全 文 ：应 用 生 态 学 报 1 , 9 3 年 4 月 第 4 卷 第 2 期
C H IN ES E JO U R N A L O F A P P L IE D EC O LOG Y
, A P r
.
1 9 9 3 , 4 ( 2 ) : 1 4 6一1 4 9
易旱农田生态系统养分循环的研究
傅庆林 ’ 俞劲炎 王兆赛 晰江农业大学航州 310 02 9)
【摘要】 对多熟制农田生态系统的养分循环研究表明 ,小麦后稻一稻 (农田 I ) 、大麦后稻一豆 (农田 -
I )和油菜后稻 ~稻 (农田一 I )复种制 Ca 、M g 有盈余 . P 、 K 、Fe 、M n 均表现亏缺 , N 素有较大的浪费 .
N 、P 、K 主要通过肥料翰入农田生态系统 ,而随农产品输出系统外 , Ca 、M g 主要受水循环控制 , 作物
残留部分中 , N 的残留量最大 ,为 23 一7 1 k g · h a 一 ’ , F e 的残留率最高 ,为 “一87 % .
关扭词 养分平衡 养分循环 残留率 农田生态系统
N u tr ie n t e y e l i n g in e as i ly d r o u g h t f a r lt an d e e o s y s t呱 . F u Q in g l in , Y u J i叮a n a nd W a n g Zh a闪i a n
(z h e ji a n g A g r ic u lt u r a l U n i v e r s it y
,
Ha n g z h o u 3 1 0 0 2 9 )一C h in · J · A p p l · E e o l一 1 9习3 , 4 ( 2 ) : 1 4 6 一 1 4 9 ·
S t u d ie s o f n u t r ie n t e y e lin g in fa r m l a n d e e o s y s t e m s w it h m u l t ip l e e r o p p i n g s 邓t e m s s h o w t h a t in fi e ld s
I (d o u b le e r o p p in g r ie e a ft e r w h e a t ) , 11 ( r ie e 一 s o y be a n a f t e r b a r le y ) a n d 111 (d o u b l e e r o p p in g ri e e a f-
t e r r a p e ) , t h e r e a r e s u r p lu s in C a a n d M g
, d e f ie ie n t in P , K , Fe a nd M n
, a nd g r e a t e r e x t r a v a g a n t i n
N
.
N , P a n d K i n fa r m la n d e e o s y s t e m s a r e im卯 r t e d b y fe r t il ize r s a nd e x p o r t e d by a g r ie u l t u r a l p r o d -
u e t s . Ca a n d M g a r e e o n t r o l le d b y w a t e r e y e l e
.
T h e r e m n a n t a m o u n t o f N 15 m a x im u m ( 2 3 一 7 1 kg ·
h a 一’ ) , a n d t h e r e s id u a l r a t e o f F e 15 a s h ig h a s 6 4 一 8 7% .
Ke v w o r d s N u t r ie n t b a la n e e
, N u t r ie n t e y e li n g , R e s id u a l r a t e , F a r m l a n d e e o s 邓 t e m .
1 引 玄
农田生态系统养分循环量是标志着系统新
陈代谢机能特征之一 , 因而是近年研究的课题
之一 在集约农业的早期 , 人们只是单纯地利用
化肥增加植物养分的直接作用 , 随着农业集约
化的发展 , 为建立稳定的农田生态系统 , 人们逐
渐认识到必须考虑作物 、土壤 、空气 、降雨 、动物
排泄物和作物残 留物之间的养分循环〔卜们 , 定
量研究农田生态系统的功能 . 特别是 自 60 年代
以来 , 我国南方大面积推行多熟制 , 复种指数
高 , 收获量大 , 致使农田养分消耗极大 , 养分平
衡失调 , 有的地区甚至出现土壤肥力 日渐下降
的现象 , 妨碍农业生产的高产、稳产 . 为此 , 研究
农田生态系统的养分循环 , 无论在理论上还是
在指导实践中都具有重要的意义 .
2 材料与方法
2
.
1 试验设计
. 现在浙江省农业科学院土城肥料研究所工作 , 杭州
3 10 0 2 1
-
本文于 1 9 90 年 , 月 2 9 日收到 , 1 99 2 年 , 月 4 日改回 .
试验在衡州市河谷地 区高家镇进行 . 土壤为细砂
质轻壤土 ,墓本理化性质见表 1 . 有 3 个处理 ,农田 I 前
作为大麦 ,农田 I 前作为小麦 , 农田 I 前作为油菜 ,重
复 3 次 , 随机排列 (表 2) . 小区面积 。. o l ha . 施肥与田
间管理措施按当地典型方式进行 .
农田生态系统以作物 - 耕层土壤组成 ,并考虑了降
雨 、灌溉 、施肥 、播种或移栽等养分的输入途径 , 以及渗
漏 、作物收获等养分的箱出途径 (试验田渗漏水平均速
度 : 农 田 I o . Zs e m · h 一 , 农田 I 和 I 均为 o . 2 4e m ·
h 一 ,在整个试验期间均没有排水 ) . 秋大豆的生物固 N
按植物本身含 N 量的 2 /3 计川 . 其它生物固 N 因测定
技术条件限制 ,假定与气态 N 的损失相抵消.
2
.
2 取样和测定方法
根据作物的生育期 , 按播种或移栽期 、收获期分小
区取其种子 、秧苗、植株的样品 , 并定点 (1 x Zm 里) 定期
(14 夭 )收集凋落物 ; 按株穴及样方挖取莞茬及根系 ,取
其新鲜样品 ,置于干操箱内 , 10 5℃杀青 25 分钟 , 85 ℃
烘干至恒重.
灌溉水是在每次灌溉时在试验 田入水口采集 ; 在
灌溉后一昼夜从田埂的暗井里采集渗漏水 ,雨水样品
则在每月上 、中 、下旬各收集 1 次 . 把各次的灌溉水、渗
漏水和雨水样分别混合保存于阴暗处 , 以备分析其养
分含量之用 .
用渗漏仪测定农 田渗漏水速度 , 以便计算渗漏水
2 期 傅庆林等 :易早农田生态系统养分循环的研究
t ,记录每次灌溉水t ,按衡县气象站资料计算出试验
期间的雨水 t . 肥料和实收产 t 均由农户记载提供 . 并
采用常规方法分析植株或神子样品 、土样 、水样品和肥
料样品 .
农 燕 供试土族的理化性段
T. b
. I P 巨ysl c . I . . d c址 . 日记. . p r 。碑rt 二 。r . 01 . t . t目
农 田
Fa n l , -
l a n d
全 N 有机质
p H T o t a l 一 N o rg a n ic m a t t e r
( % ) ( % )
孩解 N
A lk a l i 卜yd ro 一
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。
5 9
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.
6
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8
10 7
。
7
11 2
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7 6
. 9
7 2
.
5
4 8
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.
6
4 7
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。
20
1
。
26
1
。
20
6
. 1 0
6
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. 0 9
农 2 3 种妞种翻和作物品种
T. I,
.
Z n 附 . 目幼脚e c r . p叫. 尽 , 了时~ 二d o , p v. 水ty
农 田 复种制
F a m la n d M u l t ip le e r叩p i n g s y s t e m
早稻 -晚稻
Ea r ly ri e e 一 L a t e r i e e
( F S 一 1 ) ( XS 2 7)
早稻 -大豆
E a r ly r ie e 一 So yb e a n
( ZF 8 02 ) (BH T )
早稻 ~晚稻
Ea r ly r i e e 一 L at e ri e e
( F S 一 1 ) ( 8 3 2 5 )
3 结果与分析
3
.
1 养分的输入
农田生态系统养分的输入途径包括水 (灌
溉水和雨水 ) 、种子或秧苗 、肥料等 . 表 3 列出了
3 种农田生态系统各输入途径的养分量 , 其中
只有农田 I 配施了有机肥和化肥 , 农田 I 、 , 仅
施化肥 . 由表 3 可知 , 农田 I 、 , N 、 P 、 K 主要
是随肥料输入的 , 农田 I 的 N 主要来源于大豆
的生物固 N 和化学 N 肥 , Ca 、M g 以随水输入
农田生态系统为主 ;而 F e 和 M n 的输入则主要
靠有机肥和有机物带入农田 . 因此 ,要全面补给
植物的营养元素 , 应将有机肥和化肥配合施用 ;
而要维持农 田生态系统 , 还须输入必需的水分
和养分 .
农 3 农田生态系统抽人的养分
T. b
.
3 N u t rl e nt l . p u t (kg . . 一 ) In f . m l. d 伙“扣 t树s
竺川俩0.39农 田 F a rm l a n d 目 It 翻 K Ca M g F e
Wa t e r
菌反e d l i n g
料 Fe rt i l i二 r
(有机肥 ) ( 0 . F . )
合 计 T ot a l
水W a t e r
秧苗或种子
Se ed l i n g o r s e e d
肥 料 F ert i lize r
大豆固氮
So yb e a n N f ixa t i训
7 0 。 64 4
. 5 8
3 1
.
80 1 9
.
5 0
4 2 7
. 4 3 5
.
8 0
( 3 1
.
50 ) ( 2 4
.
6 0 )
5 2 9
.
8 4 5 9
.
8 8
3 1
.
72 2
. 0 5
1
. 1 7
18
。
8 0
14 6
.
5 0
( 2 0
.
5 0 )
1 6 6
. 47
0 。 6 5
6 4 9 2
。
5 7
3 。 8 0
3 5
。 30
( 5
. 1 0 )
6 5 3 1
.
6 7
2 8 8 5
.
6 4
1 5 7 6
. 9 3
4 . 5 0
6
.
6 0
( 6
.
10 )
15 8 8
. 0 3
70 0
.
7 9
0 . 0 1
0 . 1 9
4 . 1 4
( 3
.
3 8 )
4 。 3 4
0
. 0 1
项一秧水肥
( 0
. 3 9 )
0 。 4 5
0 。 0 5
2 1
.
2 0
1 5 4
.
8 0
2 0 5
.
5 9
计 T o t a l
Wa t e r
苗决 e d l i n g
料 F e rt i l ize r
计 T o t a l
4 13
.
3 1
66
.
9 8
2 1
。 2 0
5 30
。
5 0
6 18
.
6 8
1 0
. 3 0
1 2
.
3 5
4 . 3 5
1 8
。
7 0
1 0
。 0 0
3 3
。 0 5
4 . 8 5
1 。 12
6
。 9 0
45
。 3 0
53
.
3 2
28 8 6
6 15 2
3.
2 6 -
7 0 2
。
4 9
14 9 4 。 4 2
3 . 0 0
0 。 20
1 4 9 7
.
62
0 . 08
0 . 0 1
0 44
0 , 67
1
. 12
0
. 0 6
0 。 0 5
0 。 0 3
;.9t3070合水秧肥
3
.
2 养分的输出
农田生态系统的养分输出主要是随作物的
收获而携出系统以及养分的渗漏淋失 . 由表 4
看出 , N 和 P 主要随籽粒移出农田 ; Ca 、M g 渗
漏淋失较大 ; 而 K 则大部分通过秸秆携出系
统 , 且因作物的秸秆多数用作燃料 , 系统中 K
的损失相当大 , 因此 , N 、 P 、K 的输出绝大部分
是通过农副产品携出系统的. 结合养分的输入
和输出可知 , 在农田生态系统的养分库中 C a 、
M g 变化主要受水循环所制约 .
1 4 8 应 用 生 态 学 报 4 卷
表 4 农田生态系统艳出的养分
Tt l,
.
4 N u trl e . t ou t四t (kg · 一, ) 二 r . , 目 . . d ec o. y s t e . .
农田
F a r们1 1a n d 项目 It e m
月r200曰46Q甘0bo甘度O,94七J月乙了二32
‘1nq04
.…几J,1弓‘月矛,且do自,口空n.七
.50809418921679.97L863
水渗拍节a t e r 砂 rc o l a t io n
籽拉 S e d
枯秆 S t r a w
合计 T o t a l
水诊扮 Wa t e r 件 r e o la t io n
籽位 反吧d
桔秆 S t r a w
合计 T o t a l
水诊翻 Wa t e r 沐rc o la t io n
籽位 Se ed
枯秆 S t r a w
合计 T o t a l
1 7
. 36
2 4 4
。
20
1 3 2
。 70
3 9 4
。
26
8
.
9 8
32 8
.
2 0
80
.
8 0
4 7 1 . 9 8
15
. 9 9
20 7
. 3 0
13 9 . 6 0
36 2
.
8 9
1 。 5 3
23 2
. 4 0
1 10
。
8 0
> 34 4 一 7 5
‘
0
. 7 9
2 5 5
. 1 1
4 0 。 0 9
4 9 。 4 0
1 7 9
。
8 0
2 6 9
。
2 9
2 0
。
7 2
5 5
。
50
7 4
。
20
1 5 0
. 4 2
3 6
. 93
4 3 . 70
13 6
。
10
2 1 6
。
73
14 5 5
。 6 2
1 0 。 20
8 5
。
20
15 5 1
. 0 2
7 5 2
。
4 3
13
。
5 0
7 5
。
2 0
8 4 1
.
1 3
1 34 0
。
6 8
10 。 2 0
66
.
6 0
14 1 7
. 4 8
5 74
。
5 9
3 9
。
6 0
9 5
。
6 0
70 9
.
7 9
29 7
. 0 1
2 04
。
1 0
7 3
.
8 0
5 74
.
9 1
5 2 9
.
2 2
3 6
.
7 0
8 1
. 0 0
6 4 6
. 9 2
2
。 9 4
0 。 6 2
6
。 3 0
9 。 8 6
1
。
5 2
0 。 3 4
2
。
8 1
4
。
6 7
2
。
7 0
0 . 68
5
。
38
8
.
7 6
3
.
3 作物养分的残留
作物体内的养分大多通过农副产品携出农
田生态系统 , 但其残留部分将继续参与农田生
态系统的养分循环 . 从 3 种农田生态系统的残
留状况 (表 5) 来看 , 残 .留量均为 N 最高 ( 23 一
7 1 k g
·
h a
一‘) , M n 最低 ( 0 . 3 一 1 0k g · h a-1 ) . 在
N
、
P
、
K 三要素中 , K 的残留量最小 , 残留率也
较低 (除农田 I ) , 所以实行稻草还田 , 减少收获
携出量 , 有利于促进农田生态系统的养分平衡 .
但是 , 残留量最大并不一定残留率也最高 .
表 S 作物养分的残留l 和残留率
T . 卜. 5 R esl d u 目 . . O u n t t n d r . t e 吐 p l a nt n u t d e n t
农田 Fa 二l an d 项 目 I t e m P K C a M g F e
口空月了b…0匕n
残留 t R e m n a n t a m o u n t ( k g · h「 ’)
残 留率取 s id u a l r a t e ( % )
残留 t R e m n a n t a m o u n t ( k g · h a 一 ’)
残 留率 Re s id u a l r at e ( % )
残留 t R e m n a n t a m o u n t (k g · h a 一 ’)
残留率 R e s id u a l r a t e (% ) :;::
1 9
.
5
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.
8
5
。
1
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。
9
1 0
。
1
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14
。 2
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。
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2 7 。 0
吕7 。 3
M n
0 。 8
10
。 4
,人仁口n月 舀了飞孟,
64 . 1
1 2 。 3
8
。 4 7 8 。 6 9
. 0
032504n10298.9764542581475.269.
在这 7 种元素中 , 残留量最小的 M n , 其残留率
( 9一 10 % )反而 比 K (5 一8 % )高 ;残留率最高的
却是残留量均比 N 、 P 小的 F e , 为 64 一87 % . 因
此 , 在研究多熟制农田养分平衡时 , 必须同时考
虑残留量和残留率两方面 .
3
.
4 养分平衡
由表 6 可见 , 农田生态系统的这 7 种元素
平衡中 , C a 、M g 均表现盈余 , 而且其盈余程度
较大 (输入 /输出分别为 C a : 3一 4 , M g : 1一2 ),
这是因为农田生态系统中 C a 、M g 的平衡主要
受水循环控制 , 在水的输入与输出中有大量
ca
、
M g 盈余 . 对 N 而言 , 农田 I 、 I 表现盈余 ,
农田 I 却表现亏损 . 由此可知 , 虽然农 田 I 种植
有一季秋大豆 , 其生物固 N 量非常可观 , 但不
注意 N 素输入 , N 素也会出现亏损 . 因此 , 在搭
配有豆科植物的复种制农田生态系统中也必须
重视 N 素的输入 , 以保持农田生态系统的 N 素
平衡 .
表 ‘ 农田生态系统的养分平衡
几七. ‘N u t d e 吐 b al an 傀 in fa r 口 l . d ec os ys t e .
F a r n l -
l a n d
一 9 。 4 1
0 . 0 5
61018
9560201734UOO
n‘4护舀,门了曰
.心‘勺八」
匕.门r八U.月了O‘八,儿尸舀白01UQ平衡值 Ba l a n e e v a l u e ( k g . h a 一 ’)
翰入 / 翰出 I n p u t / o u t p u t
平衡值 Ba l a n e e v a l u e ( k g · h a 一 ’)
输入 /箱出 I n p u t / o u t p u t
平衡值Ba l a n e e va lu e ( k g · h a 一 ’)
输入 / 翰出 I n p u t / o u t p u t
1 35
.
5 8
1
. 3 4
一 5 8
.
7 6
一 2 84 . 8 5
0 . 1 7
一 2 8 4 . 7 4
0 。 04
一 2 2 2 . 06
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一 10 2
。
8 2
0 . 6 2
一 14 5 。 5 7
D‘ 0 3
一 16 3
。
4 1
0 . 25
4 9 8 0
.
6 5
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2 0 4 5
.
8 1
3 43
4 7 6 5
.
48
4 . 3 6
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亡91
介‘
2 期 傅庆林等 : 易旱农田生态系统养分循环的研究
由表 6 还可看出 , P 、 K 、 F e 和 M n 都出现
严重亏损 . 长此以往 , 必将导致 N 、 P 、K 比例失
调以及农田肥力的下降 . 因此 ,在农田生态系统
中 , 必须重视养分平衡和 N 、 P 、K 肥料配合施
用 .
4 讨 论
农田的养分平衡问题是建立复种多收 、良
性循环的农田生态系统所应解决的基本间题 .
从该地区 目前养分供应来看 , 已出现了不平有
状况 . 麦 、油菜后稻 一稻复种制 N 素供应过多 ,
麦后稻一豆复种制 的 N 素供应不足 , P 、K 均缺
乏 , 三要素比例失调 . 投 N 效率降低 ,严重限制
了农田生态系统生产潜力的发挥 . 如投入肥料
N
、
P
、
K 比例不同 : 农田 1 1 1 . 9 : l : 4 . 1 , 农 田
1 5 3
.
1 : 1 : 4
.
5
, 其投 N 效率就不同 : 农田 I
2 7
.
3 6 k g 稻谷 · k g 一’N 大于农田 , 1 7 . s o k g 稻
谷 · k g 一 ‘N ;作物吸收 N 占投入肥料 N 的百分
数农田 I (8 % )高于农田 , (6 5 % ) . 因此 , 为了
建立高产 、优质 、低耗的农田生态结构 , 必须重
视养分的平衡 , 以提高农田生产力 .
从养分平衡分析来看 ,农田 I 、 , 作物残留
部分继续参与土壤养分循环的 N 素占盈余量
的 1/ 2 一 1/ 3 弱 , 而 P 、K 的亏损则远不能由残
留物养分中补偿 , 这 样 , 由于 N 、 P 、 K 比例失
调 . 大部分 N 素在作物吸收之前就以气态 N 挥
发掉 . 因此 , 收获后 . 按投入量虽有盈余 , 而土壤
中全 N 量并无显著变化 (表 7 , L S R 测验 , 5 %
显著水准 ) , 说明稻一稻农田生态系统中 . 气态 N
等难测部分的损失量远远超过生物固 N 量 , 因
而对于“假定系统中生物固 N 量与气态 N 等损
失量相抵消”问题是需要进一步研究的 . 而农田
I 因 N 素化肥施用量小 , 虽出现负值 , 但浪费
也小 , 其残留部分含 N 量约占平衡值的 1/2 . 此
外 ,大豆生物固 N 非常可观 ( 2 0 5 . s o k g · h a 一 ) ,
这两部分 N 不仅补偿了投入 N 素的亏缺 . 而且
出现了盈余 N . 表现在作物收后土壤全 N 有所
增加 .
狡 , 试脸前和试脸后土雄全 N 、P 、K (写 )
Ta b
. 7 T o 幻目 N , P a n d K ot . 0 11 加加re an d . ft e r e x 钾 d衅 n t
农 田 F a r m la n d
试验前 氏fo re e x p e r im e n t
试验后 A ft e r e x 伴 6 m e n t
试脸前 Be fo re e x p e r im e n t
试验后 A ft e r e x 讲 r im e n t
试脸前 Be fo re e x p e r im e n t
试验后 A f t e r e x 钾 d m e n t
0 . 0 8 3 3士 0 . 0 3 0
0 . 10 0 0士 0 . 0 0 7 0
0 . 0 8 3 2士 0 . 0 0 2 0
0 . 0 9 7 0士 0 . 0 0 1 0
0 . 1 1 1 0士 0 . 0 0 2 0
0 . 0 9 7 0士 0 . 0 0 5 0
0 . 0 4 8 0士 0 . 0 0 1 7
0 . 0 4 0 0士 0 . 0 Q2 1
0 . 0 5 0 0士 0 . 0 0 1 5
0 . 0 4 3 0士 0 . 0 0 2 0
0 . 0 4 2 6士 0 . 0 0 13
0 . 0 3 8 0士 0 . 0 0 10
0 . 0 3 64 士 0 . 0 0 1 1
0 . 0 3 0 9士 0 . 0 0 1 6
0 . 03 46 士 0 . 0 0 10
0 . 03 00 士 0 . 0 0 08
0 . 03 84 士 0 . 0 0 15
0 . 03 27 士 0 . 0 0 14
从本项研究结果可以认为 , 在轻质砂壤土
易早农田麦 、油菜后种植稻 一稻 、稻 一豆耕作制
中 , N 、 P 、K 主要通过肥料输入农田生态系统 ,
而随农副产品输出系统外 , C a 、M g 主要受水循
环所控制 ;在易旱农田生态 系统中 , C a 、M g 表
现盈余 , P 、K 、 F e 和 M n 均表现亏缺 , N 素有较
大的浪费 ;残留量大并不一定残留率也高 ,残留
量 N 最大 , 残留率 F e 最高 .
参考文献
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A s i a : A H u m a n Ec o log y P e r s p ec t iv e
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We s t v i e w P r e s s
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攻 , u ld e r , C o lo r a do .