徐明岗-农田土壤肥力演变与培肥

我国农田土壤肥力演变与培肥及粮食安全徐明岗（中国农业科学院农业资源区划所）安徽农科院土肥所学术报告2013.9合肥土壤生产力（产量）ContributionfromBasicSoilFertility地力贡献率！SoilProductivityEffectsofManagement:Fertilization,irrigation,…...资源利用效率！基础地力水肥效应地力效应IncreasingSoilfertilityCropProductivity:提高生产力的2条基本途径SoilfertilityinteractionwithefficiencyofWaterandfertilizersIncreasingefficiencyofwaterandfertilizersCropyield2020~30SoilFertilityContributiontoGrainYieldinChina:52%Forrice,wheatandmaizeinaverage我国三大作物产量的平均地力贡献率52%30~4040~5050~6060~7070~8080~9090TangandHuang,2009单季稻早稻晚稻小麦玉米2020~3030~4040~5050~6060~7070~8080~90中国主要作物产量的地力贡献率(%)：52%比欧美国家低约20个百分点Why???90TangandHuang,2009单季稻晚稻小麦水肥贡献力基贡础献地贡水献肥基础地力贡献品种和技术相同早稻产量玉米美国中国难以摆脱对大量水肥的依赖LowerSoilFertilityinChina土壤肥力低LowSOMInChina,SOMin26%ofarablesoilislessthan1%,whichisonly30-50%ofEuropeanSoils.Requirement:Techniquestoincreasesoilfertility,SOCRegionChinaEuropeBrownearths1％－1.5％3%Cinnamonsoils≈1%2%Chernozems≈3%≈8%每公斤养分所增加的粮食(kg/kg)玉米产量(t/ha)耕地质量差，水肥用量大，施肥效益低，环境污染风险大！•肥料利用率：氮肥30%-35％，磷肥10％-20％，钾肥45%左右，低于发达国家10-20个百分点。01086420605040302010ChinaChina256USAUSA138•每公斤养分所增产的粮食不及世界的1/2，美国的1/32005年玉米施肥量和产量比较提高耕地质量是节本增效、生态、安全农业生产的重要途径！因此，提高农田土壤肥力，藏粮于土，是确保我国粮食安全（生态安全、环境安全）的重要基础和战略选择！报告内容1.为什么说提高耕地质量是国家粮食安全的战略选择？2.耕地质量培育与有机质提升的技术与原理？3.减肥增效-有机肥替代的技术与原理？4.长期试验数据整理分析的一些技巧？5.进一步研究的思考！一、提高耕地质量是国家粮食安全的战略选择！贡献率（%）土壤改良与培肥（良田）是提高我国粮食产能的主攻途径！？？？大量数据表明：粮食增产中，土壤肥料技术的贡献率约占1/3（相当于优良品种）中国粮食安全之根本途径：良种+良田+良法农业技术对粮食单产提高的贡献率（1985-2005）（来源：农业部）35302520151050土壤改良培肥优良品种植保与栽培玉米产量(吨/公顷)7.619.56.17.98.854.95.230105151120198019952005高产记录区试产量实际产量(张世煌徐志刚，2009)新品种产量潜力不断扩展，但农田实际产量增长缓慢；玉米高产品种潜力在实际生产中不能得到发挥！???1、我国良田问题凸显，成为粮食增产主要限制因素！单产提高－－良种？25玉米最高产量(kg/ha)（河北潮土，高菲2008）仅仅良种不能大面积提高我国粮食单产单产提高－－良种？玉米最高产量(kg/ha)9477102571304812000100008000600040002000014000低肥力中肥力高肥力高产品种高产田单产（公斤/亩）中低产田单产（公斤/亩）降低幅度超级稻750500-60020%-35%小麦60045025%玉米80060025%相同水/肥/植保等管理措施，中低产田单产水平仍较低－－仅仅良法也不能大面积提高我国粮食单产(农业部国家耕地质量监测点，2006-2010)单产提高－－良法？我国不同地力耕地的高产品种单产水平2、仅仅良法也不能大面积提高我国粮食单产！增产途径增产现状未来增产潜力良种较多、品种潜力受限较小良法水肥等农资投入巨大中等良田数量少、可改良面积大巨大我国粮食安全主要依赖于提高我国粮食单产；限制我国粮食单产水平的一个重要因素？？缺少大面积的良田！提高我国粮食单产的途径与潜力3、缺少大面积的良田限制我国粮食单产提高！42.76%全国耕地高、中、低地力面积（1996年）26.15%高产田中产田低产田我国人多地少，耕地整体质量低肥力低下、难于农林牧利用的土壤，总面积的1/431.09%耕地土壤有机质含量低于1%的面积达26%中低产耕地面积大，占2/3中产田7.13(39%)低产田5.85(32%)高产田5.3(28.99%)农业部2008注：数据来源于农业部种植业司2008我国中低产田面积和比例大面积12.9亿亩，占耕地总面积的70%全国高中低产田面积（亿亩）及比例（%）全国耕地面积18.28亿亩粮食总产量，亿斤130001200011000100009000800070001300012000110001000090008000700019851990199520002005201020152020202520302035年份4、提升耕地质量是粮食安全的战略途径耕地继续减少；人口和粮食需求刚性增长！如何在有限的耕地上，实现粮食安全？确保粮食自给，提升耕地质量和单产是唯一选择！高产：中国农业不懈的追求和梦想！我国粮食总产变化和需求预测Wheatgrainyield(t/ha)5、长期试验和土壤肥力演变是培肥土壤的理论基础长期试验是土壤学研究的重要手段土壤肥力演变与培育是相对缓慢的过程，需要长期试验才能揭示其规律！国内外大量资料：施肥、轮作、耕作能显著培肥土壤1098765432101850187519001925195019752000英国洛桑试验站，1843年开始，已经进行了167年我国长期试验及其发展？红壤长期试验，湖南祁阳（1990-黄土长期试验，陕西杨凌（1990-长期试验意义、国外概况长期试验是野外监测、试验和研究农田生态环境的重要平台！土壤学研究的重要手段！国际上100年以上长期试验25个：11个在英国，5个在美国3个在丹麦，2个在法国，2个在德国，2个在乌克兰10-100年长期试验600个长期试验的时间概念：长期试验：大于20年的定位试验！至少在10年以上！大于50年的为珍贵的长期试验！以英国洛桑试验站最著名：建于1843年，170年历史TheclassicalexperimentsatRothamsted主要处：N,P,K,Manure，及其组合BroadbalkContinuousWheatExperimentFirstsown18432013年9月11日Wednesday2013年9月11日WednesdayLTEsIntheWorld世界第2The2ndLongestOne:MorrowPlots,locatedinUniversityofIllinoisatChamigan-Urbana,establishedin1876137-yearhistory,FoundationofUSAAgri.2013年9月11日WednesdayEffectsofRotationandFertilizationonCropProductivityandSoilQuality,NationalHistoricalLandmarkInChina1.Chemicalfertilizerexperimentnetbeganduring“the6thfive-yearplan”andconducedaboutin1980（1980年前后开始的化肥网）2.TheChineseNationalSoilandFertilizerLong-TermMonitoringNetwassetupduring“the7thfive-yearplan”andconducedin1990（1990年开始的肥力网）▲▲▲▲■■■■■Nationallong-termfertilizerexperimentsnetFrom1980,about80long-termfertilizerexperimentsthrough22provincesand10soiltypesinChina,conductedtoinvestigatetheeffect,rateandratioofN,PandKfertilizers■■■■■■■■■■■▲▲■■■▲■■▲■■■▲▲■▲▲▲■■■■■■▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲图例■双季稻区试验点；■水旱两熟区试验点；▲旱作两熟区实验点▲旱作一熟区试验点全国定位试验点分布示意图▲PaddysoilNetwork(CSFEN)●CSFENwasestablishedin1990●Thereare9experimentalsitesinthenetworkalloverChinaBlacksoilGraydessertsoilDrabfluvo-aquicsoilFluvo-aquicsoilPaddysoilLoesssoilPurplesoilRedsoilChinaLong-termSoilFertilityExperiment农田长期试验基地！70个长期试验，10个主要土壤类型；10个主要耕作模式；覆盖主要粮食作物长期肥料试验：68个长期轮作试验：21个长期耕作试验：12个旱作水旱轮作全国长期试验基地（农业部、教育部、中科院等）单季水稻双季旱作二、耕地质量培育与有机质提升的技术与原理Organicmatter(g/kg)OC(g/kg)Organicmatter(g/kg)Organicmatter(g/kg)R=0.6917作物产量与土壤有机质之间呈正相关关系y=8E-05x+8.1621R2=0.5658.58.010.07000110001500019000Cropyield(wheat+corn)(kg/ha)灰潮土y=0.8909Ln(x)+1.4013R2=0.99687615141312111090100020003000400050006000Wheatyield(kg/ha)1/2OMOMCFy=3.5361Ln(x)-16.08721514191817167000110001500019000Cropyield(wheat+corn)(kg/ha)砂姜黑土y=1.4992Ln(x)-4.3345R2=0.7167989.5109.0117000110001500019000Cropyield(wheat+corn)(kg/ha)白散土河南潮土粮食主产区，粮食单产水平与耕地土壤有机质水平密切相关。北方旱区，0.1%的有机质相当于0.5t/hm2的粮食生产地力而南方稻区0.1%的有机质相当于0.6-0.8t/hm2的粮食生产地力平均，土壤有机质提高0.1%，粮食产量的稳产性提高10%~20%。大量统计结果土壤培肥的主要结论：提高土壤有机质（SOM或SOC）是培育土壤肥力的根本，是保障粮食安全（高产稳产）的根本！“藏粮于土”－保证粮食安全！培肥土壤的核心是什么？是提高SOM！如何提高SOM（原理？技术？）农田生态系统碳循环流程图观测近20年的典型农田土壤肥料长期试验站（点）有机碳(g/kg)有机碳（g/kg)祁阳红壤1510502