長(zhǎng)期定位施肥對(duì)山東潮土有效磷及磷庫(kù)演變規(guī)律的影響

仲子文+孫翠平+張英鵬+孫明+井永蘋+羅加法+薄錄吉+李彥

摘要：為研究長(zhǎng)期定位施肥對(duì)土壤磷素的影響，在山東潮土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作制度下，通過連續(xù)33年的長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)，研究土壤有效磷變化、磷庫(kù)的演變及兩者比值（PAC）的變化關(guān)系。試驗(yàn)設(shè)8個(gè)處理：不施肥（CK）、氮（N）、氮磷（NP）、氮鉀（NK）、磷鉀（PK）、氮磷鉀（NPK）、減量氮磷鉀（N15PK）和增量氮磷鉀（N25PK），同時(shí)設(shè)置8種不同施肥模式下增施有機(jī)肥處理。結(jié)果表明，對(duì)于土壤全磷、有效磷及PAC值，增施有機(jī)肥處理高于不施有機(jī)肥處理，施用磷肥處理高于不施磷肥處理；隨著年限增加，不施磷肥和只施化學(xué)磷肥由于作物吸收、養(yǎng)分流失及形態(tài)轉(zhuǎn)化等原因?qū)е峦寥懒讕?kù)有所減小，而增施有機(jī)肥處理保持穩(wěn)定；對(duì)于PAC值變化，不施有機(jī)肥處理隨年限增加而降低，增施有機(jī)肥處理隨年限增加而增加，PAC值總體較低，與土壤性質(zhì)有關(guān)。綜合來看，化學(xué)磷肥配施有機(jī)肥更能有效地提高土壤磷含量，保證磷素的供應(yīng)，這為潮土區(qū)施肥管理和土壤培肥提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)期定位施肥；潮土；全磷；有效磷；磷庫(kù)；活化系數(shù)

中圖分類號(hào)：S158.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2017）12-0059-09

Abstract To study the effects of long-term located fertilization on soil phosphorus， the changes of soil available phosphorus （Olsen-P）， the evolution of soil total phosphorus （TP） and the ratio change of Olsen-P to TP （PAC） were studied by 33-year fertilization experiments in winter wheat-summer maize rotation system in Shandong fluvo-aquic soil. Eight treatments were designed as no fertilization （CK）， nitrogen fertilizer （N）， nitrogen and phosphate fertilizer （NP）， nitrogen and potassium fertilizer （NK）， phosphate and potassium fertilizer （PK）， nitrogen-phosphate-potassium fertilizer （NPK）， reduced NPK fertilizer （N15PK）， increased NPK fertilizer （N25PK）. At the same time， eight organic fertilizer added treatments were designed based on the application of inorganic fertilizer same as the above ones. The results showed that TP， Olsen-P and PAC of organic fertilizer added treatments were higher than those without organic fertilizer， and those of the treatments adding phosphate fertilizer were higher than those of no phosphate fertilizer. With the increase of years， soil P pool reduced due to crop absorption， nutrient loss and morphological transformation and other causes under the treatments of without and only phosphate fertilizer， while remained stable under the treatments adding organic fertilizer. The PAC values were generally lower in fluvo-aquic soils， and it could be improved by the application of organic fertilizer. On the whole， the application of chemical phosphate fertilizer combined with organic fertilizer could improve the phosphorus content in soil and ensure the supply of phosphorus nutrition， which provided scientific basis for fertilization management and soil fertility in fluvo-aquic soil.

Keywords Long-term located fertilization； Fluvo-aquic soil； Total phosphorus； Available phosphorus； Phosphorus pool；Activity coefficient

潮土是山東省面積最大的土類，有466.6萬(wàn)公頃，其中耕地410.6萬(wàn)公頃，分別占全省土壤面積和耕地面積的38.53%和48.12%。潮土分布集中，76.5%的潮土面積集中分布在魯西北黃河沖積平原，另外23.5%分布在山地丘陵區(qū)[1]。潮土分布區(qū)地勢(shì)平坦，土層深厚，水熱資源較豐富，適種性廣，是我國(guó)主要的旱作土壤，盛產(chǎn)糧棉。但潮土大部分屬中、低產(chǎn)土壤，加之旱澇災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，尚有鹽堿危害，導(dǎo)致作物產(chǎn)量不穩(wěn)定。因此必須通過合理施肥，提高潮土養(yǎng)分含量，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。長(zhǎng)期定位施肥具有時(shí)間長(zhǎng)期性和氣候代表性等優(yōu)點(diǎn)，既可揭示土壤肥力演變、評(píng)價(jià)肥料效益，又可研究施肥對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的影響[2]。endprint

關(guān)于山東潮土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)對(duì)磷素演變的研究[3，4]并不少，這為潮土地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和地力培育提供了一定的理論依據(jù)。楊軍等[5]探討了長(zhǎng)期施肥條件下潮土土壤有效磷、全磷對(duì)土壤磷素盈虧響應(yīng)，得出土壤磷素盈虧狀況與肥料配施類型密切相關(guān)。信秀麗等[6]研究了潮土長(zhǎng)期施用有機(jī)肥和化肥條件下土壤全磷、有效磷的演變，結(jié)果表明土壤全磷和有效磷的演變都顯著受磷素盈虧的影響，施用有機(jī)肥可增加作物可吸收利用的磷。袁天佑等[3]通過常規(guī)施肥和不施肥處理發(fā)現(xiàn)，不施肥條件下潮土土壤每虧缺磷100 kg/hm2，土壤有效磷下降2.7 mg/kg，常規(guī)施肥下土壤磷每盈余100 kg/hm2，土壤有效磷增加1.2 mg/kg，土壤有效磷變化量與土壤磷素盈虧呈極顯著正相關(guān)。

關(guān)于我國(guó)潮土中磷素的研究很廣泛，但缺乏系統(tǒng)性的研究。因此系統(tǒng)地了解潮土中有效磷含量變化、磷庫(kù)演變及磷活化系數(shù)的變化情況對(duì)提高潮土磷素科學(xué)施用具有重要指導(dǎo)意義。本研究通過山東潮土的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，探討長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤磷素的影響，可為潮土區(qū)施肥管理和土壤培肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于濟(jì)南市山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)院內(nèi)（北緯36°40′，東經(jīng)117°00′），海拔27.5 m，地處亞熱帶，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候。年平均氣溫14.8℃，氣溫大于10℃的積溫4 774℃，年降水量693.4 mm，年蒸發(fā)量444.1 mm，無(wú)霜期216.4 d，年日照時(shí)數(shù)1 870.9 h。

供試潮土土壤成土母質(zhì)為近代河流沉積物，土壤中粘土礦物主要以水云母、綠泥石為主。長(zhǎng)期肥料定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)從1982年秋季開始，試驗(yàn)初始0～20 cm耕層土壤基本性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)處理：不施肥（CK），氮（N），氮磷（NP），氮鉀（NK），磷鉀（PK），氮磷鉀（NPK），減量氮磷鉀（N15PK），增量氮磷鉀（N25PK），每個(gè)小區(qū)1 m2，重復(fù)3次；又設(shè)增施有機(jī)肥處理8個(gè)，無(wú)機(jī)肥施用同前面8個(gè)處理，有機(jī)肥（CK+M），氮和有機(jī)肥（N+M），氮磷和有機(jī)肥（NP+M），氮鉀和有機(jī)肥（NK+M），磷鉀和有機(jī)肥（PK+M），氮磷鉀和有機(jī)肥（NPK+M），減量氮磷鉀和有機(jī)肥（N15PK+M），增量氮磷鉀和有機(jī)肥（N25PK+M），未設(shè)重復(fù)。試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，各處理肥料施用量見表2，其中有機(jī)肥為馬糞，馬糞養(yǎng)分含量平均N 4.75 g/kg，P2O5 4.83 g/kg，K2O 9.90 g/kg。采用小麥-玉米一年兩熟輪作制，小麥季氮肥按50%基施和50%追施，磷、鉀肥均作基肥施用；玉米季氮、磷、鉀肥全部基施。有機(jī)肥試驗(yàn)區(qū)是在此施肥基礎(chǔ)上施用25 t/hm2馬糞，每年秋季小麥播種前施一次。各處理作物地上部分帶走，回田的秸稈N、P、K養(yǎng)分不計(jì)入總量。由于每年的管理措施均一致，考慮到池栽試驗(yàn)的可持續(xù)性和土壤養(yǎng)分變化的不顯著性，1982—1990年每年采集1次土樣，1991—2010年間隔2～3年采集1次土樣，2011年至今5年左右采集1次土樣。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

土壤樣品分析按照統(tǒng)一的方法進(jìn)行，測(cè)定方法見參考文獻(xiàn)[7， 8]。土壤全磷用堿熔—鉬銻抗比色法測(cè)定；速效磷用Olsen法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

土壤磷素活化系數(shù)PAC（%）=Olsen P（mg/kg）/[全磷（g/kg）×1000]×100 。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Micorsoft Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期施肥下土壤全磷的變化趨勢(shì)

磷是植物生長(zhǎng)所必需的大量元素，施磷能夠提高農(nóng)作物產(chǎn)量，是維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)和保障糧食安全的重要手段，其中土壤全磷含量能夠反映土壤磷庫(kù)的大小[9]。因長(zhǎng)期定位微區(qū)試驗(yàn)土樣采集次數(shù)少，并非每年取樣，本研究采用相關(guān)回歸分析研究長(zhǎng)期不同施肥模式對(duì)山東潮土全磷含量變化的影響，如圖1、圖2所示。對(duì)于圖1，幾種不同施肥處理模式下土壤全磷含量均隨著年限的增加而降低，不施磷肥的三種處理（CK、N、NK），由于作物吸收土壤磷等原因，土壤全磷表現(xiàn)為極顯著（P<0.01）下降的趨勢(shì)。土壤施用磷肥后，前8年土壤全磷表現(xiàn)出增加趨勢(shì)；隨著年限增加，全磷含量表現(xiàn)出下降，但與供試前土壤相比變化不大。有研究者認(rèn)為，積累態(tài)磷如果在石灰性土壤中累積時(shí)間超過3年，就有可能轉(zhuǎn)化成土壤天然存在的磷灰石形態(tài)[10]。

對(duì)于圖2，隨著年限的增加，單施有機(jī)肥不施化學(xué)磷肥處理（CK+M、N+M和NK+M）呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)；而化學(xué)磷肥與有機(jī)肥配施處理隨年限增加土壤全磷先增加后趨于穩(wěn)定，與供試土壤（全磷含量1.28 mg/kg）相比，30年時(shí)NP+M、PK+M、NPK+M、N15PK+M和N25PK+M處理土壤全磷含量分別增加39.5%、51.8%、45.1%、34.6%和50.1%。

可見，長(zhǎng)期不施磷肥會(huì)造成土壤中的磷素達(dá)到極缺狀態(tài)；只施用化學(xué)磷肥或只施用有機(jī)肥，由于作物吸收、流失、轉(zhuǎn)化形態(tài)等原因?qū)е峦寥懒讕?kù)有所減小，而無(wú)機(jī)磷肥與有機(jī)肥配施后土壤磷庫(kù)穩(wěn)定，可保證磷素的供應(yīng)。

2.2 長(zhǎng)期施肥下土壤有效磷的變化趨勢(shì)

土壤有效磷（Olsen-P）能直接被農(nóng)作物吸收利用，是土壤供磷水平的重要指標(biāo)之一[11]。長(zhǎng)期不同施肥模式下山東潮土有效磷含量變化如圖3、圖4所示?？梢娫陂L(zhǎng)期不施磷肥的處理（CK、N、NK）中，土壤有效磷基本上不隨年份的延長(zhǎng)而波動(dòng)，土壤有效磷平均含量很低，穩(wěn)定在2.5～2.8 mg/kg，達(dá)到極缺的程度，明顯影響作物產(chǎn)量。對(duì)于施用磷肥的處理，土壤有效磷含量隨種植時(shí)間延長(zhǎng)總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，除NP處理與種植年限呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），其余施用磷肥處理的有效磷含量均與時(shí)間呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）；但由于前8年土壤有效磷表現(xiàn)出快速上升趨勢(shì)，到2010年NP、PK、NPK、N15PK和N25PK土壤有效磷含量分別增加到9.89、18.37、12.66、12.84 mg/kg和20.58 mg/kg，均高于供試土壤（有效磷含量5.90 mg/kg）；不同施肥模式下土壤有效磷含量的大小順序?yàn)镻K>NP>N15PK>NPK>N25PK>NK>CK>N，此結(jié)果與信秀麗等[6]研究結(jié)果一致。由圖4看出，增施有機(jī)肥處理，除了氮磷鉀肥與有機(jī)肥配施外，其余處理土壤有效磷含量隨著種植年限的增加呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢(shì)；但同時(shí)施用磷肥與有機(jī)肥處理的土壤有效磷含量總體較高，2010年時(shí)NP、PK、NPK、N15PK和N25PK土壤有效磷含量分別增加到45.44、69.76、47.10、39.92 mg/kg和28.68 mg/kg，年增量為1.46、2.37、1.53、1.26 mg/kg和0.84 mg/kg，磷鉀增施有機(jī)肥處理有效磷年增量最大，原因可能是由于氮肥的缺失，作物從土壤中吸收帶走的磷素較少。增施有機(jī)肥處理中有效磷含量在1996—1998年明顯增加，可能是由于當(dāng)年有機(jī)肥養(yǎng)分含量相對(duì)較高。與土壤全磷結(jié)論一樣，無(wú)機(jī)磷肥配施有機(jī)肥更能提高土壤中有效磷含量。endprint

2.3 長(zhǎng)期施肥下土壤有效磷與全磷的關(guān)系

用磷活化系數(shù)（PAC）可以表示土壤磷的活化能力，長(zhǎng)期施肥下山東潮土磷活化系數(shù)隨時(shí)間的演變規(guī)律如圖5、圖6所示。對(duì)于不施有機(jī)肥處理，其中不施磷肥的處理（CK、N、NK）中土壤PAC隨施肥時(shí)間均表現(xiàn)為緩慢上升的趨勢(shì)，但是總體偏低，CK、N、NK處理PAC值分別平均為0.28%、0.27%和0.24%，土壤活化率很低；而對(duì)于施用磷肥處理（NP、PK、NPK、N15PK和N25PK），施肥3到8年之間，施磷肥處理的土壤PAC高于2%，說明土壤全磷容易轉(zhuǎn)化為有效磷；但隨施肥時(shí)間延長(zhǎng)土壤PAC值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，種植20年后，土壤全磷和有效磷含量都下降，由于有效磷下降更明顯，PAC值也降低；施肥28年來PAC值平均為1.87%、2.10%、1.71%、1.69%和1.65%，明顯大于不施磷肥處理。

對(duì)于增施有機(jī)肥的各處理，除N25PK+M處理外，其余增施有機(jī)肥處理土壤PAC一直處于上升趨勢(shì)，種植23年時(shí)，CK+M、NP+M、PK+M、NPK+M、N15PK+M和N25PK+M處理的PAC值分別為3.15%、4.66%、4.00%、4.03%、3.85%和2.82%，與供試土壤PAC（0.46%）相比，這幾種處理的PAC值年上升率為0.10%～0.18%。增施有機(jī)肥處理PAC總體值大于無(wú)機(jī)肥處理，黃紹敏等[12]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥處理磷的有效化高于無(wú)機(jī)肥處理。但PAC值及上升速度均明顯低于紅壤土，可見PAC值與土壤類型有一定的關(guān)系；另外PAC值較低也可能與栽池面積較小、微生物群落結(jié)構(gòu)不夠豐富有關(guān)，從而導(dǎo)致土壤有效磷活化率較低。

3 結(jié)論

3.1 磷是作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子，不施用磷肥會(huì)導(dǎo)致土壤磷素缺乏，施用磷肥尤其是磷肥與有機(jī)肥配施能保持土壤磷庫(kù)穩(wěn)定。

3.2 長(zhǎng)期不施磷肥，土壤中有效磷含量降至2.5～2.8 mg/kg，嚴(yán)重影響作物的生長(zhǎng)；施用無(wú)機(jī)磷肥或有機(jī)肥能提高土壤中有效磷含量，但隨著種植年限的延長(zhǎng)也會(huì)轉(zhuǎn)為虧缺狀態(tài)。

3.3 相同施磷量下，由于作物生長(zhǎng)的影響，偏施磷肥處理（NP、PK）土壤磷含量高于平衡施肥處理（NPK、N15PK和N25PK）。

3.4 不施磷肥土壤中磷的PAC值降至0.24%，施用磷肥可提高PAC值，而施用有機(jī)肥更有利于土壤中磷的活化。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 山東省土壤肥料工作站. 山東土壤 [M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 1994.

[2] Laflen J M， Lane L J， Foster G R. WEPP： A new generation of erosion prediction technology [J]. Journal of Soil & Water Conservation， 1991， 46（1）： 34-38.

[3] 袁天佑， 王俊忠， 冀建華，等. 長(zhǎng)期施肥條件下潮土有效磷的演變及其對(duì)磷盈虧的響應(yīng) [J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)， 2017， 31（1）： 125-134.

[4] 南鎮(zhèn)武， 梁斌， 劉樹堂. 長(zhǎng)期定位施肥對(duì)潮土氮素礦化特性及作物產(chǎn)量的影響 [J]. 水土保持學(xué)報(bào)， 2015， 29（6）： 107-112.

[5] 楊軍， 高偉， 任順榮. 長(zhǎng)期施肥條件下潮土土壤磷素對(duì)磷盈虧的響應(yīng) [J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2015， 48（23）： 4738-4747.

[6] 信秀麗， 欽繩武， 張佳寶，等. 長(zhǎng)期不同施肥下潮土磷素的演變特征 [J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2015， 21（6）：1514-1520.

[7] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 第3版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2000.

[8] 中國(guó)土壤學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)化學(xué)專業(yè)委員會(huì). 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法 [M]. 北京：科學(xué)出版社， 1983.

[9] 葉玉適， 梁新強(qiáng)， 李亮， 等. 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 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 35（4）： 1125-1135.

[10]劉世亮， 介曉磊， 李有田， 等. 不同磷源在石灰性土壤中的供磷能力及形態(tài)轉(zhuǎn)化 [J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2002， 36（4）：370-373.

[11]曲均峰， 李菊梅， 徐明崗，等. 中國(guó)典型農(nóng)田土壤磷素演化對(duì)長(zhǎng)期單施氮肥的響應(yīng) [J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009， 42（11）：3933-3939.

[12]黃紹敏， 寶德俊， 皇甫湘榮， 等. 長(zhǎng)期施肥對(duì)潮土土壤磷素利用與積累的影響 [J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2006， 39（1）：102-108.endprint