模擬條件下生物腐殖酸肥對土壤磷素淋失及流失的影響*1

馬金奉，朱昌雄，李紅娜**，耿 兵，張 麗，沙婧婧

（1．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081;2．國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心，青島 266033）

模擬條件下生物腐殖酸肥對土壤磷素淋失及流失的影響*1

馬金奉1，朱昌雄1，李紅娜1**，耿 兵1，張 麗1，沙婧婧2

（1．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081;2．國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心，青島 266033）

通過模擬淋溶和徑流實驗，考察單施生物腐殖酸肥（BHA）后磷在豎直及水平方向的遷移能力，并通過室外小白菜種植實驗進(jìn)一步開展淋溶和徑流中磷的行為研究，考察單施 BHA對小白菜長勢、產(chǎn)量的影響及對受納水體水質(zhì)的污染風(fēng)險。實驗以施化肥（CF）和不施肥（NOP）為對照。結(jié)果表明，（1）在模擬淋溶及徑流實驗中，經(jīng)過8次澆水，BHA處理組的淋溶液及徑流液中TP含量的最高值及平均值均高于CF及NOP處理組，在磷淋失量及淋失率上，3個處理間均無顯著差異；在磷流失量及流失率上，BHA與CF無顯著差異，二者均顯著高于NOP處理組，其磷流失量分別比NOP高208.96%、147.01%，流失率分別比NOP高1.98%、1.39%。（2）室外小白菜種植的淋溶及徑流實驗中，在對小白菜長勢的影響方面，BHA與CF無顯著差異，二者均顯著高于NOP處理組；在對小白菜產(chǎn)量及植株吸磷量的影響方面，CF處理組顯著高于BHA及NOP。在磷淋失量上，BHA與CF無顯著差異，二者均顯著高于NOP處理組；在磷流失量上，BHA處理組顯著高于CF及NOP，分別高78.52%、82.48%。研究表明，盡管BHA中的磷不如CF易被小白菜吸收利用，但是二者對小白菜長勢的影響無顯著差異；BHA施用后磷更易隨徑流液流失，而不易隨淋溶液淋失，因此，施用BHA后應(yīng)避免立即灌溉，尤其是大水漫灌。

生物腐殖酸；磷；淋溶；徑流；富營養(yǎng)化

生物腐殖酸（Bio-active Humic Acid，簡稱BHA）由蔗渣經(jīng)微生物種群發(fā)酵后干燥粉碎而成，富含有機(jī)質(zhì)、水溶性腐殖酸、氨基酸和大量有益菌群的芽孢[1]，是有機(jī)廢棄物資源化利用的途徑之一。近年來關(guān)于 BHA對果蔬品質(zhì)改善、產(chǎn)量提高及最佳施用量等的研究報道較多[2]，也有關(guān)于BHA對植株性狀改善及作物抗逆性的研究等[3]。此外，已有研究表明，BHA在改良土壤性質(zhì)、改善土壤養(yǎng)分含量、增加土壤微生物數(shù)量、提高化肥利用率等方面發(fā)揮著一定作用[4-7]，因此，BHA生產(chǎn)工藝的研發(fā)與菌劑篩選[8]一直是研究的熱點。然而，施用BHA對水環(huán)境的影響還鮮有研究報道。鑒于腐殖酸能促進(jìn)磷在土壤中的遷移[9]，以及磷是引起水體富營養(yǎng)化公認(rèn)的限制因素[10-11]，本研究通過室內(nèi)模擬淋溶和徑流實驗，考察施入 BHA后土壤中的磷在縱向和橫向兩個方向上的遷移能力，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展室外放大實驗，考察施用 BHA對小白菜生長的影響及對受納水體的污染潛力，為生物腐殖酸肥的施用管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試肥料

1.1.2 實驗設(shè)置

淋溶和徑流實驗均設(shè)室內(nèi)和室外兩個部分，裝置略有不同。室內(nèi)淋溶和徑流實驗分別于2014-08-26和2015-06-29開始，分別在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所環(huán)境修復(fù)研究室和順義基地連棟溫室（40.09°N，116.92°E，35m）進(jìn)行，實驗用土均為順義基地大田土壤0-30cm混合樣。室外淋溶和徑流實驗同時于2016-09-28開始，在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所順義基地 3#大棚進(jìn)行，實驗用土均為3#大棚土壤0-100cm混合樣。室內(nèi)及室外實驗用土的土壤性質(zhì)如表 1所示。室內(nèi)淋溶裝置參考文獻(xiàn)[12]，徑流裝置參考文獻(xiàn)[7]，如圖1所示。室內(nèi)淋溶和徑流實驗均為每個處理3次重復(fù)，共9根淋溶柱，9個徑流槽；室外淋溶和徑流裝置分別參考文獻(xiàn)[13]和[14]，示意圖如圖2所示，亦均為3次重復(fù)，共9個淋溶柱，9個徑流池。

表1 實驗用土的基本性質(zhì)Table 1 Essential properties of the soil used in experiments

圖1 模擬淋溶（a）和徑流（b）實驗裝置示意圖Fig. 1 Sketch of the simulated leaching(a) and runoff(b) experiments

圖2 種植小白菜情況下淋溶（a）和徑流（b）實驗裝置示意圖Fig. 2 Sketch of leaching(a) and runoff(b) experiments with vegetable planting

室內(nèi)淋溶和徑流裝置均經(jīng)過40d、8次澆水，每次澆水后收集淋溶和徑流液，測定體積及其中的總磷含量，根據(jù)模擬淋溶及徑流實驗的情況及小白菜生長需求調(diào)整澆水量。室外淋溶和徑流裝置均經(jīng)過42d、6次澆水，測定淋溶液和徑流液的體積和總磷含量，并于收獲前觀測小白菜的葉片數(shù)、葉長、葉寬及產(chǎn)量等指標(biāo)。

1.2 實驗方法

1.2.1 模擬淋溶

實驗采用高150cm，直徑11cm的UPVC管作為淋溶柱，淋溶柱置于鐵三腳架上，1 L燒杯用于承接淋溶液，淋溶柱底端為螺旋扣蓋，淋溶液通過蓋子上的孔流出。實驗開始兩周前，先向每個柱子中填入10.0kg混勻的土壤，向每個淋溶柱中加入去離子水至最大持水量，使各柱中土壤狀況一致。兩周后分別裝入2.0kg土壤和肥料的混合物，BHA和CF的施用量分別為10.55g、0.58g，空白處理僅裝入2.0kg的土壤，每個處理 3次重復(fù)。完成裝填步驟后，淋溶柱內(nèi)填入3cm經(jīng)鹽酸和去離子水洗凈的石英砂，以保證灌溉水的均勻分布及減少對土壤的沖刷。模擬蔬菜一個生長季的需水量進(jìn)行澆水[15]，按照淋溶柱截面積計算，總澆水量為5.68L，則每 5d澆水一次，共澆水8次，每次澆水710.0mL。每次澆水后收集全部淋溶液，觀測體積并測定全磷含量，計算磷淋失量和淋失率。

1.2.2 模擬徑流

模擬徑流實驗所用水槽和土槽均為長59cm、寬20cm、深20cm的塑料槽。水槽底部均勻布孔，土槽分別裝入約 10cm厚的過篩土壤與肥料的混合物，BHA和CF的施用量分別為98.54g、7.21g，空白處理僅裝入20.0kg土壤，土槽坡度設(shè)置為5°，在出水一側(cè)均勻布孔并在槽面內(nèi)側(cè)鋪設(shè)兩層尼龍袋以過濾徑流液，按照土槽截面積計算，總澆水量應(yīng)為70.80L，則每5d澆水一次，共8次，每次澆水8.85L。每次澆水后收集全部徑流液，觀測體積并測定全磷含量，計算磷流出量和流出率。

1.2.3 室外淋溶實驗

實驗采用高100cm，直徑54cm的UPVC管作為淋溶柱，裝入過篩土壤約100cm高，按照最大持水量灌水，使土壤沉實并消除邊際效應(yīng)，放置 8個月后進(jìn)行淋溶實驗，實驗開始兩周前加水至最大持水量，恢復(fù)微生物活性，兩周后將肥料按等磷量施用原則分別均勻拌入約3cm的表層土壤中，為避免氮成為植株生長的限制因素，所有處理補(bǔ)加氮至同一水平。BHA和CF施入量分別為223.09g、13.98g，空白對照組不施肥。輕微壓實后開溝，并撒入小白菜種子，兩周后間苗，株間距約10cm，小白菜種植密度為10株/柱。按照室內(nèi)模擬淋溶情況及蔬菜需水情況澆水，總澆水量為 67.50L，每次澆水后收集所有淋溶液用于后續(xù)分析；淋溶實驗進(jìn)行 42d后，從每個淋溶柱中選取 5株小白菜測定長勢指標(biāo)（葉片數(shù)、葉長、葉寬），以及整個淋溶柱小白菜產(chǎn)量、小白菜含水量及全磷含量。

1.2.4 室外徑流實驗

實驗在長1.5m，寬1.0m，深40cm，坡度5°的水泥池進(jìn)行，填入約35cm深的過篩土壤，出水口內(nèi)側(cè)鋪有兩層尼龍袋過濾徑流液，實驗前封住出水口，按照最大持水量澆入水，使土壤沉實。放置 8個月后進(jìn)行徑流實驗，實驗開始前兩周加水至最大持水量，恢復(fù)微生物活性，兩周后將肥料按等磷量施肥原則分別均勻拌入3cm的表層土壤中，BHA和CF的施入量分別為1461.95g、91.62g，并補(bǔ)加氮至同一水平，避免氮成為小白菜生長的限制因素（空白對照組不施肥）。輕微壓實后，開溝，撒入小白菜種子，兩周后間苗，株距約 10cm，小白菜種植密度為 65株/池。按照室內(nèi)模擬徑流情況及蔬菜需水情況澆水，總澆水量為222.00L，每次澆水后收集所有徑流液用于后續(xù)分析，42d徑流實驗后五點取樣測定植株長勢（葉片數(shù)、葉長、葉寬）、整個徑流池小白菜產(chǎn)量、小白菜含水量及全磷含量。

1.3 測定方法

采用常規(guī)方法測定土壤[16]和肥料[17]中的養(yǎng)分含量，采用鉬酸銨分光光度法（GB11893-89）測定水樣總磷，采用硫酸-過氧化氫消解-鉬銻抗分光光度法測定植株總磷（NY/T 2017-2011）。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用SAS 8統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行差異顯著性分析（LSD，P＜0.05），采用Origin8軟件進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 室內(nèi)模擬淋溶和徑流條件下生物腐殖酸肥對土壤磷淋失及流失的影響

2.1.1 淋溶磷淋失分析

利用室內(nèi)模擬淋溶裝置模擬蔬菜一個生長季的需水量，按照每5d澆水一次，總共8次，40d生長季內(nèi)的總澆水量為5.68L，施生物腐殖酸肥（BHA）、施化肥（CF）和不施肥（NOP）3個處理組收集淋溶液總體積分別為 4648±74、4777±119、4625±258mL，相應(yīng)每次澆水后淋溶液全磷（TP）含量觀測結(jié)果見圖3。由圖可見，8次澆水實驗中，淋溶液中TP含量最低為0.10±0.02mg·L-1，發(fā)生在CF處理組第1次澆水后，最高為0.16±0.01mg·L-1，發(fā)生在BHA處理組第8次澆水后。雖然3個處理組間每次澆水后所測TP含量差異不顯著，但從時間順序上看，還是表現(xiàn)出一定的差別。其中不施肥處理組NOP其TP含量 8次平均為 0.13±0.02mg·L-1，第 3次最高，為0.15±0.00mg·L-1，第 1 次最低，為 0.11±0.02mg·L-1；施化肥處理組 CF其 TP含量 8次平均為0.12±0.02mg·L-1，第 8 次最高，為 0.15±0.03mg·L-1，第1次最低，為0.10±0.02mg·L-1；BHA處理組的TP含量平均值相對最高，為 0.14±0.01mg·L-1，第 8次最高，為 0.16±0.01mg·L-1，第 1次最低，為0.11±0.04mg·L-1。可見，土壤中施入BHA有潛力促進(jìn)土壤中磷的淋失，使淋溶液中TP含量高于其它兩個處理組。

從微觀角度分析，能源計量工作在工業(yè)領(lǐng)域中有顯著的應(yīng)用成效。該工作的主要內(nèi)容是對一些大型耗能設(shè)備進(jìn)行以下幾種能源的消耗監(jiān)測測：（1）熱能消耗量；（2）水資源消耗量；（3）電能消耗量。有效地對這些能源進(jìn)行消耗監(jiān)測管理，不僅可以極大地提升工業(yè)企業(yè)的精細(xì)化管理水平，還可以極大地擴(kuò)展工業(yè)企業(yè)的管理功能，例如，使企業(yè)實現(xiàn)計量設(shè)備管控，從而有效地分析產(chǎn)品能耗，快速核算出能耗成本等。另外，由于能源計量技術(shù)具有成本低和風(fēng)險小等特點，因此，有效地將能源計量技術(shù)應(yīng)用到節(jié)能降耗工作中具有重要的作用[3]。

圖3 不同處理土柱歷次淋溶后溶液中總磷含量的比較Fig. 3 Comparison of TP content in leaching solution after each watering in the simulated leaching experiment

將每次澆水后收集到的淋溶液體積考慮在內(nèi)，考察通過淋溶液淋失的磷量及磷的淋失率，結(jié)果如表2所示。由表可見，BHA、CF、NOP三個處理組磷淋失量并無顯著差異，BHA、CF處理組磷淋失量分別比NOP處理組高11.95%、8.52%，同時，3個處理組磷淋失率也無顯著差異，BHA、CF處理組磷淋失率分別比NOP處理組高11.49%和8.08%，雖然差異不顯著，但是仍可見BHA的施入促進(jìn)了土壤磷的釋放與淋失，比單施CF效果明顯。

表2 模擬淋溶實驗不同處理組磷淋失情況比較Table 2 Comparison of TP leach-loss amount in the simulated leaching experiment

2.1.2 徑流磷流失分析

利用室內(nèi)模擬徑流裝置，模擬蔬菜一個生長季的需水量，按照每5d澆水一次，總共8次，40d生長季內(nèi)的總澆水量為70.80L，施生物腐殖酸（BHA）、施化肥（CF）和不施肥（NOP）3個處理組收集淋溶液總體積分別為 56.22±1.08、57.62±0.32、56.57±3.29L，相應(yīng)每次澆水后徑流液全磷（TP）含量觀測結(jié)果見圖4。由圖可見，BHA和CF處理組均隨著澆水次數(shù)的增加，徑流液中TP含量呈現(xiàn)下降直至平穩(wěn)的狀態(tài)，而NOP處理組TP一直較低。8次澆水實驗中，徑流液中TP含量最低為0.01±0.01mg·L-1，發(fā)生在第4次CF處理組；最高為0.71±0.13mg·L-1，發(fā)生在第1次BHA處理組。從時間順序上看，3個處理組 TP含量表現(xiàn)出一定的差別。其中不施肥處理組TP含量相對最低，其8次平均為0.12±0.01mg·L-1，第 1次最高，為 0.17±0.00mg·L-1，第 6次最低，為0.09±0.01mg·L-1。施化肥處理組TP含量相對較低，其 8次平均為 0.31±0.09mg·L-1，第 1次最高，為0.62±0.30mg·L-1，第 4 次最低，為 0.01±0.01mg·L-1。BHA處理組的 TP含量平均值相對最高，為0.40±0.03mg·L-1，第 1 次最高，為 0.71±0.13mg·L-1，第6次最低，為0.30±0.07mg·L-1。除CF處理第4次澆水外，3個處理組每次澆水徑流液TP濃度均大于0.1mg·L-1，而 0.1mg·L-1被美國環(huán)保局定為湖泊可能發(fā)生富營養(yǎng)化的限值[18]，因此，BHA處理對受納水體存在污染風(fēng)險。

圖4 不同處理組土槽歷次灌溉后徑流液中磷含量的比較Fig. 4 Comparison of TP content in runoff solution after each watering in the simulated runoff experiment

將每次澆水后收集到的徑流液的體積考慮在內(nèi)考察磷通過徑流流失的總量，結(jié)果如表 3所示，由表可見，處理組BHA與CF無顯著差異，二者均顯著高于 NOP，二者的磷流失量分別比 NOP高208.96%和147.01%，而BHA又比CF高25.08%。BHA與CF的磷流失率無顯著差異，但二者均顯著高于 NOP，BHA、CF處理組磷流失率分別比NOP高1.98%、1.39%，說明施入BHA比CF更容易導(dǎo)致磷的流失。

表3 模擬徑流實驗不同處理組磷流失情況的比較Table 3 Comparison of TP runoff-loss amount in the simulated runoff experiment

2.2 種植條件下生物腐殖酸肥對土壤磷淋失及流失的影響

2.2.1 施用BHA對小白菜生長及淋溶液水質(zhì)的影響

經(jīng)過 42d的生長周期，淋溶柱中小白菜長勢、產(chǎn)量及磷吸收量結(jié)果如表4所示。由表可見，在表征植株長勢的幾個指標(biāo)（葉片數(shù)、葉長、葉寬）中，BHA處理組與CF均無顯著差異，CF與NOP均差異顯著。BHA處理組的葉片數(shù)顯著高于NOP，而二者的葉長和葉寬均無顯著差異。BHA和CF的葉片數(shù)分別比NOP高25%和50%；BHA和CF的葉長分別比NOP高33.7%和55.1%；BHA和CF的葉寬分別比NOP高51.6%和90.3%。

從施肥對小白菜產(chǎn)量的影響角度來說，CF顯著高于BHA，BHA又顯著高于NOP，BHA和CF處理組的小白菜產(chǎn)量分別比 NOP高 691.3%和923.5%（表 4）。植株對磷的吸收量也表現(xiàn)出與產(chǎn)量一致的規(guī)律，即 CF＞BHA＞NOP，三者差異顯著。BHA和CF處理組的植株對磷的吸收量分別比NOP提高了 1107.5%和 1504.3%，而 CF比 BHA提高了32.9%，說明CF處理提供的磷更容易被小白菜利用。

表4 淋溶實驗中各處理小白菜長勢、產(chǎn)量及磷吸收量比較Table 4 Comparison of growth status, yield and P absorption amount of the Chinese cabbage in the outdoor leaching experiment

種植小白菜后，每7d澆水一次，共澆水6次，合計 42d的總澆水量為 67.50L，施生物腐殖酸肥（BHA）、施化肥（CF）和不施肥（NOP）3個處理組收集淋溶液總體積分別為38.85±0.24、38.03±0.42、44.15±0.22L，相應(yīng)地每次灌水后淋溶液全磷（TP）含量觀測結(jié)果見圖5。由圖可見，6次澆水實驗中，淋溶液中TP含量最低為0.03±0.00mg·L-1，發(fā)生在第4次CF處理組，最高為0.06±0.00mg·L-1，發(fā)生在第1次BHA處理組。雖然3個處理組間每次澆水后所測TP含量差異沒有規(guī)律性，但從時間順序上看，3個處理組TP含量還是表現(xiàn)出一定的差別。其中不施肥處理組 NOP的 TP含量 6次平均為 0.04±0.01mg·L-1，第 1 次最高，為 0.06±0.00mg·L-1，第 5次最低，為0.04±0.00mg·L-1；施化肥的CF處理組其TP含量6次平均為0.05±0.01mg·L-1，第1次最高，為 0.06±0.01mg·L-1，第 4 次最低，為 0.03±0.00mg·L-1；單施生物腐殖酸肥的BHA處理組其TP含量平均值為 0.05±0.0mg·L-1，第 1 次最高，為 0.06±0.00mg·L-1，第 6次最低，為 0.04±0.00mg·L-1。可見，在種植小白菜的情況下，土壤中施入生物腐殖酸與施入化肥對淋溶液中磷含量影響無顯著差異。

圖5 室外淋溶實驗中淋溶液磷含量比較Fig. 5 Comparison of TP content in the leaching solution in the outdoor leaching experiment

圖6所示為淋溶實驗3個不同處理組淋溶液磷的總淋失量。由圖可以看出，BHA和CF處理組磷總淋失量均顯著高于NOP，分別高14.0%、11.7%，BHA與CF無顯著差異，而參照表4結(jié)果分析可知，雖然 3個處理組之間小白菜產(chǎn)量及植株磷吸收量均有顯著差異，但是植株對磷的吸收并未影響磷向下淋溶的差異性，推測可能是下層土壤吸附了從上層淋溶下來的磷，掩蓋了差異性[19-20]。因為施入土壤中的磷主要有 3個去處：被植株吸收、被土壤吸附和隨淋溶液淋失，對于施磷量40kg·hm-2來說，植株生長吸收的磷與淋失的磷量很少，二者加起來不足施磷量的6%，可見施入的磷絕大部分被土壤吸附。

圖6 種植小白菜42d后各處理磷淋失量比較Fig. 6 Comparison of TP leach-loss amount after 42-day growth of the Chinese cabbage

2.2.2 施用BHA對小白菜生長及徑流液水質(zhì)的影響

經(jīng)過一個生長周期（42d），徑流池中小白菜長勢、產(chǎn)量及磷吸收量結(jié)果如表 5所示，由表可見，在表征植株長勢的幾個指標(biāo)里，BHA處理組與CF均無顯著差異，二者均顯著高于NOP處理組。BHA和CF的葉片數(shù)均比NOP高50%，其葉長分別比NOP高154.8%和151.6%，葉寬分別比NOP高199.6%和212.2%。

徑流實驗施肥處理對小白菜產(chǎn)量的影響結(jié)果（表5）與淋溶實驗（表4）的結(jié)果一致，表現(xiàn)為CF＞BHA＞NOP，三者之間差異顯著，BHA和CF處理組的小白菜產(chǎn)量分別比 NOP處理組高 691.3%和923.5%。植株對磷的吸收量大小順序表現(xiàn)為 CF＞BHA＞NOP，與產(chǎn)量的規(guī)律一致，BHA和CF處理組的植株對磷的吸收量分別比NOP提高了1083.1%和1680.4%，而CF比BHA提高了50.5%。

種植小白菜后，每7d澆水一次，共澆水6次，合計 42d的總澆水量為 222.00 L，施生物腐殖酸肥（BHA）、施化肥（CF）和不施肥（NOP）3個處理組收集徑流液總體積分別為 25.30±0.55、25.70±0.60、27.40±0.32L，相應(yīng)每次澆水后徑流液全磷（TP）含量觀測結(jié)果見圖7。由圖可見，6次灌水實驗中，徑流液中TP含量最低為0.04±0.00mg·L-1，發(fā)生在第4次CF處理組，最高為0.14±0.02mg·L-1，發(fā)生在第2次BHA處理組。雖然3個處理組間每次澆水后所測TP含量的差異沒有規(guī)律性，但從時間順序上看，3個處理組TP含量還是表現(xiàn)出一定的差別。其中不施肥處理組TP含量 6次平均為 0.06±0.02mg·L-1，第 2次最高，為0.08±0.00mg·L-1，第 4 次最低，為 0.04±0.00mg·L-1；施化肥處理組的TP含量6次平均為0.06±0.02mg·L-1，第1次最高，為 0.08±0.02mg·L-1，第 5次最低，為0.04±0.01mg·L-1；BHA 處理組的 TP 含量平均為0.10±0.03mg·L-1，第 2 次最高，為 0.14±0.02mg·L-1，第6次最低，為0.06±0.00mg·L-1?？梢?，在種植小白菜的情況下，向徑流池土壤中施入BHA依然會使徑流液中磷含量高于施用化肥的CF處理。

將徑流液體積考慮在內(nèi)，計算磷通過徑流液流失的總量，結(jié)果如圖8所示，由圖可見，BHA處理組磷流失量顯著高于CF和NOP處理組，分別高出78.52%和82.48%，而CF和NOP之間無顯著差異。結(jié)合表5中植株磷吸收量與圖8中TP流失量發(fā)現(xiàn)，植株磷吸收量與TP流失量呈負(fù)相關(guān)，即BHA處理組磷流失量較CF多，則植株磷吸收量較之少，說明單施化肥的CF處理其磷比施生物腐殖質(zhì)的BHA處理更易被植株吸收轉(zhuǎn)化成生物磷。

表5 徑流實驗中各處理小白菜長勢、產(chǎn)量及磷吸收量比較Table 5 Comparison of growth status, yield and P absorption amount of the Chinese cabbage in the outdoor runoff experiment

圖7 室外徑流實驗中徑流液磷含量的比較Fig. 7 Comparison of TP content in the runoff solution in the outdoor runoff experiment

圖8 種植小白菜42d后各處理磷總流失量比較Fig. 8 Comparison of TP runoff-loss amount after 42-day growth of the Chinese cabbage

3 結(jié)論與討論

（1）室內(nèi)模擬徑流實驗中添加生物腐殖酸肥的BHA 處理組其徑流液中 TP含量最高為0.71±0.13mg·L-1，平均為 0.40±0.03mg·L-1，均高于單施化肥的CF及不施肥的NOP處理組；在磷流失量及流失率上，BHA與CF無顯著差異，二者均顯著高于 NOP處理組，其磷流失量分別比 NOP高208.96%、147.01%，二者的磷流失率分別比NOP處理組高1.98%、1.39%。說明 BHA的施入導(dǎo)致磷更易隨徑流液流失。這與王森等[7]的研究結(jié)果一致，其發(fā)現(xiàn)添加BHA能加快土壤中磷素的釋放，并得出生物腐殖酸對土壤磷的轉(zhuǎn)化率為1.44%。但是在室內(nèi)模擬淋溶實驗中，雖然BHA處理組淋溶液中TP含量平均值及最高值均高于 CF及 NOP，但是 BHA與CF、NOP處理組之間的磷淋失量及淋失率均無顯著差異，說明相比在水平方向上隨徑流液移動，磷更難隨淋溶液向下遷移。而在杜振宇等[9]的研究中，利用室內(nèi)土柱實驗研究腐殖酸和腐殖酸鈉在與磷肥共施時對磷在褐土中遷移的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)共施腐殖酸能明顯增加磷的遷移距離和遷移量，對肥際微域中不同形態(tài)磷的含量均有顯著提高作用，因此，認(rèn)為腐殖酸能促進(jìn)磷在褐土中的遷移。而本研究中室內(nèi)淋溶實驗對生物腐殖酸的研究沒有得到類似結(jié)果，推測其原因之一是下層土壤吸附上層土壤淋溶下來的磷，掩蓋了上層土壤淋溶的差異性。雖然有些研究中淋溶實驗處理組之間存在顯著差異[9,20-22]，但是這些研究所用的淋溶柱僅15～30cm高，無法考察對其地下水的污染潛力，本實驗使用高為 100cm的土柱，克服了這個弊端，但是卻避免不了下層土壤吸附作用的影響，與楊學(xué)云等[19，23]的研究結(jié)果一致。另一個導(dǎo)致淋失量差異性不顯著的原因是本研究施磷量（40kg·hm-2）相比其它研究中要低，在一些淋溶研究中[22]，在高磷（TP2.71g·kg-1，Olsen-P269.1g·kg-1）土壤中 P2O5的施用量為600kg·hm-2。但是魯如坤等[24]曾調(diào)查了華北平原廣泛分布的潮土的水溶磷情況，發(fā)現(xiàn)對于石灰性潮土，在土壤有效磷為7.3mg·kg-1時即出現(xiàn)水溶磷，故認(rèn)為在中國北方，雖然一般雨量較少，滲漏水量不大，但是在灌溉條件下，特別是大水漫灌時，將有一定量的磷隨滲漏水進(jìn)入地下水，而本研究室內(nèi)模擬淋溶及徑流實驗用土（pH7.90，潮褐土）速效磷含量為13.4mg·kg-1，高于 7.3mg·kg-1，所以本實驗用土并不適合高量施肥。基于以上原因造成了模擬淋溶試驗中各處理組之間磷淋溶差異不顯著。

（2）在種植小白菜的情況下，無論是淋溶實驗還是徑流實驗，BHA與CF處理組在小白菜的長勢比較上均無顯著差異；CF處理組小白菜的產(chǎn)量和小白菜吸收的磷量均顯著高于BHA和NOP處理組。說明CF提供的磷更容易被植株吸收利用轉(zhuǎn)化成生物磷。但是BHA和CF之間在磷淋失量和流失量的差異性上規(guī)律不一致，盡管二者磷淋失量之間無顯著差異，但是與室內(nèi)模擬徑流的結(jié)果一致，BHA處理組的磷流失量顯著高于CF。說明BHA的施入促進(jìn)了磷隨徑流液的流失。生物腐殖酸肥本身含磷量不高（8.20g·kg-1），但是生物腐殖酸肥含有一定數(shù)量的解磷微生物[7]，在等磷施入的條件下，施入生物腐殖酸肥的量越大，施入土壤中的解磷微生物數(shù)量就越多，對于土壤中的磷轉(zhuǎn)化作用明顯，同時生物腐殖酸肥含有20%的水溶性腐殖酸，腐殖酸可以鰲合鐵鋁氧化物，減少磷被鐵鋁氧化物吸附的結(jié)合位點[25-26]，使磷易隨地表徑流流失，所以施肥后應(yīng)避免立即灌溉，尤其是大水漫灌。

References

[1]于江,朱昌雄,郭萍,等.生物腐植酸對新疆甘草產(chǎn)地沙退化土壤修復(fù)效果評價:以土壤養(yǎng)分指標(biāo)為例[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2010,31(3):369-373.Yu J,Zhu C X,Guo P,et al.Restoration evaluation of bioactive humic substances on desertified soil in Xinjiang Glycyrrhiza uralensis production area[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2010,31(3):369-373.(in Chinese)

[2]郭明軍,馬鋒旺,張國輝.生物腐殖酸肥料在櫻桃番茄上的應(yīng)用效果[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,12(8):49-50,126.Guo M J,Ma F W,Zhang G H.Application effect of biological humic fertilizer on cherry tomato[J].Journal of Hebei Agricultural Sciences,2008,12(8):49-50,126.(in Chinese)

[3]畢軍,夏光利,畢研文,等.腐殖酸生物活性肥料對冬小麥生長及土壤微生物活性的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2005,11(1):99-103.Bi J,Xia G L,Bi Y W,et al.Effect of humic bio-active fertilizer on winter wheat and soil microbial activity[J].P1ant Nutrition and Fertilizer Science,2005,11(1):99-103.(in Chinese)

[4]楊海波,陳運(yùn),侯憲文.生物腐植酸對土壤碳組分的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2015,31(20):137-141.Yang H B,Chen Y,Hou X W.Effects of biology humic acid on the component of soil carbon[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2015,31(20):137-141.(in Chinese)

[5]于學(xué)勝.生物腐植酸對礦區(qū)廢棄土壤微生態(tài)重建作用的研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2013:52.Yu X S.Effects of bioactive humic acid on rebuilding of soil microbial ecology in mining wastelands[D].Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences,2013:52.(in Chinese)

[6]李曉亮,張珊珊,張玉華,等.生物腐植酸對化學(xué)肥料的輔助作用及機(jī)理研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015,46(6):47-55.Li X L,Zhang S S,Zhang Y H,et al.Function and mechanism of bio-humic acid for chemical fertilizers reduction[J].Journal of Northeast Agricultural University,2015,46(6):47-55.(in Chinese)

[7]王森,韓思訓(xùn),耿兵,等.不同施肥條件下生物腐植酸對磷的轉(zhuǎn)化效果分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2013,34(5):551-556.Wang S,Han S X,Geng B,et al.Effects of phosphorus transformation by bio-active humic acid under different fertilization[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2013,34(5):551-556.(in Chinese)

[8]葉婧,劉雪,張麗,等.蔗渣發(fā)酵菌劑培養(yǎng)基的篩選及發(fā)酵條件的優(yōu)化[J].生物技術(shù)通報,2009,11:168-173.Ye J,Liu X,Zhang L,et al.Screening of fermentation medium and optimizing fermentation conditions of the bagasse microorganism inoculants[J].Biotechnology Bulletin,2009,11:168-173.(in Chinese)

[9]杜振宇,王清華,劉方春,等.腐殖酸物質(zhì)對磷在褐土中遷移的影響[J].中國土壤與肥料,2012,(2):14-17,50.Du Z Y,Wang Q H,Liu F C,et al.Phosphorus movement in a cinnamon soil as affected by humic substances[J].Soil and Fertilizer Sciences,2012,(2):14-17,50.(in Chinese)

[10]Sharpley A N,Rekolainen S.Phosphorus in agriculture and its environmental implications[A].In:Tunney H,Carton O T,Brookes P C,et al.Phosphorus loss from soil to water[C].Wallingford,U K:CAB International,1997:1-53.

[11]Carpenter S R,Caraco N F,Correll D L,et al.Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen[J].Ecological Applications,1998,8:559-568.

[12]王道涵,梁成華,孫鐵珩,等.磷素在土壤中的垂直遷移潛力研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2005,24(6):1157-1160.Wang D H,Liang C H,Sun T H,et al.The potentiality of phosphorus to move vertically in the soil[J].Journal of Agro-Environment Science,2005,24(6):1157-1160.(in Chinese)

[13]趙亞杰,趙牧秋,魯彩艷,等.施肥對設(shè)施菜地土壤磷累積及淋失潛能的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2015,26(2):466-472.Zhao Y J,Zhao M Q,Lu C Y,et al.Effects of fertilization on the P accumulation and leaching in vegetable greenhouse soil[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2015,26(2):466-472.(in Chinese)

[14]林超文,龐良玉,羅春燕,等.平衡施肥及雨強(qiáng)對紫色土養(yǎng)分流失的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2009,29(10):5552-5560.Lin C W,Pang L Y,Luo C Y,et al.Effect of balanced fertilization and rain intensity on nutrient losses from a purple soil in Sichuan[J].Acta Ecologica Sinica,2009,29(10):5552-5560.(in Chinese)

[15]國家環(huán)境保護(hù)局.GB5084-92,農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1992.Ministry of Environmental Protection of PRC. GB5084-1992,standards for irrigation water puality[S]. Beijing:China Standards Press,1992.(in Chinese)

[16]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,1999:12-14,147-148,168-169,180-181.Lu R K.Soil argrochemistry analysis protocoes[M].Beijing:China Agriculture Science and Technology Press,1999:12-14,147-148,168-169,180-181.(in Chinese)

[17]中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).NY 525-2011·有機(jī)肥[S].北京:中華人民共和國農(nóng)業(yè)部,2011.Agricultural Industry Standard of the People’s Republic of China.N Y 525-2011·organic fertilizer[S].Beijing:Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China,2011.(in Chinese)

[18]Sharpley A N,Chapra S C,Wedepohl R,et al.Managing agricultural phosphorus for protection of surface waters:issues and options[J].Journal of Environmental Quality,1994,23(3):437-451.

[19]楊學(xué)云,Brookes P C,李生秀.土壤磷淋失機(jī)理初步研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2004,10(5):479-482.Yang X Y,Brookes P C,Li S X.Preliminary study on mechanism of phosphorus leaching in cumulic cinnamon soil[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2004,10(5):479-482.(in Chinese)

[20]Brock E,Ketterings Q,Kleinman P.Phosphorus leaching through intact soil cores as influenced by type and duration of manure application[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems,2007,77(3):269-281.

[21]張作新,劉建玲,廖文華,等.磷肥和有機(jī)肥對不同磷水平土壤磷滲漏影響研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2009,28(4):729-735.Zhang Z X,Liu J L,Liao W H,et al.The effect of phosphate fertilizer and manure on phosphorus leaching in different phosphorus levels soil[J].Journal of Agro-environment Science,2009,28(4):729-735.(in Chinese)

[22]金圣愛,王恒,劉慶花,等.山東壽光設(shè)施菜地富磷土壤磷素淋溶特征研究[J].土壤通報,2010,41(3):577-581.Jin S A,Wang H,Liu Q H,et al.Phosphorus leaching characteristics of the phosphorus-rich soils in protected field production in Shouguang[J].Chinese Journal of Soil Science,2010,41(3):577-581.(in Chinese)

[23]Djodjic F,Borling K,Bergstrom L.Phosphorus leaching in relation to soil type and soil phosphorus content[J].Journal of Environmental Quality,2004,33:678-684.

[24]魯如坤,時正元.退化土壤肥力障礙特征及重建措施Ⅲ:典型地區(qū)紅壤磷素積累及其環(huán)境意義[J].土壤,2001,33(5):227-231.Lu R K,Shi Z Y.Fertility obstruction character and reestablishment of degraded soil Ⅲ:phosphorus accumulation and its environmental significance in red soil region[J].Soil, 2001,33(5):227-231.(in Chinese)

[25]Schulten H R,Leinweber P.New insights into organic-mineral particles:composition,properties and models of molecular structure[J].Biology and Fertility of Soils,2000,30(5):399-432.

[26]Jiao Y,Whalen J K,Hendershot W H.Phosphate sorption and release in a sandy-loam soil as influenced by fertilizer sources[J].Soil Science Society of America Journal,2007,71(1):118-124.

Effects of Bio-active Humic Acid Fertilizer on Phosphorus Leach-loss and Runoffloss under Simulated Conditions

MA Jin-feng1, ZHU Chang-xiong1, LI Hong-na1, GENG Bing1, ZHANG Li1, SHA Jing-jing2
(1．Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081,China; 2．North China Sea Environmental Monitoring Center, State Oceanic Administration, Qingdao 266033)

The movability of phosphorus (P) in the vertical and horizontal directions was investigated with the application of bio-active humic acid fertilizer (BHA) under simulated leaching and runoff experiments. Outdoor leaching and runoff experiments were also conducted with the Chinese cabbage planting, in which the effects of BHA on the growth and yields of the Chinese cabbage and their risk on the water quality were investigated as well.Treatments with chemical fertilizer (CF) and no phosphorus application (NOP) were carried out as control. The results showed that, (1) after watering for eight times, the highest and average value of TP content in the water for BHA treatment were higher than that for CF and NOP treatments, both in simulated leaching and runoff experiments;but there were no significant difference on P leach-loss amount and leach-loss rate among the three treatments. Also there was no significant difference on P runoff-loss amount and runoff-loss rate between BHA and CF treatments.Nevertheless, P runoff-loss amount and runoff-loss rate for the two treatments were both significant higher than that for the NOP treatment (P runoff-loss amount of BHA and CF treatment was 208.96% and 147.01% higher than NOP treatment, respectively; and P runoff-loss rate of BHA and CF treatment was 1.98% and 1.39% higher than NOP treatment, respectively). (2) As for the outdoor leaching and runoff experiments, there was no significant difference on growth status of the Chinese cabbage between BHA and CF treatment, and both of them were significantly better than that for NOP treatment. Moreover, the yield of the Chinese cabbage and the P content in the vegetable were significantly higher in the CF treatment than that in the BHA and NOP treatment. There was no significant difference on P leach-loss amounts between BHA and CF treatment, while both of them were significant higher than NOP treatment. Nevertheless, P runoff-loss amount of BHA treatment was significant higher than that with CF and NOP treatments (78.52% and 82.48%, respectively). As a result, it was pointed out that, although P in CF treatment was easier to be absorbed by Chinese cabbage than BHA treatment, the two treatments showed no significant differences on the growth of vegetables. P loss was easier from runoff solution rather than leaching solution after BHA was applied, and thus it was suggested that immediate irrigation, especially broad irrigation, should be avoided.

Bio-active Humic Acid; Phosphorus; Leaching; Runoff; Eutrophication

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.11.002

馬金奉,朱昌雄,李紅娜,等.模擬條件下生物腐殖酸肥對土壤磷素淋失及流失的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2017,38(11):699-708

2017-02-20**

。E-mail：lihongna828@163.com

國家水污染控制與治理科學(xué)與技術(shù)重大工程（2014ZX07101-012-001；2013ZX07103-006）；國家科技支撐計劃“重金屬超標(biāo)農(nóng)田安全利用技術(shù)研究與示范”項目（2015BAD05B01）

馬金奉（1989-），女，博士生，研究方向為生態(tài)農(nóng)業(yè)與清潔生產(chǎn)。E-mail：majinfeng00@126.com