長(zhǎng)期不同施肥下小麥離子吸收對(duì)土壤酸化貢獻(xiàn)能力的比較①

宋文峰，王 超，陳榮府，文石林，王伯仁，沈仁芳*

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；2 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院衡陽紅壤實(shí)驗(yàn)站，祁陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外試驗(yàn)站，湖南祁陽 426182；3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

長(zhǎng)期不同施肥下小麥離子吸收對(duì)土壤酸化貢獻(xiàn)能力的比較①

宋文峰1,3，王 超1，陳榮府1，文石林2，王伯仁2，沈仁芳1*

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；2 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院衡陽紅壤實(shí)驗(yàn)站，祁陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外試驗(yàn)站，湖南祁陽 426182；3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)期不合理施肥導(dǎo)致土壤嚴(yán)重酸化，除了硝化作用和硝酸鹽淋溶，作物對(duì)陽離子吸收是另一個(gè)重要的土壤酸度來源。本研究基于湖南祁陽紅壤實(shí)驗(yàn)站農(nóng)田 25年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究了長(zhǎng)期不同施肥下小麥陰陽離子吸收對(duì)土壤酸化貢獻(xiàn)能力的變化。結(jié)果表明：長(zhǎng)期施用化學(xué)氮肥顯著降低土壤 pH，影響小麥生物量，而施用有機(jī)肥可緩解土壤酸化，提高小麥生物量；單位面積土壤中小麥吸收陰陽離子對(duì)酸化的潛在貢獻(xiàn)能力，即小麥產(chǎn)生的總質(zhì)子量的大小順序?yàn)椋河袡C(jī)肥處理(M)>氮磷鉀配施有機(jī)肥處理(NPKM)>磷鉀肥處理(PK)>氮磷鉀肥處理(NPK)>不施肥處理(CK)>氮磷肥處理(NP)>氮鉀肥處理(NK)。相關(guān)性分析顯示，小麥產(chǎn)生的總質(zhì)子量與土壤 pH、有效磷含量和地上部總生物量均呈顯著正相關(guān)，而土壤pH和有效磷含量均與小麥地上部生物量呈顯著正相關(guān)。因此，長(zhǎng)期施肥的農(nóng)田土壤中，隨著酸化程度的加深，作物通過陰陽離子吸收對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)能力減弱，主要原因在于低土壤pH和有效磷含量限制了作物的生長(zhǎng)，降低了作物的生物量。

土壤酸化；長(zhǎng)期施肥；植物酸化能力；離子吸收

土壤酸化是導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化的重要生物地球化學(xué)過程，普遍存在于土壤形成和發(fā)育過程中。近幾十年來，人為活動(dòng)加速土壤酸化的問題變得越來越突出。Guo等[1]對(duì)我國(guó)農(nóng)田土壤酸化研究表明，從 20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)初，我國(guó)南方酸性紅壤和黃壤酸化程度日益加深，其中糧食和經(jīng)濟(jì)作物區(qū)的pH分別降低了0.23和0.30個(gè)單位。目前，土壤酸化已經(jīng)成為我國(guó)熱帶和亞熱帶地區(qū)限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和影響環(huán)境質(zhì)量的主要因素之一。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了追求高產(chǎn)而不合理地大量施用化學(xué)肥料，加上一些不合理的農(nóng)業(yè)管理措施，導(dǎo)致作物對(duì)肥料的利用率普遍較低，并加快了土壤酸化過程。農(nóng)田土壤加速酸化的主要因素包括銨態(tài)氮的硝化作用、硝酸鹽淋溶以及作物對(duì)陰陽離子的不均衡吸收，這些因素對(duì)土壤加速酸化的貢獻(xiàn)能力存在差異[2]。初步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)四大耕作系統(tǒng)(雙季稻、水稻–小麥、小麥–玉米和溫室大棚蔬菜)中，施肥導(dǎo)致的氮循環(huán)每年釋放到土壤中的H+為20 ~ 221 kmol/hm2，作物對(duì)鹽基陽離子吸收向土壤中釋放的 H+為 15 ~ 20 kmol/hm2。目前，大多數(shù)研究集中在硝化作用對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)方面，發(fā)現(xiàn)在土壤酸化過程中氨氧化古菌發(fā)揮主導(dǎo)作用[3]。然而，在土壤酸化過程中，作物吸收鹽基陽離子酸化土壤能力的變化趨勢(shì)尚不清楚。

大量研究表明，土壤酸化嚴(yán)重抑制作物對(duì)養(yǎng)分的吸收并導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)[4]，因此，不合理的施肥措施主要通過肥料本身及其導(dǎo)致的土壤酸化程度影響作物對(duì)陰陽離子吸收。另一方面，土壤酸化過程中，作物陰陽離子吸收的改變直接影響土壤的酸化進(jìn)程?？梢?，農(nóng)田土壤酸化和作物陰陽離子的吸收是相互依賴、相互制約的，闡明兩者的關(guān)系對(duì)于深刻理解作物對(duì)施肥的響應(yīng)和對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)具有十分重要的意義。本文從作物陰陽離子吸收的角度出發(fā)，研究湖南祁陽紅壤站長(zhǎng)期肥料定位試驗(yàn)中不同施肥處理間小麥陰陽離子吸收的差異，探索小麥離子吸收酸化土壤能力與小麥生物量和土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系，為評(píng)價(jià)不同施肥對(duì)農(nóng)田酸化及農(nóng)田未來酸化趨勢(shì)預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

本研究樣地位于湖南省祁陽縣的中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家紅壤肥力與肥料效益長(zhǎng)期試驗(yàn)基地內(nèi)(111°52￠322E，26°45￠122N)。試驗(yàn)地位于丘崗中部，開始于1990年，土壤為第四紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育的耕性紅壤，1990年土壤基本性質(zhì)為pH 5.7，有機(jī)質(zhì)11.5 g/kg，全氮1.07 g/kg，全磷0.52 g/kg，全鉀1.37 g/kg，堿解氮79.0 mg/kg，有效磷13.9 mg/kg。

選取田間長(zhǎng)期定位試驗(yàn)7個(gè)典型處理，分別為：不施肥(CK)、化學(xué)氮磷肥(NP)、化學(xué)氮鉀肥(NK)、化學(xué)磷鉀肥(PK)、化學(xué)氮磷鉀肥(NPK)、單施有機(jī)肥(M)和化學(xué)氮磷鉀配施有機(jī)肥(NPKM)。每個(gè)處理的試驗(yàn)地面積為 196 m2，各處理均為小麥–玉米輪作，一年兩熟。每年施肥量為 N 300 kg/hm2， P2O5120 kg/hm2和K2O 120 kg/hm2；其中玉米施用肥料量占總施肥量的70%，小麥占總施肥量的30%。氮肥使用尿素(含N 460 g/kg)，磷肥使用過磷酸鈣(含P2O5125 g/kg)，鉀肥使用氯化鉀(含 K2O 600 g/kg)。施用有機(jī)肥(豬糞：平均含N含量為16.7 g/kg)處理只考慮其中的氮。NPKM處理中有機(jī)氮︰無機(jī)氮為7︰3。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土壤和植物樣品采集 于 2015年 5月 11日至12日小麥成熟期進(jìn)行采樣。每個(gè)樣地中隨機(jī)選取3個(gè)60 cm × 80 cm的小區(qū)，對(duì)小區(qū)中的小麥總株數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并在小區(qū)中隨機(jī)采集具有代表性的 3株小麥植株地上部，用以估算該試驗(yàn)樣地中小麥地上部總生物量。在每個(gè)小區(qū)中利用五點(diǎn)法采取表層0 ~ 20 cm土壤樣品混合作為一個(gè)重復(fù)土壤樣品。

1.2.2 植株離子和土壤理化性質(zhì)測(cè)定 將采集的小麥地上部立即帶回實(shí)驗(yàn)室，用蒸餾水沖洗3次，105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，稱干重。磨碎后的植株樣品用于測(cè)定主要陰陽離子含量。植株鈣(Ca)、鎂(Mg)、鈉(Na)、鉀(K)和硫(S)含量采用硝酸–高氯酸消煮–ICP測(cè)定；磷(P)含量采用硫酸–雙氧水消煮–鉬銻抗比色法測(cè)定[5]；氯(Cl)含量采用熱水浸提–離子色譜法測(cè)定[6]。

去除植物根系后的土壤樣品經(jīng)風(fēng)干，磨碎，過2 mm篩后，測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)。土壤pH采用電位法，按照土水比 1︰2.5測(cè)定；土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法進(jìn)行測(cè)定[7]；土壤有效磷含量采用鹽酸–氟化銨浸提–鉬銻抗比色法測(cè)定[8]；土壤速效鉀含量采用乙酸銨提取–火焰光度計(jì)法測(cè)定[5]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析 單位質(zhì)量植株產(chǎn)生的凈質(zhì)子量計(jì)算公式為H+=(Ca+Mg+K+Na)–(Cl+P+S)[9]。式中：P和S分別按照一價(jià)和二價(jià)陰離子進(jìn)行計(jì)算。單位面積土壤上植株產(chǎn)生的總質(zhì)子量為 ΣH+=m×H+(m為收獲植物干重)。

數(shù)據(jù)采用Excel 2007、Sigmaplot 13.0和SPSS 20進(jìn)行整理、繪圖及分析。檢測(cè)數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布和方差是否齊性后，進(jìn)行單因素方差分析，處理間多重比較采用 Duncan多重比較檢驗(yàn)，顯著性水平 P= 0.05，相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期不同施肥處理下土壤基本理化性質(zhì)

由表1可見，連續(xù)25年(1990—2015年)的不同施肥處理顯著影響土壤pH和養(yǎng)分含量。與不施肥處理CK相比，施入化學(xué)氮肥(NP、NK和NPK處理)顯著降低土壤pH，引起土壤嚴(yán)重酸化，這與以往的研究結(jié)果一致[10–12]。只施磷鉀肥的PK處理土壤pH略低于對(duì)照組。而長(zhǎng)期施有機(jī)肥(M)以及氮磷鉀配施有機(jī)肥處理(NPKM)顯著提高土壤pH，土壤pH分別升高了0.94和0.52個(gè)單位。有機(jī)肥在緩解土壤酸化中的作用已有大量研究報(bào)道[13–14]。此外，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量在不同施肥處理間表現(xiàn)出明顯差別(表 1)。在化學(xué)肥料處理中，施入氮肥顯著提高土壤堿解氮含量，施入磷肥顯著提高土壤有效磷含量，施入鉀肥顯著提高土壤速效鉀含量。除了M處理中的速效鉀含量略低于PK處理外，M和NPKM處理中土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量均顯著高于不施有機(jī)肥的處理(CK、NP、NK、PK和NPK)。

表1 長(zhǎng)期不同施肥處理下土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of soils under long-term different fertilization treatments

2.2 長(zhǎng)期不同施肥處理下小麥生長(zhǎng)情況

作物正常生長(zhǎng)需要適合的土壤條件，長(zhǎng)期不同施肥處理影響土壤pH和養(yǎng)分含量，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收能力。表2顯示，與CK處理相比，施入化學(xué)氮肥(NP、NK和NPK處理)降低單位面積中小麥的棵數(shù)，而有機(jī)肥處理(M和NPKM)和PK處理提高單位面積中小麥的棵數(shù)。相比CK處理，除了NK處理降低小麥單株地上部干重外，其他處理均提高小麥單株地上部干重。對(duì)于單位面積中的小麥地上部總生物量，NP和NK處理顯著低于CK處理，而NPK處理高于CK處理，說明盡管NPK處理土壤酸化嚴(yán)重，但同時(shí)具有平衡的氮肥、磷肥和鉀肥供應(yīng)，有利于作物的生長(zhǎng)。施入有機(jī)肥處理(M和NPKM)和PK處理顯著提高單位面積上的小麥生物量，特別是 M 和NPKM處理，小麥生物量分別提高了3.04倍和2.14倍。

表2 長(zhǎng)期不同施肥處理下的小麥生長(zhǎng)情況Table 2 Growth properties of wheats under long-term different fertilization treatments

2.3 小麥地上部陰陽離子含量和總質(zhì)子產(chǎn)生量

作物體內(nèi)養(yǎng)分含量不僅直接反映其生長(zhǎng)狀況，而且其陰陽離子平衡關(guān)系直接影響土壤的酸化過程。如果作物從土壤中帶走的陽離子多于陰離子，產(chǎn)生凈質(zhì)子，則會(huì)加速土壤酸化。長(zhǎng)期不同施肥處理下小麥體內(nèi)主要陽離子(鈣、鎂、鈉和鉀)和陰離子(氯、磷和硫)含量與單位質(zhì)量小麥凈質(zhì)子產(chǎn)生量如表 3所示，與CK相比，除了NP和PK處理對(duì)小麥體內(nèi)總陽離子含量無顯著影響外，其他處理均不同程度地提高小麥地上部總陽離子含量。與陽離子不同，施入有機(jī)肥和無機(jī)肥均顯著提高小麥地上部總陰離子含量。所有處理中，單位質(zhì)量小麥凈質(zhì)子產(chǎn)生量(H+)均為正值，說明無論是否施肥，小麥吸收離子均引起土壤酸化，盡管處理間貢獻(xiàn)能力存在差別。單位質(zhì)量小麥凈質(zhì)子產(chǎn)生量表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)(表3)，NP、PK和NPK處理中單位質(zhì)量小麥凈質(zhì)子產(chǎn)生量均低于CK，NK與CK處理無顯著差別，而有機(jī)肥處理(M和NPKM)提高了單位質(zhì)量小麥凈質(zhì)子產(chǎn)生量。

表3 單位質(zhì)量小麥地上部陰陽離子含量和凈質(zhì)子產(chǎn)生量Table 3 Ion contents in shoot and net proton production of wheat with unit mass

結(jié)合單位面積土壤中小麥的地上部總生物量，本文計(jì)算了單位面積土壤中小麥產(chǎn)生的總質(zhì)子量。如圖1所示，不同施肥處理下小麥總質(zhì)子產(chǎn)生量大小順序?yàn)镸>NPKM>PK>NPK>CK>NP>NK，說明長(zhǎng)期施入有機(jī)肥處理(M和 NPKM)中小麥通過陰陽離子吸收對(duì)土壤的酸化能力最大，其次為PK和NPK處理，而長(zhǎng)期施入NP和NK處理中小麥對(duì)土壤酸化能力最弱，明顯低于不施肥對(duì)照。

圖1 單位面積土壤中小麥總質(zhì)子產(chǎn)生量Fig. 1 Total proton production of wheat per unit area

2.4 小麥總質(zhì)子產(chǎn)生量與土壤理化因子和生物量

之間的相關(guān)性

如表 4所示，單位質(zhì)量小麥產(chǎn)生的質(zhì)子量(H+)與土壤基本理化因子均未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。單位面積土壤中小麥地上部總質(zhì)子產(chǎn)生量(ΣH+)與地上部生物量、土壤pH和土壤有效磷含量分別呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，其中與地上部生物量的顯著性系數(shù)最高，與土壤堿解氮含量呈顯著相關(guān)(P<0.05)；小麥地上部生物量與土壤pH和土壤有效磷含量分別呈顯著相關(guān)(P<0.05)。這些結(jié)果說明，單位面積土壤上小麥地上部總生物量直接影響其總質(zhì)子的產(chǎn)生量，而影響總生物量的最主要因素為土壤pH和有效磷含量。

表4 單位土壤面積上小麥總質(zhì)子產(chǎn)生量與土壤理化因子和小麥生物量之間的相關(guān)性Table 4 Correlations between total proton yield and soil physico-chemical factors and wheat biomass

3 討論

長(zhǎng)期施肥的農(nóng)田土壤中，化學(xué)氮肥輸入是加速農(nóng)田土壤酸化的主要因子，與氮循環(huán)過程中產(chǎn)生的大量酸有關(guān)，如硝化作用、硝態(tài)氮的淋失等，其質(zhì)子產(chǎn)生強(qiáng)度遠(yuǎn)大于大氣酸沉降和植物質(zhì)子的釋放量。Barak等[12]的研究發(fā)現(xiàn)施氮肥引起的酸化是酸沉降的 25倍，我國(guó)四大耕作系統(tǒng)中施肥導(dǎo)致的氮循環(huán)對(duì)土壤質(zhì)子的貢獻(xiàn)也遠(yuǎn)高于植物質(zhì)子的釋放。本研究中，相比化學(xué)氮肥處理(NP、NK 和 NPK)，PK 處理具有較高的小麥總質(zhì)子產(chǎn)生量，但是土壤酸化程度較低，可以暗示農(nóng)田土壤中植物的酸化貢獻(xiàn)遠(yuǎn)低于氮循環(huán)。盡管如此，作物對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)是不可忽視的重要致酸因子，例如，本研究樣地尺度較小，可以認(rèn)為酸沉降對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)是相同的，而 25 年連續(xù)施磷鉀肥(PK 處理)的土壤 pH 比不施肥對(duì)照低 0.31 個(gè)單位，這應(yīng)該歸因于植物離子吸收對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)。盡管不同施肥方式下小麥產(chǎn)生的總質(zhì)子量差異較大，但均為正值，說明農(nóng)田土壤中作物具有酸化土壤的能力。因此，了解農(nóng)田土壤酸化過程中植物對(duì)酸化的貢獻(xiàn)能力對(duì)深入分析土壤酸化因子以及預(yù)測(cè)土壤酸化趨勢(shì)具有重要意義。

對(duì)于本研究樣地，長(zhǎng)期施入化學(xué)氮肥的土壤pH逐年降低[15]，土壤酸化已經(jīng)非常嚴(yán)重，但是小麥產(chǎn)生的總質(zhì)子量卻較低，說明在這些由氮循環(huán)主導(dǎo)的酸化明顯的農(nóng)田土壤中，植物離子吸收對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)能力較低。在單獨(dú)施入化學(xué)氮肥的土壤中，作為重要酸化因子植物離子吸收依賴于氮循環(huán)，較強(qiáng)的氮循環(huán)可加速土壤酸化，結(jié)果導(dǎo)致植物對(duì)酸化的貢獻(xiàn)能力降低。而有機(jī)肥處理卻并非如此，有機(jī)肥施入導(dǎo)致小麥較高的質(zhì)子產(chǎn)生量，此外，以往研究發(fā)現(xiàn)，本研究中的有機(jī)肥樣地具有較高的硝化能力[16]，因此，理論上這些有機(jī)肥樣地應(yīng)該表現(xiàn)出較低的土壤pH。然而，有機(jī)肥中有機(jī)氮和堿性物質(zhì)的輸入緩解了土壤酸化過程[17–18]，顯著提高土壤pH。孟紅旗等[19]對(duì)本研究中施入的豬糞采用元素分析法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，豬糞堿度約為130.1 cmol/kg。M和NPKM處理中豬糞的施加量分別為17.96 t/hm2和12.57 t/hm2，計(jì)算可得相應(yīng)的豬糞產(chǎn)生的堿度分別為23.36 kmol/hm2和16.35 kmol/hm2，而小麥酸化產(chǎn)生的總質(zhì)子量分別為3.93 kmol/hm2和3.06 kmol/hm2，遠(yuǎn)低于豬糞產(chǎn)生的堿度。因此，即使有機(jī)肥處理中較高的小麥質(zhì)子產(chǎn)生量能最大程度上導(dǎo)致土壤酸化，但是有機(jī)肥的堿化作用完全緩解了這個(gè)酸化過程。

農(nóng)田土壤中長(zhǎng)期施肥引起的土壤pH、養(yǎng)分含量和養(yǎng)分有效性變化直接影響作物的生物量和陰陽離子吸收，進(jìn)而影響單位面積土壤中作物的總質(zhì)子產(chǎn)生量。對(duì)于導(dǎo)致各施肥處理間小麥質(zhì)子產(chǎn)生量差異的因素分析發(fā)現(xiàn)，單位質(zhì)量的小麥產(chǎn)生的質(zhì)子量與土壤pH和養(yǎng)分含量并未呈顯著相關(guān)，這可能與植物本身調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)。盡管遭受土壤 pH和養(yǎng)分脅迫的影響，植物還是盡可能地保持相對(duì)穩(wěn)定的陰陽離子平衡，維持基本的生理功能。而單位面積土壤中小麥總質(zhì)子產(chǎn)生量由小麥的生物量決定。因此，作物陰陽離子吸收對(duì)土壤酸化貢獻(xiàn)的潛在能力可通過作物的生物量直接判定。本研究結(jié)果顯示，小麥的生物量與土壤 pH和有效磷含量呈正相關(guān)關(guān)系。研究表明隨著土壤 pH的下降，土壤礦物中的鋁離子被釋放出來，對(duì)生物體產(chǎn)生嚴(yán)重的毒害作用。目前，鋁毒害已被認(rèn)為是酸性土壤中生物生長(zhǎng)的主要限制因子之一[20]。此外，由于酸性土壤中的金屬陽離子(例如 Al3+、Fe3+)對(duì)磷的固定作用，以及磷有機(jī)復(fù)合體的形成[21]，再加上磷離子以擴(kuò)散而非集流的方式在土壤中流通，大大降低了酸性土壤中磷的有效性。因此，農(nóng)田土壤酸化過程中，土壤 pH和有效磷含量的降低抑制作物的生長(zhǎng)，進(jìn)而降低作物離子吸收對(duì)酸化的貢獻(xiàn)能力。

施鉀和有機(jī)肥處理下，土壤速效鉀和小麥體內(nèi)鉀含量顯著增加，且體內(nèi)鉀含量對(duì)陽離子總量的貢獻(xiàn)最大，但是小麥總質(zhì)子產(chǎn)生量與土壤速效鉀含量沒有顯著性相關(guān)關(guān)系。推測(cè)主要是小麥對(duì)氯離子的吸收所致。氯是植物必需的微量元素之一，且植物可大量奢侈地吸收氯離子[22]。長(zhǎng)期施入鉀肥(氯化鉀)和有機(jī)肥(豬糞)中都伴隨大量氯離子的施入，從而提高土壤中的氯離子含量，因此，小麥吸收鉀離子的同時(shí)也吸收了大量的氯離子(表 3)。作為重要的陰離子，小麥體內(nèi)氯離子含量的增加很大程度上抵消了小麥吸收鉀離子的作用。

4 結(jié)論

長(zhǎng)期不同施肥的農(nóng)田土壤中，化學(xué)氮肥的輸入降低土壤pH和小麥質(zhì)子產(chǎn)生量，即降低了植物對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)能力，主要原因在于較低的pH和有效磷含量嚴(yán)重降低了作物的生長(zhǎng)量。因此，隨著土壤酸化加劇，植物作為酸化因子的作用越來越低。雖然施入有機(jī)肥可以提高植物對(duì)酸化的潛在貢獻(xiàn)能力，但是由于有機(jī)肥本身的堿化作用，完全緩解了這個(gè)土壤酸化過程。

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Comparison of Contribution of Wheat Ionic Uptake to Soil Acidification Under Long-term Different Fertilization

SONG Wenfeng1,3, WANG Chao1, CHEN Rongfu1, WEN Shilin2, WANG Boren2, SHEN Renfang1*
(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 Red Soil Experimental Station, Chinese Academy of Agricultural Science, National Observation and Research Station of Farmland Ecosystem in Qiyang, Qiyang, Hunan 426182, China; 3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

The long-term unreasonable fertilization leads to serious soil acidification in agricultural production. In addition to nitrification and nitrate leaching, the uptake of cations by plants is also an important source of soil acidity. In this study, the effects of long-term different fertilization on the absorption of anion and cation in wheat were studied at the long-term location experiment field of the Red Soil Experimental Station in Qiyang, Hunan Province, which has a history of 25 years. The results showed that long-term application of chemical nitrogen fertilizer significantly decreased soil pH and affected the biomass of wheat. On the contrary, organic fertilizer could alleviate the acidification process of soil and increase the biomass of wheat. The order of the total amounts of proton produced by wheat in the unit soil area which is considered as potential acidification ability of plant was M>NPKM>PK>NPK>CK>NP>NK. There was a significant positive correlation between total amount of proton and total biomass of wheat. In addition, soil pH and available phosphorus content were the main factors affecting wheat shoot biomass. Therefore, in the long-term fertilization of farmland soil, the contribution of crops to soil acidification decreased along with the acidification process, and the main reason was that soil pH and effective phosphorus reduction limited the crop biomass.

Soil acidification; Long-term fertilization; Acidification ability of plant; Ion uptake

S154.4

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.01.002

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2014CB441000)和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDB15030300)資助。

* 通訊作者(rfshen@issas.ac.cn)

宋文峰(1990—)，女，山東日照人，碩士研究生，研究方向?yàn)橥寥浪峄闹参锷鷳B(tài)響應(yīng)。E-mail: wfsong@issas.ac.cn