不同施肥模式對土壤氮磷含量及作物吸收特征的影響

李順江 山 楠，3 杜連鳳 安志裝 張林武 趙同科*

（1 北京市農(nóng)林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097；2 北京市密云縣農(nóng)業(yè)服務中心，北京101500；3 河北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河北保定 071000）

施肥是土壤養(yǎng)分的主要來源，是提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量的必要措施。但施肥不當易造成地表水和地下水污染。為追求更高的經(jīng)濟利益，農(nóng)戶往往加大肥料的投入，尤其是過量施用化學氮肥、磷肥（Chen et al.，2004；郭文龍 等，2005；Ju et al.，2006）。我國目前氮肥平均施用量高達400 kg·hm-2，已經(jīng)遠遠高出發(fā)達國家225 kg·hm-2的施肥上限（朱兆良和孫波，2008）。肥料的不合理投入導致土壤中硝態(tài)氮及磷素富集，加大了氮、磷淋溶及流失的風險（關(guān)炎 等，2004），不僅降低了生產(chǎn)效益，更造成了資源浪費，而且也是土壤退化的主要原因之一。有關(guān)養(yǎng)分淋溶、流失及其污染負荷控制方面的研究報道已有很多（何飛飛 等，2008；朱兆良和孫波，2008），而對于化肥—有機肥配施、單施有機肥等不同施肥措施對土壤中氮、磷含量的影響及作物對養(yǎng)分吸收利用特征的研究相對較少。本試驗采用大田試驗方法，就不同施肥模式對土壤中氮、磷含量的影響，以及大白菜〔Brassica campestrisL.ssp.pekinensis（Lour）Olsson〕對養(yǎng)分的吸收利用特征進行了研究，旨在為提高肥料的利用率，降低土壤中氮、磷流失風險提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在2008年預備試驗的基礎(chǔ)上，2009～2011年在北京市密云縣太師屯鎮(zhèn)露地菜田進行試驗，供試土壤為沙壤質(zhì)褐土，基本理化性質(zhì)：全氮含量0.98 g·kg-1，有機質(zhì)35.24 g·kg-1，堿解氮133.83 mg·kg-1，速效磷17.08 mg·kg-1，速效鉀67.73 g·kg-1，pH值7.6（水土比為1∶2.5）。

供試大白菜品種為北京4號，種子由北京市密云縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站提供。

1.2 試驗方法

2009～2011年的試驗方案完全一致，每年均設(shè)置7個處理（表1）：對照（N0）、氮肥過量施用（N1）、常規(guī)施肥（當?shù)胤N植習慣施肥量，N2）、氮肥減量施用（N3）、有機肥+磷鉀肥（N4）、有機肥+化肥（N5）、單施有機肥（N6），4次重復，小區(qū)面積30 m2。氮肥采用尿素，磷肥采用磷酸二氫銨，鉀肥采用硫酸鉀。小區(qū)施肥量以純氮折算，磷、鉀肥作為基肥一次性施入。

土壤樣品分4層采集：0～20 cm、20～50 cm、50～70 cm、70～100 cm，采用Z型5點混合取樣法，樣品風干后備用。分別在各小區(qū)中心區(qū)域隨機采集大白菜2～3株，分部位烘干備用。土壤及植株全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定，土壤全磷含量及速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，植株全磷含量采用釩鉬黃比色法測定（鮑士旦，2000）

2 結(jié)果與分析

因本試驗的重點是研究長期定位施肥對土壤養(yǎng)分含量及大白菜吸收特征的影響，故以下僅對2009年、2011年的試驗結(jié)果進行了對比分析。

2.1 不同施肥模式對土壤全氮、速效磷含量的影響

不同施肥模式導致土壤中氮素累積特征亦不同。由圖1可見，2009年各處理表層土（0～20 cm）全氮含量最高，在0.75～0.87 g·kg-1之間；20 cm 以下的土層中全氮含量銳減，在0.45～0.61 g·kg-1之間，各處理間土壤全氮含量差異不大，可見不同施肥措施對耕作層以下土壤中氮素含量無顯著影響。不同施肥處理間進行對比，N1、N2處理和N4處理表層土全氮含量高于對照（N0），N4處理和N2處理表層土氮素累積量最高；而N3、N5處理和N6處理表層土全氮含量低于對照，但各處理間差異均未達到顯著水平。

2011年不同施肥處理各土層全氮含量總體變化趨勢與2009年相似（圖2），表層土全氮含量最高，在0.83～1.02 g·kg-1之間；20 cm 以下出現(xiàn)銳減。不同施肥處理間進行對比，N3、N5處理和N6處理表層土全氮含量比對照明顯升高，其中N6處理增幅最大，全氮含量最高；N1、N2處理表層土全氮含量與2009年相比變化不大，增幅低于對照和各有機肥處理。有機肥肥效緩慢，可能會影響大白菜的正常生長，造成對氮素吸收總體偏低，導致有機肥處理（N5 和N6）表層土氮素累積、總氮含量偏高。對比2009年的試驗結(jié)果，2011年表層土（0～20 cm）全氮含量出現(xiàn)累積，比2009年增加1.0%～28.6%；20～50 cm 土層全氮含量呈上升趨勢。

對2009年和2011年表層土全氮含量進行變異數(shù)分析（表2）。2009年表層土全氮含量不同處理間有所不同，但差異均未達到顯著水平；而2011年表層土全氮含量不同處理間差異達顯著水平，N5、N6處理全氮含量顯著高于對照。說明不同施肥模式下表層土壤中氮素的累積量顯著不同。

圖1 2009年不同施肥模式對土壤全氮含量的影響

圖2 2011年不同施肥模式對土壤全氮含量的影響

表2 不同施肥模式表層土全氮含量變異數(shù)分析（ANOVA）結(jié)果

表3 不同施肥模式對土壤速效磷含量的影響

磷素是植物生長的必需元素之一，不僅能促進植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，而且能增強植株的抗病能力。土壤中的有效態(tài)磷也稱速效磷，是指土壤中可被植物吸收的磷組分，其含量的高低直接影響植物的正常生長。對2009年、2011年不同施肥處理0～20 cm、20～50 cm土壤中的速效磷含量進行對比（表3），2011年各處理0～20 cm 土層速效磷含量上升幅度較大，呈現(xiàn)富集趨勢，可能與磷肥投入量偏高有關(guān)；20～50 cm 土層中有效磷含量變化不大，說明磷素垂直方向移動不明顯。同時，隨著氮肥施用量的增加（N1 ＞N2 ＞N3），表層土壤中速效磷含量也呈遞增趨勢，說明過量施用氮肥影響到作物對磷素的吸收利用。從不同處理間對比分析結(jié)果可以看出，對照0～20 cm 土層中速效磷含量明顯高于其他處理，這可能與該處理沒有施氮肥，導致作物生長不足，生物量下降，影響對磷素的吸收利用有關(guān)。N3處理0～20 cm 土層中速效磷含量最低，可能是因為低氮處理促進了大白菜根系的發(fā)育，擴大了根系的吸收面積，增加了大白菜對磷素的吸收量，間接導致該處理下表層土中磷素的含量偏低。

2.2 不同施肥模式對大白菜氮、磷含量的影響

由表4可知，過量施肥（N1）條件下大白菜產(chǎn)量有所提升，但未達到最佳效果，有機肥配施化肥（N5）處理大白菜產(chǎn)量增加明顯，2011年產(chǎn)量達到最高。隨著時間的推移，不同施肥處理大白菜對氮素的吸收量呈下降趨勢，而且過量施肥（N1）條件下大白菜對氮素的吸收量沒有明顯變化。有機肥處理（N4、N5 和N6）大白菜對磷素的吸收量明顯高于對照及化肥處理（N1、N2 和N3），說明施用有機肥促進了大白菜對磷素的吸收，這有利于大白菜品質(zhì)及抗病害能力的提高（Chen et al.，2004）。

表4 不同施肥模式對大白菜產(chǎn)量及其氮、磷吸收量的影響

由圖3可知，試驗進行3 a后，各處理大白菜全氮含量明顯下降。結(jié)合圖2分析可得，過量施用氮肥并未有效提高大白菜對氮素的吸收利用，反而加劇了表層土中氮素的累積。對不同處理進行對比分析，2009年減量施肥（N3）和純施有機肥（N6）處理大白菜全氮含量與對照相比分別提高了23%和20%，且高于其他施肥處理；2011年各處理大白菜全氮含量總體下降，并趨于相同，這可能與連續(xù)3 a 的持續(xù)施肥導致土壤中氮肥過剩、累積，供過于求有關(guān)。

磷肥作為基肥，且施用量相同，故各處理大白菜全磷含量基本相同；持續(xù)的磷肥投入，在一定程度上提高了大白菜體內(nèi)磷素的含量（圖4）。

圖3 不同施肥模式對大白菜全氮含量的影響

圖4 不同施肥模式對大白菜全磷含量的影響

3 結(jié)論與討論

已有研究表明，長期施肥條件下可有效提高土壤中全氮、堿解氮含量（張夫道，1996）。本試驗結(jié)果表明，不合理施肥導致表層（0～20 cm）土壤全氮含量顯著增加，并隨著時間推移累積量增加；20 cm 以下土層全氮含量迅速降低，隨著施肥時間的延長，20～50 cm 土層中全氮含量呈現(xiàn)上升趨勢，這說明長期不合理、過量施肥導致土壤中氮素出現(xiàn)向下淋溶的趨勢（湯麗玲等，2005；吳萍萍 等，2008）。試驗進行3 a后，有機肥+化肥（N5）、單施有機肥（N6）處理表層土中全氮含量最高，這與已有研究結(jié)論一致（張夫道，1996；關(guān)焱 等，2004）。本試驗中減量施肥（N3）條件下也呈現(xiàn)類似規(guī)律，這可能與施肥量過低、有機肥肥效緩慢、有機—無機肥配施比例不合理等原因有關(guān)，導致作物前期生長不足，最終影響到作物對氮素的總體吸收利用。隨著化學氮肥施用量的增加，表層土中速效磷含量也呈增加趨勢，但垂直方向淋溶現(xiàn)象不明顯（熊國華 等，2005）。

本試驗結(jié)果表明，過量施肥并未有效提高大白菜對氮的吸收利用，相反造成表層土壤氮素過高累積。有機肥處理下大白菜對磷素的吸收利用明顯高于對照及化學氮肥處理。有機肥處理下大白菜產(chǎn)量明顯提高，尤其是有機肥配施化肥處理，大白菜產(chǎn)量最高，甚至高于化肥過量施用處理。

有機肥與化肥相比，具有提高作物產(chǎn)量、肥效時間長、改善土壤環(huán)境等特點，但其肥效緩慢，往往會導致作物生長關(guān)鍵時期供肥不足，而影響作物正常生長。有機—無機肥料配施可有效緩解這一矛盾。本試驗結(jié)果表明，有機—無機肥料按1∶1 的比例配施大白菜產(chǎn)量最高。因此，有機—無機肥料配施應該是今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要方向之一，但如何針對不同種類作物調(diào)節(jié)化肥—有機肥配施比例以及化肥的施用時間，達到既能保證作物生長關(guān)鍵時期的養(yǎng)分需求，又能維持作物后期生長的養(yǎng)分供應的目的，需要在今后的研究中進一步加強和完善。

鮑士旦.2000.土壤農(nóng)化分析.3 版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社：39-270.

關(guān)焱，宇萬太，李建東.2004.長期施肥對土壤養(yǎng)分庫的影響.生態(tài)學雜志，23（6）：131-137.

郭文龍，黨菊香，呂家瓏，郭俊煒，權(quán)定國，劉思春，馬勤安.2005.不同年限蔬菜大棚土壤性質(zhì)演變與施肥問題的研究.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，23（1）：85-89.

何飛飛，任濤，陳清，江榮風，張福鎖.2008.日光溫室蔬菜的氮素平衡及施肥調(diào)控潛力分析.植物營養(yǎng)與肥料學報，14（4）：692-699.

湯麗玲，陳清，李曉林，陳永智，丁光國.2005.日光溫室秋冬茬番茄氮素供應目標值的研究.植物營養(yǎng)與肥料學報，11（2）：230-235.

吳萍萍，劉金劍，周毅，謝小立，沈其榮，郭世偉.2008.長期不同施肥制度對紅壤稻田肥料利用率的影響.植物營養(yǎng)與肥料學報，14（2）：277-283.

熊國華，林咸永，章永松，鄭紹建.2005.施用有機肥對蔬菜保護地土壤環(huán)境質(zhì)量影響的研究進展.科技通報，21（1）：84-90.

張夫道.1996.長期施肥條件下土壤養(yǎng)分的動態(tài)平衡——Ⅱ.對土壤氮的有效性和腐殖質(zhì)氮組成的影響.植物營養(yǎng)與肥料學報，2（1）：39-48.

朱兆良，孫波.2008.中國農(nóng)業(yè)面源污染控制對策研究.環(huán)境保護，（8）：4-6.

Chen Q，Zhang X S，Zhang H Y，Christie P，Li X L，Horlacher D，Liebig H P.2004.Evaluation of current fertilizer practice and soil fertility in vegetable production in the Beijing region.Nutr Cycl Agroecosyst，69：51-58.

Ju X T，Kou C L，Zhang F S，Christie P.2006.Nitrogen balance and groundwater nitrate contamination：comparison among three intensive cropping systems on the North China Plain.Environ Poll，143（1）：117-125.