不同施磷量對蔬菜地土壤硝態(tài)氮淋失的影響

蘭 翔， 王 婷， 楊春玲， 胡承孝,2, 譚啟玲,3*， 孫學(xué)成,3

(1 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 湖北武漢 430070; 2 新型肥料湖北省工程實(shí)驗(yàn)室， 湖北武漢 430070;3 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心， 湖北武漢 430070)

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不同施磷量對蔬菜地土壤硝態(tài)氮淋失的影響

蘭 翔1， 王 婷1， 楊春玲1， 胡承孝1,2, 譚啟玲1,3*， 孫學(xué)成1,3

(1 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 湖北武漢 430070; 2 新型肥料湖北省工程實(shí)驗(yàn)室， 湖北武漢 430070;3 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心， 湖北武漢 430070)

原狀土柱; 磷; 硝態(tài)氮淋失

1　材料和方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行，試驗(yàn)期間年降雨量1043.0 mm。供試作物為小白菜、 辣椒、 莧菜、 蘿卜，供試土壤為粉質(zhì)粘壤土和粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土取自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)蔬菜基地，粉質(zhì)粘壤土取自湖北新洲，均采自多年種植蔬菜大棚內(nèi)，土壤的基本性質(zhì)如表1所示。

表1　供試土壤基本理化性狀

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)所用土柱直徑為610 mm，深度為700 mm，表面積為0.29 m2。兩種土壤各有12個(gè)土柱。分別種植小白菜、 辣椒、 莧菜、 蘿卜四季蔬菜。供試肥料為尿素、 磷酸二氫鉀和硫酸鉀，各處理氮、 鉀肥施用水平一致，全年施用總量為N 750 kg/hm2、 K2O 500 kg/hm2，根據(jù)各季蔬菜的不同生長規(guī)律確定每季蔬菜的施肥量及底追肥比例。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)P2O5水平，以不施磷為對照(P0)，以P2為適宜施磷量，磷的1/2為低磷處理(P1)，磷的1.5倍為高磷處理(P3)，具體分配到各種蔬菜上的養(yǎng)分量和磷肥總量見表2，每個(gè)處理3次重復(fù)。試驗(yàn)期間根據(jù)土壤水分狀況和作物生長情況進(jìn)行灌溉，各土柱總灌溉量均為120.1 L。

表2　供試蔬菜生長周期及施肥設(shè)置

注(Note): 表中所示“生長周期”包括本季作物生長時(shí)間和后茬作物播種前休閑時(shí)間“Life cycle”in the table includes vegetable growth period and the fallow period before next vegetable is planted.

1.3取樣與測定方法

1.3.1 樣品采集秋冬季每15天、 春夏季每10天收集一次淋洗液，另外根據(jù)天氣和降雨情況適當(dāng)調(diào)節(jié)。采集樣品時(shí)將桶內(nèi)水樣混勻，量取各次淋失體積，并采集適量樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，過濾后冰凍保存。

小白菜和莧菜一次收獲全部植株，在保證主根完整的情況下將包括根系在內(nèi)的全部植株小心從土壤中拔取，將根部土清洗干凈，各處理分別稱鮮重，105℃殺青30 min，60℃烘干至恒重，記錄干重。

辣椒果實(shí)分五次收獲，從第一批果實(shí)成熟飽滿開始，每隔半個(gè)月收獲一批，稱鮮重，烘干，記錄干重。最后將辣椒植株全部收獲，稱鮮重，烘干，稱干重。蘿卜收獲時(shí)，將塊根與葉子分開稱鮮重，烘干，記錄干重。

1.3.2 分析方法淋洗液硝態(tài)氮含量采用FIAstar5000流動注射分析儀測定， 植株全氮以H2SO4-H2O2消化后FIAstar5000流動注射分析儀測定，土壤全氮用凱氏定氮法測定，土壤pH采用酸度計(jì)(梅特勒-托利多: FE20)測定，土壤堿解氮采用堿解-擴(kuò)散法測定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱測定，土壤速效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測定，土壤容重及土壤田間持水量采用環(huán)刀法測定，土壤質(zhì)地用比重計(jì)法測定。

降雨量、 大氣沉降量用武漢市天虹智能儀表廠的APS-2型降水降塵自動采樣器采集，記錄每次降雨量，采集降水樣品，收集降塵，與其他樣品一起進(jìn)行測定分析計(jì)算大氣沉降硝態(tài)氮量作為系統(tǒng)的沉降氮源。

作物氮素累積量是作物根系和地上部各組織的氮素累積量的總和，各組織的氮素累積量是指干物質(zhì)氮素含量和干物質(zhì)重的乘積。土壤硝態(tài)氮平均淋失濃度是指硝態(tài)氮累積淋失量和總淋失體積的比值。

1. 4統(tǒng)計(jì)方法

采用Excel 2003和SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，LSD法對土壤和磷水平進(jìn)行多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1不同施磷量對各蔬菜產(chǎn)量的影響

兩種土壤上不同蔬菜對磷施用量的反應(yīng)不同(圖1)。在粉質(zhì)粘土上，小白菜、 莧菜、 蘿卜產(chǎn)量以及四季蔬菜總產(chǎn)量均隨著磷肥施用量的增加而顯著增加，但磷肥施用量對辣椒產(chǎn)量影響不顯著; 在粉質(zhì)粘壤土上，小白菜、 莧菜、 蘿卜的產(chǎn)量以及四季蔬菜總產(chǎn)量均隨著磷肥施用量的增加而增加，其中小白菜產(chǎn)量增加顯著，而莧菜和蘿卜的產(chǎn)量在高磷時(shí)增加不再顯著，即施磷能顯著促進(jìn)莧菜和蘿卜產(chǎn)量增加，但過量的磷對莧菜和蘿卜產(chǎn)量增加不顯著，磷肥施用量對辣椒產(chǎn)量影響同樣不顯著; 對比兩種土壤上蔬菜的產(chǎn)量可以看出，粉質(zhì)粘壤土上的小白菜、 辣椒、 蘿卜的產(chǎn)量以及總產(chǎn)量顯著高于粉質(zhì)粘土上的各蔬菜產(chǎn)量和總產(chǎn)量，尤其辣椒的產(chǎn)量在兩種土壤上的差距很大。

圖1　不同磷肥水平對各季蔬菜產(chǎn)量的影響Fig.1　Effect of phosphorus application rates on vegetable yield[注(Note): SC—粉壤粘土 Silty clays； SCL—粉質(zhì)粘壤土 Silty clay loam. 柱上不同字母表示處理間差異顯著性達(dá)5%水平 Different letters above the bars indicate significant difference among treatments at 5% level.]

2.2不同施磷量對各蔬菜氮吸收量的影響

2.3不同施磷量對土壤滲漏水量的影響

由圖3可知，粉質(zhì)粘土水分的滲漏量顯著大于粉質(zhì)粘壤土; 粉質(zhì)粘土不同磷肥處理之間滲漏水量沒有顯著性差異; 而在粉質(zhì)粘壤土上，小白菜，莧菜，蘿卜季不同處理滲漏水量有顯著性差異，但是在不同作物季表現(xiàn)出來的差異是不一致的，對于累積滲漏水量而言，P0處理滲漏水量最大，顯著高于滲漏水量最低的P1處理，其余處理間沒有顯著性差異，說明磷肥施用能顯著減少滲漏量，但不同施磷量對滲漏量影響不顯著。

2.4不同施磷量對土壤硝態(tài)氮平均淋失濃度的影響

由圖4可知，粉質(zhì)粘土的硝態(tài)氮淋失濃度始終高于粉質(zhì)粘壤土(除小白菜季)，在兩種土壤中均為不施磷處理的硝態(tài)氮淋失濃度顯著高于其他處理(除粉質(zhì)粘壤土莧菜季)。隨著施磷量的增加，粉質(zhì)粘土硝態(tài)氮淋失濃度有下降趨勢，而粉質(zhì)粘壤土則在辣椒、 蘿卜季降低或顯著降低硝態(tài)氮淋失濃度，說明隨著磷肥的施用以及施用量的增加，可以顯著降低或降低硝態(tài)氮淋失濃度。在粉質(zhì)粘土上的4種蔬菜中，硝態(tài)氮淋失濃度最高的是莧菜，其平均淋失濃度達(dá)到了32.84 mg/L，遠(yuǎn)大于粉質(zhì)粘壤土莧菜季的硝態(tài)氮平均淋失濃度12.45 mg/L; 粉質(zhì)粘土上硝態(tài)氮淋失濃度最低的是小白菜，平均淋失濃度只有7.07 mg/L，略低于粉質(zhì)粘壤土小白菜的平均淋失濃度9.52 mg/L; 而粉質(zhì)粘土蘿卜季和辣椒季的硝態(tài)氮淋失濃度基本相同，且均高于粉質(zhì)粘壤土上相應(yīng)蔬菜季的硝態(tài)氮淋失濃度(圖4)。

圖2　不同磷肥水平對各季蔬菜氮素吸收量的影響Fig.2　Effect of phosphorus application rates on nitrogen accumulation amount of different vegetables[注(Note): SC—粉壤粘土 Silty clays； SCL—粉質(zhì)粘壤土 Silty clay loam. 柱上不同字母表示處理間差異顯著性達(dá)5%水平 Different letters above the bars indicate significant difference among treatments at 5% level.]

圖3　不同磷肥水平對各季蔬菜滲漏液體積的影響Fig.3　Effect of phosphorus application rates on leachate volume of different vegetables[注(Note): SC—粉壤粘土 Silty clays； SCL—粉質(zhì)粘壤土 Silty clay loam. 柱上不同字母表示處理間差異顯著性達(dá)5%水平 Different letters above the bars indicate significant difference among treatments at 5% level.]

圖4　不同磷肥水平對各季蔬菜-N 年平均淋失濃度的影響Fig.4　Effect of phosphorus application rates on the concentration of leached -N in different vegetable soils[注(Note): SC—粉壤粘土 Silty clays； SCL—粉質(zhì)粘壤土 Silty clay loam. 柱上不同字母表示處理間差異顯著性達(dá)5%水平 Different letters above the bars indicate significant difference among treatments at 5% level.]

2.5不同施磷量對土壤硝態(tài)氮淋失總量的影響

由圖5可知，隨著磷肥的施用及施用量的增加，粉質(zhì)粘土硝態(tài)氮淋失總量呈下降趨勢，其中P2、 P3水平顯著低于不施磷處理，不施磷處理硝態(tài)氮淋失量達(dá)192.99 kg/hm2，占化學(xué)氮肥施入量的25.72%; 而粉質(zhì)粘壤土硝態(tài)氮含量則是先下降后升高的趨勢，但均未達(dá)顯著水平，P0淋失量最大，占到純氮施入量的11%。粉質(zhì)粘土各處理硝態(tài)氮累積淋失量均大于粉質(zhì)粘壤土，粉質(zhì)粘土上P0、 P1、 P2、 P3處理年累積淋失量達(dá)到粉質(zhì)粘壤土上的2.5倍左右，這主要是由兩種土壤的速效磷含量差異引起的(圖5)。

圖5　不同磷肥水平對各季蔬菜-N年累積淋失量的影響Fig.5　Effect of phosphorus application rates on total amount of -N leaching in different vegetable soils[注(Note): SC—粉壤粘土 Silty clays； SCL—粉質(zhì)粘壤土 Silty clay loam. 柱上不同字母表示處理間差異顯著性達(dá)5%水平 Different letters above the bars indicate significant difference among treatments at 5% level.]

3　討論

研究結(jié)果表明，兩種土壤上施用磷肥均顯著增加了蔬菜產(chǎn)量，且粉質(zhì)粘土上產(chǎn)量隨著磷肥施用量增加而顯著增加，而在粉質(zhì)粘壤土上產(chǎn)量隨著磷肥施用量增加呈先增加后保持穩(wěn)定，這是因?yàn)榉圪|(zhì)粘壤土基礎(chǔ)速效磷含量較高，少量磷肥就可以滿足蔬菜生長對磷肥的需求，進(jìn)一步增加磷肥施用量對作物產(chǎn)量就不再有促進(jìn)作用。對比兩種土壤上的蔬菜產(chǎn)量可以看出，粉質(zhì)粘土上的產(chǎn)量顯著低于粉質(zhì)粘壤土上的產(chǎn)量，這可能是由于兩種土壤的質(zhì)地不同引起的，米艷華等[15]認(rèn)為在質(zhì)地較輕、 通透性較好的土壤上種植娃娃菜比在質(zhì)地重、 通透性弱的土壤上能獲得更多的產(chǎn)量。

本研究結(jié)果表明，不同磷肥施用量作物氮素累積量差異顯著，兩種土壤上小白菜季隨著磷肥施用量的增加作物氮吸收量顯著增加，土壤硝態(tài)氮淋失量則顯著降低，其他蔬菜季氮素吸收積累多的，相應(yīng)的土壤硝態(tài)氮的淋失量明顯下降。磷肥施用顯著增加了四季蔬菜氮素總吸收累積量，土壤總硝態(tài)氮淋失量則顯著降低,且在粉質(zhì)粘壤土上施用磷肥(P2O5)250 kg/hm2時(shí)硝態(tài)氮淋失量最低，粉質(zhì)粘土上施磷(P2O5)375 kg/hm2時(shí)硝態(tài)氮淋失量最低。粉質(zhì)粘壤土上的氮素累積量均顯著大于粉質(zhì)粘土，硝態(tài)氮淋失量則顯著小于粉質(zhì)粘土。這一結(jié)果說明磷肥可顯著增加作物的氮累積量，而顯著降低硝態(tài)氮的淋失量，且在土壤質(zhì)地較輕、 通透性較好的土壤上淋失量較質(zhì)地重、 通透性弱的土壤上淋失量小。

不同質(zhì)地土壤的水分淋失量不同。粉質(zhì)粘土滲漏水量較粉質(zhì)粘壤土高，這是因?yàn)橥林獗谧柚沽怂值乇韽搅?，而粉質(zhì)粘壤土的田間持水量比粉質(zhì)粘土的大，在水分輸入相同時(shí)，粉質(zhì)粘壤土能吸附的水分更多，同時(shí)粉質(zhì)粘壤土的通氣性好，水分蒸發(fā)量更大，因此粉質(zhì)粘土滲漏水量比粉質(zhì)粘壤土滲漏量大，相同結(jié)果也出現(xiàn)在樊羿[16]的研究中。

粉質(zhì)粘壤土上各季硝態(tài)氮淋失濃度均低于國家地下水飲用標(biāo)準(zhǔn)20 mg/L[17]，而粉質(zhì)粘土上不施磷肥處理以及莧菜季所有處理上硝態(tài)氮淋失濃度均大于20 mg/L，說明粉質(zhì)粘壤土硝態(tài)氮淋失對人類健康潛在危害比粉質(zhì)粘土小。

4　結(jié)論

磷肥施用增加了蔬菜產(chǎn)量和作物氮素吸收累積量，從而顯著地降低了兩種土壤上硝態(tài)氮的淋失量; 土壤質(zhì)地對硝態(tài)氮淋失有較大影響，質(zhì)地較輕的粉質(zhì)粘壤土上硝態(tài)氮淋失顯著小于質(zhì)地較重的粉質(zhì)粘土; 粉質(zhì)粘壤土上施用P2O5量為250 kg/hm2時(shí)能提高產(chǎn)量同時(shí)減少硝態(tài)氮淋失，而粉質(zhì)粘土上施用P2O5量為375 kg/hm2時(shí)能獲得較大產(chǎn)量和較小硝態(tài)氮淋失。

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Effect of different phosphorus application rates on soil nitrate leaching in vegetable fields

LAN Xiang1, WANG Ting1, YANG Chun-ling1, HU Cheng-xiao1,2, TAN Qi-ling1,3*, SUN Xue-cheng1,3

(1CollegeofResourcesandEnvironment,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China; 2HubeiProvincialEngineeringLaboratoryforNew-TypeFertilizer，Wuhan430070,China; 3MicroelementResearchCenter,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China)

undisturbed soil core; phosphorus; nitrate leaching

2015-05-22接受日期: 2015-09-28

農(nóng)業(yè)部引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)(948)項(xiàng)目(2008-Z25, 2014-Z22)資助。

蘭翔(1991—)， 男， 湖北孝感人， 碩士研究生， 主要從事施肥與環(huán)境生態(tài)研究。E-mail: lanx@webmail.hzau.edu.cn

E-mail: qltan@mail.hzau.edu.cn

S155.4+1

A

1008-505X(2016)04-0958-07