減磷配施有機(jī)肥對(duì)水旱輪作紫色水稻土磷素淋失的消減效應(yīng)

韓曉飛,謝德體,高 明,王子芳,陳 晨

1 重慶市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站, 重慶 401121 2 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400715 3 遼寧省發(fā)展與改革委員會(huì)農(nóng)業(yè)資源區(qū)劃研究所, 沈陽(yáng) 110034

?

減磷配施有機(jī)肥對(duì)水旱輪作紫色水稻土磷素淋失的消減效應(yīng)

韓曉飛1,2,謝德體2,*,高 明2,王子芳2,陳 晨3

1 重慶市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站, 重慶 401121 2 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400715 3 遼寧省發(fā)展與改革委員會(huì)農(nóng)業(yè)資源區(qū)劃研究所, 沈陽(yáng) 110034

為探索長(zhǎng)江流域稻油輪作系統(tǒng)水稻季減少農(nóng)田磷素流失的最佳施肥模式和有效耕作措施,降低其對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)的威脅。采用滲漏池長(zhǎng)期田間原位定點(diǎn)試驗(yàn)并結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析,研究了化肥配施豬糞有機(jī)肥和水稻秸稈還田對(duì)土壤磷素淋溶遷移的影響。結(jié)果表明在水稻生長(zhǎng)期內(nèi)土壤淋溶水中磷素濃度隨時(shí)間延長(zhǎng)呈逐漸下降的趨勢(shì),前期波動(dòng)幅度大且下降迅速,到55d之后逐步穩(wěn)定達(dá)到平衡?？偪扇苄粤?TDP)是滲漏水磷素的主要形態(tài)。土壤淋溶水中總磷(TP)和總可溶性磷(TDP)含量均表現(xiàn)為優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)>優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)>優(yōu)化施肥(P)>優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(MDP)>優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)>不施磷肥(P0)。土壤總磷(TP)淋失負(fù)荷在0.295—0.493 kg/hm2之間。施用有機(jī)肥提高了淋溶水中的磷素含量,促進(jìn)了土壤中磷素的淋失,同時(shí)顯著提高了土壤中有效磷的含量,豬糞有機(jī)肥的促進(jìn)作用比水稻秸稈大。減少化肥施用量有利于降低土壤磷素淋失。在綜合考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)省本增效和控制農(nóng)田面源污染的情況下,可以采取減量化肥配施有機(jī)肥的施肥模式。

減磷配施有機(jī)肥；稻油輪作；水稻土；磷素淋失

磷素不僅是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素[1],同時(shí)也是湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化限制性因子[2- 5]。植株所需的磷主要從土壤本身磷庫(kù)和外界所施入土壤的磷肥中獲得的。磷肥施入農(nóng)田容易被土壤固定難以被植物所利用,當(dāng)季利用率一般僅為10%—25%[6]。為了維持農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),勢(shì)必每年要向土壤中施加大量磷肥與生物有機(jī)肥,過(guò)量施肥的結(jié)果使得土壤耕層中磷素大量累積[7-10],農(nóng)田土壤中過(guò)量的磷素可以通過(guò)地表徑流、侵蝕和淋溶的方式進(jìn)入地表水體和地下水體,從而造成農(nóng)業(yè)面源污染[11-12],進(jìn)而給環(huán)境帶來(lái)一系列問(wèn)題,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中磷的流失已經(jīng)成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要來(lái)源[13]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)磷素在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化、循環(huán)及污染控制進(jìn)行了較多研究[14-27],同時(shí)土壤磷素行為與有機(jī)無(wú)機(jī)肥料協(xié)同之間關(guān)系也越來(lái)越被廣大研究者所關(guān)注,我國(guó)有機(jī)肥磷流失研究大多集中在對(duì)畜禽糞便排放量、發(fā)生量的統(tǒng)計(jì)[28],即使進(jìn)行有機(jī)肥對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化影響研究也大多數(shù)是在實(shí)驗(yàn)室利用模擬土柱采用排水收集的方法,田間原位條件下研究較少,而磷肥減量配施不同有機(jī)肥對(duì)水旱輪作原位稻田土壤磷素滲漏淋失的影響還未有深入研究[29]。本研究采用滲漏池長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn),選擇長(zhǎng)江三峽地區(qū)常見(jiàn)的紫色土為研究對(duì)象,對(duì)不同施磷水平以及磷肥減量配施不同有機(jī)肥條件下水旱輪作稻季土壤磷素淋溶規(guī)律進(jìn)行了原位定點(diǎn)研究,發(fā)現(xiàn)了秸稈還田和豬糞有機(jī)肥配施化肥條件下紫色土滲漏水中磷素淋溶規(guī)律,分析了磷素淋失特征,探討了不同有機(jī)肥對(duì)土壤磷素淋失的影響,對(duì)控制稻田磷素流失對(duì)地下水的污染、制定施磷消減優(yōu)化方案和評(píng)價(jià)秸稈還田、豬糞有機(jī)肥的生態(tài)效應(yīng)具有重要的實(shí)踐意義,同時(shí)也為控制農(nóng)田面源污染和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)省本增效提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在國(guó)家紫色土土壤肥力與肥料效益長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)基地,位于重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng),地處東經(jīng)106°26′,北緯30°26′,屬紫色丘陵區(qū),方山淺丘坳谷地形,海拔266.3 m,年均氣溫18.4℃,年日照1276.7 h,全年降水1105.5 mm,為亞熱帶季風(fēng)氣候。試驗(yàn)土壤為侏羅紀(jì)沙溪廟組紫色泥頁(yè)巖發(fā)育形成的紫色土,中性紫色土亞類,灰棕紫泥土屬。長(zhǎng)江三峽流域多分布此類土壤,因此,用作供試土壤具有廣泛的代表性。試驗(yàn)田種植方式為水稻-油菜輪作。供試土壤基本理化性質(zhì)為pH 6.34,有機(jī)質(zhì)14.8 g/kg,全氮1.4 g/kg,全磷0.729 g/kg,全鉀14.9 g/kg,堿解氮60.3 mg/kg,有效磷41.2 mg/kg,速效鉀217 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理,3次重復(fù),分別為不施磷肥(P0)、優(yōu)化施肥(P)、優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)、優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)、優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)、優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(MDP),M代表豬糞有機(jī)肥(豬糞經(jīng)過(guò)1周左右腐熟),其中的大量營(yíng)養(yǎng)元素全氮、磷、鉀含量分別為1.34%、1.3%、0.8%,施用量每年22500 kg/hm2,S代表稻草秸稈還田,其中的營(yíng)養(yǎng)元素含量折合成N、P2O5、K2O分別為0.49%、0.18%、0.75%,施用量每年7500 kg/hm2。水稻品種為汕優(yōu)63號(hào)。優(yōu)化施肥量按每公頃施N、P2O5、K2O分別為150 kg、60 kg、75 kg進(jìn)行。氮肥用尿素(含N 46%),磷肥用過(guò)磷酸鈣(含P2O512%),鉀肥用硫酸鉀(含K2O 50%)。磷、鉀肥作基肥一次性施用,氮肥基肥和追肥各占50%。有機(jī)肥作為底肥與土壤混合均勻施用。滲漏池小區(qū)面積 2 m×1 m,深1.5 m,磚混結(jié)構(gòu),滲漏池池底采用C20鋼筋混凝土現(xiàn)澆(摻防水劑)；滲漏池墻體采用M7.5漿砌磚砌筑；墻體表面采用2 cm厚1:2.5防水砂漿抹面。小區(qū)修筑完成后按原裝土層回填(至今已進(jìn)行了5季的稻油水旱輪作種植),在距地面40、60、100 cm深處平鋪3 cm厚粗砂礫,用0.15 mm尼龍網(wǎng)覆蓋并安裝陶土管和排水塑料管,每個(gè)小區(qū)之間都用12 cm漿砌磚墻(防水砂漿抹面)隔開(kāi),使之互不滲漏,并能夠進(jìn)行獨(dú)立的排灌。塑料管與池外的排水收集瓶相連以收集淋溶滲漏液。田間隨機(jī)排列。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析方法

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,作圖采用Microsoft Excel 2007、SigmaPlot 12.0處理,各處理均值多重比較采用LSD法,顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻生長(zhǎng)期內(nèi)不同處理土壤剖面淋溶水中各形態(tài)磷素動(dòng)態(tài)變化

從圖1可以看出,水稻生長(zhǎng)期內(nèi),0—40 cm和40—60 cm土層,無(wú)論是只施用化肥還是有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的土壤淋溶水中TP濃度變化趨勢(shì)大體一致,都是前一周濃度含量最高,其中0—40、40—60 cm淋溶水中TP平均含量分別達(dá)到了0.363 mg/L、0.306 mg/L,均大幅超過(guò)了水體富營(yíng)養(yǎng)化的臨界濃度0.02 mg/L[33],可能原因是本試驗(yàn)田是水稻-油菜水旱輪作土壤,油菜收獲之后土壤較為干燥,并且土壤中有很多裂縫、動(dòng)物洞穴和植物腐爛的根莖孔隙,在水田灌水施肥之后,大量的可溶態(tài)磷就順著這些通道(優(yōu)先流)快速到達(dá)土壤下部,從而導(dǎo)致前一周內(nèi)各處理淋溶水中總磷濃度很高。之后就整體出現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì),這是因?yàn)橐环矫媪姿剡M(jìn)入土壤會(huì)被其中的礦物和無(wú)定型氧化物吸附固定,另一方面水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中也吸收了部分磷素,這都導(dǎo)致土壤淋溶水中磷素濃度的降低。其中前55d淋溶水中TP濃度波動(dòng)幅度最大,0—40、40—60 cm各處理淋溶水中TP平均濃度分別在0.024—0.504 mg/L、0.016—0.473 mg/L之間波動(dòng),不施磷肥(P0)處理波動(dòng)幅度和下降幅度都是最小的。值得注意的是60—100 cm土層滲漏水中TP濃度變化很小。10次取樣檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示,隨著土層深度的增加,各處理淋溶水中TP濃度總體呈現(xiàn)波動(dòng)下降的態(tài)勢(shì),說(shuō)明磷素在土壤剖面中的移動(dòng)遷移能力弱,但在施肥初期40—60 cm與0—40 cm滲漏水中TP濃度幾乎相當(dāng),說(shuō)明此時(shí)土壤中磷素還是有明顯的向下遷移的趨勢(shì)。

圖1 不同施肥處理滲漏水總磷TP濃度動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic TP concentrations in percolating water of different fertilization treatment

土壤淋溶水中TP含量受到磷肥施用及有機(jī)肥的影響。同等條件下,豬糞有機(jī)肥處理和秸稈處理的土壤滲漏水中TP濃度都要高于不施豬糞和秸稈處理,化肥施用量大的TP濃度也高于化肥施用量小的。6個(gè)處理土壤淋溶水中TP含量大小情況為,優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)>優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)>優(yōu)化施肥(P)>優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(MDP)>優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)>不施磷肥(P0)。土壤滲漏水中TP含量結(jié)果總體可以說(shuō)明,隨著化學(xué)無(wú)機(jī)磷肥用量的增加和施用豬糞與秸稈都會(huì)提高土壤磷素的淋失風(fēng)險(xiǎn),其中施用豬糞有機(jī)肥的風(fēng)險(xiǎn)要高于秸稈還田。

圖2 不同施肥處理滲漏水總可溶性磷TDP濃度動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic TDP concentrations in percolating water of different fertilization treatment

由圖2可知,磷肥施用和有機(jī)肥配施對(duì)土壤淋溶水中TDP含量影響也比較明顯。整體上,各處理0—100 cm土層淋溶水中TDP含量與TP含量的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)較為一致,都是隨著基肥施入天數(shù)的增加淋溶水中TDP含量呈降低趨勢(shì),同樣條件下,隨著化學(xué)磷肥的施用增加和有機(jī)肥的施入,土壤淋溶水中TDP含量都比較高。唯一不同的是40—60 cm土層中的TDP含量在45天之前大于0—40 cm土層,其中施入基肥第7天時(shí)優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)和優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)處理40—60 cm土層中淋溶水TDP濃度比0—40 cm土層濃度分別高出0.114mg/L和0.146 mg/L,這可能就是與之前所說(shuō)的水旱輪作土壤中磷素淋溶損失優(yōu)先流(或大孔隙流)作用的結(jié)果。以上試驗(yàn)結(jié)果同樣說(shuō)明,化學(xué)磷肥的施用量增加會(huì)提高土壤中磷素的活性,增施有機(jī)肥對(duì)土壤磷素淋失貢獻(xiàn)最大。

圖3 不同施肥處理滲漏水可反應(yīng)無(wú)機(jī)磷MRP濃度動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic MRP concentrations in percolating water of different fertilization treatment

圖3所示,淋溶水中MRP濃度變化與TP、TDP動(dòng)態(tài)變化不盡一致。在基肥施入后的14d里,優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)和優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)處理的0—100 cm滲漏水中可反應(yīng)無(wú)機(jī)磷MRP濃度是增加的,之后隨著時(shí)間的增加逐步降低。相同條件下整體MRP含量大小表現(xiàn)為優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)>優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)>優(yōu)化施肥(P)>優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(MDP)>優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)>不施磷肥(P0)。其中不施磷肥(P0)處理土壤各個(gè)剖面淋溶水中MRP濃度都很低,且?guī)谉o(wú)波動(dòng)。

由圖1—圖3都可以明顯的看出, 60 cm以下土層各施肥處理淋溶水中的TP、TDP、MRP濃度都波動(dòng)不大,雖然土壤中有優(yōu)勢(shì)流的存在,但是一般認(rèn)為優(yōu)先流可以影響的最低深度在地表下60 cm左右[34]。所以60—100 cm土壤淋溶水中磷素濃度受優(yōu)先流影響較小,加之磷素在土壤中容易被吸附固定不易遷移,故其含量較低且波動(dòng)不大。

2.2 水稻生長(zhǎng)期內(nèi)不同施肥處理總磷淋失量

圖4 水稻生長(zhǎng)期內(nèi)不同層次土壤總磷淋失量 Fig.4 Phosphorus leaching amount of different soil depth in in rice growth perioda,b,c不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

水稻在生長(zhǎng)期各處理3個(gè)土壤層次總磷TP淋失量如圖4所示。各處理各層總磷TP淋失量范圍在0.068—0.224 kg/hm2。 三層總磷淋失負(fù)荷在0.295—0.493 kg/hm2之間。0—100 cm土層,不施磷肥(P0)處理與其他施磷處理之間總磷淋失量差異顯著,優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)處理、優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)處理與優(yōu)化施肥(P)處理、優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(MDP)、優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)處理間總磷淋失量差異顯著,但是它們兩組處理間差異不顯著。其中優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)處理三層總磷淋失量最多,為0.493 kg/hm2,不施磷肥(P0)處理三層總磷淋失量最少,為0.295 kg/hm2,比優(yōu)化施肥(P)處理總磷淋失量降低39%。優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(MDP)和優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)處理比優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)和優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)處理三層總磷淋失量分別降低21.7%和19.6%。土壤剖面總磷淋失的變化趨勢(shì)是隨著土層深度的增加,淋失量有所減少,60—100 cm土層與0—40 cm土層相比,處理優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)和優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)減少了59.8%和58.2%,對(duì)照不施磷肥(P0)處理減少了40%。0—40 cm土層各施磷肥處理間總磷淋失量差異不顯著,與不施磷肥處理總磷淋失量之間差異顯著。40—60 cm土層有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理與其他處理間總磷淋失量差異顯著,有機(jī)肥處理之間差異不顯著。60—100 cm土層各處理間總磷淋失量差異均不顯著。

2.3 不同施肥處理對(duì)不同層次土壤全磷和有效磷含量影響

表1所示,水稻收獲后不同施肥處理土壤中的全磷和有效磷含量也存在一定的差異,不同處理不同層次之間的差異程度也不盡相同。0—40 cm土層,土壤全磷含量大小是,優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)(0.721 g/kg)>優(yōu)化施肥(P)(0.719 g/kg)>優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(MDP)(0.711 g/kg)>優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)(0.681 g/kg)>優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)(0.669 g/kg)>不施磷肥(P0)(0.621 g/kg)。其中SDP與SP處理之間差異性不顯著,MDP 、MP、P之間差異也不顯著,但是豬糞有機(jī)肥處理與秸稈及單純施用化肥處理之間差異顯著,且施肥處理與不施磷肥處理之間差異顯著。在40—60 cm土層,土壤中全磷含量與0—40 cm土層大致一樣的規(guī)律。其中優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)、優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)與不施磷肥(P0)之間差異都不顯著,但是與施用化肥和豬糞有機(jī)肥處理的差異顯著。60—100 cm土層,各處理之間全磷含量變化不大,沒(méi)有顯著性差異。

表1 不同處理不同層次土壤全磷、有效磷含量

P0：不施磷肥without phosphate；SDP：優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田optimized fertilizer with phosphorus reduced by 20% + straw return；MDP：優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥optimized fertilizer with phosphorus reduced by 20% + pig manure application；P：優(yōu)化施肥optimized fertilizer；SP：優(yōu)化施肥+秸稈還田optimized fertilizer + straw return；MP：優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥optimized fertilizer + pig manure application;同列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

各處理之間有效磷含量也差異明顯。0—40 cm土層,優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)處理的土壤中速效磷含量最高,達(dá)到了44 mg/kg,不施磷肥處理的速效磷含量最低僅為39.1 mg/kg。優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)處理的土壤中有效磷的含量也達(dá)到了43.8 mg/kg。即使優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)和優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(MDP)處理土壤中有效磷含量也都高于優(yōu)化施肥(P)處理。40—60 cm土層,優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)、優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)、優(yōu)化施肥(P)處理之間有效磷含量達(dá)到了顯著性差異水平。60—100 cm土層,優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)與優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)之間差異顯著,且他們與其他處理之間也都達(dá)到了顯著性差異,但是其他處理間并沒(méi)有顯著性差異,這說(shuō)明豬糞有機(jī)肥和秸稈還田對(duì)土壤中磷素有一定的活化作用,促進(jìn)了磷素在土壤中的遷移,且豬糞有機(jī)肥對(duì)土壤磷素活化作用更強(qiáng),李學(xué)平[20]的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。

3 討論

土壤磷素淋失受到諸如土壤性質(zhì)、氣候條件、施肥方式和施肥量、土地利用類型等因素的影響[35-36]。本試驗(yàn)主要是在固定其他變量條件的情況下,研究化學(xué)磷肥不同施用量及減量化肥配施不同有機(jī)肥對(duì)土壤磷素淋失的影響。本研究結(jié)果表明,同等條件下化肥減量可以降低淋溶水中磷素含量,從而減少磷素的滲漏淋失,龔蓉[37]在中南丘陵旱地磷肥減量對(duì)不同形態(tài)磷素養(yǎng)分淋失的影響中指出,磷肥減量10%—30%后滲漏水中總磷及可溶性滲漏淋失量均顯著減少。胡宏祥[26]在秸稈還田配施化肥對(duì)黃褐土氮磷淋失、Wang[38]在秸稈配施化肥對(duì)稻田土壤中氮磷淋失等研究都得出類似結(jié)論。

本研究結(jié)果表明,豬糞有機(jī)肥和秸稈還田對(duì)土壤磷素淋溶具有一定的促進(jìn)作用,且豬糞有機(jī)肥的作用比秸稈作用要大。這是因?yàn)樨i糞和稻草秸稈與化肥配合施用可以顯著地促進(jìn)5—0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成和提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性,并且能夠降低土壤容重和土粒密度,提高土壤中的孔隙度[39],更加有利于土壤中優(yōu)勢(shì)流的形成,而且在水稻生長(zhǎng)初期剛施入基肥,這時(shí)候施入土壤中的磷還未被土壤礦物和無(wú)定型氧化物固定,此時(shí)可溶性磷肥就隨優(yōu)勢(shì)流有向深層地下水遷移的風(fēng)險(xiǎn)。再者,有很多學(xué)者認(rèn)為施用有機(jī)肥料提高磷素的活性是有機(jī)肥影響了土壤磷的吸附解吸而起作用的。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施模式下,有機(jī)肥在分解作用下產(chǎn)生有機(jī)酸,有機(jī)酸與磷酸根之間競(jìng)爭(zhēng)吸附,從而會(huì)降低土壤礦物僅僅對(duì)磷酸根的吸附,同時(shí)有機(jī)酸根離子與土壤中各種金屬離子可以發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),可以在一定程度上屏蔽掉土壤磷的吸附位點(diǎn),這樣一來(lái)磷素在土壤中的遷移就會(huì)變得相對(duì)容易。李想[40]研究了有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合對(duì)土壤磷素吸附、解吸和遷移的影響,發(fā)現(xiàn)了有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以減少磷素的固定,可以促進(jìn)磷素在土壤中遷移。另外也有研究[41]表明,某些有機(jī)物料施入土壤后,土壤磷素可以與其有機(jī)質(zhì)的功能團(tuán)(如羥基)等發(fā)生螯合作用,從而能夠降低磷素在土壤溶液中的遷移能力。是否是因?yàn)榈静萁斩捠┤胪寥乐型瑫r(shí)發(fā)生了類似的化學(xué)變化過(guò)程導(dǎo)致對(duì)土壤磷素的活化作用比豬糞有機(jī)肥作用要弱,這個(gè)問(wèn)題還需要進(jìn)一步研究。

隨著農(nóng)田中化學(xué)肥料的長(zhǎng)期施用,土壤中磷素出現(xiàn)盈余,尤其在施用化肥的同時(shí)配施有機(jī)肥可以使磷素在土壤中顯著累積,并出現(xiàn)向下遷移的趨勢(shì),農(nóng)田土壤磷素對(duì)水環(huán)境影響的潛能明顯提高。因此在施用有機(jī)肥的同時(shí)要考慮有機(jī)肥磷帶入量以及土壤中多余累積的磷素的去向問(wèn)題。

4 結(jié)論

(1)水稻生長(zhǎng)期內(nèi)稻田土壤淋溶水中磷素含量呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)。淋溶水中TP和TDP濃度變化趨勢(shì)一致,均在施用基肥7天達(dá)到最大值,然后就逐漸下降；淋溶水中TP濃度隨著土層深度增加而降低。

(2)施用豬糞有機(jī)肥和稻草秸稈提高了淋溶水中的磷素含量,促進(jìn)了土壤中磷素的淋失,豬糞有機(jī)肥的促進(jìn)作用比秸稈大。同一時(shí)期各處理同一土層中各形態(tài)磷素含量大小依次為,優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)>優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)>優(yōu)化施肥(P)>優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(MDP)>優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)>不施磷肥(P0)。

(3)化學(xué)磷肥減量有利于降低土壤淋溶水中磷素含量。不施磷肥(P0)處理比優(yōu)化施肥(P)處理總磷淋失量降低39%。優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(MDP)和優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(SDP)處理比優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(MP)和優(yōu)化施肥+秸稈還田(SP)處理三層總磷淋失量分別降低21.7%和19.6%。

(4)施用豬糞有機(jī)肥和稻草秸稈可以顯著提高土壤中有效磷的含量,但對(duì)土壤全磷含量影響不大。

[1] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社, 1999: 169- 175.

[2] 呂家瓏. 農(nóng)田土壤磷素淋溶及其預(yù)測(cè). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 23(12): 2689- 2701.

[3] Haygarth P M, Sharpley A N. Terminology for phosphorus transfer. Journal of Environmental Quality, 2000, 29(1): 10- 14.

[4] 甄蘭, 廖文華, 劉建玲. 磷在土壤環(huán)境中的遷移及其在水環(huán)境中的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染研究. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 25(Z1): 55- 59.

[5] 張乃明, 洪波, 張玉娟. 農(nóng)田土壤磷素非點(diǎn)源污染研究進(jìn)展. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 19(4): 453- 456, 465.

[6] 胡寧, 袁紅, 藍(lán)家程, 袁道先, 傅瓦利, 文志林. 巖溶石漠化區(qū)不同植被恢復(fù)模式土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)特征及影響因素. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(24): 7393- 7402.

[7] 王新民, 侯彥林. 有機(jī)物料對(duì)石灰性土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化及吸附特性的影響研究. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 24(3): 440- 443.

[8] 顏曉, 王德建, 張剛, 冉景, 鄭繼成. 長(zhǎng)期施磷的產(chǎn)量效應(yīng)及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 環(huán)境科學(xué), 2013, 34(8): 3205- 3210.

[9] 戚瑞生, 黨廷輝, 楊紹瓊, 馬瑞萍, 周麗萍. 長(zhǎng)期輪作與施肥對(duì)農(nóng)田土壤磷素形態(tài)和吸持特性的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2012, 49(6): 1136- 1146.

[10] Zheng Z M, Simard R R, Lafond J, Parent L E. Changes in phosphorus fractions of a Humic Gleysol as influenced by cropping systems and nutrient sources. Canadian Journal of Soil Science, 2001, 81(2): 175- 183.

[11] Hendricks N P, Sinnathamby S, Douglas-Mankin K, Smith A, Sumner D A, Earnhart D H. The environmental effects of crop price increases: nitrogen losses in the U.S. Corn Belt. Journal of Environmental Economics and Management, 2014, 68(3): 507- 526.

[12] McDowell R W. Minimising phosphorus losses from the soil matrix. Current Opinion in Biotechnology, 2012, 23(6): 860- 865.

[13] 毛戰(zhàn)坡, 楊素珍, 王亮, 程?hào)|升. 磷素在河流生態(tài)系統(tǒng)中滯留的研究進(jìn)展. 水利學(xué)報(bào), 2015, 46(5): 515- 524.

[14] 高超, 張?zhí)伊? 吳蔚東. 農(nóng)田土壤中的磷向水體釋放的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 21(3): 344- 348.

[15] 李慶召, 王定勇, 朱波. 自然降雨條件下紫色土區(qū)磷素的非點(diǎn)源輸出規(guī)律. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 23(6): 1050- 1052.

[16] 王建國(guó), 楊林章, 單艷紅, 沈明星, 路長(zhǎng)纓. 長(zhǎng)期施肥條件下水稻土磷素分布特征及對(duì)水環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn). 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2006, 22(3): 88- 92.

[17] 李同杰, 劉晶晶, 劉春生, 楊力. 磷在棕壤中淋溶遷移特征研究. 水土保持學(xué)報(bào), 2006, 20(4): 35- 39.

[18] 劉方, 羅海波, 舒英格, 劉元生, 何騰兵, 龍健. 黃壤旱地-水系統(tǒng)中磷釋放及影響因素的研究. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 39(1): 118- 124.

[19] 莊遠(yuǎn)紅, 吳一群, 李延. 有機(jī)無(wú)機(jī)磷肥配施對(duì)蔬菜地土壤磷素淋失的影響. 土壤, 2007, 39(6): 905- 909.

[20] 李學(xué)平, 孫燕, 石孝均. 紫色土稻田磷素淋失特征及其對(duì)地下水的影響. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 28(9): 1832- 1838.

[21] 蔣銳, 朱波, 唐家良, 羅專溪. 紫色丘陵區(qū)典型小流域暴雨徑流氮磷遷移過(guò)程與通量. 水利學(xué)報(bào), 2009, 40(6): 659- 666.

[22] 李學(xué)平, 石孝均. 模擬條件下農(nóng)田磷素滲漏淋失特征研究. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2010, 33(3): 32- 36.

[23] 劉文靜, 張平究, 董國(guó)政, 孔令柱, 鄭真, 司紅君. 不同退耕年限下菜子湖濕地土壤磷素組分特征變化. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(10): 2654- 2662.

[24] 曹雪艷, 李永梅, 張懷志, 張維理, 王自林. 滇池流域原位模擬降雨條件下不同土壤質(zhì)地磷素流失差異研究. 水土保持學(xué)報(bào), 2010, 24(3): 13- 17.

[25] 秦偉, 陸歡歡, 王芳, 田苗苗, 趙言文. 太湖流域典型農(nóng)田系統(tǒng)土壤中磷的流失. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 40(6): 321- 323.

[26] 胡宏祥, 汪玉芳, 陳祝, 劉晶, 徐啟榮, 馬友華, 王閔. 秸稈還田配施化肥對(duì)黃褐土氮磷淋失的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2015, 29(5): 101- 105.

[27] 葉玉適, 梁新強(qiáng), 李亮, 苑俊麗, 朱思睿. 不同水肥管理對(duì)太湖流域稻田磷素徑流和滲漏損失的影響. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 35(4): 1125- 1135.

[28] 武淑霞. 我國(guó)農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖業(yè)氮磷排放變化特征及其對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的影響[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2005.

[29] 李學(xué)平, 鄒美玲. 農(nóng)田土壤磷素流失研究進(jìn)展. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2010, 26(11): 173- 177.

[30] Li C F, Cao C G, Wang J P, Zhan M, Yuan W L, Ahmad S. Nitrogen losses from integrated rice-duck and rice-fish ecosystems in southern China. Plant and Soil, 2008, 307(1/2): 207- 217.

[31] 徐琦, 楊林章, 董元華, 等. 中國(guó)稻田生態(tài)系統(tǒng). 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 1998: 156.

[32] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析(第三版). 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2000: 141- 149.

[33] Sharpley A, Meyer M. Minimizing agricultural nonpoint-source impacts: a symposium overview. Journal of Environmental Quality, 1994, 23(1): 1- 3.

[34] 楊學(xué)云, Brookes P C, 李生秀. 土壤磷淋失機(jī)理初步研究. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2004, 10(5): 479- 482.

[35] 楊茜, 蔣珍茂, 石艷, 閆金龍, 何明靖, 魏世強(qiáng). 低分子量有機(jī)酸對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶典型土壤磷素淋溶遷移的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2015, 29(1): 126- 131.

[36] 李宗新, 董樹(shù)亭, 王空軍, 劉鵬, 張吉旺, 王慶成, 劉春曉. 不同施肥條件下玉米田土壤養(yǎng)分淋溶規(guī)律的原位研究. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 19(1): 65- 70.

[37] 龔蓉, 劉強(qiáng), 榮湘民, 張玉平. 中南丘陵旱地磷肥減量對(duì)不同形態(tài)磷素養(yǎng)分淋失的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2015, 29(5): 106- 110.

[38] Wang J, Wang D J, Zhang G, Wang Y, Wang C, Teng Y, Christie P. Nitrogen and phosphorus leaching losses from intensively managed paddy fields with straw retention. Agricultural Water Management, 2014, 141: 66- 73.

[39] 聶軍, 鄭圣先, 楊曾平, 廖育林, 謝堅(jiān). 長(zhǎng)期施用化肥、豬糞和稻草對(duì)紅壤性水稻土物理性質(zhì)的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43(7): 1404- 1413.

[40] 李想, 劉艷霞, 劉益仁, 徐陽(yáng)春. 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合對(duì)土壤磷素吸附、解吸和遷移特性的影響. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 2013, 27(2): 253- 259.

[41] Haygarth P M, Jarvis S C. Transfer of phosphorus from agricultural soil. Advances in Agronomy, 1999, 66: 195- 249.

Effects of reduced-phosphorus fertilizer and combinations of organic fertilizers on phosphorus leaching in purple paddy soil with conventional paddy-upland rotation tillage

HAN Xiaofei1,2, XIE Deti2,*, GAO Ming2, WANG Zifang2, CHEN Chen3

1ChongqingAgriculturalTechnologyExtensionStation,Chongqing401121,China2CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China3InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,LiaoningProvinceDevelopmentandReformCommission,Shenyang110034,China

To explore methods to reduce phosphorus leaching and thus improving river water quality, we conducted field experiments on the effects of reduced-phosphorus fertilizer and combined application of organic and inorganic fertilizers on phosphorus leaching in purple paddy soil with conventional paddy-upland rotation tillage. With these treatments, phosphorus seepage decreased over time, but the amount leached was high and variable in the early stages, gradually reaching stable equilibrium after 55 days. Total dissolved phosphorus (TDP) had the highest levels of phosphorus leaching into the waters of the purple paddy soil. The total phosphorus (TP) and total dissolved phosphorus (TDP) contents in soil leachates were as follows: [optimized fertilizer + pig manure application] > [optimized fertilizer + straw return] > [optimized fertilizer] > [optimized fertilizer with phosphorus reduced by 20% + pig manure application] > [optimized fertilizer with phosphorus reduced by 20% + straw return] > [without phosphate]. TP loss ranged between 0.295 and 0.493 kg/hm2. Organic fertilizer promoted phosphorus leaching, and the effect of pig manure was larger than that of rice straw. Decreasing the amount of chemical fertilizer can reduce the amount of phosphorus leached into the soil. To improve agricultural production and control nonpoint source pollution, it is important to reduce the use of chemical fertilizers and use combined application of organic and inorganic fertilizers.

reduced-phosphorus fertilizer; combining organic fertilizers; purple paddy soil; phosphorus leaching

國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2013DFG92520)；國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題(2012ZX07104003)；西南大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)專項(xiàng) (XDJK2013D005)

2016- 02- 21; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2017- 02- 17

10.5846/stxb201602210304

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xdt@swu.edu.cn

韓曉飛,謝德體,高明,王子芳,陳晨.減磷配施有機(jī)肥對(duì)水旱輪作紫色水稻土磷素淋失的消減效應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(10):3525- 3532.

Han X F, Xie D T, Gao M, Wang Z F, Chen C.Effects of reduced-phosphorus fertilizer and combinations of organic fertilizers on phosphorus leaching in purple paddy soil with conventional paddy-upland rotation tillage.Acta Ecologica Sinica,2017,37(10):3525- 3532.