全 文 ：鄂南棕红壤农田生态系统 B素平衡分析*
曹凑贵* * 蔡崇发 张光远 王运华 (华中农业大学农学系, 武汉 430070)
摘要 以湖北省咸宁市贺胜桥镇上孟村农田生态系统为研究对象, 分析了当地油/豆稻、麦/瓜稻、油/玉米
大豆、小麦芝麻、大豆芝麻等 5 种种植方式的 B素平衡. 结果表明,农田 B 素的输出主要是径流和淋溶, 它们分
别占总输出的 48% ~ 53%和 41% ,由产品输出的量相对较小,只占总输出的 3. 4% ~ 10. 1% .当地农田 B 素输
入主要有降雨、灌溉、施肥、种子种苗和自然归还.
关键词 鄂南棕红壤 农田生态系统 B 平衡
Boron balance in agroecosystem on brownred soil of south Hubei Province. CAO Cougui, CAI Chong fa, ZHANG
Guangyuan, WANG Yunhua ( Huazhong Agr icultural Univer sity , Wuhan 430070) . Chin. J . A pp l . Ecol. , 2000,
11( 2) : 228~ 230.
Five sequential cropping systems including rape/ soybeanrice, w heat/ w atermelonrice, rape/ cornsoybean, w heat
sesame and soybeansesame, were selected study the boron balance in ag roecosystem on brow nred soil of south Hubei
Prov ince. The results show that the main output o f boron w as runoff and leaching, w hich accounted for 48~ 53% and
41% of the total respectively , while the output by pr oducts accounted for 3. 4~ 10. 1% . The main inputs were from
rainfall, irrigation, fertilization seeds and seedlings, and natural return.
Key words Brownred soil of south Hubei Pro vince, Ag roecosystem, Boron balance.
* 国家! 九五∀科技攻关项目( 963340307) .
* * 通讯联系人.
1998- 07- 17收稿, 1998- 09- 25接受.
1 引 言
B是植物生长发育所必需的微量元素之一, 在土
壤中缺乏最为普遍. 多年试验结果表明,在我国各地施
B对油菜、棉花、大豆、芝麻、花生、芝麻、水稻、小麦、玉
米、紫云英、柑桔、苹果及蔬菜等作物都有不同程度的
增产效果[ 3] . 目前, B等微量元素肥料的应用是现代化
集约农业的标志和要求. 我国南方红壤区土壤呈酸性,
在高温多雨的气候条件下, B素易被淋溶和流失,是我
国缺 B 较为严重的地区[ 1] . 特别是南方作物种类多
样,复种指数高, 种植制度复杂, 对 B 的需求量大, 但
不同作物的需求不同, 有的对 B比较敏感, 有的则不
敏感.如果只对复杂种植制度体系中单一作物施 B
肥,必然影响系统内 B 素的平衡及其它作物的生
产[ 1] .因此, 研究不同种植制度中 B 的平衡规律,为合
理施肥是极为重要的. 为此本研究以湖北省咸宁市贺
胜桥镇上孟村农田生态系统为研究对象, 分析当地几
种种植制度的 B素平衡.
2 材料与方法
21 耕作制度跟踪调查
于 1996 年 4 月开始至 1997年 5月建立定点农户、定点田
块对油/豆稻、麦/瓜稻、油/玉米大豆、小麦芝麻、大豆芝麻
等 5种种植方式建立田间档案. 记载农业生产过程及物、能的
投入、产出情况, 期间进行耕作制度调查.
22 环境系统 B 素特征的估算
于1996年 4 月开始至 1997 年 5月间在试验区建立排水采
集系统[ 4] , 于不同季节取排水、雨水、自来水、水库、水塘、水沟
的水样,取各种有机粪肥样品, 分析其含 B 量,并调查分析期间
的气象资料.
23 分析方法
231 植物全 B 1mol#L - 1 HCl 提取振荡 2h, 姜黄素比色
法[ 2] .
232 水样含 B 过滤,浓缩, 姜黄素比色法[ 2] .
3 结果与分析
31 农田生态系统 B素输入的数量特征
311干湿沉积物的 B输入 B能在燃料燃烧时进入
大气, 大气中的 B 可随降水和尘埃输入土壤, 一般尘
埃等干沉积物在南方量不大, 可以忽略不计, 南方大气
中的 B 主要通过降雨进入农田. 鄂南棕红壤区降水中
的 B 浓度 0. 0125 ~ 0. 0529mg # L - 1, 平均浓度是
0. 0296mg#L- 1,不同 季节降水含 B量和由降雨对农
田的 B输入有较大差距(表 1) . 该地区 1958~ 1990年
的年平均降雨量为 1465. 3mm , 即年降水输入 B 为
433. 73g#hm- 2.
312灌水输入 鄂南棕红壤区主要灌水中 B浓度为
0. 02165~ 0. 05019mg#L- 1, 不同水源 B 浓度有差距
应 用 生 态 学 报 2000 年 4 月 第 11 卷 第 2 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Apr. 2000, 11( 2)∃228~ 230
(表 2) , 平均浓度为 0. 03309mg#L- 1. 该地区降雨不
匀,时有伏, 秋干旱,通常靠降水外,小麦、油菜、玉米、
秋芝麻等还需补充灌溉,不同种植方式的灌溉及 B素
输入见表 3.
表 1 鄂南棕红壤区农田降水的 B输入量( 1958~ 1990年)
Table 1 B input of rainfal l to farmland of the brown- red soil in south
Hubei Province
季节
S eason
降雨量
Rainfall( mm)
B含量 B content
( mg#L- 1)
B输入速度
B input rate
( g#hm- 2#month)
春 Spring 508. 3 0. 0125 21. 18
夏 Summer 523. 3 0. 0387 67. 5
秋 Autumn 248. 1 0. 0529 43. 54
冬 Winter 185. 6 0. 0143 8. 84
全年 T otal 1465. 3 0. 0296 36. 14
表 2 鄂南棕红壤区灌溉水中 B浓度( mg#L- 1)
Table 2 B content of irrigation water of the brown- red soil in south Hubei
Province
水源
Water source
样品数
Sample number
B浓度
B content
标准差
Standard deviation
水库 Reservoir 5 0. 02165 3. 69
水溪 St ream 5 0. 02743 3. 28
水塘 Pond 5 0. 05019 5. 44
表 3 不同种植方式灌溉对 B的输入
Table 3 B input of irrigation under di fferent cropping patterns
种植方式
Cropping pat tern
灌溉量
Irrigat ion volume
( % 103m3#hm- 2)
输入 B素
B input
( g#hm- 2)
A 4. 28 92. 66
B 3. 89 84. 22
C 2. 16 46. 76
D 1. 15 24. 9
E 0. 93 20. 13
A.油/豆稻 Rape/ SoybeanRice,B.麦/瓜稻 Wheat / WatermelonRice, C.
油/玉米大豆 Rape/CornS oybean ,D.小麦芝麻 WheatSesame, E. 大豆
芝麻 SoybeanSesame.下同 The same below .
313有机肥对 B 的输入量 有机肥种类很多, 且 B
含量有较大差异,目前试验区的主要有机肥来源是作
物秸秆、火土灰、堆肥及畜禽、粪尿等沤制肥. 各肥料来
源含 B量见表 4. 有机肥的有效 B直接进入土壤有效
B 库,全 B也很快会矿化进入土壤有效 B库. 不同种植
方式施有机肥的数量及 B素输入见表 5.
表 4 有机肥 B含量
Table 4 B content of organic fertil izer(mg#kg- 1)
人畜粪尿
Manure
牛栏
Sh ed
manure
草木灰
Plant
ash
煤灰
Coal
ash
堆肥
Compost
鸡粪
Cock
manure
平均
Average
有效 B 16. 19 11. 66 4. 12 3. 06 9. 52 18. 93 10. 5
Availabe B
表 5 各种种植方式施有机肥及 B输入量
Table 5 Input of organic ferti lizer and boron under di fferent cropping pat
terns
种植方式
Cropping pat terns
施肥量
Amount of
organ ic fert il izer
( kg#hm- 2)
输入 B
B input
( g#hm- 2)
A 45000 472. 5
B 60000 630
C 22500 236. 25
D 20000 210
E 5000 52. 5
314化肥对B的输入 除 B砂等含B化肥会将B输
入农田外, 由于化肥工艺会将 B带入化肥, 使大量元
素化肥中也含有少量 B, 当向农田生态系统输入大量
元素肥料的同时也输入 B 素. 一般化肥含 B 在 3mg#
kg- 1以下, 如尿素、过磷酸钙、氯化钾、磷矿粉、钙镁
磷、窑灰钾肥等含 B 量分别在 2. 08、1. 51、0. 14、
0. 647、0. 635和 5. 01mg#kg - 1.根据贺胜桥耕作制度
不同种植方式施肥情况其输入 B素量见表 6.
315其它方式投入 其它 B素输入还有种子种苗和
农作物的自然归还(表 7) .
表 6 各种种植方式施化肥( kg#hm- 2)及 B输入量( g#hm- 2)
Table 6 Input of fertilizer and boron under different cropping patterns
种植方式
Cropping
patterns
尿素
U rea
钙镁磷肥
Ca. Mg.
Phosphate
复合肥
Com pound
fert ilizer
氯化钾
KCl
B砂
Na2B4O 7.
10H2O
输入 B量
Boron
input
A 300 1050 300 7. 5 849. 752
B 450 1050 375 975 2711
C 525 750 675 7. 5 850. 670
D 300 750 375 1. 089
E 120 750 525 1. 456
表 7 农作物的用种量及自然归返率
Table 7 Amount of seed and natural return ratio of di fferent crops
作物
Crops
用种量
Amount of seed
( kg#hm- 2)
B
( g#hm- 2) 自然归返率Natual return
ratio( % )
B
( g#hm- 2)
水稻 Rice 187. 5 0. 238 15 2. 886
小麦 Wheat 150 0. 2 15 1. 173
玉米 Corn 150 0. 323 15 3687
大豆 Soybean 150 0. 341 20 2. 407
西瓜 Watermelon 7. 5 0. 002 20 6. 36
芝麻 S esame 10 0. 036 30 4. 496
油菜 Rape 7. 5 0. 047 30 10. 730
32 B素的输出
321 B素的淋溶及流失 当地土壤条件下, 水田 B流
失、淋溶分别是302. 142、545. 136g#hm- 2#年- 1;旱地的流
失及淋溶损失分别是296. 59、148. 54g#hm- 2#年- 1.
322 B素的产品输出 农田生态系统 B素的输出主
要是随农产品输出而输出(表 8) .
33 农田生态系统 B素平衡
表9是咸宁常见几种种植方式B素输入输出的平
衡状况 . 从表9可以看出 , 5种种植方式中有3盈2
表 8 农产品产量及 B素输出
Table 8 Production and B export of different crops
作物
Crops
经济产量
Economic
output
( kg#hm- 2)
秸秆产量
Staf f
output
( kg#hm- 2)
经济产品
B含量
B content
of economic
output
( mg#kg- 1)
秸秆 B含量
B content
of staff
( mg#hm- 2)
B素输出
B export
( g#hm- 2)
水稻 Rice 6750 6750 1. 27 1. 58 19. 237
小麦 Wheat 2250 2925 1. 33 1. 65 7. 819
玉米 Corn 4500 5400 2. 15 2. 76 24. 579
大豆 Soybean 1800 2160 2. 27 3. 68 12. 035
西瓜Watermelon 37500 30000 0. 32 0. 66 31. 8
芝麻 S esame 1500 2100 3. 62 4. 55 14. 985
油菜 Rape 2250 2700 6. 38 8. 05 35. 765
2292 期 曹凑贵等:鄂南棕红壤农田生态系统硼素平衡分布
表 9 不同种植方式农田生态系统 B素平衡( g#hm- 2)
Table 9 Boron balance of farmland ecosystem under different cropping patterns
项目
Item
油/豆稻
Rape/ beanrice 麦/瓜稻Wheat/ Watermelonrice 油/玉米稻Rape/ corn- rice 麦芝麻Wheatsesam e 豆芝麻Beansesame
Input 降雨Rainfall 433. 73 433. 73 433. 73 433. 73 433. 73
输入 灌溉 Irrigat ion 92. 36 84. 22 46. 67 24. 9 20. 13
有机肥 Manure 472. 5 630 236. 25 210 52. 2
B肥 Boron fert iliz er 847. 5 0 847. 5 0 0
化肥Fert ilizer 2. 252 2. 711 3. 17 1. 809 1. 456
种子 S eed 0. 626 0. 44 0. 711 0. 236 0. 377
自然归返 Natural return 16. 023 10. 419 16. 824 5. 669 6. 903
输入合计 T otal input 1864. 991 1161. 52 1548. 945 676. 344 514. 796
输出 淋溶Leach 645. 14 645. 14 348. 54 348. 54 348. 54
Ex port 流失Runof f 502. 14 502. 14 296. 59 296. 59 296. 59
产品输出 Output 67. 04 58. 86 72. 38 22. 81 27. 02
输出合计 T otal export 1214. 32 1206. 14 717. 51 667. 94 672. 15
盈亏Profit an d loss 650. 671 - 44. 62 67. 435 8. 404 - 157. 354
亏,其中以大豆芝麻亏损最大,盈的主要原因是油菜
施 B砂的结果,如果除去油菜施 B 砂 7. 5kg#hm- 2,将
出现 3亏 2盈, 从亏损来看主要是淋溶和流失,可见在
种植制度中补充 B肥是极为必要的.
4 讨 论
农田 B素的输入输出及静态平衡分析表明,当地
农田 B素输入主要有降雨、灌溉、施肥、种子种苗和自
然归还.化肥、种子种苗对 B的输入都比较少, 除直接
施用 B肥外. 降雨、有机肥和灌溉成了 B素输入的重
要组分.降雨输入占总输入的 23. 25% ~ 84. 25%. 对
某些粗放经营的农田, 降雨是 B素的主要输入方式.
对于大多数农田来说, 有机肥是 B素的主要输入. 其
输入占总输入的 10. 14%~ 54. 24%, 灌溉输入占总输
入的 3. 01%~ 7. 25% .此外, 作物自然归还也是重要
的输入, 其输入占总输入的 0. 84% ~ 1. 34%. 农田 B
素的输出主要是流失和淋溶, 它们分别占总输出的
48. 58%~ 53. 49%, 41. 34%~ 41. 40% ,由产品输出的
量相对流失淋溶损失并不大,只占总输出的 3. 41% ~
10. 09%. 研究结果表明各种种植方式都有不同程度的
亏损, 为了保证当地农田 B素循环的平衡应在生产中
注意以下几点: 1)由于当地土壤肥力差,有机质含量不
足,应注意秸秆还田, 多施有机肥. 2)降雨量虽然能带
来较多的 B素, 但同时又导致 B 的淋溶和流失, 应注
意保持水土, 减少淋溶损失. 3)合理施用 B 肥, 特别是
对油菜等需 B较多的作物应适当补施 B肥, 以保持农
田 B素平衡.
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Agri c Univ (华中农业大学学报) , 21( supp. ) : 4~ 7( in Chinese)
作者简介 曹凑贵,男, 36 岁,博士, 副教授,主要从事农业生态
学、营养生态和生态农业的研究, 发表论文 40 多篇. Email:
ccgui@ 21cn. com
230 应 用 生 态 学 报 11卷