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提高作物产量、改善土壤肥力是农业可持续发展的重要内容,而土壤肥力的维持或改善是作物高产优质的重要保障。土壤肥力是土壤的基本属性,也是土壤物理、化学、生物性质的综合反映。苏丹草(Sorghum sudanense)-黑麦草(Lolium L.)轮作是我国南方的一种新型、高强度的作物种植制度,且种植面积不断扩大。该轮作体系中两个牧草收获频率高、强度大,研究如何维持较高强度、频度的种植系统中作物产量、土壤肥力、系统养分平衡以及土地生产力可持续发展等问题有着重要的意义。本论文在5年大田定位试验、盆栽试验基础上采用苏丹草-黑麦草轮作种植研究长期施肥对饲草生长、产量与品质、土壤肥力的影响。试验设CK(不施肥)、NP(氮、磷肥)、NK(氮、钾肥)、PK(磷、钾肥)、NPK(氮、磷、钾肥配施)以及3个氮(N0、N1、N2)、磷(P0、P1、P2)、钾(K0、K1、K2)水平。主要研究结果如下：1)饲草生长、生理氮磷钾肥配施能够促进饲草生长,改善饲草生理状况。大田、盆栽NPK处理的饲草株高、单株叶片数、叶长与叶宽均高于其他处理,其中氮肥的作用最大,磷肥次之,钾肥最小。武汉大田试验NPK处理的黑麦草叶绿素总量、净光和速率、过氧化物酶明显高于CK, PK处理,而蒸腾速率、丙二醛低于CK、PK处理。OM, NP、NK处理与NPK处理差异较小。2)产量、品质氮磷钾肥配施能够提高饲草产量,改善饲草品质。洪湖大田试验NPK处理的饲草鲜草总产量为110.7 t/hm2-162.7 t/hm2,平均为131.9 t/hm2,分别比不施氮(PK处理)、不施磷(NK处理)、不施钾(NP处理)增加234.6%、26.2%、21.1%,且增产效果显著。武汉大田试验NPK处理的饲草鲜草总产量为100.7 t/hm2-122.4 t/hm2,平均为110.6t/hm2,分别比不施氮、不施磷、不施钾增加429.3%、47.3%、24.4%。盆栽试验NPK处理的饲草鲜草总产量为1387.2 g/pot-2091.3 g/pot,平均为1673.4 g/pot,分别比不施氮、不施磷、不施钾增加935.2%、684.8%、14.8%。在该轮作系统中,氮肥的增产作用最大,磷肥次之,钾肥最小。结果还表明,洪湖大田试验氮肥处理的饲草粗蛋白均高于不施氮处理,而无氮浸出物显著低于不施氮处理。各施肥处理饲草粗纤维、粗脂肪高于不施肥处理,而各处理间粗灰分差异较小。3)饲草养分吸收与平衡氮磷钾肥配施能够促进饲草养分吸收,改善轮作系统养分平衡。5个年度大田、盆栽试验NPK处理的饲草N吸收量总计为2128 kg/hm2、31.95 g/pot, P吸收量总计为184kg/hm2、3.85 g/pot, K吸收量总计为2796kg/hm2、34.04 g/pot,均高于其他处理。轮作系统中,氮肥对饲草N、P、K养分吸收的促进作用最大,磷肥次之,钾肥最小。大田、盆栽轮作系统中,氮肥、磷肥的施用能够维持该轮作系统的氮素、磷素平衡,而钾素平衡处于亏缺状态。氮磷钾肥配施也能够减少氮素、磷素在土壤中大量积累,改善养分平衡,同时缓解钾素亏缺所引起的土壤钾素耗竭。4)杂草调查轮作系统中田间杂草主要出现在苏丹草试验期,禾本科千金子(Leptochloa chinensis (L.)Nees)、水稗(Beckmannia szigachne (Steud.) Fern.)为试验区优势杂草。氮磷钾肥配施能够促进杂草生长、增加杂草总鲜重,分别比PK、NK、NP处理的杂草总鲜重增加273.6%、32.8%、5.4%。施肥后杂草与牧草存在养分竞争。5)养分、水分利用率氮磷钾肥配施能够提高轮作系统养分、水分的利用效率。5个年度大田轮作系统中氮、磷、钾肥平均利用率分别为48.1%、20.9%、47.4%,盆栽轮作系统平均利用率分别为60.9%、35.7%、70.5%。5个年度NPK处理轮作系统水分生产率为15.6 kg/m3-18.8 kg/m3,平均为16.4kg/m3,分别比不施氮、不施磷、不施钾处理增加457.2%、259.7%、17.8%。6)土壤肥力大田、盆栽试验结果表明,随着种植时间的延长,氮磷钾肥配施处理的土壤有机质、全氮、全磷、速效磷升高,而pH、全钾、缓效钾、速效钾变化较小。氮磷钾肥配施能够改善土壤有机质活性组分,提高土壤肥力。氮肥施用能够提高土壤全氮、硝态氮、铵态氮含量。磷肥施用也可以增加土壤全磷、有效磷以及土壤无机磷形态Al-P、Fe-P、O-P(闭蓄态)含量,而对Ca-P含量影响较小。钾肥施用能够提高土壤缓效钾、速效钾含量,而对土壤全钾影响较小。氮肥施用可以降低AWCD、Simpson指数、McIntosh指数,对Shannon指数影响较小。经主成分分析,轮作中各处理间土壤微生物群落碳源利用类型存在差异。氮肥施用后土壤土壤微生物生物量、土壤蔗糖酶、脲酶均高于不施氮处理。大田氮肥处理的碱性磷酸酶活性低于不施氮处理,而盆栽试验结果相反。大田试验氮磷钾肥配施能够降低土壤容重,增加土壤孔隙度。