夏填閑作物不同密度種植對設(shè)施土壤磷素的吸收與磷風(fēng)險阻控

王大鳳 王思瑤 侯琨

摘要：降低設(shè)施菜田磷面源污染對提升菜田土壤質(zhì)量意義重大。以甜玉米為供試材料，設(shè)計常規(guī)密度（TZ）、高等密度（TG）、超高密度（TC）3個不同栽培密度處理，研究不同種植密度處理對設(shè)施菜田土壤磷素吸收與風(fēng)險阻控的影響。試驗結(jié)果表明，TC處理總生物量顯著高于TZ處理，總生物量達(dá)24 485.50 kg/hm2。TC、TG處理的總吸磷量顯著高于TZ處理，TC處理吸磷量最高，達(dá)92.56 kg/hm2。在0～30 cm土層，與種植前期相比，后期TG處理的表層土壤有效磷含量的降幅最大，為18.1%，且對下層土壤有效磷含量降低更為明顯。在常規(guī)休閑期種植高密度填閑甜玉米可作為緩解和阻控設(shè)施菜田土壤磷面源污染的有效途徑。

關(guān)鍵詞：填閑作物;栽培密度;設(shè)施;土壤磷;吸收與阻控

中圖分類號： X53;S513.06? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）11-0286-04

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，設(shè)施菜田面積不斷增加。相應(yīng)地，設(shè)施農(nóng)田氮磷素投入量越來越高，進(jìn)而土壤磷素積累日益明顯[1]。研究表明，天津市集約化設(shè)施菜田土壤有效磷含量達(dá)到150 mg/kg，遠(yuǎn)超過農(nóng)田磷素環(huán)境風(fēng)險閾值[2-3]。設(shè)施農(nóng)田磷素面源污染問題凸顯，嚴(yán)重制約著設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。近些年來，填閑作物成為控制設(shè)施菜田面源污染的一個有效生物途徑[4]。填閑作物是指在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，利用上茬蔬菜收獲后的閑暇時間種植短季作物，以保持土壤質(zhì)量，改善后茬作物的生長發(fā)育[5]?；诖?，本研究通過在設(shè)施菜田休閑期間，種植不同栽培密度的填閑作物吸收土壤中的磷素，以降低土壤磷的環(huán)境負(fù)荷，阻控土壤磷向下運移，旨在為設(shè)施農(nóng)田磷素污染控制提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況及供試材料

研究位于天津市武清區(qū)北部的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地。該基地的設(shè)施溫室大棚建于2002年，棚室均為有后墻的設(shè)施大棚，大棚占地面積為666.7～1 333.4 m2。設(shè)施大棚生產(chǎn)模式以冬春茬種植果菜類、秋冬茬種植葉菜類為主，7—8月份為休閑季，歇棚。冬春茬蔬菜施肥量大，尤其是有機(jī)肥投入量較高，秋冬茬蔬菜施肥量較低。試驗大棚土壤類型為潮土，質(zhì)地為中壤，土壤地力較高，其中土壤有效磷含量為570 mg/kg，該土壤磷環(huán)境存在高風(fēng)險。

填閑材料為超甜玉米，品種為夏王先鋒，由北京中科裕豐種子有限公司生產(chǎn)，生育期為85 d，常規(guī)種植密度為 45 000株/hm2。

1.2 試驗處理與管理

本試驗于冬春茬番茄收獲后進(jìn)行，同設(shè)3個不同種植密度處理：常規(guī)密度（TZ），株行距44 cm×50 cm，種植密度 45 000株/hm2;高等密度（TG），株行距30 cm×50 cm，種植密度67 500株/hm2;超高密度（TC），株行距22 cm×50 cm，種植密度90 000株/hm2。每個處理3次重復(fù)，試驗小區(qū)面積為63 m2（6.0 m×10.5 m）。

試驗過程不施用任何肥料。2017年5月27日播種，次日灌水，6月18日定植。分別在生長過程的前期和后期進(jìn)行2次長勢調(diào)查，于9月9日收獲，測定生物量，同時采集土樣與植物樣，以測定磷素等指標(biāo)。

1.3 測試方法

1.3.1 長勢的測定 在試驗開始后分別在2017年7月9日（前期）、9月9日（后期）測定株高、莖粗、葉長、葉寬、葉綠素含量（SPAD值）、凈光合速率。每個試驗小區(qū)隨機(jī)選取5株長勢與小區(qū)玉米平均長勢一致的樣株進(jìn)行測定。其中，株高為莖基部至頂葉的高度，莖粗為從地表開始玉米莖第1節(jié)間中部的直徑（用游標(biāo)卡尺測定），葉片選取頂部倒三葉，分別測定葉長、葉寬、葉色、凈光合速率，葉長、葉寬用于計算葉片的葉面積（葉面積=葉長×葉寬×0.75[6-7]），葉綠素含量用葉綠素儀測定，凈光合速率采用光合速率儀測定。

1.3.2 不同部位生物量的測定 收獲時，分區(qū)測定小區(qū)鮮植株和果穗總產(chǎn)量，再隨機(jī)取出4～8株大小一致的玉米果穗，脫粒后混勻，取20～30 g（精確到0.000 1 g）在105 ℃下烘干，計算含水量和干籽粒產(chǎn)量。同時隨機(jī)取小區(qū)平均長勢玉米植株3株，將根、莖、葉、果穗外皮、籽粒、果軸分開分別稱質(zhì)量，計算不同部位的鮮質(zhì)量比，以折算成小區(qū)的玉米不同部位的總鮮質(zhì)量，同時在105 ℃下烘干1 h殺青，再于75 ℃烘干至恒質(zhì)量制備相應(yīng)的樣品，測定不同部位含水量，最后計算不同部位干生物量。

1.3.3 植物全磷、土壤有效磷和水溶性磷含量的測定 植物全磷含量采用濃硫酸-H2O2消煮、釩鉬黃比色法測定;土壤有效磷含量采用NaHCO3溶液浸提、鉬藍(lán)比色法測定;土壤水溶性磷含量采用CaCl2溶液浸提、鉬藍(lán)比色法測定。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用DPS 7.05進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對填閑作物生長的影響

由表1可知，株高以TC處理最高，為 157.67 cm，TZ處理最低，為143.30 cm。莖粗以TZ處理最大，為3.66 cm，其次是TG處理，最小的為TC處理?？梢?，隨著種植密度的增加，植株高度未受影響，但莖粗的增長受到了抑制。不同處理的葉面積隨密度的增大而增加，TC處理最高，為576.65 cm2，TZ處理最低，為532.79 cm2。不同處理的葉綠素和光合速率指標(biāo)在TZ處理下均較高，而在TC處理下有所降低，但差異均不顯著。從前期整體長勢看，在所有處理中，超高密度處理的株高和葉面積均最高，長勢略優(yōu)，其次為高密度處理。

由表2可知，不同處理間的株高長勢與生長前期相同，均為TC處理最高（300.67 cm），TZ處理最低（292.63 cm）。不同處理的莖粗、葉面積、葉綠素含量均表現(xiàn)為TZ>TG>TC處理，其中TZ處理的莖粗顯著高于TG、TC處理。作物生長后期凈光合速率以TC處理最高，為47.77 μmol/（m2·s），不同處理間沒有顯著差異。總體來看，試驗后期超高密度處理的株高雖最高，但莖粗增長明顯較慢，葉面積的增長也低于常規(guī)密度和高密度處理，可見，超高密度處理植株長勢趨緩。

2.2 不同處理對填閑作物生物量的影響

如表3、圖1所示，TZ和TG處理生物量均表現(xiàn)為莖>果穗>葉>根。TZ處理莖部生物量最高，為7 036.53 kg/hm2，占總生物量的37.4%，果穗、葉的生物量分別占總生物量的26.2%、23.8%，根部生物量最低，占總生物量的12.5%。TG處理莖部生物量較高，為9 441.62 kg/hm2，占總生物量的 39.2%，果穗、葉、根的生物量分別占總生物量的25.2%、21.6%、14.1%。TC處理不同部位生物量表現(xiàn)為莖>葉>果穗>根。莖部生物量最高，為9 658.54 kg/hm2，占總生物量的39.4%，葉、果穗的生物量分別占總生物量的24.9%、22.7%，根部生物量最低，占總生物量的13.0%。隨著種植密度增加，莖葉生物量逐漸增加，果穗生物量在超高密度處理下出現(xiàn)下降。TC、TG處理的根、莖、葉、果穗總量和總生物量均顯著高于TZ處理。從果穗來看，3個處理均是籽粒的生物量最高，占果穗生物量的50%左右。不同處理的籽粒產(chǎn)量以TG處理最高，顯著高于TZ處理，但TZ與TC處理差異不顯著（表4）。不同處理中，總生物量以TC處理最高，為 24 485.50 kg/hm2，比TG處理高1.57%，但TC與TG之間差異不顯著。

2.3 不同處理對設(shè)施土壤磷素吸收的影響

填閑作物磷的吸收量是跟據(jù)作物生物量和磷含量計算的。如表4、圖2所示，TZ、TG處理不同部位對磷元素的吸收均表現(xiàn)為莖>果穗>葉>根。TZ處理莖部吸磷量為 23.77 kg/hm2，約占總吸磷量的34.0%，果穗、葉的磷素吸收量分別占總吸磷量的27.3%、24.5%，根部吸磷量最低，為9.87 kg/hm2，約占吸磷總量的14.1%;TG處理莖部吸磷量較高，為29.16 kg/hm2，占吸磷總量的31.7%，果穗、葉和根的磷素吸收量分別占總吸磷量的26.2%、23.2%和18.9%;TC處理不同部位吸磷量表現(xiàn)為莖>葉>果穗>根。莖部吸磷量最高，為29.28 kg/hm2，占吸磷總量的31.6%，根部吸磷量最低，為14.98 kg/hm2，約占吸磷總量的16.2%，葉、果穗的磷素吸收量分別占總吸磷量的26.6%、25.6%。 隨著種植密度

的增加，莖、葉的吸磷量逐漸增加，果穗吸磷量在超高密度處理下出現(xiàn)下降。TC和TG處理的莖、根吸磷量均顯著高于TZ處理。對于果穗來說，籽粒的吸磷量最高，占果穗總吸磷量的60%左右。不同處理中，TC處理吸磷總量最高，為 92.56 kg/hm2，TZ處理最低，為69.83 kg/hm2，吸磷總量隨種植密度增加而增加，且TC、TG處理吸磷總量顯著高于TZ處理?？傮w來看，TC處理吸磷量最多，作物吸磷量隨著密度的增加而增加，與生物量的變化基本保持一致。

2.4 不同處理對設(shè)施土壤磷素運移風(fēng)險的影響

如圖3、圖4所示，種植填閑玉米后，不同土層的有效磷、水溶性磷含量均有所降低。不同處理在不同土層的有效磷、水溶性磷含量在種植填閑玉米后期與前期相比均有所降低。0～30 cm土層的有效磷含量較前期降幅最大的是TG處理，為18.1%，其次是TZ處理，降低17.8%，TC處理降幅最小，為17.0%;水溶性磷含量較前期降幅最大的是TZ處理，為 90.0%，TC處理降幅最小，為76.1%。30～60 cm土層的有效磷含量較前期降幅最大的是TZ處理，為50.3%，其次是TG處理，降低47.0%，TC處理最小，為39.2%;水溶性磷含量較前期降幅最大的是TG處理，為86.5%，TC處理最小，為 81.7%。60～90 cm土層有效磷含量較前期降幅最大的是TC處理，為63.4%，其次是TG、TZ處理;水溶性磷含量較前期降幅最大的是TG處理，為93.3%。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

磷元素在土壤中易固定、移動性差、利用率低，在很多情況下成為影響作物生長的限制因子[8]。而設(shè)施大棚施用的有機(jī)肥和磷肥含量過高，導(dǎo)致設(shè)施土壤磷素積累，并引起環(huán)境污染[9]。C4作物甜玉米作為填閑作物具有短期生物量大、耐高溫的特點，在休閑期種植，可以顯著降低積累在土壤中的磷素養(yǎng)分[10]。本試驗不同種植密度處理填閑玉米的生物量為18 800～24 500 kg/hm2，且對設(shè)施土壤中的有效磷含量均有明顯的降低作用，總生物量和吸磷量隨種植密度的增加而增加，雖然超高密度處理與高密度處理已沒有明顯差異，但未達(dá)到設(shè)計理想的試驗結(jié)果，并沒有出現(xiàn)峰值。主要原因為試驗設(shè)計的種植密度是按大田方案設(shè)計的，還需要進(jìn)一步增大種植密度。玉米為深根作物，劉晶淼等研究表明，玉米根系可深達(dá)230 cm，0～120 cm土層中分布有90%的根系;種植玉米后，土壤30～60、60～90 cm土層有效磷與水溶性磷含量均有顯著下降，其原因與玉米根系深層次分布吸收土壤磷素有關(guān)[11]。本研究中，不同處理的甜玉米，TC處理的根、莖吸磷量顯著高于TZ處理，TC處理的磷素吸收表現(xiàn)為莖>葉>果穗>根。試驗結(jié)果表明，隨種植密度的增加，總吸磷量逐漸增加，但并沒又出現(xiàn)峰值;種植填閑作物后，產(chǎn)生的根系分泌物對下茬蔬菜生長初期土壤磷素釋放的影響，本試驗未涉及，可作為后續(xù)研究內(nèi)容。

3.2 結(jié)論

在常規(guī)休閑期種植甜玉米使不同土層有效磷含量明顯降低，對減輕和控制磷素運移帶來的環(huán)境風(fēng)險有重要意義。本試驗結(jié)果表明：（1）超高密度種植的甜玉米長勢最好，但生長強(qiáng)度趨緩;（2）不同處理的閑甜玉米總生物量表現(xiàn)為超高密度>高等密度>常規(guī)密度，最高為24 485.50 kg/hm2，但超高密度與高等密度處理間差異不顯著;（3）不同處理填閑甜玉米對磷的總吸收量表現(xiàn)為超高密度和高密度處理顯著高于常規(guī)密度處理，超高密度處理總吸磷量為92.56 kg/hm2;（4）不同處理填閑甜玉米對設(shè)施土壤中的0～30 cm土層有效磷含量有明顯降低，高等密度處理有效磷含量后期比前期的減少量最多，為 109.71 mg/kg，降低率為18.1%，而在60～90 cm 土層中超高密度處理的有效磷含量的降低率最高。總體來看，超高密度和高密度處理對設(shè)施土壤磷素的吸收和阻控作用明顯好于常規(guī)密度處理。

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