东北黑土保护技术模式(20160226)

时空变化看，南部降幅10g/kg以内，北部减幅20g/kg以上。
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肥力指标的演变特征
全氮：20年来，由3.02降至2.70，0.32g/Kg
指标分级 g/kg 一 ≥4.5 二 4.5-3.0 三 3.0-2.0 四 2.01.5 4.25 五 ≤1.5
变化(%)(2000-1980年)
田间持水量4.5%-6.9%
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------侵蚀严重
100万km2黑土地，水土流失27.59万km2。典型
黑土的流失面积已40% 风蚀3.36万km2。“十年九春旱”，风增旱情、 旱助风威
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（二）黑土耕地土壤肥力质量状况及演变
研究区选择： 黑龙江的海伦、北安、嫩江、五大连池、 克山、双城，吉林的公主岭
（a）为表层采样点分布图；
（b）为剖面采样点分布图
数据处理过程（评价单元）
比例尺：1：50000 土壤图 土地利用现状图 行政区划图 叠加 耕地图斑 提取
评价单元
采样点
GIS
采样点图
IDW
养分分级图
研究区 海伦 公主岭 昌图
评价单元 1283 40861 25624
区域统计
评价单元图 数据处理流程图（评价单元）
20年来，AN基本持平，仅降低1.53mg/kg
AN在80年代是降的，但90年代以来，AN呈增加趋势
说明随着年限增加及产量提高，大量养分被带走，致
AN降低。但施肥又使AN保持了一定平衡
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肥力指标的演变特征
速 效 养 分 ------ 速 效 磷 （ AP ） ： 20 年 来 ， 由 9.53 增 至 20.50mg/kg，10.97。且都有增加，但无明显规律性
开垦时间
黑土层厚度随开垦时间的变化
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------土壤有机质在下降
开垦20年，1／3
40年，1／2
70~80年，2／3 目前多数，1.5%-3%
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------物理性状在恶化
黑龙江观测，开垦40年比开垦5年的黑土坡耕地，表层土壤： 容重0.252g/cm3 总孔隙度8.9% 水稳性团粒破坏率14.26%-19.95%
二
25.0-20.0 50.0-60.0
三
四
五
<10.0 ≥80.0 -30.42
20.0-15.0 15.0-10.0 60.0-70.0 70.0-80.0
面积变化(%)(2000-1980年) 总体平均 11.36 -0.94 15.67 4.33
一、三级，五级。有机质在过去20年里呈降趋，但却是向有
面积变化(%)（2000-1980年） 总体平均 -32.51
一、二级32.83%，土壤pH向不利于植物生长的方面转化
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肥力指标的演变特征
有机质：20年来，由60.96降至49.67g/kg，11.29 g/kg
表3-21 20年来黑土区土壤有机质变化
指标分级 g/kg
一 25.0-50.0
2016/8/24 1980 年黑土地区土壤肥力质量综合指数分级与分布图 24
2016/8/24 2000 年黑土地区土壤肥力质量综合指标分级与分布图
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肥力质量的演变特征
从南到北IFI呈增加趋势，且主要在二、三级；南部在四级。20年来，IFI 降0.015，一、二级降，说明肥力质量总体呈下降态势
各变量一览表及数据信度值
潜变量 Latent variable 测量详细内容 Details 年均温度x1 自然环境ξ1 年均降水量x2 坡度x3 土壤性质ξ2 土壤质地x4 pHx5 肥料施用量x6 人为影响ξ3 秸秆施用量x7 0.76 0.736 0.751 可信度 Cronbach's Alpha
★●
海伦农田生态系统 国家野外研究站
●
★●
农业部哈尔滨黑土生态环境 重点野外科学观测试验站
★
●
公主岭黑土生态环境重 点野外科学观测试验站
沈阳农业大学地膜覆盖与 肥料施用长期定位实验站
研究区1980年和2010年旱田土壤表层和剖面采样点分布图
（a） （ b） 1980年采样点是以第二次土壤普查时期所记载的《中国土种志》、 《黑龙江土种志》、《吉林土种志》以及海伦、公主岭和昌图三个县 （市）的土壤志和相关手册为参考，共收集1980年海伦、公主岭和 海伦 海伦 昌图旱田土壤表层（0-20cm）有效样点135个（海伦53个，公主 岭51个，昌图29个）；旱田土壤剖面（0-1m）有效样点64个（海 伦20个，公主岭16个，昌图28个）。 2010 年采样点数据来自国家自然科学基金项目（ 41171237 ）和 公主岭 公主岭 中国科学院战略性先导科技专项课题 (XDA05050501) ，共收集 2010 年海伦、公主岭和昌图旱田土壤表层（ 0-20cm ）有效样点 237 个（海伦 91 个，公主岭 昌图 67 个，昌图 79 个）；旱田土壤剖面有 效样点68个（海伦22个，公主岭22个，昌图24个）。 昌图
△SOCd (kg m-2) 1980-2010 -0.05 -0.50 -0.46 -0.34
过去 30年，土壤表层有机碳密度总 体呈现下降趋势，少量地块有所增 加，下降最为严重地方发生在海伦 的中北部。
结果
土壤表层有机碳储量时空变化
16.64%
56.41%的 旱田面积
8.66%
81.34%的 旱田面积 83.36%的 旱田面积
1. 结果
土壤表层有机碳密度
1980
2010
昌图
公主岭
海伦
结果
土壤表层有机碳密度的时空变化
8.66%
91.34%的 旱田面积 84.36%的 旱田面积
15.64%
56.77% 的 旱田面积 43.23%
昌图 研究区 昌图 公主岭 海伦 均值
公主岭
海伦
SOCd均值 (kg m-2)
1980 2.62 2.96 8.19 4.59 2010 2.57 2.46 7.72 4.25
指标分级 一 二
30.020.0
三
20.010.0
四
10.0-5.0
五
(P mg/kg)
≥30.0
<5.0
变化(%)(2000-1980年) 总体平均
12.21
40.82
-12.28
-36.03
-4.72
目前68%以上的AP属于二级。说明总体上磷素不缺，可减少
磷肥的施用数量和强度
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农业部黑土保护项目推进落实会 议，哈尔滨，2016年2月26日
东北黑土地保护利用技术模式 和主要技术措施
沈阳农业大学 汪景宽 博士 教授
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内容：
研究背景 东北黑土区耕地土壤质量状况及演变 保护利用的主要技术模式
保护利用的主要技术措施
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研究背景
一、地位与问题
2. 概念模型建立
假设1：自然环境对土壤
有机碳平衡有正向的影响 假设2：土壤性质对土壤 有机碳平衡有正向的影响 假设3：人为管理对土壤 有机碳平衡有正向的影响 假设4：自然环境与土壤 性质有相关影响 假设5：土壤性质与人为 管理有相关影响 假设6：自然环境与人为 管理有相关影响
有机碳平衡关系概念模型
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东北主要地区土壤pH分级
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肥力指标的演变特征
pH值：20年来，由6.70降为6.30，0.40
表3-18 20年来黑土区土壤pH值变化的面积和百分数 指标分级 pH 一 6.5-7.0 二 6.5-6.0 7.0-7.5 -0.32 三 6.0-5.5 7.5-8.0 18.23 四 5.5-5.0 8.0-8.5 13.87 五 ≤5.0 ≥8.5 0.74
肥力指标的演变特征
速效养分 ----- 速效钾（ AK ）： 20 年来，由 228 降至 180 ， 48mg/kg，-21%
表3-32 20年来黑土区土壤速效钾变化
指标分级 (K g/kg)
一
≥30.0
二
30.0-20.0
三
20.010.0
四
10.05.0
五
<5.0
变化(%)(2000-1980年)
表3-27 20年来黑土区土壤全磷变化
指标分级
P g/kg 总体平均
一
≥1.3
二
1.3-0.9
三
0.9-0.7 -8.15
四
0.7-0.5 -7.66
五
≤0.5 -1.44
变化占总面积(%)
14.82
2.43
南部增加幅度更大，主要是20年来该区重视施用磷肥
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肥力指标的演变特征
速效养分------碱解氮（AN）：
耕种方式x8
土壤碳平衡η 作物单产y1 土壤有机碳含量y2 0.705
土壤性质、气候环境和人为管理对土壤有 机碳平衡过程起到直接或间接的作用，且土壤 性质和气候环境对土壤有机碳平衡过程更具影
响力。因此，从区域土壤有机质提升或培肥角
度，我们需要通过影响有机碳平衡关系的因素 来确定提升或培肥的目标，即土壤有机碳的平
表3-37 黑土地区土壤（0-20cm）肥力质量综合指数变化
2000年
IFI 指标分级 IFI 变幅（%） 一 ≥0.8
1980年 0.678
二 三 0.7-0.6 四
变化值
0.662
-0.015
五 <0.4 0.6-0.4
0.8-0.7
-18.43
-1.63
18.52
2.60
-1.07
主要是pH值、有机质和速效钾含量降低所致。南部IFI有所提高，主要磷 肥施用使速效磷大幅提高的结果
总体平均
-29.65
28.98
-1.43
2.10
北部多数从一级降到二级；南部公主岭从三级降到四级
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肥力质量的演变特征
选择评价因子： pH 、有机质、速效磷、速效钾、
粘粒等。用肥力质量综合指数（ IFI 0~1），判定土 壤肥力质量分级
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黑龙江五县（嫩江、五大连池、克山、北安、海轮） 黑龙江双城
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Isohumosol profile and surface
ห้องสมุดไป่ตู้
定义和范围
“黑土”泛指土层深厚、有机质含量较高的肥沃土壤。 “黑土区”是指分布在东北平原及周边、海拔600m以 下低山、丘陵及平原以“黑土”为主的地区，100多万 平方公里。 黑土区土壤主要包括黑土、黑钙土、草甸土、暗棕壤、 棕壤、白浆土及该区内的水稻土等土壤类型。
总体平均 -15.96 2.79 13.91 -4.99
20年前，南部公主岭土壤几乎都为五级，北部基本为一、二 级。20年来，北部降幅大，南部的公主岭、双城未降。说明 北部与有机质降快密关，南部与施肥关系大
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肥力指标的演变特征
全磷：20年来，由1.03增至1.41，0.38g/Kg
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黑钙土景观（内蒙古哈达图）
黑土景观 （富锦）
黑土利用 （富锦）
碳酸盐草甸土（佳木斯市）
黑钙土（内蒙古哈述图）
黑土剖面 （富锦）
白浆土（富锦，潜育化）
暗棕壤（ 小兴安岭）
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（一）关于黑土问题
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黑土层厚度 （cm）
------黑土层在变薄
60 40 20 0 开垦初期 20年 40年 80年
东北黑土区：重要粮食生产基地，占全国粮食总量20%左右，
商品率保持在70%以上，被视为中国“粮食稳压器”
问题：
水土流失 重用轻养 不合理耕作 基础设施薄弱
结果：
黑土层变薄； 养分减少、肥力下降； 理化性状恶化； 粮食综合生产能力波动较大；
法规政策不健全
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黑土的保护不到位
利于作物生长的方向变化
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肥力指标的演变特征
20年来黑土区土壤有机质增减幅度
增（+）减（-） 范围(g/kg) ≥+10 +10-0 0~ -10~ -20 10 <-20
面积变化(%)（2000-1980年）
总体平均
1.73
12.10
34.62
13.90 86.17%
37.65
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（三）30年来东北黑土地区土壤有机质的变迁 （1980-2010）
有机碳： 与土壤肥力关系 （土壤有机碳与产量在一定程度是正相关） 与气候变化关系 （东北土壤是碳“汇”，还是碳“源”？） 有机碳的变化趋势 （平衡点？）
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研 究 区 域 示 意 图
43.59%
昌图 研究区 昌图 公主岭 海伦 总计 SOCs (Tg) 1980 8.55 9.41 27.18 38.02
公主岭 △ SOCs (Tg) 1980-2010 -0.14 -1.56 -2.27 -4.65
海伦
2010 8.41 7.85 24.91 33.37
与密度趋势相似，过去30年，土壤表 层有机碳储量总体呈现下降趋势，少 量地块有所增加，下降最为严重地区 发生在海伦。