潮褐土上蔬菜產(chǎn)量和土壤各形態(tài)磷變化對(duì)長期過量施磷的響應(yīng)

廖文華，劉建玲，黃欣欣，高志嶺，楊羚

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北保定071000）

潮褐土上蔬菜產(chǎn)量和土壤各形態(tài)磷變化對(duì)長期過量施磷的響應(yīng)

廖文華，劉建玲*，黃欣欣，高志嶺，楊羚

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北保定071000）

【目的】研究長期連續(xù)過量施用磷肥下蔬菜的產(chǎn)量響應(yīng)、磷肥去向及土壤各形態(tài)磷庫的動(dòng)態(tài)變化。【方法】在太行山山前平原典型潮褐土上，連續(xù)進(jìn)行11年21茬露地蔬菜的長期定位肥料試驗(yàn)，P2O5年施用量設(shè)0(P0)、360(P1)、720(P2)、1080(P3)、1440(P4)kg/hm2共5個(gè)處理，分別測定每茬蔬菜產(chǎn)量及各年土壤不同形態(tài)磷素含量。【結(jié)果】與不施磷肥處理比較，單季P2O5用量180、360、540、720kg/hm2均顯著增加大白菜、菜豆產(chǎn)量，不同磷肥用量間蔬菜產(chǎn)量均無顯著差異。P2O5年用量為360、720、1080、1440kg/hm2，土壤年盈余磷為41.2～478.7kg/hm2，積累率為26.2%～76.1%。與基礎(chǔ)土比較，隨著磷肥用量的增加，土壤有效磷、全磷、無機(jī)磷總量及無機(jī)磷中的Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量均呈顯著增加趨勢，無機(jī)磷中的O-P、Ca10-P含量無顯著變化。P2O5年用量為720、1080、1440kg/hm2處理土壤的有效磷年均增加量為2.3、4.2、5.0mg/kg；土壤有效磷增加量與磷盈余量呈顯著直線正相關(guān)關(guān)系，土壤磷素每盈余100kg/hm2，有效磷、Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量分別增加1.13、2.41、15.27、4.14、1.37mg/kg。隨著土壤磷盈余量和施肥年限的增加，有效磷占全磷比重、Ca2-P、Ca8-P、Al-P占無機(jī)磷比重逐漸增加?！窘Y(jié)論】施用磷肥顯著增加大白菜和菜豆產(chǎn)量，過量施用磷肥蔬菜產(chǎn)量無顯著變化；土壤磷素處于盈余狀態(tài)下，隨著磷肥用量的增加或種植年限的增加，土壤積累磷的有效性隨之增加?；谑卟藢?duì)磷肥產(chǎn)量響應(yīng)和土壤磷素收支表觀平衡狀況，露地大白菜P2O5推薦用量180kg/hm2，菜豆270kg/hm2。

長期定位施肥；潮褐土；磷肥；蔬菜；產(chǎn)量；磷形態(tài)

從1980年到2009年，我國蔬菜種植面積和產(chǎn)量分別增加了5.8倍和9.2倍[1]。調(diào)查表明蔬菜生產(chǎn)中普遍存在磷肥過量、土壤磷素積累現(xiàn)象[2–4]。設(shè)施蔬菜P2O5平均用量767.9kg/hm2，是需要量的3.9～7.9倍，且日光溫室>大棚>露地[5–8]。磷素的盈余導(dǎo)致土壤有效磷大幅度增加[9–10]，其中露地菜田土壤Olsen-P高達(dá)100mg/kg，超過糧田的5倍[11]。

圍繞菜地土壤磷素的安全管理和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了大量研究[12–14]。土壤磷素安全管理主要基于維持土壤磷的供應(yīng)水平(主要以O(shè)lsen-P為指標(biāo))[12]。土壤有效磷變化可在一定程度上反映土壤磷素的收支平衡狀況[15]。隨著土壤磷素的積累，土壤全磷、有效磷及各形態(tài)無機(jī)磷隨之增加[16–18]。80年代末，蔣柏藩和顧益初提出石灰性土壤無機(jī)磷分級(jí)方法，對(duì)評(píng)價(jià)石灰性土壤積累磷的有效性提供依據(jù)[19–20]。已有研究表明，在種植大田作物的石灰性土壤上，長期過量施用磷肥土壤各形態(tài)無機(jī)磷均有不同程度的積累，主要是Ca-P積累[21–23]。在菜地土壤，長期施用磷肥導(dǎo)致土壤中無機(jī)磷積累，且有效性較高的Ca-P、Al-P積累量高于有效性較低的O-P、Fe-P[16,24–26]。

本文通過蔬菜上施用不同水平磷肥長期定位試驗(yàn)研究了不同施磷水平下磷肥的產(chǎn)量效應(yīng)、磷素去向及其動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化，旨在為土壤磷素積累背景下磷素科學(xué)管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)基本情況

試驗(yàn)地位于河北省保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)標(biāo)本園內(nèi)，東經(jīng)115°26′42″，北緯38°49′24″，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均溫度12℃，無霜期200d左右，年均降雨量575.4mm。

土壤類型為潮褐土，質(zhì)地為中壤，土壤基本理化性狀：pH7.5、有機(jī)質(zhì)10.40g/kg、全氮1.00 g/kg，全磷600.08mg/kg、有效磷20.12mg/kg、速效鉀170.81mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)始于2003年，采用露地蔬菜栽培方式，一年種植春秋兩茬蔬菜，單茬蔬菜磷肥(P2O5)用量分別為：0(P0)、180(P1)、360(P2)、540(P3)、720 (P4)kg/hm2(即年用量為0、360、720、1080、1440 kg/hm2)，共5個(gè)處理，3次重復(fù)，各處理隨機(jī)排列。小區(qū)面積為6.3m2(1.8m×3.5m)，2012年春對(duì)試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行了平移，將0～20cm土層全部平移到新的標(biāo)本園，新小區(qū)面積為4m2(2.0m×2.0m)。

2003～2015年每年4～7月種植情況：2004年種植青椒(中椒7號(hào))、2005年伏白菜(夏陽)、2006年為青椒(牛角椒一號(hào))，2007～2015年均為菜豆(2007年為陸峰地豆王，2008～2012年為地豆王二號(hào)，2013～2015年為美國冠軍地豆)。8～11月中旬種植大白菜(2003～2012年為秋綠75，2013～2015年為神農(nóng)綠幫菜)。

大白菜和伏白菜氮(N)、鉀(K2O)用量分別為450、300kg/hm2，青椒為450、450kg/hm2，菜豆分別為75、450kg/hm2。

1.3 田間管理

春茬蔬菜：采用壟作方式，每小區(qū)起壟3個(gè)。青椒移栽后定苗24株/區(qū)，伏白菜直播后定苗30株/區(qū)，菜豆直播后定苗72株/區(qū)。其中辣椒種植中全部磷、鉀肥和2/3氮肥做底肥，1/3氮肥在“四母斗期”作追肥施入；伏白菜種植中全部磷、鉀肥和2/3氮肥做底肥，1/3氮肥在“團(tuán)棵期”作追肥施入；菜豆種植中全部肥料做底肥。

秋茬蔬菜：采用壟作方式，每小區(qū)起壟3個(gè)，大白菜在每年立秋3天前后直播，定苗24株/區(qū)。全部磷、鉀肥和2/3氮肥做底肥，1/3氮肥在“團(tuán)棵期”作追肥施入。

1.4 樣品采集與分析

青椒和菜豆果實(shí)分次收獲，每次收獲時(shí)除稱量各小區(qū)果實(shí)重量外，采集代表性植株(青椒3株、菜豆6株)和果實(shí)(500g左右)，稱量其鮮重，烘干后測定其水分、全氮磷鉀養(yǎng)分含量；大白菜(和伏白菜)全區(qū)收獲并采集代表性植株，稱量其鮮重，烘干后測定其水分、全氮磷鉀養(yǎng)分含量。植物的含水量和全氮、磷、鉀含量采用常規(guī)分析方法。

青椒和菜豆的產(chǎn)量為分次采收的果實(shí)重量之和；大白菜和伏白菜全區(qū)收獲后稱重計(jì)算產(chǎn)量。

蔬菜收獲后，分別在壟溝、壟背各3點(diǎn)取土混合后成為一份樣品，每小區(qū)采集2份樣品。土壤有效磷(Olsen-P)、全磷采用常規(guī)分析方法；無機(jī)磷分級(jí)采用蔣柏藩和顧益初的分級(jí)方法[19]。

數(shù)據(jù)分析采用SAS7.0統(tǒng)計(jì)軟件。

圖1 磷肥在大白菜、菜豆上的產(chǎn)量效應(yīng)Fig. 1 Yield response of Chinese cabbage and kidney bean to the application rates of phosphorus fertilizer

2 結(jié)果與分析

2.1 長期不同磷肥用量對(duì)蔬菜產(chǎn)量影響及土壤磷素收支表觀平衡

基于磷肥在4種蔬菜上的產(chǎn)量效應(yīng)趨于相同，以種植時(shí)間最長的大白菜和菜豆為例分析對(duì)磷肥的產(chǎn)量響應(yīng)(圖1)。結(jié)果表明，在連續(xù)種植的11年間，相同處理的大白菜和菜豆產(chǎn)量年際間變異較大，其中，大白菜產(chǎn)量的年際變異系數(shù)為19.9%～26.0%，菜豆產(chǎn)量的年際變異系數(shù)高達(dá)73.9%～84.8%，后者如此高的年際變異系數(shù)主要由不同年份溫度、病蟲害發(fā)病強(qiáng)度等因素所致。為了系統(tǒng)比較不同處理在連續(xù)種植11年的產(chǎn)量差異，本研究對(duì)同年各處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果與各處理產(chǎn)量多年平均值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果相同，因此本研究計(jì)算試驗(yàn)期間每個(gè)小區(qū)的產(chǎn)量平均值，在此基礎(chǔ)上分析各處理之間的差異。

11年間各處理蔬菜的平均產(chǎn)量結(jié)果表明，P1～P4處理(180～720kg/hm2)的大白菜和菜豆的平均產(chǎn)量比不施肥處理分別增加了24.0%～31.6%和27.7%～35.4%，分別平均增加27.2%和29.6%，差異均達(dá)到顯著水平。各施肥處理間(P1、P2、P3和P4)大白菜和菜豆的平均產(chǎn)量均無顯著性差異。這表明基于試驗(yàn)中大白菜和菜豆產(chǎn)量需求，P1磷肥用量(180kg/hm2)能滿足大白菜和菜豆生長對(duì)磷素需求。

從不同處理土壤磷素收支表觀平衡狀況(表1)可以看出，不施磷肥處理土壤磷素年均虧缺71.3kg/hm2。磷肥年輸入量P157.2～628.8kg/hm2(P1～P4處理)，年積累量為P41.2～478.7kg/hm2，分別占施磷量的26.2%、57.0%、70.1%和76.1%?？梢?，連續(xù)每年施用P157.2kg/hm2(P1)以上的磷肥即可導(dǎo)致土壤磷素的大量累積。

2.2 長期不同磷肥用量土壤全磷、有效磷的變化

圖2表明，連續(xù)11年不施磷肥土壤年均虧缺P 71.3kg/hm2，土壤全磷、有效磷含量均逐漸降低。與基礎(chǔ)土比較，種植2、5、8、11年后土壤全磷含量下降了63.9、113.2、96.6、102.4mg/kg，降低幅度依次為10.6%、18.9%、16.1%、17.1%，年均降幅依次為31.9、22.6、12.1和9.3mg/kg。有效磷含量也分別降低了5.1、8.4、10.1、12.4mg/kg，相應(yīng)的降幅為25.3%、41.9%、50.4%、61.8%，年均降幅依次為2.5、1.1、0.8和0.6mg/kg。隨著種植年限的增加，全磷、有效磷含量降低速率呈逐漸變緩趨勢。

P2O5年施用量為360kg/hm2時(shí)，土壤磷素年均盈余40.1kg/hm2。與基礎(chǔ)土比較，種植2、5、8、11年后，土壤全磷含量分別增加了87.0、106.9、321.6、516.9mg/kg，增幅依次為14.5%、17.8%、53.6%、86.2%，在第8年和第11年差異均達(dá)到顯著水平；土壤有效磷含量也分別增加了8.8、4.6、5.6和9.7 mg/kg，增幅分別達(dá)43.6%、23.1%、27.9%和48.3%，在第5年和第11年的差異均達(dá)到顯著水平。P2O5年投入量達(dá)到720、1080、1440kg/hm2時(shí)、土壤磷素年均盈余分別為179.1、330.5、478.7kg/hm2，與基礎(chǔ)土比較，11年后土壤全磷、有效磷含量分別增加了154.0%、257.9%、329.9%和104.7%、184.8%、229.5%，全磷年均增加84.0、140.7、179.9mg/kg，有效磷年均增加1.9、3.4、4.2mg/kg。可見，隨著磷肥用量以及施肥年限的增加，土壤中積累磷量逐漸增大，土壤全磷和有效磷含量也隨之顯著提高。且隨著施肥時(shí)間延長，土壤全磷、有效磷的年增加速率呈逐漸變緩趨勢。例如，與基礎(chǔ)土相比，P2處理施肥2、8和11年后，全磷、有效磷年均增加126.1、114.4、91.3和13.7、4.7、3.4mg/kg。

表1 2003～2015年土壤磷素年平均收支平衡 (P，kg/hm2)Table 1 The average balance of soil P input and output from 2003 to 2015

圖2 不同磷肥用量下土壤全磷、有效磷含量的年際變化Fig. 2 Annual variation of soil total phosphorus and available phosphorus contents in different treatments

2.3 長期不同磷肥用量土壤各形態(tài)無機(jī)磷含量的變化

從圖3可以看出，與基礎(chǔ)土相比，連續(xù)11年不施用磷肥處理，土壤無機(jī)磷總量逐漸降低，種植3、6、11年后分別降低了33.5、83.9、115.6mg/kg(降幅為5.3%、13.3%、18.3%)，其中6年和11年差異均達(dá)到顯著水平。當(dāng)P2O5年投入量達(dá)到360kg/hm2，土壤磷素年均盈余40.1kg/hm2時(shí)，與基礎(chǔ)土比較，種植3、6、11年后土壤無機(jī)磷總量分別增加了96.5、133.2、229.7mg/kg(降幅為15.3%、21.1%、36.4%)，6年和11年的差異均達(dá)到顯著水平?？梢?，長期施用磷肥顯著提高土壤無機(jī)磷總量，而且隨種植時(shí)間延長增加量呈逐漸增大的趨勢。如與基礎(chǔ)土相比，種植3、6、11年后P3處理無機(jī)磷總量分別增加了350.0、543.2、1172.6mg/kg，增幅分別為55.4%、86.0%和185.7%。

圖3 不同磷肥用量下土壤無機(jī)磷總量的年際變化Fig. 3 Annual variation of soil total inorganic phosphorus in different treatments

圖4 不同處理土壤各形態(tài)無機(jī)磷的年際變化Fig. 4 Annual variation of various fraction of inorganic phosphorus in different treatments

從土壤各形態(tài)無機(jī)磷的變化(圖4)可以看出，與基礎(chǔ)土相比，種植11年后不施磷肥處理土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P含量分別降低了14.6、16.3、38.5、18.0和27.8mg/kg(62.4%、16.8%、54.4%、32.7%和25.0%)，差異均達(dá)到顯著水平。但在此期間，各形態(tài)磷素含量隨時(shí)間的變化特點(diǎn)不盡相同，如種植蔬菜3、6、11年Ca2-P分別年均降低2.5、1.7、1.3mg/kg。而Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P年降幅有逐漸增大趨勢，其中3、6、11年Ca8-P年均降幅分別為0.21、1.46、1.85mg/kg。此外Ca10-P含量在種植過程中無顯著變化，含量穩(wěn)定在273.3 mg/kg左右。整體來看，不同形態(tài)無機(jī)磷的年均降幅表現(xiàn)為Al-P>O-P>Fe-P、Ca8-P>Ca2-P。

連續(xù)11年施用磷肥，土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量均顯著增加，但O-P和Ca10-P無顯著變化。與基礎(chǔ)土相比，連續(xù)11年施用P2O5360、720、1080、1440kg/hm2，土壤Ca2-P含量增加了11.4、51.5、110.4、134.2mg/kg(48.7%、220.1%、471.8%

和573.5%)，Ca8-P含量分別增加了136.0、473.9、734.6和933.0mg/kg(139.9%、487.5%、755.8%和959.9%)；Al-P、Fe-P含量分別增加了39.3和33.2、107.7和52.6、226.7和88.9、224.6和98.9mg/kg (55.5%和60.4%、152.1%和95.6%、320.2%和161.6%、317.2%和179.8%)。相同磷肥(P2O5)用量不同形態(tài)無機(jī)磷的年均增幅表現(xiàn)為Ca8-P> Al-P>Fe-P>Ca2-P。隨著種植時(shí)間的延長，土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P積累速率不斷增加。如與基礎(chǔ)土比較，年施用P2O5360kg/hm2時(shí)，施肥3、6、11年后土壤Ca2-P含量年均增加1.0、1.5、2.3 mg/kg，同樣土壤Ca8-P、Al-P和Fe-P分別年均增加2.3、8.6、10.3mg/kg，7.5、19.8、22.1mg/kg和11.0、19.5、26.8mg/kg。

基于表1中的年均磷素盈余量與圖2、圖4中土壤有效磷、各形態(tài)無機(jī)磷的年際變化量，計(jì)算土壤有效磷、Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P增加量與土壤磷素盈余的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其呈顯著正相關(guān)關(guān)系(表2)。即土壤磷素每盈余100kg/hm2，有效磷、Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量分別增加1.13、2.41、15.27、4.14、1.37mg/kg，不同形態(tài)磷素的積累率表現(xiàn)為Ca8-P> Al-P>Ca2-P>Fe-P>有效磷。

表2 土壤磷積累 (x) 與各形態(tài)磷變化量 (y) 的相關(guān)關(guān)系*Table 2 Correlation between various P content (y) and the phosphorus surplus in soil (x)

圖5 取樣年各處理土壤有效磷、不同形態(tài)磷在土壤全磷中的占比Fig. 5 The proportion of different forms of inorganic phosphorus in total soil P at the sampling year

2.4 長期不同磷肥用量下土壤各形態(tài)磷庫組成比例的變化

從不同磷肥用量下土壤有效磷占全磷比例以及Ca2-P、Ca8-P、Al-P占無機(jī)磷總量比例的變化(圖5)可以看出，連續(xù)11年不施磷肥處理，隨著土壤磷素逐年虧缺，有效磷含量逐年降低，有效磷占全磷的比例呈逐漸降低趨勢，從最初的2.8%降到了1.1%。相同施肥年限下，隨著磷肥用量的增加，土壤有效磷占全磷的比例逐漸增加。例如連續(xù)8年施用P2O5360、720、1080、1440kg/hm2(P1、P2、P3、P4)，有效磷占全磷比例分別為2.5%、3.1%、3.6%、4.3%。但是連續(xù)11年有效磷占全磷比例為2.3%、2.7%、2.2%、2.3%，比2年時(shí)的4.2%、4.0%、5.4%、5.3%有所降低。由此可見，隨著種植年限的增加，施肥與不施肥處理的土壤有效磷占全磷比例均呈逐漸降低趨勢，但兩者的原因并不相同，前者主要是由于全磷的增加幅度大于有效磷的增幅，而后者則是由于有效磷的降低幅度高于全磷的降幅所致。

隨著磷肥用量的增加和種植時(shí)間的延長，土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P占無機(jī)磷的比例逐漸增加，F(xiàn)e-P的比例無變化，基本保持在8.4%左右，O-P、Ca10-P的比例隨著無機(jī)磷總量的增加呈逐漸降低趨勢。與基礎(chǔ)土相比，連續(xù)11年施用P2O5360、720、1080、1440kg/hm2，Ca2-P、Ca8-P、Al-P占無機(jī)磷比例分別從試驗(yàn)開始前的3.7%、15.4%、11.2%分別增加到4.0%、5.7%、7.4%、7.8%，27.1%、43.3%、46.1%、50.8%，12.8%、13.5%、16.5%、14.6%，平均增加了2.5、26.4和3.1個(gè)百分點(diǎn)，增幅表現(xiàn)為Ca8-P>Al-P>Ca2-P。結(jié)合圖4，相同磷肥用量下不同形態(tài)無機(jī)磷的年均增幅為Ca8-P>Al-P>Fe-P> Ca2-P，得出不同形態(tài)磷素的積累率表現(xiàn)為Ca8-P> Al-P>Ca2-P>Fe-P>有效磷?？梢姡S著磷肥用量的增加和種植時(shí)間的延長，盈余磷素主要以Ca8-P、Al-P和Ca2-P(Fe-P)形式在土壤中積累，積累磷的有效性逐漸增加。

3 討論

3.1 基于植物對(duì)磷肥產(chǎn)量響應(yīng)計(jì)算推薦施磷量的局限性

施用磷肥是蔬菜增產(chǎn)的重要手段，本研究表明，與長期不施磷肥處理比較，每茬蔬菜P2O5用量180～720kg/hm2時(shí)，蔬菜產(chǎn)量顯著增加，但當(dāng)施磷量超過180kg/hm2時(shí)，隨磷肥用量增加大白菜和菜豆的產(chǎn)量增加幅度逐漸下降。同樣，張淑霞等[27]研究結(jié)果也表明，磷肥用量為0、90、180、270kg/hm2時(shí)，大白菜產(chǎn)量隨施磷量增加呈先增加再下降的趨勢，二者關(guān)系符合y=155622.33+225.9x–1.06x2，相關(guān)系數(shù)為0.9679。但也有研究表明，在施磷量為0、125、250、375kg/hm2，白菜產(chǎn)量隨磷肥施用量增加而增加，在磷肥施用量最大時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最大值[28]，這可能與不同地區(qū)試驗(yàn)位點(diǎn)土壤肥力差異等因素相關(guān)。

大量研究表明，蔬菜生產(chǎn)中過量施用磷肥和菜地土壤磷素大量積累、土壤有效磷含量高已成事實(shí)，菜地科學(xué)施用磷肥已成為大家關(guān)注和研究的對(duì)象，而科學(xué)推薦施肥量的計(jì)算方法成為問題的關(guān)鍵。近年來，基于土壤磷素的恒量監(jiān)控逐漸成為推薦大田作物磷肥用量的主要方法，旨在通過對(duì)磷肥施用量的調(diào)控，將土壤耕層有效磷水平逐漸調(diào)整至相對(duì)合理的范圍[29–30]。曹寧[31]以土壤有效磷40mg/kg為目標(biāo)對(duì)未來30年大田磷肥用量進(jìn)行了預(yù)測；Tang等[32]也通過研究提出，為了獲得高產(chǎn)，磷肥管理時(shí)需要將磷肥用量、長期磷素投入產(chǎn)出平衡和作物目標(biāo)產(chǎn)量結(jié)合起來，這對(duì)于節(jié)約磷肥資源具有重要作用。但不同土壤類型、質(zhì)地、降水、作物和產(chǎn)量水平、土壤有機(jī)質(zhì)含量下需維持的有效磷含量水平等尚需進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。

本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施磷量超過180kg/hm2時(shí)，隨磷肥用量增加大白菜和菜豆上的產(chǎn)量響應(yīng)“遲鈍”甚至有下降的趨勢。因此文中用“一元二次”肥料效應(yīng)函數(shù)擬合時(shí)，超過180kg/hm2后肥料效應(yīng)曲線“平緩”類似于“平臺(tái)”。本項(xiàng)目組證實(shí)在過量施用磷肥時(shí)，大白菜、油菜、辣椒等作物產(chǎn)量響應(yīng)遲鈍[33–35]，由此用“一元二次”肥料效應(yīng)函數(shù)計(jì)算出大白菜最高產(chǎn)量偏高(P2O5用量為357～596kg/hm2)。許多研究也發(fā)現(xiàn)，在同一試驗(yàn)條件下，不同肥料效應(yīng)函數(shù)所獲得的磷肥推薦量存在很大的差異，例如Carrijo發(fā)現(xiàn)在低磷量(Mehlich-1P9mg/kg)條件下，用線性平臺(tái)模型估算的土豆最高產(chǎn)量施磷量為61 kg/hm2，而二次平臺(tái)模型的最高施磷量為37kg/hm2，在磷素水平較高(Mehlich-1P48mg/kg)條件下，線性平臺(tái)模型估算的施磷量為25kg/hm2，而在高磷量(Mehlich-1P85mg/kg)條件下施肥對(duì)產(chǎn)量沒有影響[36]。

本研究基于土壤養(yǎng)分平衡法計(jì)算給出的推薦磷肥用量更符合實(shí)際。磷肥年用量360kg/hm2時(shí)土壤磷素表觀盈余41.2kg/hm2，土壤有效磷、Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P有所增加?？梢?，基于本試驗(yàn)中山前平原地貌、洪沖積母質(zhì)、土壤全磷約600mg/kg，春季種植菜豆類蔬菜，秋季種植大白菜方式下，土壤有效磷25mg/kg左右，大白菜磷肥P2O5推薦用量為180kg/hm2(產(chǎn)量約75t/hm2)，菜豆類為270kg/hm2(產(chǎn)量約22.5t/hm2)。施肥量應(yīng)根據(jù)產(chǎn)量變化、土壤肥力進(jìn)行調(diào)整，蔬菜產(chǎn)量提高或有機(jī)質(zhì)降低、春茬種植甜椒等茄果類蔬菜時(shí)建議適量增加磷肥用量。

3.2 長期過量施磷下土壤積累磷的轉(zhuǎn)化特點(diǎn)及其有效性

已有資料表明，石灰性土壤中，Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P是作物的有效磷源[37]，其有效性Ca2-P> Ca8-P、Al-P>Fe-P，Ca-P占無機(jī)磷的80%左右，其中Ca10-P占Ca-P的70%以上，Ca8-P占10%左右，Ca2-P僅占1%左右[23]。田間定位試驗(yàn)結(jié)果表明，長期大量施用磷肥和秸稈還田主要增加土壤Ca2-P、Ca8-P含量，增幅為64.5%～435.8%和42.0%～129.3%[38]。在潮土、潮褐土、褐土區(qū)菜地耕層土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量分別為相鄰糧田的4.9、2.5、1.6、1.0倍，而且有效磷源Ca2-P、Ca8-P、Al-P占無機(jī)磷比重顯著高于相鄰糧田[39]。不同土壤類型、種植方式下長期施用磷肥土壤各形態(tài)無機(jī)磷累積量各有不同，棕壤上玉米–玉米–大豆輪作系統(tǒng)中連續(xù)15年施用磷肥，土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量分別增加了4.2、1.3、3.6和0.3倍，主要以Ca2-P、Al-P形態(tài)積累[40]；黑土上大豆–玉米輪作中連續(xù)13年施用磷肥，主要以Al-P和Fe-P形態(tài)積累[41]；黃綿土上，與露地菜地相比，設(shè)施蔬菜土壤無機(jī)磷含量增加149.58mg/kg，以Ca8-P增幅最大，其次為Ca2-P；各形態(tài)無機(jī)磷隨種植年限增加均有增加趨勢，Ca2-P、Ca8-P增加量較大，Al-P增加量較小，而Fe-P在前6年表現(xiàn)增加趨勢8～13年略有下降[42–43]。土壤各形態(tài)無機(jī)磷變化也受土壤類型、有機(jī)質(zhì)含量等因素的影響。第四紀(jì)黃土母質(zhì)發(fā)育的紅壤上的菜園土中無機(jī)磷占全磷的79.8%，O-P和Fe-P占無機(jī)磷的57.7%；由河流沉積物母質(zhì)發(fā)育的紅壤上的菜園土中無機(jī)磷占全磷的89.0%，F(xiàn)e-P占無機(jī)磷36.6%；由湖積物發(fā)育的潮土上的菜園土中無機(jī)磷占全磷為85.0%，Ca-P占無機(jī)磷88.1%[44]。石灰性菜園土中土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量與土壤有機(jī)質(zhì)之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系[26]；水稻土上對(duì)Al-P影響最大的是有機(jī)質(zhì)，對(duì)O-P影響最大的是pH，而對(duì)Ca2-P影響最大的粘粒含量[45]。

本研究表明，在潮褐土(洪沖積母質(zhì))上，11年連續(xù)過量施用磷肥土壤各形態(tài)無機(jī)磷的積累量表現(xiàn)為Ca8-P>Al-P、Ca2-P>Fe-P。隨種植時(shí)間和磷肥用量增加，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量及其占無機(jī)磷比例逐漸升高，這說明施入磷肥主要以有效態(tài)積累在土壤中。土壤磷素化學(xué)組成影響各形態(tài)磷的積累量，但隨著土壤磷積累量的增加或土壤磷水平的增加，有效態(tài)磷積累比例在逐漸增加，也就是說隨著土壤磷水平的增加，單位積累磷量的有效性呈增加趨勢。

分析土壤磷大量積累或土壤全磷水平較高條件下有效磷比例增加原因是土壤磷素大量積累導(dǎo)致土壤磷的吸附飽和度(DPS)增加，土壤磷最大緩沖容量(MBC)降低，土壤對(duì)磷的固定能力降低，土壤有效磷比例逐漸增加[46]。南京市25～30年集約化菜地表層DPS約為30%[47]，福州市郊12～30年菜地DPS平均為23.1%[48]，接近或超過土壤環(huán)境敏感指標(biāo)臨界值(25%)?？梢?，隨著土壤磷逐漸積累，磷在土壤中運(yùn)移性增加[49–51]，土壤積累磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)逐漸增大?；谏鲜鲆延醒芯拷Y(jié)果，關(guān)于土壤磷形態(tài)特征、積累規(guī)律和影響因素，各影響因素對(duì)土壤磷積累量影響程度，及積累磷對(duì)磷肥推薦用量的影響等尚需進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

1)施用磷肥顯著增加大白菜、菜豆的產(chǎn)量，單季P2O5用量180kg/hm2，大白菜、菜豆產(chǎn)量分別增加24.0%、27.7%，在此基礎(chǔ)上增施2～4倍磷肥，大白菜、菜豆產(chǎn)量無顯著變化。

2)長期不施磷肥，土壤磷素虧缺(年均P虧缺71.3kg/hm2)。隨著種植時(shí)間的延長，土壤有效磷、Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P含量逐漸降低，年均降低1.3～3.5mg/kg，Ca10-P無顯著變化。

3)隨著磷肥用量增加，土壤磷積累量逐漸增加，P2O5年用量360～1440kg/hm2，土壤年均積累磷41.2～478.7kg/hm2，理論上土壤年均每積累100 kg/hm2磷素，土壤有效磷、Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P分別提高1.13、2.41、15.27、4.14、1.37mg/kg。隨著土壤磷積累年限和磷肥用量的增加，無機(jī)磷中的有效磷源Ca2-P、Ca8-P、Al-P占無機(jī)磷比例均逐漸增加。過量施用磷肥11年，土壤O-P、Ca10-P含量無顯著變化。

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Responses of vegetable yield and changes of phosphorus fractions in cinnamon soil to long-term excess phosphorus application

LIAO Wen-hua,LIU Jian-ling*,HUANG Xin-xin,GAO Zhi-ling,YANG Ling
(College of Resources and Environmental Science, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China)

【Objectives】This study explored the vegetable yield responses to long term excess phosphorus(P) applications,fates and changes of Pfractions in cinnamon soil.【Methods】A phosphorous fertilization field experiment was consecutively conducted for11years,21vegetable seasons in total in the Piedmont Plain of Taihang Mountain.The five application rates were P2O50,360,720,1080and1440kg/hm2,named as CK,P1,P2, P3and P4.The vegetable yields were investigated,and the contents of different fractions of soil inorganic Pwere measured.【Results】Comparing with CK,the treatments of P2O5180,360,540and720kg/hm2for annual all had significantly higher vegetable yields.However,no significant differences were observed in vegetable yields among P2,P3and P4application rates.With the single vegetable season application rates of P2O5360,720,1080 and1440kg/hm2,the measured surplus Pin soil were as41.2–478.7kg/hm2,equivalent to26.2%–76.1%of their application rates.With the increase of Pinput rates,the soil Olsen-P,total P,inorganic Pfractions including Ca2-P,Ca8-P,Al-P and Fe-P showed trends of increasing,less change in O-P and Ca10-P contents were observed.The annual P2O5input of720,1080and1440kg/hm2had led to annual increase of2.3,4.2and5.0mg/kg available P contents,respectively.Linear correlation was found between soil Psurplus and soil availabe Pcontent.After calculation,every increase of100kg/hm2of total soil Psurplus will lead to annual increasing in contents of soil Olsen-P,Ca2-P,Ca8-P,Al-P and Fe-P of1.13,2.41,15.27,4.14and1.37mg/kg,respectively,indicating an accumulation order of Ca8-P>Al-P>Ca2-P>Fe-P>Olsen-P.Meanwhile,the proportions of Olsen-P in total P and the proportions of Ca2-P,Ca8-P and Al-P in the total inorganic Pincreased with the elongation of cultivation years.【Conclusions】When growing cabbage and kidney bean on cinnamon soil,P fertilization rate at180 kg/hm2can significantly increase yields but the increase will not be more productive when the Pinput excess the rate.With the increases of Pfertilization rates and cultivation years,the contents of Olsen-P,Ca2-P,Ca8-P,Al-P and Fe-P and their proportions in the total inorganic Pall showed increasing trends except for O-P and Ca10-P. Based on the yield response and soil Pbalance,P fertilization rates of P2O5180kg/hm2for cabbage and270 kg/hm2for kidney bean are recommended.

long-term fertilizer experiment;cinnamon soil;phosphorus fertilizer;vegetable;yield; phosphorus fraction

2016–08–29接受日期：2016–12–16

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)中青年骨干教師境外研修項(xiàng)目；河北省科技支撐項(xiàng)目（15226421，12220204D）資助。

廖文華（1974—），女，河北衡水人，博士，副教授，長期從事土壤肥力方面的研究。E-mail:liaowenhua@hebau.edu.cn *通信作者E-mail:jlliu@hebau.edu.cn