农田土壤培肥技术与效果
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• 每公斤养分所增产的粮食 不及世界的1/2，美国的 1/3
每公斤养分所增加的粮食 (kg/kg)
60 50 40 30 20 10
0 China
10
8
USA
玉米产量 (t/ha)
2005年玉米施肥量和产量比较
6
4
提高耕地质量是节本增效、生态、 2
安全农业生产的重要途径！
0 China
USA
256
138
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 ▲
▲
▲
▲
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■
● CSFEN was established in 1990 ● There are 9 experimental sites in the network all over China
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，169年历史
The classical experiments at Rothamsted
主要处：
N, P, K, Manure， 及其组合
Broadbalk Continuous Wheat Experiment First sown 1843
SOC每提高10%， 武昌小麦：74% 南昌水稻: 42% 进贤玉米：110%
0.6 遂宁：
R2 = 0.53* 0.4
南昌： 0.2 R2 = 0.48**
0
0
5
武昌： R2 = 0.68**
进贤旱地 R2 = 0.52**
10
15
20
25
土壤有机碳 g/kg
不同施肥下产量可持续性（1990-2009）
National long-term fertilizer experiments net
From 1980, about 80 long-term fertilizer experiments through 22 provinces and 10 soil types in China, conducted to investigate the effect, rate and ratio of N, P and K fertilizers
For rice, wheat and maize in average 我国三大作物产量的平均地力贡献率52%
单季稻
早稻
晚稻
小麦
Tang and Huang, 2009
<20
玉米
20~30
30~40
40~50
50~60
60~70
70~80
80~90
>90
中国主要作物产量的地力贡献率(%)：52%
Lower Soil Fertility in China土壤肥力低
Low SOM
In China, SOM in 26% of arable soil is less than 1% , which is only 30-50% of European Soils.
Requirement:
Techniques to increase soil fertility, SOC
11000
15000
19000
C rop yield (wheat+corn) (kg/ha)
Orga nic ma tte r (g /kg )
Organic m atter (g/kg)
19
砂姜黑土 18
17
16
y = 3.5361Ln(x) - 16.087
R2 = 0.6917 15
14 7000
2020年6月7日
2020年6月7日
In China
1. Chemical fertilizer experiment net began during “the 6th five-year plan” and conduced about in 1980 （1980年前后开始的化肥网）
2. The Chinese National Soil and Fertilizer LongTerm Monitoring Net was set up during “the 7th five-year plan” and conduced in 1990 （1990年开始的肥力网）
15 14 13 12 11 10
9 8 7 6
0
1/2OM OM CF
1000
河南潮土
y = 0.8909Ln(x) + 1.4013 R2 = 0.996
2000 3000 4000 5000 6000 Wheat yield (kg/ha)
10.0 灰潮土
9.5
9.0
8.5
8.0 7000
y = 8E-05x + 8.1621 R2准差 变异系数 SYI 平均产量 标准差 变异系数 SYI
(kg/hm2) (kg/hm2) (%)
(kg/hm2) (kg/hm2) (%)
CK
1364
331 24.3 0.69 3740 799 21.4 0.63
N
1785
1049 58.8 0.29 5196 907 17.5 0.64
Why??? 比欧美国家低约20个百分点
单季稻
早稻
晚稻
产量
难以摆脱对大 量水肥的依赖
小麦
水 肥 贡 献 力基
中 贡础 国 献地
贡水 献肥
基 础 玉米 地 力
贡美 献国
品种和技术相同
Tang and Huang, 2009
<20 20~30 30~40 40~50 50~60 60~70 70~80 80~90 >90
大量统计结果
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0.5
t/hm2的粮食生产地力
而南方稻区0.1%的有机质相当于0.6-
0.8 t/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%。
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！
0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
年份
20
15
10
CK
NPK
NPKM
5
哈尔滨黑土
0 1979
1984
1989
1994
年份
1999
2004
旱作土壤碳对系统投入的响应
土 壤 有 机 碳 变 化 （
）
2 .0
2 .0
1 .6 SOC0=15.43 1 .6
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.土壤培肥原理与技术 2.秸秆还田技术与效果评价 3.酸化土壤特性及其改良技术
一、土壤培肥原理 与技术
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
哈尔滨
1 .2
1 .2
0 .8
y = 0.2264x - 0.4011 R2 = 0 .9 3 4 8 * *
0 .8
0 .4
0 .4
0 .0
0 .0
0
3
6
9
12 0
-0 .4
-0 .4
2 .0
SOC0=13.051 .6 公主岭 y = 0.1921x - 0.5319
R2 = 0.961**
1 .2
11000
15000
19000
Crop yield (wheat+corn) (kg/ha)
11 白散土
10
9
y = 1.4992Ln(x) - 4.3345 R2 = 0.7167
8 7000
11000
15000
19000
Crop yield (wheat+corn) (kg/ha)
Org an ic ma tter (g/kg )
NP
2458
736 29.9 0.60 6122 30
0.5 0.76
NK
1894
957 50.5 0.33 5842 1002 17.1 0.64
PK
1612
718 44.5 0.40 4620 47
1.0 0.84
NPK
2748
157 5.7 0.82 6601 130 2.0 0.80
NPK+M1 2890
225 7.8 0.82 6630 507 7.6 0.74
NPK+ M2 3034
262 8.6 0.79 7035 262 3.7 0.73
M1
1473
373 25.4 0.67 4385 902 20.6 0.57
注 SY(IYn1)/Ymax （Timsinad et al., 2001）
Paddy soil
全国长期试验基地（农业部、教育部、中科院等）
单季
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
旱作
水旱轮作
旱作
水稻
长期肥料试验：68个
双季
长期轮作试验：21个
长期耕作试验：12个
作物产量与土壤有机质之间呈正相关关系
OC (g/kg)
粮食安全告急！谁来养活中国？？？
Soil Productivity 土壤生产力
（产量）
Contribution from Basic Soil Fertility
地力贡献率！
Effects of Management: Fertilization, irrigation, …...
资源利用效率！
Crop Productivity: 提高生产力的2条基本途径 Soil fertility interaction with efficiency of Water
Region China
Brown earths 1％－1.5％
Cinnamon soils
≈1%
Chernozems ≈3%
Europe
>3%
>2%
≈8%
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。
0 .8
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
Wheat grain yield (t/ha)
10
英国洛桑试验站，
9
1843年开始，已经进
8
行了167年
7
6
5
4
3
2
1
0 1850
1875
1900
1925
1950
1975
2000
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
Black soil
Gray dessert soil
Drab fluvo-aquic soil
Fluvo-aquic soil Loess soil
Paddy soil
Purple soil
Red soil
China Long-term Soil Fertility Experiment
Network (CSFEN)
农田土壤培肥技术与效果
我国粮食作物生产与消费总量平衡状况
1000
年 度 500
粮
食
0
平
1990
衡 -500 (亿
斤)
-1000
年度粮食平衡
1993 1996 1999
占当年粮食产量%
14
7占 当
年
0粮
2002 2005 2008
食
-7 产
量
-14 %
-1500
-21
(李振声院士，2010)
我国自1999年以来，粮食平衡处于亏缺状态。
南方水稻土SOC与作物产量及可持续指数
8000
武昌小麦
南昌水稻
进贤玉米
6000
R2 = 0.74**
产 量 k （ g /h a）
产量可持续指数 SYI
4000
2000
R2 = 0.70**
R2 = 0.84**
1
0
0
5
10
15
20
25
0.8
土 壤 有 机 碳 （ g/kg）
遂宁中稻 南昌早晚稻
武昌中稻 进贤玉米
培肥土壤的核心是什么？
是提高SOM！ 如何提高SOM（原理？技术？）
不同施肥土壤肥力（SOC)演变
观测20年以上 典型农田长期试验站（点）
长期试验的系统总结！ 50多位科技工作者 20年工作结晶
有机碳(g/kg) 有机碳 （g/kg)
25
CK
NPKM 20
NPK 1.5NPKM
祁阳红壤
15
10
5
and fertilizers
Increasing efficiency of water and fertilizers
水 肥 效 应
Increasing Soil fertility
地 力
基础地力
效
应
Crop yield
Soil Fertility Contribution to Grain Yield in China: 52%
每公斤养分所增加的粮食 (kg/kg)
60 50 40 30 20 10
0 China
10
8
USA
玉米产量 (t/ha)
2005年玉米施肥量和产量比较
6
4
提高耕地质量是节本增效、生态、 2
安全农业生产的重要途径！
0 China
USA
256
138
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 ▲
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● CSFEN was established in 1990 ● There are 9 experimental sites in the network all over China
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，169年历史
The classical experiments at Rothamsted
主要处：
N, P, K, Manure， 及其组合
Broadbalk Continuous Wheat Experiment First sown 1843
SOC每提高10%， 武昌小麦：74% 南昌水稻: 42% 进贤玉米：110%
0.6 遂宁：
R2 = 0.53* 0.4
南昌： 0.2 R2 = 0.48**
0
0
5
武昌： R2 = 0.68**
进贤旱地 R2 = 0.52**
10
15
20
25
土壤有机碳 g/kg
不同施肥下产量可持续性（1990-2009）
National long-term fertilizer experiments net
From 1980, about 80 long-term fertilizer experiments through 22 provinces and 10 soil types in China, conducted to investigate the effect, rate and ratio of N, P and K fertilizers
For rice, wheat and maize in average 我国三大作物产量的平均地力贡献率52%
单季稻
早稻
晚稻
小麦
Tang and Huang, 2009
<20
玉米
20~30
30~40
40~50
50~60
60~70
70~80
80~90
>90
中国主要作物产量的地力贡献率(%)：52%
Lower Soil Fertility in China土壤肥力低
Low SOM
In China, SOM in 26% of arable soil is less than 1% , which is only 30-50% of European Soils.
Requirement:
Techniques to increase soil fertility, SOC
11000
15000
19000
C rop yield (wheat+corn) (kg/ha)
Orga nic ma tte r (g /kg )
Organic m atter (g/kg)
19
砂姜黑土 18
17
16
y = 3.5361Ln(x) - 16.087
R2 = 0.6917 15
14 7000
2020年6月7日
2020年6月7日
In China
1. Chemical fertilizer experiment net began during “the 6th five-year plan” and conduced about in 1980 （1980年前后开始的化肥网）
2. The Chinese National Soil and Fertilizer LongTerm Monitoring Net was set up during “the 7th five-year plan” and conduced in 1990 （1990年开始的肥力网）
15 14 13 12 11 10
9 8 7 6
0
1/2OM OM CF
1000
河南潮土
y = 0.8909Ln(x) + 1.4013 R2 = 0.996
2000 3000 4000 5000 6000 Wheat yield (kg/ha)
10.0 灰潮土
9.5
9.0
8.5
8.0 7000
y = 8E-05x + 8.1621 R2准差 变异系数 SYI 平均产量 标准差 变异系数 SYI
(kg/hm2) (kg/hm2) (%)
(kg/hm2) (kg/hm2) (%)
CK
1364
331 24.3 0.69 3740 799 21.4 0.63
N
1785
1049 58.8 0.29 5196 907 17.5 0.64
Why??? 比欧美国家低约20个百分点
单季稻
早稻
晚稻
产量
难以摆脱对大 量水肥的依赖
小麦
水 肥 贡 献 力基
中 贡础 国 献地
贡水 献肥
基 础 玉米 地 力
贡美 献国
品种和技术相同
Tang and Huang, 2009
<20 20~30 30~40 40~50 50~60 60~70 70~80 80~90 >90
大量统计结果
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0.5
t/hm2的粮食生产地力
而南方稻区0.1%的有机质相当于0.6-
0.8 t/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%。
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！
0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
年份
20
15
10
CK
NPK
NPKM
5
哈尔滨黑土
0 1979
1984
1989
1994
年份
1999
2004
旱作土壤碳对系统投入的响应
土 壤 有 机 碳 变 化 （
）
2 .0
2 .0
1 .6 SOC0=15.43 1 .6
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.土壤培肥原理与技术 2.秸秆还田技术与效果评价 3.酸化土壤特性及其改良技术
一、土壤培肥原理 与技术
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
哈尔滨
1 .2
1 .2
0 .8
y = 0.2264x - 0.4011 R2 = 0 .9 3 4 8 * *
0 .8
0 .4
0 .4
0 .0
0 .0
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3
6
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12 0
-0 .4
-0 .4
2 .0
SOC0=13.051 .6 公主岭 y = 0.1921x - 0.5319
R2 = 0.961**
1 .2
11000
15000
19000
Crop yield (wheat+corn) (kg/ha)
11 白散土
10
9
y = 1.4992Ln(x) - 4.3345 R2 = 0.7167
8 7000
11000
15000
19000
Crop yield (wheat+corn) (kg/ha)
Org an ic ma tter (g/kg )
NP
2458
736 29.9 0.60 6122 30
0.5 0.76
NK
1894
957 50.5 0.33 5842 1002 17.1 0.64
PK
1612
718 44.5 0.40 4620 47
1.0 0.84
NPK
2748
157 5.7 0.82 6601 130 2.0 0.80
NPK+M1 2890
225 7.8 0.82 6630 507 7.6 0.74
NPK+ M2 3034
262 8.6 0.79 7035 262 3.7 0.73
M1
1473
373 25.4 0.67 4385 902 20.6 0.57
注 SY(IYn1)/Ymax （Timsinad et al., 2001）
Paddy soil
全国长期试验基地（农业部、教育部、中科院等）
单季
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
旱作
水旱轮作
旱作
水稻
长期肥料试验：68个
双季
长期轮作试验：21个
长期耕作试验：12个
作物产量与土壤有机质之间呈正相关关系
OC (g/kg)
粮食安全告急！谁来养活中国？？？
Soil Productivity 土壤生产力
（产量）
Contribution from Basic Soil Fertility
地力贡献率！
Effects of Management: Fertilization, irrigation, …...
资源利用效率！
Crop Productivity: 提高生产力的2条基本途径 Soil fertility interaction with efficiency of Water
Region China
Brown earths 1％－1.5％
Cinnamon soils
≈1%
Chernozems ≈3%
Europe
>3%
>2%
≈8%
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。
0 .8
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
Wheat grain yield (t/ha)
10
英国洛桑试验站，
9
1843年开始，已经进
8
行了167年
7
6
5
4
3
2
1
0 1850
1875
1900
1925
1950
1975
2000
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
Black soil
Gray dessert soil
Drab fluvo-aquic soil
Fluvo-aquic soil Loess soil
Paddy soil
Purple soil
Red soil
China Long-term Soil Fertility Experiment
Network (CSFEN)
农田土壤培肥技术与效果
我国粮食作物生产与消费总量平衡状况
1000
年 度 500
粮
食
0
平
1990
衡 -500 (亿
斤)
-1000
年度粮食平衡
1993 1996 1999
占当年粮食产量%
14
7占 当
年
0粮
2002 2005 2008
食
-7 产
量
-14 %
-1500
-21
(李振声院士，2010)
我国自1999年以来，粮食平衡处于亏缺状态。
南方水稻土SOC与作物产量及可持续指数
8000
武昌小麦
南昌水稻
进贤玉米
6000
R2 = 0.74**
产 量 k （ g /h a）
产量可持续指数 SYI
4000
2000
R2 = 0.70**
R2 = 0.84**
1
0
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5
10
15
20
25
0.8
土 壤 有 机 碳 （ g/kg）
遂宁中稻 南昌早晚稻
武昌中稻 进贤玉米
培肥土壤的核心是什么？
是提高SOM！ 如何提高SOM（原理？技术？）
不同施肥土壤肥力（SOC)演变
观测20年以上 典型农田长期试验站（点）
长期试验的系统总结！ 50多位科技工作者 20年工作结晶
有机碳(g/kg) 有机碳 （g/kg)
25
CK
NPKM 20
NPK 1.5NPKM
祁阳红壤
15
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and fertilizers
Increasing efficiency of water and fertilizers
水 肥 效 应
Increasing Soil fertility
地 力
基础地力
效
应
Crop yield
Soil Fertility Contribution to Grain Yield in China: 52%