不同酸化劑對(duì)石灰性土壤pH值、磷有效性的影響

張皓禹，黃志華，王 娟，張 君，孟超然，危常州

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832003）

新疆由于其地理位置和氣候條件，大多數(shù)土壤為石灰性土壤，具有較高的pH值（7.5～8.5）和碳酸鈣含量，導(dǎo)致磷在土壤中的移動(dòng)性弱，易被固定，降低其有效性［1-2］。在土壤中施用酸化劑，可降低土壤pH值［3-4］，但不同的酸化劑其機(jī)理不同，例如，硫酸銨可通過(guò)利用植物的代謝產(chǎn)生分泌酸，在植物根際產(chǎn)生酸化效果，提高土壤中有效磷含量［5］，而磷酸脲可通過(guò)其酸性直接酸化土壤。大量研究表明低分子量有機(jī)酸、酸性物質(zhì)（磷酸二氫銨、硫磺等）和生理酸性肥料等施入土壤后，均可通過(guò)影響土壤的pH值，對(duì)土壤養(yǎng)分有效性產(chǎn)生影響［6-7］。由于土壤自身具有較強(qiáng)的緩沖作用，對(duì)施入的酸化劑起到鈍化的作用，大面積的改善土壤需投入大量的酸化劑才可實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的成本較高，經(jīng)濟(jì)上不可行。滴灌是一種高頻次，局部供水的灌溉技術(shù)，結(jié)合施肥，能將灌溉水和肥液同時(shí)輸入到農(nóng)作物根系附近的土壤中［8-9］。因此，滴灌條件下施用酸化劑，可降低酸化劑的用量和成本，可能是一種提高石灰性土壤有效性的途徑。

本試驗(yàn)以滴灌為背景少量多次施用酸化劑，研究其對(duì)石灰性土壤養(yǎng)分有效性及對(duì)玉米磷養(yǎng)分吸收的影響，以期對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中提高石灰性土壤中滴灌施肥的酸化技術(shù)和提高石灰性土壤磷素有效性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年在新疆天業(yè)農(nóng)科所試驗(yàn)田進(jìn)行，供試土壤為灌耕灰漠土，質(zhì)地為壤土，供試土壤基礎(chǔ)肥力為：pH值 8.57，有機(jī)質(zhì)11.27 g/kg，堿解氮77.63 mg/kg，有效磷 12.45 mg/kg，速效鉀 317 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，采用磷酸脲和硫酸銨作為土壤酸化劑，包括（1）CK（磷酸一銨，P2O5=120 kg/hm2）；（2）化學(xué)酸性酸化劑（磷酸脲，相當(dāng)于P2O5=60 kg/hm2的等價(jià)酸），記作 UP60；（3）化學(xué)酸性酸化劑（磷酸脲，相當(dāng)于P2O5=120 kg/hm2的等價(jià)酸），記作UP120；（4）生理酸性酸化劑（硫酸銨+氯甲基吡啶，相當(dāng)于P2O5=60 kg/hm2的等價(jià)酸），記作AS60；（5）生理酸性酸化劑（硫酸銨+氯甲基吡啶，相當(dāng)于P2O5=120 kg/hm2的等價(jià)酸），記作AS120。各處理通過(guò)滴灌系統(tǒng)稀釋后追施的方式施入土壤，其中硫酸銨處理加入氯甲基吡啶是為了抑制硝化作用，保持N形態(tài)為NH4+。施肥量參照常規(guī)大田種植，各處理均施氮肥N 300 kg/hm2，磷肥 P2O5120 kg/hm2，鉀肥 K2O 90 kg/hm2，肥料品種為尿素（N 46%）、磷酸一銨（P2O561%）和硫酸鉀（K2O 54%）。

具體追肥方案為：酸化劑全部用于追施，20%的氮肥和全部鉀肥做基肥，其余隨水滴施，磷肥全部用作追肥，酸化劑全部用于追施，由于磷酸脲和硫酸銨含量有氮磷養(yǎng)分，不足的磷素用磷酸二氫銨補(bǔ)足，不足的氮素用尿素補(bǔ)足。

酸化劑施用量計(jì)算方法：假定磷酸在土壤中釋放2個(gè)H+，將施肥量折算成P mol數(shù)乘以2為酸化劑mol數(shù)，相應(yīng)硫酸銨的等價(jià)酸即以此mol數(shù)換算成硫酸銨的數(shù)量即為硫酸銨的施肥量。硫酸銨只有被作物吸收后釋放的H+，才具備（根際）酸化作用。假定硫酸銨的利用率為50%，基于等酸量原則確定硫酸銨的施用量為對(duì)應(yīng)理論酸mol數(shù)的2倍。本研究中以P2O5=60 kg/hm2為基礎(chǔ)，計(jì)算相當(dāng)于磷酸的mol數(shù)，并換算為相當(dāng)于磷酸脲或硫酸銨的mol數(shù)。在此基礎(chǔ)上確定各處理的酸化劑用量。具體為：UP60、UP120、AS60、AS120試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，各處理重復(fù)3次，共計(jì)15個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積 16 m×2 m=32 m2。供試作物玉米，品 種 SC 704（Zea mays L.）。 玉 米 株 距 為 20 cm，株行距配置40-60-40 cm，一膜一管兩行，理論株數(shù)為9×104株/hm2。全生育期灌水10次，總灌水量為5 400 m3/hm2。灌溉時(shí)期、灌量及追肥用量如表1所示，其它田間管理按當(dāng)?shù)卦耘啻胧┻M(jìn)行管理。

表1 灌溉時(shí)期、灌量及追肥用量

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤樣品

于第3次施肥和第6次施肥后在距滴灌帶滴頭10 cm處不同土層深度（0～10，10～20，20～40 cm）進(jìn)行取樣測(cè)定（取至少5點(diǎn)進(jìn)行混合）。

土壤pH值：1∶2.5的土水比，震蕩3 min，靜置，用pH儀測(cè)定。

土壤中有效磷測(cè)定：用pH=8.5的0.5 mol/L NaHCO3浸提土樣，鉬銻抗比色法。

1.3.2 植株樣品

于苗期、抽雄期和成熟期取各小區(qū)代表性植株5株；分莖、葉、穗軸、籽粒、苞葉5個(gè)部分，植株鮮樣于 105 ℃殺青 30 min，80℃烘干 72 h 后稱重，粉碎待測(cè)。

植株磷的測(cè)定：稱取各器官一定量植株樣品，用H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法測(cè)磷。

生物學(xué)產(chǎn)量：每次取植株樣后，分不同器官烘干至恒重稱重，測(cè)定生物量。

產(chǎn)量和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)：在玉米成熟后，選取6.67 m2對(duì)各處理進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，測(cè)定其穗行數(shù)，行粒數(shù)，穗粒數(shù)，千粒重，理論產(chǎn)量和實(shí)測(cè)產(chǎn)量。

1.3.3 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算

作物磷素累積量（kg/hm2）= 植株磷含量（%）×單位面積干物質(zhì)重（kg/hm2）

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，采用SPSS 17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型酸化劑對(duì)土壤pH值的影響

施用酸化劑可顯著降低土壤pH值（圖1）。第3次施肥后，各處理土壤pH值隨著土層的增加而上升。在0～10 cm土層中，與CK相比，各處理土壤pH值均顯著降低，分別降低0.1、0.04、0.11和0.07個(gè)單位，同時(shí)比較高濃度和低濃度酸化劑土壤pH值大小依次為：UP120＜AS120、UP60＜AS60；在10～20 cm土層中各處理差異不顯著；在20～40 cm土層中UP60、AS60和UP120處理與CK相比差異不顯著，AS120處理較CK相比顯著降低；第6次施肥后，0 ～10 cm土層中，較CK相比，UP60、UP120和AS120處理土壤pH值顯著降低，分別降低了0.12、0.13和0.07個(gè)單位，等酸量間化學(xué)酸化效果優(yōu)于生理酸化；在10～20 cm土層中各處理的土壤pH值與CK相比差異不顯著；在20～40 cm土層中生理酸化優(yōu)于化學(xué)酸化的效果，但差異不顯著。

圖1 不同類型酸化劑對(duì)土壤pH值的影響

2.2 不同類型酸化劑對(duì)土壤有效磷的影響

施用酸化劑可以顯著增加土壤有效磷含量，隨著土層深度的增加土壤有效磷含量減少（圖2）。第3次施肥后，0～10 cm土層中，UP60、AS60、UP120和AS120處理較CK土壤有效磷含量均顯著增加，分別增加了 4.90、8.62 、12.78 和 17.68 mg/kg，較CK分 別 提 高 了15.55%、27.35%、40.54%和56.08%；10 ～20 cm土層中土壤有效磷含量表現(xiàn)為AS120>UP120>AS60>UP60>CK，AS60和UP60處理差異不顯著；20～40 cm土層中UP60和AS60處理與CK相比差異不顯著，AS120處理土壤有效磷含量最高，達(dá)35.87 mg/kg。第6次施肥后，在0～20 cm土層中酸化處理土壤有效磷含量顯著高于CK處理，0～40 cm土層中化學(xué)酸化處理土壤有效磷含量顯著高于生理酸化處理。比較第3次施肥后與第6次施肥后土壤有效磷含量，化學(xué)酸化處理和生理酸化處理土壤有效磷含量呈降低趨勢(shì)，原因可能與玉米生育中后期對(duì)磷素的吸收較大有關(guān)。

圖2 不同類型酸化劑對(duì)土壤有效磷含量的影響

圖3 不同類型酸化劑對(duì)玉米干物質(zhì)積累量的影響

2.3 不同類型酸化劑對(duì)玉米干物質(zhì)積累量的影響

由圖3可知，隨著生育天數(shù)的增加，玉米干物質(zhì)積累量呈增加趨勢(shì)。在出苗后37 d時(shí)，各處理間干物質(zhì)積累量差異不顯著；在出苗后68 d，UP60、AS60、UP120和AS120處理分別較CK增加了 1.59、3.52、3.25和 9.94 t/hm2，分別提高了12.62%、27.98%、25.87%和78.96%；出苗后120 d UP120和AS120處理干物質(zhì)積累量顯著高于CK、UP60和AS60處理。

2.4 不同類型酸化劑對(duì)玉米磷素積累量的影響

由圖4可知，玉米磷素積累量與玉米干物質(zhì)積累呈現(xiàn)一致的規(guī)律。出苗后37 d處于玉米拔節(jié)期，該時(shí)期玉米吸磷量較少，同時(shí)由于沒(méi)有投入酸化劑，因此各處理間磷素積累量差異不顯著；在出苗后68 d，AS120處理磷素積累顯著高于其他處理，UP60較CK差異不顯著；在出苗后120 d，AS120處理磷素積累量與AS60處理差異不顯著，但顯著高于其他處理，表明施入高濃度的酸化劑能夠促進(jìn)玉米對(duì)磷素的吸收。

圖4 不同類型酸化劑對(duì)玉米磷素積累量的影響

2.5 不同類型酸化劑對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表2可知，UP60和AS60與CK處理的實(shí)測(cè)產(chǎn)量差異不顯著；UP120處理顯著高于UP60，但與AS120、AS60和CK處理無(wú)顯著差異；AS120處理顯著高于CK處理，較CK增產(chǎn)了8.30%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素看，各處理間千粒重與行粒數(shù)差異不顯著，UP60處理的穗行數(shù)顯著低于其他處理，但與AS60處理無(wú)顯著差異。

表2 不同類型酸化劑對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

3 討論

相關(guān)研究已表明酸性物質(zhì)的施入使土壤pH值顯著降低，是提高土壤養(yǎng)分有效性及作物吸收的主要原因［10-12］。本研究結(jié)果表明，酸化劑投入的酸化效果主要集中在表層土壤中，隨著土層深度的增加，酸化效果越弱，磷酸脲主要在0～10 cm土層酸化效果較為顯著，在10～40 cm土層中土壤pH值下降，但酸化效果較對(duì)照相比差異不顯著，而硫酸銨在0～10 cm 土層中具有較佳的酸化效果，在20～40 cm同樣存在一定的酸化作用，并且隨著酸化劑投入濃度的增高酸化效果越明顯，但本文沒(méi)有進(jìn)行最適濃度的探索，亟需進(jìn)一步研究，為酸化劑在實(shí)際生產(chǎn)中推廣提供理論依據(jù)；同時(shí)兩種酸化劑的施用與CK處理相比可以提高土壤有效磷含量，投入酸化劑后土壤0～10 cm 土層pH值下降了0.04～0.11個(gè)單位，但對(duì)于土壤有效磷含量卻增加4.90～17.68 mg/kg，表明在土壤pH值小幅度的降低，就可以使土壤中磷素的活化程度加??；土壤缺磷屬于典型的非生物逆境［13-14］，本研究中施入兩種類型的酸化劑均能夠促進(jìn)玉米對(duì)磷素的吸收，等養(yǎng)分用量投入下，酸化處理植株吸磷量均優(yōu)于CK處理，其中以AS120處理植株吸磷量最佳，較CK提高了26.75%，表明酸化劑通過(guò)活化土壤養(yǎng)分，提高土壤有效磷含量進(jìn)而影響玉米對(duì)磷素的吸收，提高玉米產(chǎn)量。從生產(chǎn)實(shí)踐角度來(lái)說(shuō)，如今增肥不增產(chǎn)的現(xiàn)象嚴(yán)重，過(guò)量施用磷肥會(huì)使磷素在土壤中大量富集，導(dǎo)致磷素面源污染［15］，因此在可以保障產(chǎn)量的基礎(chǔ)上減少肥料的投入量，提高肥料利用率，減少土壤環(huán)境的污染是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。硫酸銨和磷酸脲本身就是肥料，通過(guò)肥料品種的選擇來(lái)優(yōu)化施肥效果，提高肥料增產(chǎn)作用并活化土壤養(yǎng)分，是減肥增效的最佳方法之一。

土壤pH值是影響石灰性土壤養(yǎng)分有效性的主要原因之一，而石灰性土壤的基本特征為pH值較高，基本保持在7.5～8.5之間，主要是由于碳酸鈣的緩沖作用造成［16-17］，研究表明酸性物質(zhì)的施入使土壤pH值顯著降低，是提高養(yǎng)分有效性及產(chǎn)量的主要原因［18-19］，張莉等研究表明施入磷酸脲使土壤pH值下降2.69個(gè)單位，減輕堿脅迫對(duì)菠菜生長(zhǎng)的抑制作用，提高了菠菜的生物量［20］；劉健等研究發(fā)現(xiàn)磷酸脲在水中呈酸性，隨水施入土壤，可以提高植物對(duì)肥料的利用率，與尿素配施可減少氮的揮發(fā)損失［21］；汪以等研究發(fā)現(xiàn)硫酸銨與過(guò)磷酸鈣配合施用提高小麥產(chǎn)量36%左右［22］；馬紅紅等研究發(fā)現(xiàn)硫酸銨使土壤酸化，明顯提高飼料玉米產(chǎn)量和促進(jìn)養(yǎng)分吸收［23］；楊玉珍研究表明，施用硫酸銨相比磷酸脲更利于降低土壤pH值，增加水溶性鈣含量，施用磷酸脲利于果實(shí)鈣素吸收和臍腐病防治［24］。趙紅華研究發(fā)現(xiàn)在棉花大田中施用硫酸、磷酸脲和硫酸銨+氯甲基吡啶3種酸化劑中，硫酸銨表現(xiàn)出最強(qiáng)的酸化效果［10］。本試驗(yàn)中兩種酸化劑都在滴灌條件下施入土壤，均具有局部酸化作用，但硫酸銨的酸化作用強(qiáng)于磷酸脲，第3次施肥后，AS120和UP120處理在0～10 cm土層的pH值分別為8.15和8.13，兩者差異不明顯，但AS120和UP120處理的土壤有效磷含量分別為49.21和44.30 mg/kg，AS120處理的土壤有效磷含量明顯高于UP120處理，并且AS120處理的玉米植株干物質(zhì)量、玉米磷素累積量和產(chǎn)量均高于UP120處理。原因可能是銨態(tài)氮需要經(jīng)過(guò)作物吸收和轉(zhuǎn)化后才能起到酸化效應(yīng)，其作用比化學(xué)酸性更為持久。因此實(shí)際生產(chǎn)中合理的選擇酸化劑類型是活化土壤養(yǎng)分并提高石灰性土壤上農(nóng)田養(yǎng)分資源高效利用的又一重要途徑。

4 結(jié)論

滴灌條件下，磷酸脲的酸化效果主要存在于0～10 cm土層中，UP60及UP120兩個(gè)處理的pH值較CK處理分別下降了0.1和0.11個(gè)單位。硫酸銨的酸化效果存在于0～40 cm土層中，總體看，硫酸銨的酸化效果優(yōu)于磷酸脲的酸化效果，且投入酸化劑量越大，土壤酸化強(qiáng)度越大。滴灌條件下，酸化劑的投入可以顯著提高土壤有效磷的含量，并提高玉米對(duì)磷素的吸收，其中以AS120效果最佳。在等養(yǎng)分量投入下，相當(dāng)于P2O5=120 kg/hm2等價(jià)酸的化學(xué)酸化劑和生理酸化劑均提高玉米產(chǎn)量，增產(chǎn)率為8.3%。