長(zhǎng)期不同施肥對(duì)南方黃泥田磷庫(kù)及其形態(tài)的影響

林 誠(chéng)， 王 飛， 何春梅， 李清華， 李 昱， 林新堅(jiān)

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所, 福州 350013)

福建屬亞熱帶氣候，溫暖濕潤(rùn)，長(zhǎng)期受季節(jié)性氧化-還原交替過(guò)程作用，鐵、 錳等元素的遷移強(qiáng)度超過(guò)地帶性土壤，因此其養(yǎng)分遷移、 積累和轉(zhuǎn)化具有一定的區(qū)域性[15]。黃泥田是廣泛分布于南方省份的一種典型滲育型水稻土，占福建省水稻土面積的30.4%，該水稻土通常因水分供應(yīng)不足，磷、 鉀養(yǎng)分缺乏，屬中低產(chǎn)水稻田[16]。為此，本文基于26年長(zhǎng)期定位肥料試驗(yàn)，研究不同施肥處理對(duì)土壤磷庫(kù)及其形態(tài)的影響，以期深入認(rèn)識(shí)黃泥田土壤的磷庫(kù)演變與施肥的關(guān)系，為黃泥田合理施用磷肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2 分析方法

土壤無(wú)機(jī)磷的分組采用蔣柏藩-顧益初的土壤無(wú)機(jī)磷分組方法[17]，土壤有機(jī)磷分組采用Bowman-Cole土壤有機(jī)磷分組方法[18]。 全磷用堿熔—鉬銻抗比色法，有效磷用Olsen法[19]測(cè)定。

磷素吸收量=籽粒產(chǎn)出量×籽粒含磷量+地上部稻草產(chǎn)出量×稻草含磷量

磷素表觀盈余=進(jìn)入土壤中磷的總量-被作物吸收帶走的磷的總量(根茬還田及降雨、 灌溉輸進(jìn)磷素微量，可忽略，未統(tǒng)計(jì)在內(nèi))

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和Excel進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤有效磷、 全磷含量的影響

圖1 長(zhǎng)期定位施肥土壤有效磷和全磷動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamics of soil available phosphorus and total phosphorus under the long-term fertilization treatments

圖1顯示， CK處理全磷含量年際變化呈緩慢下降趨勢(shì)，試驗(yàn)至2010年全磷含量降為0.24 g/kg，較試驗(yàn)初期下降了5.92%; 試驗(yàn)至2003年，NPKM、 NPKS、 NPK處理較試驗(yàn)初期增幅達(dá)114.2%、 67.8%、 68.3%，種植制度改變使得土壤全磷變化趨勢(shì)與有效磷相似，改種植單季稻后施肥處理土壤全磷呈下降趨勢(shì)。至2010年，NPKM、 NPKS、 NPK處理全磷含量分別為0.40、 0.30、 0.32 g/kg，較試驗(yàn)初期增幅達(dá)59.4%、 22.1%、 25.9%。

2.2 長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷、 有機(jī)磷組分含量的影響

表1 長(zhǎng)期施肥下無(wú)機(jī)和有機(jī)磷各組分含量(mg/kg)

土壤無(wú)機(jī)磷、 有機(jī)磷總量與土壤有效磷擬合方程發(fā)現(xiàn)(圖2)，二者與有效磷均呈極顯著線性相關(guān)，說(shuō)明黃泥田無(wú)機(jī)磷、 有機(jī)磷庫(kù)均是有效磷的“源”，隨著土壤無(wú)機(jī)磷、 有機(jī)磷庫(kù)的增加，土壤磷素有效性也相應(yīng)提高。

圖2 土壤有效磷含量與無(wú)機(jī)磷總量和有機(jī)磷總量的關(guān)系Fig.2 Correlations between the content of soil available phosphorus and the contents of total inorganic phosphorous and total organic phosphorous

2.3 長(zhǎng)期施肥土壤無(wú)機(jī)磷、 有機(jī)磷在全磷中的比例

2.4 長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷/有機(jī)磷(TIP/TOP)比值的影響

TIP/TOP比值可反映土壤磷庫(kù)中無(wú)機(jī)、 有機(jī)磷庫(kù)的相對(duì)消耗或累積速度[8]。經(jīng)過(guò)25年的試驗(yàn)后(圖3)，CK、 NPK、 NPKM、 NPKS處理TIP/TOP值由試驗(yàn)初期的1.47分別降為0.78、 1.06、 1.19、1.00，CK處理下降幅度最大，是因?yàn)橛袡C(jī)磷總量提高而無(wú)機(jī)磷總量降低，而施肥處理TIP/TOP降低可能是因?yàn)橛袡C(jī)磷含量與無(wú)機(jī)磷含量均同步提高，但無(wú)機(jī)磷含量增加的幅度較有機(jī)磷增加的幅度小。進(jìn)一步分析表明，TIP/TOP比值與土壤有機(jī)質(zhì)呈極顯著的正相關(guān)，說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化可直接影響土壤無(wú)機(jī)磷、 有機(jī)磷的相對(duì)消耗累積比。

表2 各級(jí)磷素含量占全磷量的比例(%)

圖3 長(zhǎng)期施肥土壤無(wú)機(jī)磷/有機(jī)磷的比值及其與土壤有機(jī)質(zhì)的關(guān)系Fig.3 The ratio of TIP to TOP of soils under long-term repeated different fertilizers and the relationship between the ratio of TIP to TOP and the content of soil organic matter

2.5 土壤有效磷含量與作物產(chǎn)量間的相關(guān)性

將土壤有效磷與水稻產(chǎn)量擬合發(fā)現(xiàn)(圖4)，無(wú)論是雙季稻還是單季稻，水稻產(chǎn)量與土壤有效磷含量均可擬合一元二次方程，且差異達(dá)極顯著水平。從擬合方程中可知，土壤有效磷含量為17.56 mg/kg時(shí)，晚稻產(chǎn)量達(dá)最高值，有效磷含量為16.94 mg/kg時(shí)，單季稻產(chǎn)量達(dá)最高值。說(shuō)明在南方黃泥田上，隨著土壤磷素水平的提高，產(chǎn)量可呈增加趨勢(shì)，但并非磷素水平越高，產(chǎn)量就越高。因此合理的磷肥施用是作物高產(chǎn)的一個(gè)重要因素。

3 討論與結(jié)論

3.1 黃泥田土壤磷素表觀平衡

圖4 土壤有效磷含量與作物產(chǎn)量的相關(guān)性Fig.4 Correlations between the contents of soil available P and the grain yields

表3 土壤磷素(P2O5)表觀平衡(2008年)

表4 單季稻年份與雙季稻年份產(chǎn)量對(duì)比

3.2 土壤無(wú)機(jī)磷、 有機(jī)磷庫(kù)及其組分演變

本研究結(jié)果表明，在南方黃泥田水稻土上施肥均可增加土壤有效磷、 土壤無(wú)機(jī)磷、 有機(jī)磷組分含量，擴(kuò)大磷庫(kù)含量，其中以NPKM處理提高效果最為顯著，此結(jié)果與黑土、 潮土、 紅壤上的變化一致[9, 12-13]。水稻吸收的磷主要來(lái)自于Fe-P、 Al-P[20]，在南方黃泥田上，與施氮磷鉀(NPK)處理相比，長(zhǎng)期施用氮磷鉀和有機(jī)肥(NPKM)處理可顯著提高土壤Olsen-P、 Fe-P、 Al-P含量，其中Fe-P、 Al-P含量較NPK處理增加53.2%、 37.8%，主要原因是： 一方面增施有機(jī)物料直接增加了土壤磷素的投入量，可提高土壤有機(jī)磷含量，并通過(guò)礦化作用可釋放出無(wú)機(jī)磷[21]; 另一方面可能是牛糞施入土壤后腐解產(chǎn)生的有機(jī)酸類物質(zhì)可溶解、 吸附土壤中的磷酸鹽，釋放出土壤中磷酸鈣、 磷酸鋁(鐵)中的磷酸根離子，有機(jī)酸根離子及有機(jī)質(zhì)提供的陰離子與磷酸根離子競(jìng)爭(zhēng)土壤吸附位點(diǎn)，從而減少土壤對(duì)磷的固定[22]。

從有機(jī)磷組分來(lái)看，NPKM處理土壤活性有機(jī)磷和中等活性有機(jī)磷均高于NPKS處理，這可能與牛糞與秸稈的有機(jī)磷組分差異有關(guān)，由于牛糞中4種有機(jī)磷組分含量為中等活性有機(jī)磷>活性有機(jī)磷>中等穩(wěn)性有機(jī)磷>高穩(wěn)性有機(jī)磷[23]，而稻草中則以中等活性和中等穩(wěn)定性有機(jī)磷為主[24]，說(shuō)明牛糞中有機(jī)磷的活性大于秸稈中的，進(jìn)而施肥后也影響到土壤有機(jī)磷組分的活性。

本研究同時(shí)表明，與試驗(yàn)前土壤相比，CK處理無(wú)機(jī)磷總量呈下降趨勢(shì)，而施肥各處理呈升高趨勢(shì)，但不論施肥與否，土壤有機(jī)磷總量均有明顯提高的趨勢(shì)?？赡艿脑蚴?，長(zhǎng)期不施肥仍可保持一定的生物產(chǎn)量[24]，使土壤中有一定的根茬殘留，其中的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化進(jìn)入了土壤有機(jī)磷庫(kù)，而不施肥條件下，由于微生物活性降低，土壤磷酸酶隨之下降[16]，一定程度上限制了有機(jī)磷庫(kù)向無(wú)機(jī)磷庫(kù)的轉(zhuǎn)變。而對(duì)各施肥處理而言，不同施肥均顯著提高了水稻產(chǎn)量[25]，每年根茬、 秸稈還田量相應(yīng)增加，另外施入糞肥有機(jī)物料有機(jī)磷含量較高，也一定程度上補(bǔ)充了土壤有機(jī)磷庫(kù)。

3.3 長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷、 有機(jī)磷相互轉(zhuǎn)化的影響

土壤無(wú)機(jī)磷/有機(jī)磷比值與土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著相關(guān)，二者的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化受有機(jī)質(zhì)的影響較大。稻田微生物對(duì)磷的固持作用主要取決于土壤微生物本身的生物量大小，微生物的生長(zhǎng)繁殖離不開土壤有機(jī)碳和大量新鮮碳源，稻田有機(jī)碳?xì)w還量較大是維持較高微生物量的重要因子之一[26]。長(zhǎng)期不施肥條件下，土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)施肥處理顯著降低[25]，在低有機(jī)質(zhì)條件下土壤微生物活性較弱[27]，微生物趨于以土壤有效磷為磷源，形成磷的生物固持。而NPK處理，特別是在NPK的基礎(chǔ)上增施有機(jī)物料土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量增加到一定程度后，土壤微生物活性增強(qiáng)，微生物分泌的磷酸酶將植物鹽、 磷脂等有機(jī)磷化物水解轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)化合物為植物吸收利用[28]。在定位試驗(yàn)的第26年，本研究發(fā)現(xiàn)在南方黃泥田上不同施肥處理土壤TIP/TOP值總體呈下降趨勢(shì)，表明此條件下有機(jī)磷增加幅度要高于無(wú)機(jī)磷，土壤趨向有機(jī)磷的合成，但NPKM處理的TIP/TOP值最高，說(shuō)明該施肥模式土壤磷素相對(duì)礦化程度高于其他模式，這也意味著配施牛糞對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷組分增加貢獻(xiàn)較大，進(jìn)而進(jìn)一步提高土壤有效磷含量。因此，對(duì)南方黃泥田而言，土壤缺磷普遍，有機(jī)質(zhì)含量在南方水田類型中也相對(duì)較低，在此類農(nóng)田上施用磷肥，配合施用畜禽類有機(jī)肥是提高土壤磷素有效性的有效途徑。

3.4 不同有機(jī)物料配施對(duì)土壤磷庫(kù)的影響

從本研究結(jié)果可以看出，NPKS處理無(wú)機(jī)磷與有機(jī)磷庫(kù)各組分含量和NPK處理基本相似，即與NPK相比，秸稈還田對(duì)土壤磷庫(kù)總量與組分形態(tài)影響并不明顯，這與化肥配施牛糞明顯提高無(wú)機(jī)磷庫(kù)、 有機(jī)磷庫(kù)及總磷含量明顯不同。這除了牛糞帶入的磷素總量明顯高于秸稈外，可能還與二者有機(jī)物料組分差異有關(guān)。有研究表明，有機(jī)物料磷含量和碳/磷比(C/P)對(duì)水溶態(tài)磷的含量起關(guān)鍵作用[29]，當(dāng)C/P大于200時(shí)，其在腐解過(guò)程中不僅不能釋放有效磷，而且還要從土壤中吸收有效磷，從而降低土壤有效磷水平[30]，當(dāng)C/P小于200時(shí)才會(huì)有磷的凈釋放。在本試驗(yàn)中雖然兩種有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施模式均有外源磷素輸入，但配施牛糞中磷輸入量高于秸稈(表3)，且牛糞的C/P比為59.5，而稻稈C/P為227.3，因此相對(duì)秸稈還田來(lái)說(shuō)，增施牛糞對(duì)于土壤中的磷素貢獻(xiàn)(包括總磷量與有效性磷)大于秸稈還田。但我們不能認(rèn)為秸稈還田沒有優(yōu)越性，從土壤有效性磷演變來(lái)看，NPKS處理的土壤有效磷仍然高于NPK處理，另外，由于秸稈的輸入可帶入部分磷素，并提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，從而增加作物根系對(duì)土壤磷素的吸收利用，提高作物產(chǎn)量。但在秸稈還田過(guò)程中，應(yīng)考慮到C/N、 C/P過(guò)大的問(wèn)題，在化肥的施用時(shí)應(yīng)注意調(diào)節(jié)C/N和C/P所需的額外用量。同時(shí)應(yīng)該指出，與NPK處理相比，增加秸稈后水稻產(chǎn)量顯著增加，吸收的磷量也顯著增加，此時(shí)，兩個(gè)處理土壤的磷平衡狀況類似，即秸稈還田帶入的磷量基本上由作物增產(chǎn)攜出，這也反映出秸稈磷的有效性較高。綜上說(shuō)明，配施牛糞的磷帶入總量與有效性均高于秸稈，而相對(duì)NPK而言，配施秸稈處理的磷素同樣得到高效利用，但對(duì)土壤磷庫(kù)增量貢獻(xiàn)不大。

另有研究認(rèn)為， 施用畜禽糞便雖然可減少土壤對(duì)磷的固定，但會(huì)促進(jìn)可溶性磷酸根向土壤深層遷移，造成土壤磷素的流失[31]，而秸稈和化學(xué)磷肥配施可降低土壤磷素流失[32]，所以秸稈就地還田的配施方式仍然是有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的重要模式之一。但化肥配施秸稈、 化肥配施牛糞最佳施用量及最佳還田方式還有待于進(jìn)一步研究。

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