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1、农田土壤管理,Soil Management,农田建设农田养分管理农田水分管理农田保护,农田土壤管理的内容,目的改善和保持良好的土地状况，改良土壤物理性质，保持良好的结构;建立良好的土壤有机质状况，保持有机质平衡；保持土壤养分平衡，保证各种养分充分、协调供应，既要保证作物各个生长阶段的养分需要，又要保证作物持续增产的需要；保持农田水分平衡，保证适宜的水分供应；保持良好的农田生态环境。,达到,一、农田建设,目的：提高农田的综合生产力。农田综合生产力 是指农田种植农作物获得持续高产稳产的能力。 (不是一季、不是一年，不是一种作物、不是一种种植方式）,高质量农田的标准：田面平整，方便排灌；土层深厚，
2、旱涝保收；土壤健康，高产稳产。 1、田面平整、排灌自如水田5厘米，旱地20厘米，坡度3度。灌溉全田上水，排涝全天无积水。 2、土层深厚、土肥泥活15-20厘米以上，养分齐全，有机质丰富，团粒结构好 3、坡地梯田，等高耕作25度以下，5度以上,4、抗御灾害，旱涝保收5、环境保护，生态平衡 不流失，无病源物、有害因子6、园田绿化，高产稳产 防风林，吨粮田，多作高产稳产,高产田（旱地）耕层深厚耕层2030厘米，土层100厘米以上抗旱力强土质疏松上虚下实养分充足有机质1-1.5%，全氮0.1%左右全磷0.1%以上全钾1.5%以上盐基饱和度80%以上土壤环境适宜无毒，旱涝保收,因地制宜，制定标准,高产田
3、（水田）：良好的土体结构耕作层深、软、肥，1822厘米犁底层紧密适度，5-10厘米保水爽水，斑纹层（心土层）40-50厘米，底土层70-80厘米以下,丰富的养分含量有机质2.5-5.0%，全氮0.15-0.25%、全磷0.1-0.2%，全钾1.0-2.5%阳离子代换量10-25毫克当量/100克土盐基饱和度70-80%质地适中，中壤、重壤、轻粘日渗透量10-15毫米，淹水期间日渗透量2-4毫米有害微生物（硝化细菌），变形虫、滴虫、轮虫少氧化还原电位高，淹水期120mv以上，湿润期200-250mv以上土壤环境适宜无毒，无污染、旱涝保收，亩产500公斤以上,农田水利建设：打井修渠，建造梯田，平整
4、土地。中低产田改造：旱、涝、薄、粘、漏、盐碱、酸、跑、毒等。,二、养地制度,养地制度（Soil Management System）是与种植制度相适应的以养地为中心的一系列技术措施体系，它包括农田建设、农田培肥、农田保护等方面，其中心目的是提高土地综合生产能力。人类活动的双重性：提高地力，良性循环；破坏地力，恶性循环。,养地的途径,养地手段主要包括两条途径：一是增加肥力因素，主要靠农田培肥、农田灌溉来实现；二是改善肥力条件，主要由土壤耕作来完成。两者关系紧密相连不可偏废。,三、 农田土壤培肥,（一）土壤肥力,土壤肥力是土壤的属性，也是区别于自然界其他任何物质的本质特征。俄罗斯：土壤肥力是植物在
5、生活的全过程，土壤能同时不断地供给植物以最大量有效养分和水分的能力。美国土壤学会：是供应植物所必需养料的能力。,肥力是土壤的本质，是土壤为植物生长提供并协调营养条件及环境条件的能力。土壤肥力是土壤能经常适时供给并协调植物生长所需要的养分、水分、空气、温度、支撑条件和有无毒害物质的能力。自然肥力、人工肥力潜在肥力、有效肥力,（二）地力（土壤生产力）,“地力”是农田培肥的调控中心。“尽地力之教” 、“多粪肥田”、 “地力人助”、“地力常新壮” 。近代经济学和农学角度，认为地力是比土壤肥力更为广泛、更具综合性的概念。,地力是在特定的种植制度和气候条件下，由土壤物理、化学、生物特性与作物生长相适应而具
6、有的生产能力，或称土地生产力。除了水、肥、气、热诸肥力因素外，把土壤特性与气候、作物的适应性联系起来，构成土壤一气候一作物系统，这就强调了地力的综合性、可培育性和可控性。,地力包括两个方面的含义：第一，地力要通过作物生产来反映，同时受众多因素制约；第二，地力是在人为控制和管理下实现的，是自然与人为干预综合作用的结果。可见，地力不只是土壤的自然肥力，更重要的是人为肥力。从这一概念出发，地力与土壤肥力既有共同点，也有不同意义。共同点在于二者均具有能够生长植物的能力；不同之处在于，地力仅限于农田，是自然土壤长期经人类耕种后形成的生产能力。,地力评价是估价农田的生产能力、适宜性以及地力发展变化特征过程
7、，是建立合理农田培肥制度的基础。地力评价要客观顺映地力的基础条件，地力因素的相互关系和限制地力的障碍因素。在评价方法上定性、定量的方法都是重要的，二者结合采用效果更好。,（三）地力的评价,1潜力评价潜力评价是通过建立气候一土壤一作物间相互作用的数学模型，来研究一定条件下的土地生产潜力，大体上包括3个方面：（1）以气候因素为主的评价：（2）以土壤为主的评价：主要通过诸肥力因素的相关分析，利用土壤生产力指数模型、土壤潜力率、土壤养分生产潜力等方法研究在一定气候背景下的土壤生产潜力。（3）综合评价：加拿大莫斯（Moss）等人将气候生产潜力与土壤生产潜力相结合，进行土地生产潜力评价，之后发展成为将气候
8、、土壤、作物相结合而进行潜力评价 土地生产潜力气候生产潜力土壤特性指数作物特性指数,2.适宜性评价 不同的地力条件对作物生产的适宜特性和适宜采取的培肥措施的技术特性不同。适宜性评价主要是分析不同地力条件能栽培什么作物，应该采取什么样的培肥措施等等。此类评价多依据土壤理化、生物状况分析和作物的生理生态特性分析，为因土种植的制定提供技术依据。同时，把农田培肥措施协调统一起来，为作物生产创造良好的地力环境。另外，在较大的地域内，适宜性评价为确定宏观的作物布局提供技术依据。,3效益评价 主要通过技术、经济、生态的方法评价地力的经济和生态效益，分析农田培肥的技术经济效果、生态效果与合理性，包括地力的投入
9、产出分析、地力平衡分析、物质能量循环转化分析、农田培肥措施的技术分析等。此类评价为判定科学有效的农田培肥体系提供技术依据，用来指导现代化的物质、能量和技术投入的量化问题。,（四）不同种植制度下地力变化,自然植被下的变化 自然情况下，肥力状态变好。撂荒地上地碳、氮变化（英国洛桑试验站）,荒地开垦后地地力变化 一般规律是土壤有机质和养分迅速下降。常规地地力变化 常规地与新开荒地大不相同，有机质分解较慢,有些已经开垦千百年的常耕地已达到稳定状态，肥力状况决定与投入和输出的平衡状态。多熟制下的养分动态 一方面，产量增加，从农田中带走的物质增多，如果耕作栽培措施失调，会造成生态系统和物质平衡遭到破坏。另
10、一方面，多熟高产本身留给土壤的作物根茬以及可能直接间接归还土壤的有机物增多，同时多熟制往往需要充足的水肥和管理，使土壤环境条件不断改善，水肥气热矛盾不断得到调节。,四、农田物质循环与养分平衡,农田生态系统的物质循环是开放型的输入：1）有机肥料和矿质肥料；2）降水；3）土壤矿质分解；4）生物固氮；5）根系和残茬归还；6）尘埃的沉降；8）播种幼苗移栽输出：1）植物收获物对养分的移出；2）土壤的淋失；3）土壤的冲刷；4）挥发；5）土壤固定,农田养分循环流动,植物库,动物库,土壤有机亚库,土壤矿物亚库,土壤有效养分亚库,无效化,矿质化,固定,风化,饲料田间放牧,大气摄取,种子种苗,农产品输出,畜产品输
11、出,厩肥损失,饲料,垫圈 褥草,自田间摄取,田间残余物,厩肥,粪尿,气态氨,径流有机物,反硝化,尘土,径流,淋溶,厩肥输入,有机废弃物输入,生物固氮,施化肥,灌溉水带入,干湿沉淀物,土壤库,生物地球化学循环各种化学元素和营养物质在不同层次的生态系统内，乃至整个生物圈里，沿着特定的途径从环境到生物体，从生物体再到环境，不断地进行流动和循环，就构成了生物地球化学循环 ，简称生物地化循环。,地质大循环,物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，生物有机体再以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入大气、水、岩石、土壤和生物五大自然圈层的循环。 时间长、范围广，是闭合式循环,生物小
12、循环,环境中的元素经生物体吸收，在生态系统中被多层次利用，然后经过分解者的作用，再为生产者吸收、利用 。时间短、范围小，是开放式的循环,陆地生态系统中元素的生物小循环与地质大循环,气相型循环,其贮存在大气圈或水圈中，即元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫了陆地或海洋上空，在很短的时间内可以为植物重新使用，循环比较迅速。由于有巨大的大气贮存库，对于干扰可相当快地进行自我调节，因此，从全球意义上看，这类循环是比较完全的循环。 有：C、N、O、H等,沉积型循环,许多矿物元素其贮存库在地壳里，经过自然风化和人类的开采冶炼，从陆地岩石中释放出来，为植物所吸收，参与生命物质的形成，并沿食
13、物链转移，然后动植物残体或排泄物经微生物的分解作用，将元素返回环境。除一部分保留在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉积物状态随流水进入江河，汇入海洋，经过沉降、淀积和成岩作用变成岩石，当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。循环缓慢，受到干扰，成为“不完全”的循环，受到生物作用的负反馈调节，变化较小。 有：P、S、K、钠、钙等。,（一） 几种重要的物质循环,1.碳循环,大气CO2,碳水化合物,土壤中CO2,有机质,河泥、野草等,土壤有机质,农田土壤,呼吸、燃烧,光合作用,光合作用,呼吸、燃烧,粪肥,秸秆,分解,移出（商品）,移入,移出,碳循环与平衡,总量无限，直接进入食物链，快、均
14、匀、充足，大气二氧化碳年增1ppm。气态型循环，植物通过光合作用固定大气中的CO2和小部分土壤中释放出来的CO2，形成有机质，然后又通过动植物残体与排泄物再施入土壤经微生物分解，释放CO2，回到大气。输入：秸秆、根茬、落叶及各种有机肥输出：有机质分解,农田应保持碳和有机质消长平衡华北每亩农田玉米消耗30公斤，小麦消耗15公斤碳需投入150170公斤秸秆，还田50可保持平衡全球应保持二氧化碳和有机质合成之间的动态平衡开矿、燃烧、生物生理消耗=植被固定、碳酸盐沉积碳素不平衡对农业的影响二氧化碳浓度的升高，全球气候变暖（温室效应）干旱加剧淹没城市种植面积向高纬度扩展季节延长生长加快光合作用加强增产。
15、,温室效应,指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，即太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。,温室效应的影响,直接结果是温度增加，全球温室效应使得南北极冰山融解、海平面上升。极端气候将增加（干旱、暴雨等）。但是，温室效应也并非全是坏事。因为最寒冷的高纬度地区增温最大，因而农业区将向极地大幅度推进。CO2增加也有利于植物光合作用而直接提高有机物产量。,全面禁用氟氯碳化物保护森林的对策方案采用清洁能源（风能、太阳能），提高能源利用效率，对石化燃料的生产与消费，依比例课税开发替代能源采用保护性的农业技术
16、措施实行碳贸易政策等,解决对策,氮循环主要是在大气、水体、生物和土壤之间进行， 大气中的氮进入土壤和植物有以下几种方法：人工固氮。人类通过工业手段，将大气中的氮合成氨或铵盐，即合成氮肥，供植物利用；非生物固氮。如雷雨天气的闪电现象而产生的电离作用，能将大气中的氮氧化成硝酸盐，随降雨过程进入土壤，以及火山喷发出的岩浆所固定的氮，植物吸收这些进入土壤的氮；植物固氮。寄生的豆科植物和其他少数高等植物根部的根瘤固氮菌具有固定大气中的氮的能力。,2.氮循环,生物小循环含氮盐土壤植物动物微生物含氮盐 地质大循环大气生物固氮、闪电和宇宙射线、工业固氮土壤植物动物微生物、燃烧、反硝化、氨化大气。,土壤中被固定
17、的氨或铵盐，经硝化细菌将其转化为亚硝酸盐或硝酸盐被植物吸收利用，并与碳结合形成各种氨基酸，最后合成蛋白质。动物直接或间接从植物中摄取植物性蛋白，作为自身的营养来源。生物圈中动植物的残体，以及动物新陈代谢过程中的含氮排泄物被微生物分解后有又形成氨或铵盐，回归于土壤。土壤中的氨形成硝酸盐后，一部分为植物利用，另一部分则由反硝化细菌把硝酸盐分解为氮分子，重新进人大气。,氮的循环与平衡,N2,NO3,NO2,NH3,有机氮,植物,动物,空气,燃烧或生物遗体分解,反硝化作用,化学合成,硝化,还原,吸收,流失,吸收,分解,生物化学固氮,挥发损失,还原,亚硝化,氨化作用,合成作用,分解,吸收,土壤,生物,氮
18、素循环的特点,输入途径：生物固N和化肥、有机肥投入输出途径：挥发、淋失、微生物反硝化作用N素循环属于气态型循环NH4+、NO3-、N2、NO2、NO等不同形态N素循环中的生态问题：如果N素利用率低导致土壤或地下水的亚硝酸盐累积；畜牧和农田燃烧等的NO、N2也是温室效应的气体；NH3过量挥发对人有害,人类活动对氮循环干扰的主要表现：,含氮有机物的燃烧产生的大量氮氧化物（NOx）污染大气。同时，过度耕垦也使土壤氮素肥力（有机氮）下降，土壤整体肥力持续下降发展工业固氮，忽视或抑制生物固氮，造成氮素局部富集和氮素循环失调城市化和集约化农牧业使人畜废弃物的自然再循环受阻。其中，人类的农业活动对氮循环的影
19、响主要是由于不合理的作物耕作方式以及氮肥施用而引起氮素的流失与亏损,农田氮素控制的途径：,改进氮肥施用技术（包括分次施肥、氮肥深施、施用缓效氮肥），平衡施肥与测土施肥。不同的氮肥类型和施肥水平对氮肥的流失有一定影响，农田中过度施氮肥往往导致高的N2O排放硝化抑制剂，如脒基硫脲、双氰胺等的应用合理灌溉，做好水土保持工作，防止水土流失和土壤侵蚀，这是控制农业非点源氮素污染的重要环节,解决高产氮素供应问题,1.根据农业中氮的循环特点，既要尽量增加氮的积累，又要减少氮的损失。2.善于调节土壤中的氮素，既要保证植物的营养吸收，又不至于降低土壤肥力。3.合理配合使用有机肥料和化学氮肥。,3.磷循环,磷的循
20、环与平衡,含磷土壤母质,易溶性磷酸盐,水溶性磷酸盐,江河湖海中的磷酸盐,有机磷化物,难溶性磷酸盐,固定,生物活化,分解,生物吸收,生物吸收,溶解,固定,溶解,风化,沉积,分解,固定,径流,溶解,固定,分解,固定,吸收,流失,径流,土壤,河海,岩石,典型沉积型循环单向流动土壤固定和水土流失储量有限全球总量840万亿吨生物小循环为主生物有机质和食物链为主土壤库多,活性低,流动慢持续性受威胁。磷肥资源有限且分布不均，水土流失及肥料淋失会导致水域的富营养化。从长远看，磷肥资源缺乏的限制可能比氮肥严重，应重视从多种途径实现磷的再循环及使更多的土壤沉积态磷进入生物循环。,钾的循环与平衡,钾循环具有以下几个
21、特点：1.除一些根茎类作物之外，作物体中的钾大多在茎叶当中，籽粒中较少。2.我国相当多数的土壤及母质中含钾量比较丰富，但土壤中绝大部分（98以上）是难溶的，作物不能利用。3.当季作物能利用的速效钾只占土壤全钾的12%,土壤中可溶性的钾损失主要是淋失，也有一部分可能被土壤矿物晶格固定而失去活性。,农业中的钾循环,含钾母质,代换性钾,有机体内钾,难溶性钾,水溶性钾,代换,固定,固定,分解,分解,吸收,溶解,分解,风化作用,固定作用,生物吸收,分解,吸收,固定,流失,土壤,生物,岩石,径流,钾肥利用应注意的问题,尽量将作物秸秆还田、施用草木灰，以保持土壤中钾素平衡和供应作物钾素营养需要。通过耕作措施
22、促使土壤中难溶性钾有效化。因地制宜，合理施用钾肥，并注意含钾工业废渣的利用。,大气15万亿吨,岩石2520亿亿吨,海洋132亿亿吨,陆地3亿亿吨,蒸发71万亿吨,降水412万亿吨,降水108万亿吨,3.水循环,径流37万亿吨,蒸发449万亿吨,气相型循环大气中水循环快总量无限、实际量仅百万分之0.5降水后非气相型主要为环境因素大部分运输能量，调节环境，小部分光合作用所同化区域不平衡季节不平衡水利是农业命脉，耗水量剧增。,全球总水量2661亿亿吨 1 其中岩石2520亿亿吨，95 2 可移动水135亿亿吨，5 2.1 海水97.6% 2.2 淡水2.4%，占全球的0.12% 2.2.1 冰75%
23、 2.2.2 水25%，占全球的0.03% 2.2.2.1 地下水98.5% 2.2.2.2 地表水1.5%，占全球百万分之45 2.2.2.2.1 库98.9% 2.2.2.2.2 流水1.1%，占全球千万分之5。,水平衡,四、农田培肥的原则,施肥越多越好？,施肥量与产量的关系,作物产量,养分供应量,增加,极限,毒效,高量,低量,适量,计划施养分量（kg/亩）（施肥区计划亩产移走养分量无肥区作物移走养分量）/当季肥料利用率累加利用率产出氮/投入氮累加利用率一般在6070%左右当季利用率（表观利用率）（产出氮对照空白）/投入氮目前利用率为30左右,农田养分管理（培肥）的原则,生物措施与人工措施
24、相结合有主有次，长短效相结合注重全面均衡增产全球、全国实行有机农业？Soil quality product qualitySoil health human health,五、农田培肥的途径,由于地力是多因素综合作用的结果，建立与种植制度相适应的多途径培肥农田的技术体系，是耕作制度发展的需要和必然结果。所谓多途径农田培肥技术体系是：以地力动态平衡为基础，在建立良好的农业生产体系的同时，以人工施肥为核心，通过生物的、化学的、物理的、工程的、防护的措施构成多维养地，全面调控地力的技术体系。实施全方位、多途径培肥，尽可能使更多的物质和能量纳入到农田生态系统中来，是现代多维用地、高产出、高功能的种植
25、制度的需要。,作用： 生物固氮；增加土壤有机质；活化土壤养分；保持水土；疏松土壤；排除盐碱，等等。,生物途径,利用生物及其残体培肥地力或改良土壤。,措施： 合理安排作物布局，因土种植；合理轮作；采用多熟种植，扩大物质循环；农牧结合。,化学途径,化学途径通过施用化学肥料、土壤改良剂，强化农田物质循环，增进地力，是现代农业扩大再生产的基础，也是现代农业培肥地力的重要标志。化肥施用水平与产量水平密切相关。据FAO估计，世界粮食增产额中约有 50靠的是化肥。在增产的同时，化肥还能有效地保持土壤中的氮、磷、钾、钙等的平衡，促进碳循环。,长期肥料定位试验（long term experiment, LTE
26、）结果说明：长期施用化肥的与施用有机肥的处理相比，作物产量相等或略高；长期施用化肥（几十年到上百年）后，土壤肥力没有降低，但仅施用氮肥会带来不良后果；施用有机肥有助于改善地力，大约经过50-100年施用有机肥后，土壤有机质和全氮含量增加30-40%。 施用化肥提高土壤肥力的原因是：增加作物产量，从而扩大了返还到土壤中的生物有机质的来源。,化肥是鸦片？,1975年以来我国肥料施用量与粮食总产量的变化,化肥的施用量应服从施肥的经济原则，避免出现“报酬递减”现象；化肥的施用必须体现土壤、因作物制宜，氮、磷、钾合理配合施用原则必在强化无机投入的同时，注重有机培肥，并使有机与无机结合，将能持续增进地力，
27、奠定农业可持续发展的基础。,农田培肥的措施有机无机措施结合,化肥能够提高作物产量和土壤肥力，但应用不当会产生副作用。 有机肥能够改善土壤的理化形状，增进化肥的效果。土壤是有生命活力的生态系统，其中各种微生物和酶的状态和活性是地力的重要指标。它们的活动需要能量，而能量的来源是有机质分解。有机肥与无机肥配合施用可以调节土壤C/N比。,物理途径利用土壤耕作、灌溉与排水农田工程等农业措施，改善耕层构造，协调耕层土壤水分、空气和养分的矛盾，改善肥力条件，促进肥力因素有效化，控制地力非目标性消耗，为农田作物生长发育创造一个良好的土壤环境条件。,防护途径建立综合的农田防护体系，控制因水蚀、风蚀和草害导致农田
28、肥力因素的非目标性输出。对此，通过基本农田建设，营造农田防护林带，实施保护耕作、保护种植、防治农田草害等措施，将能改善农田生态环境条件，维护农田地力不致损耗。,六、农田水分管理,目的：使农田的土壤水分状况适宜于生长发育和增产增收的需要，提高作物对水分的利用效率（water use efficiency, WUE）。因此，水分管理不仅仅是灌溉排水。,农田水分平衡,S + V = ( P + I + R+ + U ) - (E + T +R- + D) 式中：S 土壤水变化量； V 植物体内水分变化量；,P 降水量；I 灌溉量；R+ 径流进入农田水量；U 地下水（毛管上升）补给量；,E 地面蒸发量
29、；T 蒸腾量；R- 径流出农田水量；D 根层排水（渗漏）量。,S = P + I - E T或 E T = P + I - S,农田水分平衡的调控,目的：为作物提供良好的水分条件，提高 WUE。途径：建立与水资源状况相适应的种植制度：使作物需水与降水节律一致；因水种植。运用蓄水保墒的土壤耕作措施：地上水、地下水、土壤水。“秋雨春用”，“蓄住天上水，保好田中墒”。合理施肥，以肥调水：扩大根系，增加蒸腾，多方面提高抗旱能力。合理排灌，科学用水：时间，水量，开源节流，合理调配。,七、农田保护,保护农田及其土壤的理化特性；保护农田中的作物。,土地退化 land degradation by： 水土流失
30、 soil erosion 土地沙化 land dissertation 土壤盐渍化 soil salination 土壤污染 soil contamination作物减产 crop yield loss by: 干热风 hot dry wind 大风倒伏 lodging by wind,Conservation,against,保护农田的措施,种植保护性作物（cover crop）: 增加覆盖，减少土壤耕作；多熟种植（multiple-cropping）：乔、灌、草结合，带状种植；保护性土壤耕作（conservation tillage）：等高耕作 counter tillage沟垄耕作 t
31、rench planting残茬覆盖 residue mulching少免耕 minimum & no tillage systems防风蚀耕作 wind erosion resistant tillage systems：高留茬，风障，免秋耕等等。修筑梯田 land terracing营造农田防护林网：增加湿度，降低风速，增加还田有机物。,北方土石山丘陵,水田梯田,格网防护林,陕西榆林防沙林,风蚀,旱地梯田,农田防护林,水土保持,农田防护林,总结,养地制度地力不同熟制地力的变化农田养分循环输入、输出途径碳、氮、磷、钾的主要循环途径农田培肥的途径农田保护（保护性作物种植、保护性土壤耕作、梯田种植法、农林结合，建立农田防护林）,
