不等量翻壓紫云英處理下黃泥田土壤磷組分的變化

劉彩玲，王 瑞，李 昱，王利民，何春梅*

（1．福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，福建 福州 350013；2．湖北省當(dāng)陽(yáng)市農(nóng)業(yè)局，湖北 當(dāng)陽(yáng) 444100）

黃泥田是一種典型滲育型水稻土，廣泛分布于南方省份，福建黃泥田面積占全省水田的40%［1］。黃泥田多數(shù)呈現(xiàn)為酸性至弱堿性，不利于土壤中養(yǎng)分元素的保存，特別是易造成有效磷的流失。磷是主要營(yíng)養(yǎng)元素，參與作物生長(zhǎng)過(guò)程中多種化合物組分的合成，包括能量轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分的運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程，對(duì)提高作物抗逆性和適應(yīng)能力同樣具有重要的作用［2］。傳統(tǒng)耕作施肥方式很大程度上會(huì)降低磷的利用率，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其當(dāng)季利用率一般只有10%～25%，剩余的75%～90%則被土壤固定，不能被作物利用。黃泥田獨(dú)特的理化性質(zhì)使得土壤中磷素很容易被鐵、鋁固定，更不易被作物所吸收利用［3-5］。豆科作物的根系分泌物能夠提高土壤磷素有效性，促進(jìn)植物活化吸收難溶性磷酸鹽的能力［6］。紫云英屬于越年生的豆科綠肥，多在秋季套播于晚稻田中，作為基肥，是中國(guó)稻田最主要的綠肥作物。蘭忠明等［7］研究表明紫云英根系可分泌大量的有機(jī)酸，這些酸有利于可溶性磷的溶解活化，提高土壤磷的有效性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥不僅可增加土壤總磷庫(kù)、有機(jī)磷庫(kù)和無(wú)機(jī)磷庫(kù)，而且影響著土壤無(wú)機(jī)和有機(jī)形態(tài)磷的組成和分布［8-12］。為此，本文基于3 年定位肥料試驗(yàn)，探討翻壓紫云英綠肥對(duì)土壤磷庫(kù)及其形態(tài)影響，以期深入認(rèn)識(shí)黃泥田土壤的磷庫(kù)演變與紫云英綠肥的關(guān)系，為紫云英合理翻壓量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)設(shè)在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究野外觀測(cè)站紅壤肥力與生態(tài)環(huán)境福州試驗(yàn)站長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田，位于閩侯縣白沙鎮(zhèn)溪頭村，始于2013 年。成土母質(zhì)為低丘紅壤坡積物，土壤類型為黃泥田。土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH 值4.88，有機(jī)質(zhì)21.3g·kg-1，堿 解 氮（N）134.1mg·kg-1， 有 效 磷（P）24.9mg·kg-1，速效鉀（K）45.2mg·kg-1。紫云英品種為“閩紫7 號(hào)”，其鮮草干物質(zhì)的養(yǎng)分含量為全氮（N）2.62%，全磷（P）0.31%，全鉀（K）3.69%，有機(jī)質(zhì)59.50%。水稻試驗(yàn)品種為“宜香優(yōu)2292”。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在施用等化肥條件下，根據(jù)綠肥紫云英不同翻壓量設(shè)計(jì)5 個(gè)處理，即：①不翻壓紫云英，100%化肥（NPK）；②翻壓紫云英12000kg·hm-2+100%化肥（NPK+MV1）；③翻壓紫云英24000kg·hm-2+100%化肥（NPK+MV2）；④翻壓紫云英36000kg·hm-2+100%化肥（NPK+MV3）；⑤翻壓紫云英48000kg·hm-2+100%化肥（NPK+MV4）。每處理3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)面積3m×6m=18m2。各小區(qū)除紫云英翻壓量不一致外，其他農(nóng)業(yè)措施一致。化肥每公頃施氮（N）120kg，N∶P2O5∶K2O=1∶0.4∶0.7，氮肥用尿素，磷肥用過(guò)磷酸鈣，鉀肥用氯化鉀?；适?0%，分蘗肥施25%，穗肥施15%。

1.3 土壤樣品采集與處理方法

于2016 年10 月，在水稻收割后按S 形多點(diǎn)分別采集0～20cm 土壤混合樣。在自然條件下風(fēng)干后按測(cè)定項(xiàng)目要求研磨過(guò)篩，分別測(cè)定土壤各磷素形態(tài)含量。

1.4 測(cè)定方法

土壤無(wú)機(jī)磷的分組采用顧益初等［13］的土壤有機(jī)磷分組方法，全磷用堿熔-鉬銻抗比色法，有效磷用Olsen 法測(cè)定［14］，全磷與無(wú)機(jī)磷差值即為有機(jī)磷。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel2003 與Origin8 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用SPSS21.0 中的one-way ANOVA 進(jìn)行單因素方差檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紫云英翻壓量對(duì)土壤有效磷、全磷含量的影響

土壤有效磷是土壤供磷能力的指標(biāo)，有效磷含量越高，供磷能力就越強(qiáng)。由圖1 可知，不同紫云英翻壓量與化肥配施土壤有效磷含量較單施化肥處理均有較明顯的積累，翻壓紫云英與化肥配施處理間有效磷含量大小順序?yàn)镹PK+MV2＞NPK+MV3＞NPK+MV1＞NPK+MV4，較NPK 處理增幅分別達(dá)22.69%、15.53%、12.82%和10.23%。其中NPK+MV1、NPK+MV2、NPK+MV3 處理均表現(xiàn)為顯著差異。

圖1 紫云英翻壓對(duì)土壤有效磷、全磷含量的影響

土壤全磷則是土壤磷素總體水平的體現(xiàn)，能反映土壤磷庫(kù)大小和潛在的供磷能力。從圖1 中可以看出，土壤全磷變化與有效磷整體變化趨勢(shì)相似。翻壓紫云英與化肥配施處理土壤全磷含量分別為272.02、286.56、271.86、260.71mg·kg-1，與NPK處理相比增幅分別為7.56%、13.31%、7.50%、3.09%，其中NPK+MV1、NPK+MV2、NPK+MV3 處理均達(dá)到極顯著水平。

此外，從圖中還發(fā)現(xiàn)紫云英翻壓量少于NPK+MV2 處理，土壤有效磷和全磷含量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，并且在NPK+MV2 增長(zhǎng)幅度最大；翻壓量超過(guò)NPK+MV2 處理后，隨著紫云英翻壓量的增多，有效磷和全磷含量呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，在黃泥田中，翻壓紫云英與化肥配施能夠提高黃泥田土壤磷庫(kù)，并且紫云英較適宜的翻壓量為24000kg·hm-2。

2.2 不同紫云英翻壓量對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷組分含量的影響

土壤無(wú)機(jī)磷是植物所需磷的主要來(lái)源［15］。表1結(jié)果表明，在黃泥田中翻壓紫云英與化肥配施可以有效提高黃泥田中無(wú)機(jī)磷的含量，與NPK 處理相比，土壤中的無(wú)機(jī)磷總量NPK+MV1 處理增長(zhǎng)了26.38mg·kg-1、NPK+MV2 處 理 增 長(zhǎng) 了30.51mg·kg-1、NPK+MV3 處 理 增 長(zhǎng) 了8.29mg·kg-1、NPK+MV4 處 理 增 長(zhǎng) 了6.19mg·kg-1， 以NPK+MV2 處理增長(zhǎng)幅度最大，增加了20.85%。此外，黃泥田土壤中無(wú)機(jī)磷含量最高的是Fe-P，占無(wú)機(jī)磷總量的54.98%～61.28%；其次是O-P，為29.78%～35.00%；Al-P 和Ca-P 含量占無(wú)機(jī)磷總量相似。翻壓量小于NPK+MV2 處理時(shí)，無(wú)機(jī)磷組分含量均顯著增加；翻壓量大于NPK+MV2 處理，土壤中無(wú)機(jī)磷的組分含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，與NPK 處理相比又略有提高，但差異不顯著。綜上所述，黃泥田中土壤無(wú)機(jī)磷組分主要以Fe-P 和O-P為主；翻壓紫云英與化肥結(jié)合能夠提高土壤中無(wú)機(jī)磷含量。以24000kg·hm-2翻壓量為較適宜翻壓量。

表1 不等量翻壓紫云英處理下土壤無(wú)機(jī)磷組分含量的變化

2.3 不同紫云英翻壓量對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷、有機(jī)磷含量的影響

從表2 中可知，不同紫云英翻壓量處理土壤中 的 總 磷 含 量 為252.90～286.56mg·kg-1，有機(jī)磷占總磷含量的36.52%～43.14%，無(wú)機(jī)磷占56.86%～63.48%。這表明了本試驗(yàn)中，黃泥田土壤磷素以無(wú)機(jī)磷為主。此外，紫云英翻壓量少于NPK+MV2 處理，土壤有機(jī)磷含量占全磷較少，無(wú)機(jī)磷較多；翻壓量大于NPK+MV2 處理，則為土壤無(wú)機(jī)磷含量所占比例較小，有機(jī)磷較多。這說(shuō)明在土壤磷素組成中，土壤無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷之間處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，存在相互影響和制約的關(guān)系。

表2 不等量翻壓紫云英處理下土壤有機(jī)磷、無(wú)機(jī)磷以及總磷含量的變化

2.4 不同紫云英翻壓量對(duì)單季水稻產(chǎn)量的影響

土壤有效磷較容易被植物吸收利用，與作物生長(zhǎng)關(guān)系極為密切。將土壤有效磷與單季稻產(chǎn)量擬合發(fā)現(xiàn)（圖2），單季稻產(chǎn)量與有效磷呈顯著線性相關(guān)，說(shuō)明在南方黃泥田上，隨著土壤有效磷水平的提高，水稻產(chǎn)量可呈增加趨勢(shì)。

從表3 可以看出，翻壓紫云英與化肥配施均能提高單季稻產(chǎn)量，以NPK+MV2 處理水稻產(chǎn)量最高，NPK+MV3 處理次之，NPK+MV4 處理第3，NPK+MV1 處 理 第4，較NPK 分 別 增 產(chǎn)1345.7、882.6、793.1 和731.3kg·hm-2， 增 產(chǎn) 率 分 別 為23.01%、15.09%、13.56%和12.51%。NPK+MV2處理水稻產(chǎn)量增幅最大，差異顯著。這些結(jié)果說(shuō)明，在黃泥田中，翻壓紫云英與化肥配施模式可以提高單季稻產(chǎn)量，并且在此模式施肥條件下，紫云英較宜翻壓量為24000kg·hm-2。

圖2 土壤有效磷含量與作物產(chǎn)量的相關(guān)性

表3 不等量翻壓紫云英處理下水稻產(chǎn)量的變化

3 結(jié)論與討論

翻壓紫云英與化肥配施，土壤有效磷和全磷含量都有顯著的增加，并且兩者的積累趨勢(shì)相一致，其中土壤有效磷含量增長(zhǎng)了10.23%～22.69%，土壤全磷含量增長(zhǎng)了3.09%～13.31%。翻壓量為24000kg·hm-2時(shí)，土壤有效磷和全磷含量比單施化肥處理差異均為極顯著，這與曾希柏［16］、史吉平等［17］、趙少華等［18］的試驗(yàn)結(jié)果相似，即化肥與有機(jī)肥配施影響土壤磷庫(kù)的積累，是培肥土壤的有效措施。當(dāng)紫云英翻壓量少于24000kg·hm-2，土壤中磷總量顯著提高，主要原因可能是：第一，紫云英根部具有聚磷能力，作為綠肥還田，再經(jīng)過(guò)腐解、積累，增加了磷素的投入量，土壤磷總量提高［19］。第二，紫云英根系分泌的磷酸酶，能夠促進(jìn)土壤潛在磷的生物轉(zhuǎn)化。通過(guò)提高土壤中磷的解吸速率的方式，從而減少了土壤對(duì)磷的吸附固定［20］。翻壓量大于24000kg·hm-2，隨著紫云英翻壓量的增多，土壤磷含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，翻壓紫云英對(duì)土壤有效磷的影響時(shí)效較短，一般在翻壓后20d內(nèi)，此后由于土壤膠體對(duì)有效磷具有調(diào)節(jié)作用，使土壤速效磷含量保持在相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域內(nèi)。此外，若翻壓量過(guò)多，有機(jī)酸只在植株體間迅速增加，與土壤真正接觸的并不多，對(duì)難溶性磷活化的可能性降低［21］。本研究結(jié)果表明，黃泥田土壤磷含量并不是隨著紫云英翻壓量增多呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，翻壓紫云英24000kg·hm-2與化肥配施是較適宜的施肥模式。

本研究結(jié)果表明，在南方黃泥田土壤中的磷素以無(wú)機(jī)磷為主，根據(jù)紫云英翻壓量的不同，無(wú)機(jī)磷與有機(jī)磷占總磷比例不相同。土壤有機(jī)磷占全磷比率的變化范圍為36.52%～43.14%，無(wú)機(jī)磷為56.86%～63.48%，兩者比率的變化不大，這說(shuō)明在土壤磷素組成中，土壤無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷之間存在著動(dòng)態(tài)平衡，共同影響著土壤磷庫(kù)。關(guān)于長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷占全磷百分比的影響的報(bào)道并不一致，林誠(chéng)等［22］研究發(fā)現(xiàn)在黃泥田中長(zhǎng)期施肥無(wú)機(jī)磷相對(duì)量表現(xiàn)為下降，有機(jī)磷比重則表現(xiàn)為提高?？赡苁怯捎谑┓史绞健⑹┓柿考胺柿系姆N類等多種因素影響了二者所占的比例。此外，紫云英翻壓后，在厭氧條件下，通過(guò)微生物的分解作用，有機(jī)磷轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)磷［23］。因此，土壤磷素組分中各形態(tài)磷之間互相遷移轉(zhuǎn)化，并保持動(dòng)態(tài)平衡。

就黃泥田中無(wú)機(jī)磷各形態(tài)來(lái)看，F(xiàn)e-P 含量最高，占無(wú)機(jī)磷總量的54.98%～61.28%；其次O-P為29.78%～35%?？梢?jiàn)，在黃泥田中無(wú)機(jī)磷組分以Fe-P、O-P 為主，這與林誠(chéng)等［22］研究結(jié)果一致。大多數(shù)研究認(rèn)為Ca-P、Al-P、Fe-P 是植物能利用的磷素形態(tài)，O-P 屬于閉蓄態(tài)磷，是無(wú)效磷。在本次研究中發(fā)現(xiàn)O-P 所占比例較高，戚瑞生等［24］、韓曉日等［25］、卜玉山等［26］研究發(fā)現(xiàn)O-P形態(tài)磷素與有效磷含量表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，說(shuō)明這些形態(tài)的磷對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)可能是間接的，是通過(guò)影響其他形態(tài)的磷來(lái)影響有效磷的。

從本試驗(yàn)結(jié)果可知，在黃泥田中進(jìn)行有機(jī)無(wú)機(jī)配施后能獲得比單施化肥的水稻產(chǎn)量高，以化肥配施翻壓24000kg·hm-2紫云英，水稻增產(chǎn)效果最明顯，增產(chǎn)1345.7kg·hm-2，增產(chǎn)率達(dá)23.01%。分析其主要原因：第一，紫云英壓青還田配施化肥既滿足了水稻對(duì)速效養(yǎng)分的吸收利用，又利用了紫云英緩慢釋放養(yǎng)分的特點(diǎn)，持續(xù)不斷地提供水稻生長(zhǎng)所需養(yǎng)分，有利于水稻的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，達(dá)到提高水稻產(chǎn)量的效果［27-28］。第二，水稻吸收的磷主要來(lái)自于Fe-P、Al-P［29］，綜上可知，不同紫云英翻壓量與化肥配施土壤中Fe-P 含量與單施化肥相比，差異達(dá)到了顯著水平，這可能是水稻增產(chǎn)的原因之一。此外，并不是紫云英翻壓量越多，水稻產(chǎn)量就越高。所以研究連續(xù)施肥下以及施用有機(jī)肥對(duì)土壤磷素水平及形態(tài)分布的影響，確定合理的施肥方案，因地制宜，對(duì)維持和提高土壤的供磷能力，提高作物產(chǎn)量具有重要意義。