黄土高原长期施肥条件下土壤养分与肥料贡献率的气候驱动差异性响应

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Climate-Driven Differential Responses of Soil Nutrients and Fertilizer Contribution Rates Under Long-Term Fertilization on the Loess Plateau

　　

摘要

气候变化正在重塑旱地农业生态系统中的养分循环和肥料效应，但不同气候年份类型如何调节半干旱系统中长期施肥效果的研究尚不充分。本研究旨在揭示气候年份类型与施肥制度如何共同调控土壤养分积累、稳定性及肥料贡献率。基于中国陕西省安塞杜山的18年田间试验（2001–2018），在三种气候年份类型（暖干型、冷干型、冷湿型）下，对五种施肥制度（不施肥、单施有机肥、氮磷肥、氮磷钾肥、有机肥与氮磷钾肥配合）下的六种土壤养分进行了评估。利用67年气象记录（1951–2017），通过Mann-Kendall检验分析了区域气候趋势。年份类型和施肥效应通过线性混合效应模型（以年份和小区为随机截距）进行检验；气候驱动因子的相对重要性及功能形式通过随机森林和分段结构方程分析加以解析；每一年记录春玉米籽粒产量，用以推导平行的基于产量的贡献率。检测到极显著增暖趋势（P < 0.01），而降水量未显示显著趋势。30个温度-养分相关性中，13个在未校正P < 0.05水平下显著，但仅1个通过错误发现率校正，降水相关均不显著。在施肥条件下，养分含量排序为冷干型 > 冷湿型 > 暖干型。单施有机肥和有机肥与氮磷钾肥配合处理使有机质、全氮、碱解氮和速效钾提高74–164%，磷素处理使速效磷提高701–1392%。相对于未施肥对照计算的土壤养分肥料贡献率（FCR-soil）与养分含量脱钩，在暖干型年份（55.3%）和冷湿型年份（53.2%）高于冷干型年份（46.4%）。基于产量的贡献率呈现相同的年份类型排序，暖干型、冷湿型和冷干型年份分别为54.3%、52.1%和45.9%。水分和温度共同调控肥料效应。建议在冷湿型年份优先采用有机肥与氮磷钾肥配合施用，在暖干型年份施用有机肥以维持基础肥力和稳定性，在冷干型年份避免高投入施肥制度，因其投入产出比不佳。