK 監(jiān)測(cè)區(qū)土壤全氮減少 0.08 g/kg，其他施肥監(jiān)測(cè)區(qū)增加 0.05～0.13 g/kg；HF 監(jiān)測(cè)區(qū)土壤堿解氮增加 7.8 mg/kg，而其他監(jiān)測(cè)區(qū)均不同程度地降低；HM 監(jiān)測(cè)區(qū)土壤有效磷增加最為顯著，增幅達(dá)到 11.86 mg/kg，HF 監(jiān)測(cè)區(qū)增加 8.42 mg/kg，NM 監(jiān)測(cè)區(qū)增加 3.06 mg/kg，CK 監(jiān)測(cè)區(qū)增加 2.44 mg/kg；CK 監(jiān)測(cè)區(qū)土壤速效鉀明顯下降，降低 38 mg/kg 左右，NM 監(jiān)測(cè)區(qū)增加最為顯著，增加量為 27.5 mg/kg。對(duì)冬小麥而言，相比于CK 不施肥區(qū)，HF、HM 和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)都能夠顯著提高產(chǎn)量，但各施肥監(jiān)測(cè)區(qū)之間產(chǎn)量差異不顯著。農(nóng)田養(yǎng)分平衡分析表明，化肥和有機(jī)肥配施，可使土壤中 N、P、K 素均有盈余；只施化肥時(shí)會(huì)導(dǎo)致土壤 K 素虧缺嚴(yán)重；當(dāng)土壤長(zhǎng)期不施用任何肥料時(shí)，土壤各養(yǎng)分元素均出現(xiàn)虧缺?！窘Y(jié)論】在黃土高塬溝壑區(qū)，作物生育期降水量及其分配、積溫條件和肥力水平對(duì)小麥產(chǎn)量影響顯著。施肥 10年后，各施肥區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量都有不同程度的提高，土壤堿解氮只有單施化肥的增加。無肥監(jiān)測(cè)區(qū)由初始含量的最高水平最終降至最低，證明了長(zhǎng)期施肥對(duì)于土壤肥力的維持具有重要意義。另外，該地區(qū)農(nóng)民地塊存在過量施肥現(xiàn)象。

長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；土壤養(yǎng)分；小麥產(chǎn)量；變化趨勢(shì)

黃土高塬屬于旱作農(nóng)業(yè)區(qū)域，水資源短缺以及土壤貧瘠曾經(jīng)是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要限制因素［1-2］。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大部分區(qū)域農(nóng)田施肥量不斷增多，雖然產(chǎn)量有了很大提高，但肥料利用率低下、土壤中肥料殘留問題日益突出［3-5］。因此，對(duì)農(nóng)田土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，分析土壤養(yǎng)分變化趨勢(shì)，研究當(dāng)?shù)厥┓?產(chǎn)量-土壤肥力關(guān)系，對(duì)于指導(dǎo)科學(xué)施肥具有重要意義［6］。

截止目前，基于長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)，研究黃土高塬地區(qū)土壤養(yǎng)分變化的報(bào)道很多。由于長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)都屬于控制性試驗(yàn)，其施肥、耕作、栽培等農(nóng)田管理都實(shí)行嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)，增加了因素的可比性和研究精度［7-8］，但同時(shí)與周邊農(nóng)田的實(shí)際情況存在一定的差距，研究結(jié)果在一定程度上不能很好地反映農(nóng)田養(yǎng)分的實(shí)際變化，對(duì)于農(nóng)田的適用也有一定的限制性。本研究以當(dāng)?shù)剞r(nóng)田為監(jiān)測(cè)地，對(duì)農(nóng)田的施肥、作物、管理等措施沒有統(tǒng)一的設(shè)置要求，完全采取當(dāng)?shù)氐牧?xí)慣模式，通過調(diào)查記錄 10年不同監(jiān)測(cè)地的施肥、作物等信息，同時(shí)，在作物收獲期每年測(cè)定土壤養(yǎng)分和產(chǎn)量，分析對(duì)比不同監(jiān)測(cè)地的土壤養(yǎng)分含量和作物產(chǎn)量的變化，進(jìn)一步分析土壤養(yǎng)分、產(chǎn)量與施肥的關(guān)系，以便為當(dāng)?shù)剞r(nóng)田生產(chǎn)的施肥管理提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1自然概況

監(jiān)測(cè)地位于陜西省長(zhǎng)武縣中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)武黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)站，地處黃土高塬中南部陜甘交界處的陜西省長(zhǎng)武縣洪家鎮(zhèn)王東村，北緯 35°12′～35°16′，東經(jīng) 107°40′～107°42′，海拔 940～1220 m，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。年均降水 580 mm（各年份小麥生育期年降雨量分布見圖1），年均氣溫9.1℃，無霜期 171 d，地下水埋深 50～80 m，地帶性土壤為黑壚土，母質(zhì)是深厚的中壤質(zhì)馬蘭黃土，土體疏松，通透性好。該區(qū)屬典型的旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)域，作物所需水分均依賴于自然降水，地貌屬高塬溝壑區(qū)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置四大試驗(yàn)監(jiān)測(cè)區(qū)，分別為無肥區(qū)（CK）、 化肥區(qū)（HF）、化肥有機(jī)肥區(qū)（HM）和 3 塊農(nóng)民地塊范圍監(jiān)測(cè)區(qū)（NM1、NM2、NM3）。無肥監(jiān)測(cè)區(qū)不施用任何肥料，化肥監(jiān)測(cè)區(qū)大約施用 N 138 kg/hm2、P2O590 kg/hm2；化肥有機(jī)肥監(jiān)測(cè)區(qū)大約施用 N 138 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、有機(jī)肥 65000 kg/hm2。農(nóng)民地塊是在試驗(yàn)站周圍農(nóng)田選擇有代表性的 3 個(gè)農(nóng)戶田塊，施肥方式和用量遵循當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的習(xí)慣，以氮、磷和有機(jī)肥為主，每年的施肥量和肥料種類不定，各監(jiān)測(cè)區(qū)肥料用量范圍見表1。試驗(yàn)所用氮肥以尿素為主、磷肥以過磷酸鈣為主，有機(jī)肥料以農(nóng)家肥為主，肥料基本上在作物播種前作為基肥施用。試驗(yàn)監(jiān)測(cè)區(qū)的農(nóng)田管理完全符合大田管理模式，所以，每年的肥料用量不完全一致，會(huì)有一定的波動(dòng)。小麥品種為長(zhǎng)旱 58 或長(zhǎng)武 134，玉米品種為先玉 335 或沈丹10，以小麥-玉米輪作為主，也有小麥連作種植。監(jiān)測(cè)時(shí)段為 2004年至 2013年，共計(jì) 10年。各監(jiān)測(cè)區(qū)面積，CK 350 m2，HF 2704 m2，HM 350 m2，NM11998 m2，NM21332 m2，NM3666 m2。2004年土壤的各項(xiàng)指標(biāo)含量為各監(jiān)測(cè)區(qū)的基礎(chǔ)肥力狀況。

圖1　2004～2013年小麥生育期年降水量Fig.1　Precipitation during the wheat growth periods from 2004 to 2013

表1　各監(jiān)測(cè)區(qū)施肥水平Table 1　Fertilization levels of the monitoring areas

1.3樣品采集與測(cè)定分析

土壤樣品采集：為了更加符合大田作物的實(shí)際生長(zhǎng)情況，本試驗(yàn)并沒有設(shè)置固定的作物輪作模式，而是根據(jù)實(shí)際情況采取小麥連作或小麥-玉米輪作的作物種植制度，所以，每年作物收獲期采集土壤樣品的時(shí)間會(huì)因此不同。2004、2007、2010 和2013年均在玉米收獲期的 9 月中下旬采集土 壤樣品，其他年份均在小麥?zhǔn)斋@期的 6 月中下旬 進(jìn)行采樣。采集土壤樣品時(shí)，根據(jù)每個(gè)采樣地的形狀、大小和類型的不同，采集表層（0—20 cm）土壤樣品。在采樣區(qū)內(nèi)，采用 “W” 型布點(diǎn)，每線段采 5 點(diǎn)混合，形成 3～6 個(gè)土壤表層樣品?；旌贤翗?、晾干、混勻后取部分樣品分別過 1 mm 和 0.25 mm 篩，用于土壤養(yǎng)分分析。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法，全氮采用半微量凱氏法，堿解氮采用 NaOH浸提—堿解擴(kuò)散法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度法［9］。

小麥?zhǔn)斋@期測(cè)產(chǎn)：在每個(gè)樣地內(nèi)選取 6 塊生長(zhǎng)較均勻的小麥樣方（1 m×1 m），先計(jì)算每個(gè)樣方的小麥株數(shù)，再將每個(gè)樣方的小麥全部收割，裝入樣品袋，編號(hào)。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)計(jì)數(shù)得到穗數(shù)數(shù)據(jù)，然后再將小麥穗脫粒，將籽粒在 65℃ 下烘至恒重，計(jì)算出小麥產(chǎn)量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用 Sigmaplot 12.5 和 SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1監(jiān)測(cè)試驗(yàn)10年間土壤養(yǎng)分含量變化

2.1.1土壤有機(jī)質(zhì)含量變化各監(jiān)測(cè)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)（圖2）。CK 監(jiān)測(cè)區(qū)由于長(zhǎng)期不施用任何肥料，10年間總體呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，較試驗(yàn)前降低了 1.73 g/kg，這也說明長(zhǎng)期不施肥會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量降低［10］。對(duì)于 HF 和 HM 監(jiān)測(cè)區(qū)而言，其年份變化趨勢(shì)基本一致，都呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，但試驗(yàn)的前 5年，增長(zhǎng)趨勢(shì)均不明顯，這說明在短期內(nèi)施肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生太大的影響；試驗(yàn)第 6年開始，二者都開始處于穩(wěn)步上升階段，與試驗(yàn)前相比，HM 監(jiān)測(cè)區(qū)上升幅度較大，增長(zhǎng) 2.2 g/kg，增幅達(dá)到 18%；HF 監(jiān)測(cè)區(qū)增長(zhǎng) 1.97 g/kg，增幅 14.7%。NM 監(jiān)測(cè)區(qū)在試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的 10年間土壤有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)出穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)，較試驗(yàn)前增加 1.44 g/kg，增幅 10.6%，農(nóng)民地處理的土壤有機(jī)質(zhì)水平整體高于其他處理，這主要與農(nóng)民地農(nóng)家肥施用量高有密切關(guān)系。研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期不施肥必然會(huì)造成土壤有機(jī)質(zhì)含量降低；長(zhǎng)期施肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，但短期內(nèi)效果不明顯。

圖2　不同監(jiān)測(cè)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量變化Fig.2　Soil organic matter（OM）as affected by the fertilizer treatments

2.1.2土壤全氮含量變化各監(jiān)測(cè)區(qū)土壤全氮含量表現(xiàn)出不同的年份動(dòng)態(tài)變化（圖3）。CK、HF、HM 和NM 監(jiān)測(cè)區(qū)變異系數(shù)分別為 6.4%、7.2%、8.3% 和5.6%。CK 監(jiān)測(cè)區(qū)總體呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，其試驗(yàn)初始值最高，經(jīng)過 10年的不施肥處理，逐步降到最低，并且從試驗(yàn)的第 6年開始，其土壤全氮含量已經(jīng)處于各監(jiān)測(cè)區(qū)中最低水平，這表明長(zhǎng)期不施肥必然會(huì)導(dǎo)致土壤全氮含量降低。HF 和 HM 監(jiān)測(cè)區(qū)變化趨勢(shì)基本一致，總體上都呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，其全氮含量在試驗(yàn)的第 6年均達(dá)到最高水平，隨后降低，最終趨于穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)；與試驗(yàn)前相比，分別增長(zhǎng)0.13 g/kg 和 0.06 g/kg，HF 監(jiān)測(cè)區(qū)含量略高，這與其初始含量和土壤有機(jī)質(zhì)水平略高有關(guān)。NM 監(jiān)測(cè)區(qū)也呈現(xiàn)出波動(dòng)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2012年達(dá)到最高水平，與試驗(yàn)前相比，最終增長(zhǎng) 0.05 g/kg，由于農(nóng)民地塊的肥料用量較其他監(jiān)測(cè)區(qū)高，因此其全氮含量一直處于較高水平。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，施肥監(jiān)測(cè)區(qū)的土壤全氮含量顯著高于不施肥處理，這說明，單施化肥以及化肥有機(jī)肥配施在增加土壤全氮含量方面均有很明顯的作用，這與其他研究結(jié)果一致［11］。也有研究［12］表明，有機(jī)無機(jī)配施對(duì)于提高土壤氮素含量有著重要意義，既能快速提高土壤有效氮含量，又能持續(xù)地改善土壤氮素狀況。

圖3　不同監(jiān)測(cè)區(qū)土壤全氮含量變化Fig.3　Soil total nitrogen as affected by the fertilizer treatments

2.1.3土壤堿解氮含量變化各監(jiān)測(cè)區(qū)土壤堿解氮含量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，CK、HF、HM 和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)的變異系數(shù)分別為 9.8%、7.2%、8.8% 和10.8%，年際波動(dòng)較大（圖4）。試驗(yàn)前 3年，都呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，2006年到 2009年各監(jiān)測(cè)區(qū)緩慢平穩(wěn)地上升，之后下降趨于穩(wěn)定水平，各施肥監(jiān)測(cè)區(qū)變化趨勢(shì)基本一致。與試驗(yàn)前相比，CK、HM 和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)分別降低了 11.9 mg/kg、14 mg/kg和 0.4 mg/kg，降幅分別為 17%、19.9% 和 0.6%；HF監(jiān)測(cè)區(qū)比試驗(yàn)前增加了 7.8 mg/kg，增幅為 12.6%，顯著高于其他監(jiān)測(cè)區(qū)。總體來看，除了化肥監(jiān)測(cè)區(qū)堿解氮含量有所增加外，其他都呈下降趨勢(shì)，HM和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)下降較為明顯，這可能與施用有機(jī)肥增加了表層土壤中可溶性有機(jī)態(tài)氮和微生物活性，促進(jìn)了氮素的淋溶下移、硝化與反硝化損失有關(guān)。對(duì)于 CK 監(jiān)測(cè)區(qū)來說，長(zhǎng)期不施肥會(huì)導(dǎo)致土壤氮素嚴(yán)重缺乏。

圖4　不同監(jiān)測(cè)區(qū)土壤堿解氮含量變化Fig.4　Soil alkali-hydrolyzable N as affected by the fertilizer treatments

2.1.4土壤有效磷含量變化各試驗(yàn)監(jiān)測(cè)區(qū)土壤有效磷年際動(dòng)態(tài)變化不同。試驗(yàn)前7年間，CK、HF 和HM 監(jiān)測(cè)區(qū)都呈現(xiàn)出先波浪式增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)（圖5）。試驗(yàn)第 8年開始，各施肥監(jiān)測(cè)區(qū)土壤有效磷含量開始穩(wěn)定增長(zhǎng)，這說明長(zhǎng)期施肥可以逐步提高土壤有效磷含量。截止 2013年，HF、HM 監(jiān)測(cè)區(qū)有效磷水平均得到顯著提高，較試驗(yàn)前分別增長(zhǎng)了8.42 mg/kg、11.86 mg/kg，增幅分別達(dá)到 61% 和141%。NM 監(jiān)測(cè)區(qū)增加了 3.06 mg/kg，增幅為19.4%，HM 監(jiān)測(cè)區(qū)增加幅度最大，這是因?yàn)橛袡C(jī)肥本身就含有一定數(shù)量的有機(jī)磷，而且易于釋放，可以有效地提高土壤的有效磷水平［13］，也有研究表明，施用化肥對(duì)提高土壤有效磷水平非常重要［14］。

圖5　不同監(jiān)測(cè)區(qū)土壤有效磷含量變化Fig.5　Soil available P as affected by the fertilizer treatments

2.1.5土壤速效鉀含量變化各監(jiān)測(cè)區(qū)土壤速效鉀含量變化趨勢(shì)基本一致，除了 CK 監(jiān)測(cè)區(qū)呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)外，其他施肥監(jiān)測(cè)區(qū)都呈現(xiàn)出緩慢升高趨勢(shì)（圖6），其中 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)增加量最大，在 27 mg/kg 左右，增幅為 17% 左右，分析原因與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民大量施用農(nóng)家肥以及秸稈還田有關(guān)；HF 和 HM 監(jiān)測(cè)區(qū)增加量較少，分別為 8.4 mg/kg 和 0.9 mg/kg，增幅在0.05%～6% 之間；CK 監(jiān)測(cè)區(qū)速效鉀含量明顯降低，降低量為 38 mg/kg 左右。大量研究表明，長(zhǎng)期單施無機(jī)化肥，尤其是氮磷肥，土壤速效鉀含量呈下降趨勢(shì)［15-16］，而本研究中，各施肥監(jiān)測(cè)區(qū)土壤速效鉀含量均有不同程度的提高，主要是因?yàn)橛袡C(jī)肥施用以及秸稈還田對(duì)其貢獻(xiàn)率大。整體來看，HF 監(jiān)測(cè)區(qū)土壤速效鉀水平最低，這是因?yàn)橥寥涝跊]有鉀肥或有機(jī)肥投入的基礎(chǔ)上，作物每年還會(huì)從土壤中吸收一部分鉀素，加上該區(qū)作物產(chǎn)量高，長(zhǎng)期以來也會(huì)導(dǎo)致土壤鉀素積累減少；CK 監(jiān)測(cè)區(qū)的土壤鉀庫(kù)長(zhǎng)期處于消耗狀態(tài)下，土壤速效鉀含量下降很正常［17］。NM監(jiān)測(cè)區(qū)的速效鉀水平顯著高于其他處理，這與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民長(zhǎng)期大量施用農(nóng)家肥關(guān)系密切［18］。

圖6　不同監(jiān)測(cè)區(qū)土壤速效鉀含量變化Fig.6　Soil available K as affected by the fertilizer treatments

2.2農(nóng)田養(yǎng)分平衡分析

農(nóng)田養(yǎng)分平衡本質(zhì)上就是養(yǎng)分被作物吸收消耗和施肥投入之間的平衡。養(yǎng)分平衡的計(jì)算采用表觀平衡法，即養(yǎng)分的投入量與支出量之差，正值表示盈余，負(fù)值表示虧缺。本研究區(qū)域農(nóng)田養(yǎng)分輸入主要包括降水、施肥和種子帶入的養(yǎng)分，養(yǎng)分支出以作物收獲物中的養(yǎng)分為主。在黃土高塬溝壑區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，其土層深厚，作物根系深，在塬地基本沒有養(yǎng)分的淋失［19］。由于每年的作物根茬繼續(xù)留在土壤中，因此它所吸收的養(yǎng)分既為輸入項(xiàng)又為輸出項(xiàng)，相互抵消，未計(jì)入養(yǎng)分平衡，所以，作物吸收帶走的養(yǎng)分指的是地上部分。

不同施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分平衡的影響不同（表2）。1）氮素：在不施肥 CK 監(jiān)測(cè)區(qū)虧損 80% 以上，HF 監(jiān)測(cè)區(qū)虧損 3%；對(duì)于 HM 和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)，分別盈余 11% 和 19% 左右。2）磷素：土壤磷素的變化差異較大，CK 監(jiān)測(cè)區(qū)虧損 90% 以上，而其他施肥監(jiān)測(cè)區(qū)盈余 300%～850% 之間。3）鉀素：在不施肥 CK 監(jiān)測(cè)區(qū)和只施化肥的 HF 監(jiān)測(cè)區(qū)分別都虧損90% 以上，而在化肥和有機(jī)肥配施的 HM 和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)分別盈余 62% 和 105% 左右?？傮w來看，在化肥和有機(jī)肥配施的條件下，氮、磷、鉀素均有盈余；在只施化肥的條件下，鉀素虧缺嚴(yán)重，磷素盈余，氮素基本處于平衡狀態(tài)；當(dāng)土壤不施用任何肥料時(shí)，氮、磷、鉀素均虧缺。

2.3不同施肥監(jiān)測(cè)區(qū)對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

由于本研究屬于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，完全采用大田管理模式，在作物輪作方面每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域并不是按照特定的作物輪作方式進(jìn)行耕種，這樣符合農(nóng)田的實(shí)際情況。為了增加可比性，本研究選取各監(jiān)測(cè)區(qū)都種植小麥的 3 個(gè)年份（2009、2011、2012），通過綜合對(duì)比 4 個(gè)不同施肥監(jiān)測(cè)區(qū)的冬小麥產(chǎn)量差異，了解在當(dāng)前的不同施肥模式下，哪種更有利于作物獲得高產(chǎn)，為實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)的指導(dǎo)。

表2　不同施肥土壤養(yǎng)分平衡（kg/hm2）Table 2　Soil nutrient balance in different fertilizer treatments

通過對(duì) 3 個(gè)不同年份的小麥平均產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，不施肥 CK 監(jiān)測(cè)區(qū)，3年的小麥平均產(chǎn)量1953.1 kg/hm2，HF 監(jiān)測(cè)區(qū)小麥平均產(chǎn)量 4708.4 kg/hm2，HM 監(jiān)測(cè)區(qū)小麥平均產(chǎn)量 3935.8 kg/hm2，NM 監(jiān)測(cè)區(qū)小麥平均產(chǎn)量 4509.1 kg/hm2，分別比 CK監(jiān)測(cè)區(qū)增產(chǎn) 141.1%、101.5% 和 130.9%。施肥監(jiān)測(cè)區(qū)小麥產(chǎn)量顯著高于 CK 無肥區(qū)，而各施肥監(jiān)測(cè)區(qū)之間小麥產(chǎn)量差異不顯著（圖7）。由此看出，化肥單施或化肥有機(jī)肥配施都能夠顯著提高當(dāng)?shù)氐亩←湲a(chǎn)量。

圖7　2009、2011 和 2012年各監(jiān)測(cè)區(qū)冬小麥產(chǎn)量Fig.7　Winter wheat yields in different monitoring areas in 2009， 2011 and 2012

由于受氣象、施肥等因素的影響，試驗(yàn)監(jiān)測(cè)所選取的 3 個(gè)年份小麥產(chǎn)量并不相同。由圖7可以看出，2011年各施肥監(jiān)測(cè)區(qū)的小麥產(chǎn)量顯著低于其他兩個(gè)年份，分析原因，主要與各年份內(nèi)小麥生育期降水量、＞0℃ 積溫以及施肥水平有密切關(guān)系：1）小麥生育期 降水量2009年和 2011年相比，小麥生育期間（7 月至次年6 月）降水量基本相同，分別是 475 mm 和 545 mm，而 2012年小麥生育期降水量為 667 mm，顯著高于前兩個(gè)年份。2011年小麥生長(zhǎng)前期和成熟后期的降水量分別偏低和偏高，這樣會(huì)影響小麥的前期出苗和后期灌漿成熟情況， 造成作物減產(chǎn)［20-21］。2）＞0℃ 積溫相比于前后兩個(gè)年份，2011年小麥生長(zhǎng)前期（苗期～越冬）積溫相對(duì)偏高（即暖冬），這樣容易造成小麥冬前旺長(zhǎng)，遭遇凍害減產(chǎn)，即使在生長(zhǎng)后期（抽穗～灌漿）積溫略高，利于小麥灌漿，但由于苗期凍害已造成麥苗缺損，對(duì)產(chǎn)量的提高也沒有明顯的作用［22-23］。3）施肥水平2011年和2012年所施磷肥用量（40 kg/hm2左右）大約為 2009年磷肥用量（90 kg/hm2左右）的一半，2011年又因小麥生育期降水分布嚴(yán)重不均以及冬暖現(xiàn)象，導(dǎo)致該年份小麥產(chǎn)量顯著低于其他兩個(gè)年份。對(duì)于 2012年而言，在小麥生長(zhǎng)前期降水充足，積溫相對(duì)偏低，小麥生長(zhǎng)后期灌漿成熟時(shí)期的降水量少，積溫相對(duì)偏高，有利于小麥生長(zhǎng)。所以，雖然該年份施肥量相對(duì)減少，但是，生育期間充足的降水及其合理的分配以及有效的積溫條件使小麥產(chǎn)量維持在正常水平。整體看出，在半濕潤(rùn)易旱氣候區(qū)農(nóng)田的水肥條件對(duì)作物產(chǎn)量至關(guān)重要，而且有效積溫也是維持作物高產(chǎn)的一個(gè)重要因素。

圖8　2009、2011 和 2012年小麥生育期降水及積溫Fig.8　Precipitation and accumulative temperatures during wheat growth period in 2009， 2011 and 2012

3　討論與結(jié)論

1）經(jīng)過 10年的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，施肥能夠明顯改變耕層（0—20 cm）土壤的養(yǎng)分含量，這與大多數(shù)研究結(jié)果一致［24］。試驗(yàn)初始時(shí)（2004年）各監(jiān)測(cè)區(qū)土壤養(yǎng)分含量不同，CK 監(jiān)測(cè)區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮和速效鉀含量均高于其他施肥監(jiān)測(cè)區(qū)。然而經(jīng)過 10年的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，無肥監(jiān)測(cè)區(qū)各土壤養(yǎng)分含量在所有監(jiān)測(cè)區(qū)中最低，而 HF、HM 和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量均得到不同程度的提高，這說明長(zhǎng)期不施肥必然會(huì)導(dǎo)致土壤肥力降低，也在一定程度上表明長(zhǎng)期施用肥料對(duì)于維持和提高土壤肥力具有重要意義。在本研究中，雖然農(nóng)民地塊監(jiān)測(cè)區(qū)（NM）的各種肥料用量普遍高于試驗(yàn)監(jiān)測(cè)區(qū)，但 10年后發(fā)現(xiàn)，其除了土壤速效鉀含量增加顯著外，土壤全氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量增加都不明顯，這在一定程度上反映出目前當(dāng)?shù)剞r(nóng)田存在過量施肥的現(xiàn)象，雖然不會(huì)導(dǎo)致土壤肥力下降，但若長(zhǎng)久如此，可能會(huì)造成土壤潛在污染，建議應(yīng)適當(dāng)減量施肥。 農(nóng)民地塊土壤速效鉀含量明顯增加與農(nóng)家肥以及草木灰的施用有關(guān)。

大量研究表明，單施化肥以及化肥有機(jī)肥配施均能夠提高土壤堿解氮含量［25］，而本研究表層（0—20 cm）堿解氮監(jiān)測(cè)結(jié)果卻有所不同，除了 HF 監(jiān)測(cè)區(qū)的堿解氮水平有所提高外，HM 和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)均有所下降，經(jīng)分析原因主要包括兩方面：一是本研究區(qū)域?qū)儆诤底饔牮B(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，年降水量基本處于400～800 mm 之間，夏季（6～9 月份）降雨量占全年降雨量的 60%～80%，極容易造成土壤水溶性氮（水溶性有機(jī)氮、NO3--N 等）向下淋溶［26-28］，氮肥施用量越多，NO3--N 深層累積就越嚴(yán)重，累積深度一般在100—300 cm 之間［29-30］。HM 和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)的施肥量均大于 HF 監(jiān)測(cè)區(qū)，有機(jī)肥的施入增加了土壤中水溶性氮素的含量，進(jìn)一步增加了氮素淋失風(fēng)險(xiǎn)。二是化肥有機(jī)肥配施增加了土壤中氮素的反硝化作用。夏季（6～9 月份）的高強(qiáng)度降水量容易造成表層土壤局部或暫時(shí)性的厭氧環(huán)境，為氮素的反硝化提供了條件［31］；同時(shí)，有機(jī)肥的施入增加了微生物活性，也促進(jìn)了反硝化作用的進(jìn)行［32］。

2）氮素在不施肥 CK 監(jiān)測(cè)區(qū)虧損 80% 以上，HF監(jiān)測(cè)區(qū)虧損 3%，在 HM 和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)分別盈余 11%和 19% 左右；磷素在 CK 監(jiān)測(cè)區(qū)虧損 90% 以上，其他施肥監(jiān)測(cè)區(qū)盈余 300%～850% 之間；鉀素在 CK監(jiān)測(cè)區(qū)和 HF 監(jiān)測(cè)區(qū)分別都虧損 90% 以上，在 HM和 NM 監(jiān)測(cè)區(qū)分別盈余 62% 和 105% 左右?？傮w來看，化肥和有機(jī)肥配施，對(duì)于土壤肥力的維持最有利；單施化肥會(huì)造成土壤 鉀素虧缺嚴(yán)重。值得注意的一點(diǎn)，在土壤養(yǎng)分變化趨勢(shì)分析中，HM 和 NM監(jiān)測(cè)區(qū)表層土壤堿解氮含量降低，而在農(nóng)田養(yǎng)分平衡分析中二者都表現(xiàn)出氮素盈余，這再次提醒我們化肥有機(jī)肥監(jiān)測(cè)區(qū)表層土壤氮素的增加，可能存在氮素向深層淋溶帶來的環(huán)境問題，因此建議當(dāng)?shù)剡m當(dāng)?shù)販p少肥料用量，避免土壤氮素過多地向土壤深層積累。

3）通過對(duì)比不同監(jiān)測(cè)區(qū)小麥平均產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，相比于 CK 不施肥區(qū)，化肥單施或化肥有機(jī)肥配施都能夠顯著增加小麥產(chǎn)量，單施化肥比不施肥監(jiān)測(cè)區(qū)增產(chǎn) 85%～260%，化肥有機(jī)肥配施比不施肥區(qū)增產(chǎn)60%～290%，可以看出，氮磷配施與氮磷有機(jī)肥配施對(duì)小麥增產(chǎn)差異不顯著，但都可以使土壤維持較高的生產(chǎn)力。大量研究報(bào)道，化肥和有機(jī)肥都對(duì)作物起到相同或持續(xù)的增產(chǎn)效果，連續(xù)使用化肥并沒有影響土壤的生產(chǎn)力［33-35］。 對(duì)于農(nóng)民地塊（NM）來說，其較高的肥料投入理應(yīng)獲得高于其他監(jiān)測(cè)區(qū)的小麥產(chǎn)量，但研究結(jié)果表明，該監(jiān)測(cè)區(qū)的小麥產(chǎn)量與 HF 監(jiān)測(cè)區(qū)相比，沒有呈現(xiàn)出顯著差異性，說明該地區(qū)農(nóng)民地的肥料用量可能高出了小麥生長(zhǎng)需要，繼續(xù)如此施肥或是增加肥料用量不但不能實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)，而且還會(huì)造成肥料資源的浪費(fèi)，甚至可能帶來環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)適當(dāng)控制當(dāng)?shù)剞r(nóng)民肥料的施用。

不同監(jiān)測(cè)區(qū)之間，同一監(jiān)測(cè)區(qū)不同年際之間的小麥產(chǎn)量波動(dòng)很大，經(jīng)分析這與施肥水平、作物生育期降水量以及生育期積溫有關(guān)，當(dāng)小麥生長(zhǎng)前期氣溫較低，降水量偏高，后期氣溫較高，降水量偏少時(shí)，利于作物獲得高產(chǎn)。從糧食生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益方面分析，農(nóng)民地的高施肥量不能獲得小麥產(chǎn)量的顯著增加，建議當(dāng)?shù)剞r(nóng)民改變目前的施肥習(xí)慣，可考慮適當(dāng)減少肥料用量，降低投入成本，以便獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］攝曉燕， 謝永生， 郝明德， 等. 黃土旱塬長(zhǎng)期施肥對(duì)小麥產(chǎn)量及養(yǎng)分平衡的影響［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2009， 27（6）: 27-32. She X Y， Xie Y S， Hao M D， et al. Effect of long-term fertilization on wheat yield and nutrient balance in dryland of the Loess Plateau［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2009， 27（6）: 27-32.

［2］黨廷輝， 高長(zhǎng)青， 彭琳， 李玉山. 長(zhǎng)武旱塬輪作與肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)［J］. 水土保持研究， 2003， 10（1）: 61-65.Dang T H， Gao C Q， Peng L， Li Y S. Long-term rotation and fertilizer experiments in Changwu rainfed highland ［J］. Research of Soil and Water Conservation， 2003， 10（1）: 61-65.

［3］李玉山， 張孝中， 郭民航. 黃土高原南部作物水肥產(chǎn)量效應(yīng)的田間研究［J］. 土壤學(xué)報(bào)， 1990， 27（1）: 1-7. Li Y S， Zhang X Z， Guo M H. The field experiments on the fieldresponce of crops to water and fertility in the south of the Loess Plateau ［J］. Acta Pedologica Sinica， 1990， 27（1）: 1-7.

［4］張仁陟， 李小剛， 胡恒覺. 施肥對(duì)提高旱地農(nóng)田水分利用效率的機(jī)理［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 1999， 5（3）: 221-226. Zhang R Z， Li X G， Hu H J. The mechanism of fertilization in increasing water use efficiency ［J］. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 1999， 5（3）: 221-226.

［5］成婧， 吳發(fā)啟， 云峰， 等. 渭北旱塬坡耕地玉米-苜蓿間作對(duì)土壤養(yǎng)分和產(chǎn)量的影響［J］. 水土保持通報(bào)， 2013， 33（4）: 228-232. Cheng J， Wu F Q， Yun F， et al. Effect of intercropping corrn and alfalfa on soil nutrients and yield of sloping field in Weibei dryland［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation， 2013， 33（4）:228-232.

［6］高祥照， 馬文奇， 崔勇， 等. 我國(guó)耕地土壤養(yǎng)分變化與肥料投入狀況［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2000， 6（4）: 363-369. Gao X Z， Ma W Q， Cui Y， et al. Changes of soil nutrient contents and input of nutrients in arable of China ［J］. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2000， 6（4）: 363-369.

［7］戴健， 王朝輝， 李強(qiáng)， 等. 氮肥用量對(duì)旱地冬小麥產(chǎn)量及夏閑期土壤硝態(tài)氮變化的影響［J］. 土壤學(xué)報(bào)， 2013， 50（5）: 956-965. Dai J， Wang Z H， Li Q， et al. Effects of nitrogen application rate on winter wheat yield and soil nitrate nitrogen during summer fallow season on dryland ［J］. Acta Pedologica Sinica， 2013， 50（5）: 956-965.

［8］曲環(huán)， 趙秉強(qiáng)， 陳雨海， 等. 灰漠土長(zhǎng)期定位施肥對(duì)小麥品質(zhì)和產(chǎn)量的影響［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2004， 10（1）: 12-17. Qu H， Zhao B Q， Chen Y H， et al. Effect of long-term fertilization on wheat quality and yield in grey desert soil ［J］. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2004， 10（1）: 12-17.

［9］鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析［M］. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2000. Bao S D. Soil agricultural-chemical analysis ［M］. Beijing: China Agriculture Press， 2000.

［10］詹其厚， 陳杰. 基于長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的變性土養(yǎng)分持續(xù)供給能力和作物響應(yīng)研究［J］. 土壤學(xué)報(bào)， 2006， 43（1）: 124-132. Zhan Q H， Chen J. Continual nutrient supplying capacity and crop responses based on long-term fertilizer experiment in vertisol ［J］. Acta Pedologica Sinica， 2006， 43（1）: 124-132.

［11］何曉雁， 郝明德， 李慧成， 蔡志風(fēng). 黃土高原旱地小麥?zhǔn)┓蕦?duì)產(chǎn)量及水肥利用效率的影響［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2010， 16（6）: 1333-1340. He X Y， Hao M D， Li H C， Cai Z F. Effects of different fertilization on yield of wheat and water and fertilizer use efficiency in the Loess Plateau ［J］. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2010， 16（6）: 1333-1340.

［12］張夫道. 長(zhǎng)期施肥條件下土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)和平衡［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 1996， 2（1）: 39-48. Zhang F D. Dynamic and balance of soil nutrients under long-term fertilization conditions ［J］. Plant Nutrition and Fertilizer Science，1996， 2（1）: 39-48.

［13］關(guān)焱， 宇萬太， 李建東. 長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤養(yǎng)分庫(kù)的影響［J］. 生態(tài)學(xué)雜志， 2004， 23（6）: 131-137. Guan Y， Yu W T， Li J D. Effects of long-term fertilization on soil nutrient pool ［J］. Chinese Journal of Ecology， 2004， 23（6）: 131-137.

［14］古巧珍， 楊學(xué)云， 孫本華，等. 長(zhǎng)期定位施肥對(duì)塿土耕層土壤養(yǎng)分和土地生產(chǎn)力的影響［J］. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2004， 13（3）: 121-125. Gu Q Z， Yang X Y， Sun B H， et al. Effects of long-term fertilization on soil nutrition and land productivity in topsoil of Loess soil ［J］. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica， 2004， 13（3）: 121-125.

［15］Darusman M， Stone L R， Whitney D A， et al. Soil properties after twenty years of fertilization with different nitrogen sources ［J］. Soil Science Society of America Journal， 1991， 55: 1097-1100.

［16］Zhang Y P， Liu Z H， Li Y， et al. Effects of long-term located fertilization on wheat yield and soil nutrients of three types of soils in Shandong Province ［J］. Agricultural Science & Technology， 2014，15（3）: 400-406， 426.

［17］劉榮樂， 金繼運(yùn)， 吳榮貴， 梁鳴早. 我國(guó)北方土壤-作物系統(tǒng)內(nèi)鉀素循環(huán)特征及秸稈還田與施鉀肥的影響［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2000， 6（2）: 123-132. Liu R L， Jin J Y， Wu R G， Liang M Z. Study on the characteristics of potassium cycling in different soil-crop systems in northern China ［J］. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2000， 6（2）: 123-132.

［18］勞秀榮， 孫偉紅， 王真， 等. 秸稈還田與化肥配合施用對(duì)土壤肥力的影響［J］. 土壤學(xué)報(bào)， 2003， 40（4）: 618-623. Lao X R， Sun W H， Wang Z， et al. Effect of matching use of straw and chemical fertilizer on soil fertility ［J］. Acta Pedologica Sinica，2003， 40（4）: 618-623.

［19］王旭剛. 黃土高原旱地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)N、P、K平衡研究［D］. 陜西楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2004. Wang X G. Study of nutrients balance of semi-arid ecosystem in loess plateau ［D］. Yangling， Shanxi: MS Thesis of Northwest A &F University， 2004.

［20］劉自成， 楊虓， 李浩. 氣象因素對(duì)冬小麥生育和產(chǎn)量影響研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014， 42（34）: 12180-12183. Liu Z C， Yang X， Li H. Effects of meteorological factors on fertility and yield of winter wheat ［J］. Journal of Anhui Agricultural Sciences，2014， 42（34）: 12180-12183.

［21］蔡劍， 姜東. 氣候變化對(duì)中國(guó)冬小麥生產(chǎn)的影響［J］. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2011， 30（9）: 1726-1733. Cai J， Jiang D. The effect of climate change on winter wheat production in China ［J］. Journal of Agro-Environment Science， 2011，30（9）: 1726-1733.

［22］蒲金涌， 姚玉璧， 馬鵬里， 等. 甘肅省冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)暖冬現(xiàn)象的響應(yīng)［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2007， 18（6）: 1237-1241. Pu J Y， Yao Y B， Ma P L， et al. Responses of winter wheat growth to winter warming in Gansu Province ［J］. Chinese Journal of Applied Ecology， 2007， 18（6）: 1237-1241.

［23］Guo R P， Lin Z H， Mo X G， Yang C L. Responses of crop yield and water use efficiency to climate change in the North China Plain ［J］. Agricultural Water Management， 2010， 97: 1185-1194.

［24］陳磊， 郝明德， 戚龍海. 長(zhǎng)期施肥對(duì)黃土旱塬區(qū)土壤-植物系統(tǒng)中氮、磷養(yǎng)分的影響［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2007， 13（6）: 1006-1012.Chen L， Hao M D， Qi L H. Effects of long-term fertilization on nutrient variety of soil and plant systems in dry-land of Loess Plateau［J］.Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2007， 13（6）: 1006-1012.

［25］Gong W， Yan X Y， Wang J Y， et al. Long-term applications of chemical and organic fertilizers on plant-available nitrogen pools and nitrogen management index ［J］. Biology and Fertility of Soils， 2011，47: 767-775.

［26］Halvorson A D， Reule C A. Nitrogen fertilizer requirements in an annual dryland cropping system［J］. Agronomy Journal，1994， 86: 315-318.

［27］Westerman R L， Boman R K， Raun W R， Johnson G V. Ammonium and nitrate nitrogen in soil profiles of long-term winter wheat fertilization experiments ［J］. Agronomy Journal， 1994， 86: 94-99.

［28］郝明德， 樊軍， 黨廷輝. 黃土高原旱地定位施肥對(duì)產(chǎn)量與土壤硝態(tài)氮累積的影響［J］. 土壤學(xué)報(bào)， 2002， 39（增刊）: 294-299. Hao M D， Fan J， Dang T H. Effects of location applying fertilizer on grain yield of wheat and NO3--N accumulation in soil profile in dry land of Loess Plateau ［J］. Acta Pedologica Sinica， 2002， 39（Suppl.）: 294-299.

［29］Halvorson A D， Wienhold B J， Black A L. Tillage and nitrogen fertilization influence grain and soil nitrogen in an annual cropping system ［J］. Agronomy Journal， 2001， 93: 836-841.

［30］郭勝利， 張文菊， 黨廷輝， 等. 干旱半干旱地區(qū)農(nóng)田土壤NO3-N深層積累及其影響因素［J］. 地球科學(xué)進(jìn)展， 2003， 18（4）: 584-591. Guo S L， Zhang W J， Dang T H， et al. Accumulation of NO3-N in deep layers of dry farmland and its affecting factors in arid and semiarid areas ［J］. Advance in Earth Sciences， 2003， 18（4）: 584-591.

［31］施振香. 上海城郊土壤硝化、反硝化作用及其影響因素研究［D］.上海: 上海師范大學(xué)碩士論文， 2010. Shi Z X. Soil nitrification， denitrification and factors in Shanghai suburbs ［D］. Shanghai: MS Thesis of Shanghai Normal University，2010.

［32］Breuer L， Kiese R， Butterbach-Bahl K. Temperature and moisture effects on nitrification rates in tropical rain-forest soils ［J］. Soil Science Society of America Journal， 2002， 66: 834-844.

［33］王改玲， 郝明德， 李燕敏. 基于黃土旱塬區(qū)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的施肥效益分析［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2010， 28（3）: 129-132. Wang G L， Hao M D， Li Y M. Analysis of the benefit of fertilizer based on long-term fertilization in dry-land of Loess Plateau ［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2010， 28（3）: 129-132.

［34］林治安， 趙秉強(qiáng)， 袁亮， Hwat Bing-So.長(zhǎng)期定位施肥對(duì)土壤養(yǎng)分與作物產(chǎn)量的影響［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009， 42（8）: 2809-2819. Lin Z A， Zhao B Q， Yuan L， Hwat B S. Effects of organic manure and fertilizers long-term located application on soil fertility and crop yield ［J］. Scientia Agricultura Sinica， 2009， 42（8）: 2809-2819.

［35］章孜亮， 劉金山， 王朝輝， 等. 基于土壤氮素平衡的旱地冬小麥監(jiān)控施氮［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2012， 18（6）: 1387-1396. Zhang Z L，Liu J S，Wang Z H， et al. Nitrogen recommendation for dryland winter wheat by monitoring nitrate in 1 m soil and based on nitrogen balance ［J］. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2012，18（6）: 1387-1396.

Soil nutrient balance and crop yields after 10-years' fertilization in the gully area of the Loess Plateau

XU Na1，DANG Ting-hui1，2*，LIU Wen-zhao1，2
（1 Institute of Soil and Water Conservation， Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources，Yangling， Shaanxi 712100， China；2 Institute of Soil and Water Conservation， Northwest A&F University， Yangling， Shaanxi 712100， China）

【Objectives】 Soil nutrient contents are important indices of soil fertility， it is useful to reflect change trends of soil nutrients via monitoring amounts of farmland fertilizers and soil nutrients regularly. Based on a 10-year long-term monitoring experiment of different fertilization in the gully area of the Loess Plateau， the changes of soil nutrients and crop yields were investigated and the relationships among them were analyzed.【Methods】All the treatments in monitoring areas were under the field management measures. There were four treatment areas， no fertilizer（CK）， chemical fertilizer（HF）， combined application of chemical fertilizer and organic fertilizer（HM）and local farmland（NM）. All the fertilizers were basal applied before sowing of crops. Soil samples（0-20 cm）were collected in the middle June or September， and the crops yield and the NPK contents of aboveground plants were calculated at the harvest.【Results】After 10 years’ experiment， the contents of soil organic matter were decreased by 1.73 g/kg in CK， increased by 1.97 g/kg in HF， 2.20 g/kg in HM and 1.44 g/kg in NM， respectively. The soil total N contents were decreased by 0.08 g/kg in CK， and increased by 0.05-0.13 g/kg in the treatments with fertilization. The soil available N contents were increased in HF， but decreased in all the other treatments. The soil available P contents were increased obviously by 11.86 mg/kg in HM. The soil available K contents were decreased by 38 mg/kg in CK but increased significantly by 27.5 mg/kg in NM. All the fertilization treatments could increase the wheat yields significantly compared to CK， and there were no significant differences among the fertilization areas. Nutrient balance analysis showed that the combined application of chemical and organic fertilizer had N， P and K surplus， the chemical fertilizer would cause the deficiency of K， and all the nutrients would be in deficit without the fertilization.【Conclusions】The precipitation， thermal condition and fertilization levels influence the wheat yield significantly. The contents of soil nutrients in the tillage layer（0-20 cm）are changed significantly after 10 years’ fertilization. The initial soil nutrient contents of CK were the highest， however， they became the lowest after 10 years， which proved the extremely importance of fertilization to keep soil fertility. The fertilization can increase the contents of soil nutrients include organic matter， total N， available P and available K， the soil available N is reduced in all the treatments except the chemical fertilization. The waste of fertilizer exists in local farmlands. It is suggested for local farmers to reduce the amount of fertilizer appropriately.

long-term monitoring； soil nutrient； wheat yield； change trend

S158.2

A

1008-505X（2016）05-1240-09

2015-05-06接受日期：2015-08-16

日期：2016-04-01

中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）長(zhǎng)武站長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（K318009703）資助。

徐娜（1990—），女，陜西西安人，碩士研究生，主要從事土壤化學(xué)方面的研究。E-mail：xunaxn@126.com

Tel：029-87012875，E-mail：dangth@ms.iswc.ac.cn