不同調理劑配合施用對設施土壤磷素吸收與形態(tài)轉化的影響

方紅夏 謝芙蓉 談尕龍

摘要：采用腐植酸、草本生物炭（秸稈炭）、膨潤土、明礬、脫磷石膏5種調理劑及配合施用共設10個處理對高磷土壤磷素轉化與吸收的影響進行研究。結果表明，施加調理劑可以有效提高玉米的株高、莖粗與葉綠素含量。在施加調理劑的各處理中，單施明礬和生物炭+膨潤土+明礬配合施用處理可以有效增加玉米的生物量，提高玉米的吸磷量。單施膨潤土和明礬的處理則可以促進土壤中有機磷的礦化，而單施脫磷石膏以及腐植酸+膨潤土+生物炭+明礬+脫磷石膏配合施用趨于土壤鈍化，減少磷的移動性，降低環(huán)境風險。

關鍵詞：調理劑；高磷土壤；吸收；磷形態(tài)

中圖分類號：S156.2；X53 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）17-0029-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.17.007 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： The effects of a total of ten treatments by the humic acid， herbal biochar （straw charcoal），bentonite，alum，dephosphorylation gypsum five conditioners and ratio on the conversion and absorption of phosphorus in high-phosphorus soil were studied. The results showed that applying conditioners could effectively increase plant height，stem diameter and chlorophyll content of maize. In each treatment to apply conditioner，the single application of alum and co-application treatment of biochar+bentonite+alum could effectively increase the biomass of corn and improve the amount of P uptake of corn. The single application of bentonite and alum could promote the mineralization of organic phosphorus in the soil. Single application of dephosphorization gypsum and humic acid+bentonite+biochar+alum+dephosphorization gypsum with the application tends to passivation of the soil to reduce the mobility of phosphorus and reduce environmental risks.

Key words： conditioner；high-phosphorus soil；absorption；phosphorus form

磷既是地球生命系統(tǒng)中最重要的營養(yǎng)元素之一，又是生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境元素之一[1]。設施菜田不合理的傳統(tǒng)水肥管理方式，導致設施菜田土壤質量不斷下降。在高度集約化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式背景下，由于磷肥施用過多，土壤中的磷素處于過量狀態(tài)[2]。從20世紀80年代，中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)磷素就已開始出現(xiàn)盈余，之后一直處于持續(xù)增加趨勢[3，4]，中國已經(jīng)成為世界上土壤磷素過剩最嚴重的國家之一[5]。磷素含量過高可能使植物產(chǎn)生磷毒害，為水環(huán)境帶來嚴重的潛在威脅[6，7]，降低農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質[8，9]，并且影響土壤環(huán)境。土壤調理劑是一種改善土壤物理化學性狀的物質，土壤調理劑的種類不同，性質、組成和作用機理也不相同[10]。土壤調理劑的主要功能包括改良土壤結構、降低土壤鹽堿危害、調節(jié)土壤酸堿度、改善土壤水分狀況、修復污染土壤等，在農(nóng)業(yè)應用上有很大的潛力。本試驗采用不同調理劑種類與配比對高磷土壤磷素轉化與吸收的影響進行研究，旨在為設施土壤磷素面源污染控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物：糯玉米雪糯2號。

供試調理劑：腐植酸、草本生物炭（秸稈炭）、膨潤土、明礬、脫磷石膏。

供試土壤來自天津市武清區(qū)大孟莊鎮(zhèn)后幼莊村集約化設施菜田。該區(qū)種植制度以黃瓜-番茄為主，棚齡大部分在10年以上，養(yǎng)分投入偏高，土壤磷環(huán)境風險較高。

1.2 試驗處理

將土壤樣品自然風干后過5 mm篩，每盆土重5 kg（盆規(guī)格：高17.4 cm，口徑24.3 cm），分設10個處理：T1空白對照、T2腐植酸（3.13 g）、T3草本生物炭（50 g）、T4膨潤土（25 g）、T5明礬（4.69 g）、T6生物炭（16.66 g）+膨潤土（8.34 g）+明礬（1.56 g）、T7腐植酸（1.03 g）+生物炭（16.66 g）+明礬（1.56 g）、T8腐植酸（0.78 g）+生物炭（12.5 g）+膨潤土（6.25 g）+明礬（1.17 g）、T9腐植酸（0.63 g）+膨潤土（5 g）+生物炭（10 g）+明礬（0.94 g）+脫磷石膏（0.94 g）、T10脫磷石膏（4.69 g）。括號內用量為每盆調理劑用量，設3個重復，每盆栽種3株玉米，等出苗后每盆留2壯株。

試驗種植分為兩茬，種植時間分別為2017年5—7月和9—11月。玉米種植期間每隔2 d灌水一次，每盆每次800 mL。共追施兩次氮肥，每次每盆施用尿素2.17 g。同時玉米生長期間進行長勢調查，測定株高、莖粗、葉色、光合速率、葉片數(shù)等指標。

1.3 測試方法

土壤樣品有效磷、總磷、無機磷含量分別采用鉬藍比色法、HClO4-H2SO4法和北方石灰性土壤的方法[11，12]。植物樣品全磷用H2SO4-H2O2消煮后，用釩鉬黃比色法進行測定。

玉米吸磷量=收獲期植株干物質重×含磷量

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用DPS7.05軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對作物生長與生物量的影響

2.1.1 不同處理對作物長勢的影響 表1、表2分別為玉米第一茬第一個月、第二個月長勢狀況。從表1、表2可以看出，在不同處理玉米植株第一茬第一個月的長勢中，T1空白處理的株高最高，其次為T5、T9處理。但是隨著植株的生長，在植株生長第二個月中，加入調理劑處理的株高增長程度明顯高于不施加調理劑的處理，說明調理劑的施用能有效地提高植株株高，第二個月株高以T6處理最佳，T7、T8、T9等處理次之；第二個月時各處理莖粗表現(xiàn)與株高相同，施加調理劑各處理莖粗均高于T1空白，以T7處理最佳；第一個月葉綠素含量T1空白處理最高，T7次之。第二個月調理劑的施用表現(xiàn)出優(yōu)勢，施加調理劑的各處理葉綠素含量均高于T1空白，T10最佳，T6次之；第一個月玉米植株的光合速率以T9處理最佳，T10次之，第二個月光合速率T8處理最大，T6次之?？梢姡琓6、T7、T8長勢較好。

表3為玉米第二茬第一個月和第二個月長勢狀況。從表3中可以看出，在不同處理玉米植株第二茬第一個月的長勢中，T8處理的株高最高。第二個月株高以T8處理最佳，T10、T6處理次之；各處理莖粗均以T5莖粗最大。玉米植株施加調理劑的各處理葉綠素含量均高于T1空白。第一個月中葉綠素含量以T9處理最佳，其次是T8處理，第二個月則以T3處理最佳，T4次之?？傮w看，T8處理較好。

2.1.2 不同處理對植株總生物量的影響 表4為不同處理玉米植株第一茬和第二茬的生物量。從表4可以看出，在第一茬玉米植株的生物量鮮重和干重中，T6處理的生物量最高，其次是T2、T4、T7等處理；在第二茬玉米植株的生物量鮮重中，T5處理的生物量鮮重明顯高于其他處理，其次是T10、T2處理，生物量干重以T5處理最佳，其次為T2、T6、T10處理。

2.2 不同處理對玉米磷素吸收的影響

圖1為不同處理對第一茬和第二茬玉米對磷素的吸收量，從圖1中可以看出，玉米第一茬生長期間T6處理中玉米植株對土壤中磷素的吸收量最大，其次是T2處理，說明在土壤中施加T6處理的調理劑相較于其他處理提高了玉米的吸磷量，T8處理玉米的吸磷量最低，可能該處理施加的調理劑抑制了玉米對磷素的吸收；對于玉米生長的第二茬，T5處理中的玉米吸磷量最高，T10處理次之。表明施用這些處理的調理劑可能改變了土壤中有效磷水平，使玉米能夠利用的磷含量提高，或者施用后使玉米根際處的pH、微生物、土壤水分等微環(huán)境改變而導致。

2.3 不同處理對土壤磷素形態(tài)變化的影響

2.3.1 不同處理對土壤磷形態(tài)的影響 表5為不同處理對土壤中的無機磷形態(tài)和有機磷形態(tài)的影響，從表5可以看出，土壤中無機磷中T5處理含量最高，其次是T9處理；土壤有機磷含量T4處理最低，T5處理次之；在無機磷占全磷比重中，T4處理最高，其次是T5處理，說明T4和T5處理中施加的調理劑有利于土壤中有機磷的礦化，使有機磷可以轉化為被植物吸收利用的無機磷。

不同處理土壤各級無機磷含量和各級無機磷所占無機磷總量的比重如表6、圖2所示。從表6中可以看出，施加調理劑的各處理中Ca2-P的含量比未施加調理劑處理要低，以T10處理最佳，其次是T9處理。而相對于緩效態(tài)的Ca8-P和Ca10-P中各處理分別是T10和T9處理效果最好，說明施加這兩種處理的調理劑趨向對土壤磷的鈍化，減少了磷的移動性，促進作物對有效磷的吸收，降低了環(huán)境風險。從圖2可以看出，不同處理土壤中無機磷的組成以Ca-P為主，各處理的土壤Ca-P含量均占無機磷總量的70%以上，其余部分為Al-P、Fe-P和O-P，分別占土壤無機磷總量的3%、15%和1.5%左右。其中Ca10-P、Ca8-P所占比例最大。由于盆栽土壤中沒有施加磷肥，Ca2-P會被玉米植株不斷吸收。

2.3.2 不同處理對土壤有效磷的影響 圖3是不同處理對土壤有效磷的影響。從圖3可以看出，土壤有效磷含量大小順序為T8>T5>T4>T1>T6>T3>T2>T7>T10>T9，T9處理有效磷含量相對于其他處理較低，其次是T10處理，說明施加T9處理的調理劑效果最好，對降低磷的環(huán)境風險作用更好。

3 討論與結論

通過盆栽玉米試驗，采用不同調理劑種類與配比對高磷土壤磷素轉化與吸收的影響進行研究。結果表明，對于玉米長勢而言，施加調理劑在玉米生長的第二個月后表現(xiàn)出優(yōu)勢，可以有效地提高玉米株高、莖粗與葉綠素含量，但兩茬調理劑對于長勢效果不同；對于不同處理對玉米生物量的影響，T5和T6處理效果最為突出，有效地增加了玉米生物量的鮮重和干重；綜合兩茬不同處理玉米植株對磷素吸收量的分析，T5和T6處理施加的調理劑種類能有效提高玉米的吸磷量，促進玉米對土壤中有效磷素的吸收，而T8處理卻顯示出相反的效果，抑制了玉米對磷素的吸收；在土壤磷素形態(tài)中，施加T4和T5處理的調理劑有利于土壤中有機磷的礦化，使有機磷轉化為無機磷，能夠被植物更好地吸收與利用；從各級無機磷形態(tài)含量上來看，施加T9和T10處理調理劑減少了土壤中速效性Ca2-P含量并增加了緩效性Ca8-P和Ca10-P含量，體現(xiàn)了對磷的鈍化效果，減少了土壤中磷的移動性，同時這兩種處理的調理劑也有效地降低了土壤中有效磷的含量，對于潛在磷的環(huán)境風險起到了很好的調節(jié)作用。

綜上所述，單施調理劑中明礬、脫磷石膏對于高磷土壤中磷的吸收和轉化效果較好，調理劑組合以生物炭+膨潤土+明礬和腐植酸+膨潤土+生物炭+明礬+脫磷石膏效果最佳，該研究結論只是在盆栽試驗條件下實現(xiàn)的，還需進行田間試驗加以驗證。

參考文獻：

[1] KELLOGG L E，BRIDGHAM S D.Phosphorus retention and movement across an ombrotrophic-minerotrophie peatland gradient[J].Biogeochemistry，2003，63（3）：299-315.

[2] 楊學云.長期施肥條件下塿土磷素累積與淋失研究[D].陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2004.

[3] 魯如坤，劉鴻翔，聞大中，等.我國典型地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和平衡研究III.全國和典型地區(qū)養(yǎng)分循環(huán)和平衡現(xiàn)狀[J].土壤通報，1996，27（5）：193-196.

[4] 周健民，陳小琴，謝建昌.中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分平衡狀況與管理對策[A].周健民.農(nóng)田養(yǎng)分平衡與管理[C].南京：河海大學出版社，2000.

[5] MACDONALD G K，BENNETT E M，POTTER P A，et al. Agronomic phosphorus imbalances across the world's croplands[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2011，108（7）；3086-3091.

[6] 高 超，張?zhí)伊?農(nóng)業(yè)非點源磷污染對水體富營養(yǎng)化的影響及對策[J].湖泊科學，1999，11（4）：369-375.

[7] CHO J Y，HAN K W，CHOI J K，et al.N and P losses from a paddy field plot in central Korea[J].Soil Sci Plant Nut，2002， 48（3）：301-306.

[8] 姜宗慶，封超年，黃聯(lián)聯(lián)，等.施磷量對小麥物質生產(chǎn)及吸磷特性的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2006，12（5）：628-634.

[9] 孫慧敏.施磷量和施磷方式對小麥品質、產(chǎn)量和氮肥利用的影響[D].山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2004.

[10] 栗方亮，張 青，王利民，等.連續(xù)施用土壤調理劑對茄子品質及土壤性狀的影響[J].福建農(nóng)業(yè)學報，2017，32（7）：768-773.

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

[12] 顧益初，蔣柏藩.石灰性土壤無機磷分級的測定方法[J].土壤，1990，22（2）：101-102.