連續(xù)3年施用磷石膏對紅壤理化性質(zhì)的影響

尹元萍，舒藝周，董文漢，黃 莉，孫文麗，宋玲鳳，梁 泉 *

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南云天化以化磷業(yè)研究技術(shù)有限公司，云南 昆明 650041；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)科技處，云南 昆明 650201；4.中國西南野生生物種質(zhì)資源庫，云南 昆明 650500；5.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201；6.云南省化工研究院，云南 昆明 650041)

連續(xù)3年施用磷石膏對紅壤理化性質(zhì)的影響

尹元萍1，舒藝周2，董文漢3，黃 莉4,5，孫文麗5，宋玲鳳6，梁 泉5 *

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南云天化以化磷業(yè)研究技術(shù)有限公司，云南 昆明 650041；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)科技處，云南 昆明 650201；4.中國西南野生生物種質(zhì)資源庫，云南 昆明 650500；5.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201；6.云南省化工研究院，云南 昆明 650041)

以已進(jìn)行3年的甘蔗磷石膏定位試驗為背景，研究了3年里紅壤上施用磷石膏對土壤理化性質(zhì)和重金屬累積的影響。結(jié)果表明：與對照(僅施用氮磷鉀)比較，施用磷石膏后土壤pH值、土壤總孔隙度明顯下降，容重提高；土壤速效磷、有效硫、有效硅、Ca2+、Al3+含量顯著增加；有效氮、鉀有所提高；施用PG后，土壤鹽基飽和度不同程度降低，降幅為1.17 %～2.98 %，平均降幅2.41 %；而交換性鈣、交換性總酸、交換性鋁、陽離子交換量含量不同程度的增加。與對照比較，交換性鈣、陽離子交換量分別增加45.57 %和39.92 %，交換性總酸和交換性鋁分別增加1.74和2.84倍；土壤殘留砷、鎘、鉻、汞、鉛低于國家Ⅲ類土壤規(guī)定值。研究結(jié)果為磷石膏在紅壤上的利用提供了科學(xué)依據(jù)。

紅壤；磷石膏；甘蔗；理化性質(zhì)；重金屬含量

表1 供試土壤的理化性質(zhì)

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用磷石膏由云天化集團紅磷分公司提供。本試驗所用磷石膏抽樣分析結(jié)果表明，鎘(Cd)、汞(Hg)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、砷(As)等5種有害元素含量均末達(dá)到限量值。

供試甘蔗品種為‘桂糖11號’，由開遠(yuǎn)市農(nóng)技中心提供。

供試肥料尿素(云南開遠(yuǎn)解化化工公司生產(chǎn)，含N 46 %)、鈣鎂磷肥(個舊市大通磷化工廠生產(chǎn)，含P2O512 %)、氯化鉀(吉林通化綠地農(nóng)藥化肥有限公司生產(chǎn)，含K2O 60 %)。

1.2 試驗地點及基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)

1.2.1 試驗 于2012年3月-2014年3月連續(xù)3年在云南省開遠(yuǎn)市樂白道辦事處阿德邑村委會清塘子村民小組農(nóng)戶王忠華的承包地里實施，海拔1171 m，前作玉米，近8年無普鈣施用史。

1.2.2 供試土壤 試驗地為云南地區(qū)典型的缺磷赤紅壤，質(zhì)地為砂壤，前作玉米。土壤理化性質(zhì)見表1。

1.3 田間試驗設(shè)計

試驗設(shè)7個處理，處理1：空白(CK1)(簡稱T1，下同)；處理2：NPK (CK2)(用量為N 210 kg/hm2，P2O567.5 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2，簡稱T2，下同)；處理3：NPK+1500 kg/hm2PG(簡稱T3，下同)；處理4：NPK+7500 kg/hm2PG表施(簡稱T4，下同)；處理5：NPK+15 000 kg/hm2PG表施(簡稱T5，下同)；處理6：NPK+22 500 kg/hm2PG表施(簡稱T6，下同)；處理7：NPK+15 000 kg/hm2PG+15 000 kg/hm2農(nóng)家肥(簡稱T7，下同)。

3次重復(fù)，隨機排列，共21個小區(qū)，小區(qū)面積為28 m2，小區(qū)長為10 m，寬為2.8 m，試驗區(qū)周邊設(shè)有0.5 ～1 m的保護行。

在同一地點連續(xù)進(jìn)行3年試驗，甘蔗新植1年，宿根2年。

1.4 田間性狀及樣品測定方法

在種植前和收獲后分別取土樣，取樣深度分0～20和20～40 cm。

土壤交換性鋁用1 mol/L KCl(土液比1∶10)浸提、鋁試劑分光光度法測定，土壤容重、土壤毛管孔隙度( %)、土壤pH值、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、有效硫、有效硅以及甘蔗植株砷、鉛、鎘、鉻、汞等用常規(guī)方法[13]測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)均采用MicrosoftExcel2003進(jìn)行平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性質(zhì)的變化

連續(xù)3年施用磷石膏后，土壤容重增加(圖1)，而土壤總孔隙度下降(圖2)。

不同年份同一處理同一土層的差異性采用t檢驗，不同小寫字母表示同一處理同一土層磷石膏施用前后差異顯著(P<0.05)，下同 T test was used to compare the differences of the same soil layer in the same treatment for different years, and different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).The same as below圖1 甘蔗種植前后土壤容重的變化趨勢Fig.1 The change of soil bulk density before and after sugarcane planting

由圖1可見，甘蔗連續(xù)種植3年后，比較相同處理的同一土層中土壤容重的變化，發(fā)現(xiàn)：表層土壤(0～20 cm)容重小于下層土壤(20～40 cm)；T1和T2同一土層的土壤容重均沒有顯著差異；施用少量磷石膏(T3)，表層土壤容重沒有顯著變化；施用較多磷石膏后(T4、T5、T6)，表層土壤容重顯著提高，而下層土壤容重差異不顯著；磷石膏配施農(nóng)家肥可以有效減緩?fù)寥廊葜氐南陆怠?/p>

由圖2可見，比較相同處理的同一土層中土壤總孔隙度的變化，發(fā)現(xiàn)：表層土壤(0～20 cm)總孔隙度大于下層土壤(20～40 cm)；T1和T2 處理同一土層的土壤孔隙度均沒有顯著差異；施用少量磷石膏(T3)，表層土壤孔隙度沒有顯著變化；施用較多磷石膏(T4、T5、T6、T7)，表層土壤總孔隙度顯著降低，而下層土壤總孔隙度差異不顯著；磷石膏配施農(nóng)家肥可以有效減緩?fù)寥揽偪紫抖鹊慕档汀?/p>

2.2 土壤pH值的變化

從圖3～4可以發(fā)現(xiàn)：施用磷石膏后，表層土(0～20 cm)和下層土(20～40 cm)pH值均呈下降趨勢；對表層土壤pH值影響較大；隨著磷石膏施用量增加，土壤pH值下降更為明顯；磷石膏少量施用(100 kg)時土壤pH值變化不明顯；第1年施用磷石膏時pH值下降最快，而后隨著施用年份增加，土壤pH值逐漸降低，但降幅較平緩，說明土壤具有較強的緩沖性。

圖2 甘蔗種植前后土壤總孔隙度的變化趨勢Fig.2 The change of soil total porosity before and after sugarcane planting

圖3 表層土壤(0～20 cm)年際間pH值變化趨勢Fig.3 The change of pH value at the surface layer soil (0-20 cm) among the three years

2.3 土壤有機質(zhì)、氮、磷、鉀、硫、硅等元素的變化

從表2可看出，試驗后土壤表層中有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量不僅比試驗前增加，而且施用磷石膏的處理比T2(CK2)也有較大增加，增幅從高至低依次是：全磷>全氮>全鉀>有機質(zhì)。其中：施用PG(T3、T4、T5、T6)平均增幅較T2有機質(zhì)增4.55 %、全氮增8.77 %、全磷增18.72 %(不同處理間差異顯著)、全鉀增5.19 %；農(nóng)家肥配施PG(T7)平均增幅較T2有機質(zhì)增102.99 %、全氮增97.40 %、全磷增40 %、全鉀增39.25 %，均達(dá)到顯著水平；施用少量PG(1500 kg/hm2)時全氮、全磷、全鉀增幅不顯著。

從表3看出，試驗后土壤表層中堿解氮、速效磷、速效鉀、有效硫、有效硅含量不僅比試驗前增加，而且施用磷石膏的處理比T2(CK2)也有較大增加，增幅從高至低依次是：有效硫>有效硅>有效磷>堿解氮>速效鉀。其中：施用PG(T3、T4、T5、T6)平均增幅較T2(CK2)堿解氮增10.24 %、速效磷增26.76 %(不同處理間差異顯著)、速效鉀增5.15%、有效硫增5.52倍(不同處理間差異顯著)，有效硅增3.47倍(不同處理間差異顯著)；農(nóng)家肥配施PG(T7)增幅較T2(CK2)堿解氮增43.81 %、速效磷增61.28 %、速效鉀增49.47 %、有效硫增8.24倍，有效硅增5.38倍，均達(dá)到顯著水平；施用少量PG(1500 kg/hm2)時堿解氮、速效磷、速效鉀增幅不顯著，但有效硫、有效硅的增幅達(dá)到顯著水平。說明當(dāng)土壤硫、硅元素缺乏時，通過施用少量磷石膏即可達(dá)到補充效果。

圖4 下層土壤(20～40 cm)年際間pH值變化趨勢Fig.4 The change of pH value at the lower soil (20-40 cm) among the three years

2.4 土壤交換性鹽基的變化

從表4可看出，連續(xù)3年施用磷石膏后，T1(CK1)、T2(CK2)處理土壤鹽基飽和度最高，而交換性鈣、交換性總酸、交換性鋁、陽離子交換量含量最低。施用PG后，土壤鹽基飽和度不同程度降低，降幅為1.17 %～2.98 %，平均降幅2.41 %；而交換性鈣、交換性總酸、交換性鋁、陽離子交換量含量不同程度的增加。與T2比較，施用PG(T3、T4、T5、T6)平均增幅土壤交換性鈣、陽離子交換量分別增加45.57 %和39.92 %，交換性總酸和交換性鋁分別增加1.74和2.84倍；磷石膏配施農(nóng)家肥(T7)后，交換性總酸、交換性鋁略有降低，鹽基飽和度略有上升；在陽離子交換量中，交換性鈣含量占一半以上；交換性鋁占交換性總酸含量近70 %，而對照(T1、T2)占50 %以下，說明交換性鋁含量是影響紅壤酸度的最主要因素。

表2 不同處理表層土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量的變化

注：同列不同小寫字母表示差異達(dá)0.05顯著水平，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate the significant difference at the 0.05 level, the same as below.

表3 不同處理表層土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、有效硫、有效硅含量的變化

表4 不同處理土壤交換性鹽基及交換性總酸、交換性鋁和鹽基飽和度

注：交換性鈣：cmol(1/2 Ca2+)/kg；CEC：cmol(+)/kg；交換性總酸：cmol(H++ 1/3Al3+)/kg；交換性鋁：cmol(1/3Al3 +)/kg。 Note: Exchangeable calcium: cmol(1/2 Ca2+)/kg; CEC: cmol(+)/kg; Commutatively total acid : cmol(H++ 1/3Al3+)/kg; Exchangeable aluminum: cmol(1/3Al3 +)/kg.

2.5 連續(xù)3年施用PG后土壤有害元素的殘留

3年試驗結(jié)束，比較不同處理中表層土壤(0～20 cm)和下層土壤(20～40 cm)重金屬含量的變化(表5)。

根據(jù)“土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”(GB15618-1995)中的Ⅲ類土壤中重金屬含量的規(guī)定，本試驗中所有處理重金屬含量均未超過標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。

從表5可知，施用磷石膏后，土壤中5種重金屬含量有不同程度的增加，以表層土的增加幅度最大；鎘和汞在土壤中的含量很低，幾乎未檢出；磷石膏配施農(nóng)家肥能有效降低土壤中重金屬含量水平。

與對照(T2)相比，T3、T6、T7表層土中砷含量增幅分別為3.56 %、21.27 %(達(dá)顯著水平)和0.82 %；表層土中鉻含量增幅分別為33.29 %、45.54 %和23.55 %，結(jié)果均達(dá)到顯著水平；表層土中鉛含量增幅分別為18.24 %、27.14 %和11.29 %，結(jié)果均達(dá)到顯著水平。下層土中T6處理砷含量與其他處理差異達(dá)顯著水平，其余處理間無顯著差異；下層土中各處理的鉻含量、鉛含量均無顯著差異。

3 討 論

3.1 磷石膏對土壤理化性質(zhì)的影響

由于磷石膏是由硫酸分解磷礦粉生產(chǎn)濕法硫酸的殘渣，它保留了一部分硫酸或磷酸，所以一般呈強酸性，特別是未經(jīng)淋溶的磷石膏pH值在2.5～3，而且比重較高。本試驗在紅壤上施用磷石膏，發(fā)現(xiàn)土壤pH明顯下降，土壤容重提高，土壤鹽基飽和度和總孔隙度降低，即使少量磷石膏(1500 kg/hm2)也會導(dǎo)致同樣效果。這與前人結(jié)果恰好相反[4,14-16]。分析原因，可能與土壤質(zhì)地、作物類型、磷石膏性質(zhì)及施用量等因素有關(guān)。

表5 甘蔗施用磷石膏后土壤中重金屬含量的比較

注：“-”表示未檢出。

Note: - means not detected.

施用磷石膏有效提高了土壤養(yǎng)分含量。土壤表層中全磷、全氮明顯增加，對土壤中堿解氮、速效鉀影響不大，但對提高速效磷含量有顯著作用，并且隨著磷石膏用量增加，土壤中速效磷含量也不斷增加，這與陳永安等[11]、肖厚軍等[7]的研究結(jié)果相同。主要原因是由于它本身含有一定量的有效磷，其次由于土壤pH值下降，促進(jìn)土壤中無機磷的釋放。說明在缺磷紅壤上施用磷石膏對補充速效磷非常有益。

中國目前缺硫土壤達(dá)660 萬hm2，云南省有約1/3的土地缺硫[17]。磷石膏有效硫含量可達(dá)15 %。本試驗中，施用磷石膏能顯著提高土壤有效硫，與對照比較，有效硫含量提高了0.8～4.8倍。因此，對于缺硫土壤和甘蔗、煙草、茶葉、油菜等喜硫作物，施用磷石膏是有效補充硫肥的措施。

中國有50 %～80 %以上的土壤缺硅，甘蔗是喜硅作物，每年從土壤中帶走了大量的硅，硅肥對甘蔗增產(chǎn)作用十分明顯[18-19]。本試驗中，施用磷石膏能顯著提高有效硅含量。

磷石膏多用于改良堿性土壤，也有人用作酸性心土層的改良劑。有研究結(jié)果表明，紅壤上施用磷石膏能顯著提高土壤中的Ca2+濃度降低Al3+濃度，提高交換性鹽基總量，從而降低土壤pH值和鋁毒危害[9-10]。本試驗結(jié)果正好相反，施用PG后，與對照比較，土壤鹽基飽和度不同程度降低，交換性鈣、陽離子交換量、交換性總酸和交換性鋁顯著提高，其中交換性鈣含量占陽離子交換量的一半以上，交換性鋁占交換性總酸含量近70 %，而對照占50 %以下，說明交換性鋁含量是影響紅壤酸度的最主要因素。磷石膏配施農(nóng)家肥后，上述性狀略有改善。分析原因，可能與土壤質(zhì)地、作物類型、磷石膏性質(zhì)及施用量等因素有關(guān)。

3.2 磷石膏對甘蔗品質(zhì)和土壤環(huán)境的影響

施用磷石膏后土壤殘留砷、鎘、鉻、汞、鉛一般低于國家Ⅲ類土壤規(guī)定值以下。因此，認(rèn)為在試驗磷石膏用量范圍內(nèi)還未發(fā)現(xiàn)對農(nóng)田環(huán)境產(chǎn)生危害。

綜上所述，紅壤上施用磷石膏，能明顯提高土壤的供硫、磷、鈣、硅能力，提高土壤陽離子交換量，改善甘蔗生物學(xué)性狀，從而提高了甘蔗的產(chǎn)量。盡管施用磷石膏后，甘蔗和土壤中砷、鎘、鉻、汞、鉛含量比對照增加，但未超標(biāo)。但是，直接和過量施用磷石膏會導(dǎo)致土壤pH下降、容重提高、交換性鋁增加等問題，對土壤理化性狀有一定影響。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用時，建議使用經(jīng)淋溶的磷石膏配合腐熟農(nóng)家肥，或者磷石膏與輕質(zhì)農(nóng)業(yè)廢棄物制成土壤調(diào)理劑，在缺硫地區(qū)和喜硫、喜鈣作物上施用，施用量可在1.5～7.5 t/hm2。

致 謝：感謝云天化集團科技部、技術(shù)部、市場部，云南省化工研究院，開遠(yuǎn)市農(nóng)技中心，開遠(yuǎn)市樂白道街道辦王中華同志以及云南農(nóng)業(yè)大學(xué)參與本項目工作的老師、研究生和本科生。

[1]趙儀華,林志剛.磷石膏一些基本性質(zhì)的研究[J].土壤通報,1991(2):76-78.

[2]王曉岑,李淑芹,許景鋼.農(nóng)業(yè)應(yīng)用磷石膏前景展望[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2010,26(4):287-294.

[3]張傳光,白來漢,岳獻(xiàn)榮,等.云南省主要磷石膏化學(xué)特性分析[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,27(5):756-762.

[4]蔡阿興.磷石膏防治堿化土壤的效果[J].磷肥與復(fù)肥,1998(2):64-65.

[5]徐大地,劉友云,肖厚軍,等.黃壤旱地黃泥土施用磷石膏試驗研究[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),1999,27(5):24-26.

[6]肖厚軍,徐大地,劉支云,等.不同pH值黃泥土施用磷石膏的效果[J].耕作與栽培,2000(5):38-40.

[7]肖厚軍,王正銀,何佳芳,等.磷石膏改良強酸性黃壤的效應(yīng)研究[J].水土保持學(xué)報,2008,22(6):62-66.

[8]張文安,徐大地,肖厚軍.磷石膏改良貴州黃壤及其應(yīng)用前景[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2002,30(2): 61-63.

[9]葉厚專,范業(yè)成.磷石膏改良紅壤的效應(yīng)[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,1996(2):181-185.

[10]葉厚專.紅壤旱地施用磷石膏土壤理化性狀變化的研究[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報,1998(2):59-65.

[11]陳永安,游有文,黃佳良,等.磷石膏在紅壤上的肥料效應(yīng)[J].土壤肥料,1995(1):22-25.

[12]王文富.云南省紅壤分布和利用改良[J].土壤肥料,1985(3):1-4.

[13]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,2000.

[14]Xu J M, Tang C, Chen Z L. The role of plant residues in pH change of acid soils differing in initial pH[J]. Soil Biology&Biochemistry, 2006, 38:709-719.

[15]吳正鋒,成 波,王才斌,等.連作對花生幼苗生理特性及莢果產(chǎn)量的影響[J].花生學(xué)報,2006,35(1):29-33.

[16]Carvalho M.C.S, Raij B.van. Calcium sulphate, phosphogypsum and calcium carbonate in the amelioration of acid subsoils for root growth[J]. Plant and Soil, May 1997, 192(1): 37-48.

[17]鄭小蓮.從云南省磷硫資源狀況看磷石膏的綜合利用[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報,2000,25:107-110.

[18]宋春生,楊 林.硅肥對甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].土壤肥料,1999(1):46.

[19]蔣雄英,陳桂芬,尹 輝,等,硅肥對甘蔗的生長?產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2014,127(6):2460-2464.

(責(zé)任編輯 王家銀)

Effect of Phosphorus Gypsum Application for Three Consecutive Years on Physical and Chemical Characteristics of Red Soil

YIN Yuan-ping1, SHU Yi-zhou2, DONG Wen-han3, HUANG Li4，5, SUN Wen-li5, SONG Ling-feng6, LIANG Quan5 *

(1.College of Natural Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Yunnan Kunming 650201, China; 2.Yunnan ICL YTH Phosphate Research and Technology Center CO.,LTD, Yunnan Kunming 650041, China; 3.Scientific and Technology Division, Yunnan Agricultural University, Yunnan Kunming 650201, China; 4.Southwest China Germplasm Bank of Wildlife, Yunnan Kunming 650500, China; 5.College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Yunnan Kunming 650201, China; 6.Yunnan Research Institute of Chemical Industry, Yunnan Kunming 650041, China)

The effects of yield, soil physical and chemical properties and heavy metal accumulation were studied by phosphorus gypsum location test of sugarcane in red soil for three years. The results showed that: in comparison with the control (only using N, P and K), when phosphorus gypsum was applied, pH of soil, soil total porosity decreased obviously, but the bulk density increased; The contents of available phosphorus, available sulfur, available silicon, Ca2+and Al3+increased significantly; Available nitrogen and potassium increased; With the phosphorus gypsum application, soil base saturation decreased in different degree, a decline of 1.17 %-2.98 %, and the average fell 2.41 %; Exchangeable calcium, exchangeable acidity, exchangeable aluminum, caption exchange capacity increased in varying degrees; Compared with the control, the amount of exchangeable calcium and caption exchange capacity increased by 45.57 % and 39.92 %, respectively, and the total acid and exchangeable aluminum increased 1.74 and 2.84 times respectively; After applying phosphorus gypsum to the red soil, the residual arsenic, cadmium, chromium, mercury and lead in the soil were lower than that of the national class III soil. The research results can provide a scientific basis for the utilization of phosphorus gypsum in red soil.

Red soil; Phosphorus gypsum; Sugarcane; Physical and chemical properties; Heavy metal content

1001-4829(2016)09-2187-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.09.030

2015-01-16

云天化集團-云南農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合基金(YF2011-011)

尹元萍(1969-)，女，云南易門人，副教授，主要從事植物營養(yǎng)研究，*為通訊作者：E-mail:liangquan1@163.com。

S143.2

A