翻壓春油菜對土壤磷素及玉米磷吸收的影響

史昕倩，向春陽，趙 秋，董家僖，袁苗苗，田秀平

(1.天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384；2.天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，天津 300192)

磷是植株生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素之一，對植株的組織代謝及產(chǎn)量形成發(fā)揮著重要的作用[1]。研究表明，植株吸收的磷素55%～75%來自于土壤，25%～45%來自于肥料[2]。而施入土壤中的磷素會形成難溶性化合物，不易被植株吸收利用[3]，降低了磷肥利用率。已有研究表明，磷肥施入土壤后當(dāng)季利用率僅為10%左右[4]。農(nóng)耕期間還存在磷肥過量施用的現(xiàn)象，造成了水體富營養(yǎng)化和土壤污染等問題[5]，且全球磷礦總量有限，因此，提高磷肥利用率已經(jīng)成為亟待解決的問題。

綠肥是一種良好的綠色肥料，是將植物體部分或全部就地翻壓到土地中作肥料的綠色植物體[6]，通過翻壓綠肥，可以改善土壤結(jié)構(gòu)環(huán)境，提高土壤肥力，進(jìn)而提高后茬作物產(chǎn)量[7]。我國對綠肥的研究源遠(yuǎn)流長，是最早種植綠肥的國家[8]，現(xiàn)已取得豐碩成果。鄧小華等[9]田間定位試驗得出，翻壓綠肥后的土壤容重降低，土壤全氮、全磷、全鉀等有效養(yǎng)分含量顯著增加；王珂[10]將不同施肥方式與綠肥翻壓相結(jié)合后發(fā)現(xiàn)，翻壓綠肥可明顯提高土壤中堿解氮、有效磷及有機(jī)質(zhì)等含量；何春梅等[11]通過試驗發(fā)現(xiàn)，若將綠肥進(jìn)行翻壓，可減少化肥用量，提高土壤酸性磷酸酶的活性。由于綠肥種類較多，因此，翻壓后對土壤性質(zhì)和作物產(chǎn)量等影響不同[12]。春油菜是十字花科綠肥，具有生物量大、易腐熟等特點，根系會分泌蘋果酸、檸檬酸等有機(jī)酸，有利于土壤中難溶性鈣磷、鐵磷及鋁磷的溶解活化[13]，能夠有效增加土壤中速效磷的含量、促進(jìn)土壤良性循環(huán)[14-15]。春播油菜作綠肥，不僅可以減少化肥施用量[16]，還可以減少土壤養(yǎng)分流失。

目前，在我國南方，尤其是華南地區(qū)對油菜綠肥的種植翻壓方法及對土壤性質(zhì)和后茬作物產(chǎn)量等[17]方面的研究較多，但在北方對綠肥種植翻壓等研究較少，尤其在春油菜植株磷素與土壤磷及后茬作物吸收磷的情況等關(guān)系的研究鮮見報道。因此，本試驗在華北地區(qū)潮土上，種植9 個春油菜品種，并對不同春油菜品種的生物量、磷含量，及其翻壓后對土壤磷及后茬玉米吸收磷的情況等的差異進(jìn)行了比較，旨在篩選出活化土壤磷素，提高后茬玉米產(chǎn)量及磷含量的春油菜品種，為華北地區(qū)合理種植綠肥、提高土壤磷素有效利用提供新的思路。

1 材料和方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于天津市寧河區(qū)林場(117.82°E，39.33°N)。氣候類型屬于暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)型氣候。該地區(qū)年平均氣溫11.2 ℃，平均濕度66%，最低氣溫出現(xiàn)在1月，平均為-5.8 ℃，最高氣溫出現(xiàn)在7月，平均為25.7 ℃。年平均降水量642 mm，降水量70%集中在6-8月，全年無霜期240 d。

1.2 試驗材料

供試土壤為潮土，0～20 cm的耕層土壤養(yǎng)分和化學(xué)性質(zhì)見表1。供試綠肥有9個不同的油菜品種，分別為中油肥1、中油肥2、中油肥1802、中油肥1804、中油肥1901、中油肥1903、中油肥1904、中油肥1906、中油肥1907，代號分別為Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9，由天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所提供。

表1 土壤養(yǎng)分和化學(xué)性質(zhì)Tab.1 Soil nutrients and chemical properties

1.3 試驗設(shè)計

采用田間小區(qū)試驗，本試驗共設(shè)置10個處理，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9共9個油菜品種處理，春季閑田作為對照(CK)，每組試驗設(shè)置3次重復(fù)。每個小區(qū)面積133.34 m2，共1 333.4 m2。油菜于2019 年3 月18日播種，采用條播，每個品種播種量為9 kg/hm2，行距25～30 cm，并于6月8日進(jìn)行翻壓。翻壓后種植玉米(眾信516)，每公頃種植75 kg，玉米種植前每個小區(qū)施底肥，施氮量為90.71 kg/hm2(尿素)、施鉀量為76.57 kg/hm2(氯化鉀)、施磷量為93.24 kg/hm2(二銨)。

1.4 取樣方法

綠肥翻壓前，每個品種分別取3個樣方，每個樣方1 m2(1 m×1 m)，測定植株生物量，并取代表性根系鮮樣(質(zhì)量不少于150 g)和地上部分鮮樣(質(zhì)量不少于200 g)，用于測定全磷含量；未種油菜前，在每個小區(qū)多點取0～20 cm耕層混合土樣作為基礎(chǔ)土樣，測定土壤養(yǎng)分等指標(biāo)；在種植油菜未翻壓前(5月25日)，在不同小區(qū)中采用多點法取0～20 cm混合土樣，油菜翻壓后種植玉米，在玉米生長期的7月5日、8月16日和玉米收獲后的9月29日，分別在不同小區(qū)采用多點法取0～20 cm混合土樣，在實驗室風(fēng)干制備進(jìn)行4個時期土壤中速效磷測定，并測定9月29日土壤全磷含量、pH值和堿性磷酸酶活性；玉米收獲時每個處理取9株植物樣品進(jìn)行全磷含量測定，并進(jìn)行考種測產(chǎn)，每組試驗設(shè)置3次重復(fù)。

1.5 測定及數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

參考鮑士旦[18]的方法測定土壤養(yǎng)分等指標(biāo)；植物樣通過濃硫酸-過氧化氫消煮，釩鉬黃比色法測定全磷，參考Bowman等[19]的方法測定有機(jī)磷總量。

采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同春油菜品種生物量及全量養(yǎng)分的差異

由表2可知，不同春油菜品種的生物量及其養(yǎng)分含量不同。在油菜生物量的測定中，Z5品種的生物量顯著高于除Z4、Z9以外的其他品種；在春油菜全磷的測定中，Z1品種的全磷含量顯著低于Z4、Z5處理，不同春油菜品種全磷含量波動范圍為0.07～0.09 g/kg；油菜總磷是指每公頃春油菜可提供的全磷含量，用于評價每公頃春油菜的供磷能力，含量較高的春油菜品種為Z5((1.31±0.01)kg/hm2)、Z4((1.28±0.04)kg/hm2)、Z9((1.14±0.05)kg/hm2)，其中Z5、Z4顯著高于除Z9外的其他品種(P<0.05)。

表2 不同春油菜品種生物量及磷含量的差異Tab.2 Differences of biomass and phosphorus content of different spring Brassica campestris L. varieties

2.2 不同春油菜品種翻壓對土壤中磷素含量的影響

2.2.1 不同春油菜品種翻壓后土壤中全磷含量的影響 春油菜種植及翻壓過程對土壤中全磷的含量起到了直接或間接的作用，圖1為不同春油菜品種翻壓對土壤全磷含量的影響(根據(jù)土壤養(yǎng)分豐缺標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評級)。試驗田基礎(chǔ)土樣全磷含量僅為(0.36±0.01)g/kg，經(jīng)過翻壓后，各春油菜品種翻壓后的土壤全磷含量均超過0.4 g/kg，且均高于CK，其中，Z5品種土樣((1.06±0.01)g/kg)達(dá)到土壤全磷一級標(biāo)準(zhǔn)，Z4、Z9品種土樣達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)(0.8～1.0 g/kg)，Z2、Z3、Z7和Z8品種土樣達(dá)到三級標(biāo)準(zhǔn)(0.6～0.8 g/kg)，Z1、Z6品種土樣達(dá)到四級標(biāo)準(zhǔn)(0.4～0.6 g/kg)。由圖1可知，各品種之間差異顯著，除CK外，最高值與最低值之間相差了(0.59± 0.01)g/kg。

2.2.2 不同春油菜品種翻壓對土壤中速效磷含量的影響 由圖2可知，翻壓前(5月25日)Z5、Z4、Z9、Z2、Z7、Z8各處理土壤中，速效磷含量之間沒有顯著性差異，但Z4、Z5、Z9顯著高于Z1、Z3、Z6、CK處理。在翻壓春油菜1個多月后(7 月5 日)，Z5、Z9、Z4、Z7、Z2各處理土壤中，速效磷含量之間沒有顯著性差異，但Z4、Z5、Z9、Z7顯著高于Z1、Z3、Z6、Z8、CK處理。在翻壓春油菜2個月后(8 月16 日)測得的各處理土壤中速效磷含量，Z5顯著高于其他處理；在收獲期(9月29日)測得的各處理土壤中速效磷含量Z5、Z9、Z4之間沒有顯著性差異，但顯著高于其他各處理。翻壓春油菜后，土壤速效磷含量均值在18.41～28.56 mg/kg，且將均值由大到小排序后，Z1、Z3、Z6之間沒有顯著性差異，且順序處于較后的位置。比較翻壓春油菜后3個時期測定的土壤速效磷含量可發(fā)現(xiàn)，Z4、Z5和Z9處理土壤中速效磷含量均處于前列，它們?nèi)咧g沒有顯著性差異。在未翻壓綠肥前，Z4和Z5處理的土壤中速效磷含量分別低于種植油菜前(表1)的9.32%和8.44%。在收獲期(9月29 日)Z4和Z5處理土壤中速效磷含量較種植油菜前(表1)提高了9.73%和2.27%，不同時期除CK以外，Z3和Z6處理的土壤中速效磷含量均較低(P<0.05)。

在翻壓后收獲期的各處理中，Z4、Z5、Z9、Z2、Z7的土壤速效磷量超過20 mg/kg，達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)，其他品種的土壤速效磷量均超過10 mg/kg，達(dá)到三級標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 不同春油菜品種翻壓對土壤總有機(jī)磷含量的影響 不同春油菜品種翻壓后，土壤中總有機(jī)磷含量見圖3。土壤中總有機(jī)磷含量較高的為Z7((164.73±0.25)mg/kg)、Z8((164.32±0.15)mg/kg)、Z2((163.01±0.22)mg/kg)、Z3((161.92±0.23)mg/kg)、Z9((155.61±0.35)mg/kg)、Z1((143.88±0.32)mg/kg)、Z6((142.43±0.23)mg/kg)，這7個處理之間沒有顯著性差異，其中Z2、Z7、Z8、Z9顯著高于Z4、Z5和CK(P<0.05)。翻壓后，土壤中總有機(jī)磷含量均有所上升，最高值與最低值相差(36.75±0.04)mg/kg。

不同春油菜品種翻壓后，土壤中總有機(jī)磷含量占土壤中全磷含量的百分比例分布情況見圖4。由圖4可知，在不同春油菜品種翻壓后，土壤中總有機(jī)磷含量占全磷含量在13.66%～31.75%，其中Z1、Z3、Z6、Z7、Z8品種含量較高，且它們與CK之間沒有顯著性差異。

2.3 不同春油菜品種翻壓對土壤pH值的影響

不同春油菜品種翻壓后對土壤pH值的影響見圖5。由圖5可知，不同春油菜品種翻壓后，基礎(chǔ)土樣與CK的pH值相差較小，其他品種中土壤pH值均有所下降，下降量較多的為Z4(7.33±0.26)、Z5(7.28±0.18)、Z7(7.48±0.18)和Z9(7.35±0.16)，它們之間差異不顯著(P>0.05)。

2.4 不同春油菜品種翻壓對土壤中堿性磷酸酶含量的影響

由圖6可知，Z5品種處理的堿性磷酸酶含量顯著高于除Z4外的其他處理，除Z5、Z4以外的其他處理的堿性磷酸酶含量均小于8.00 μmol/(d·g)，含量最低的為Z6((4.45±0.84)μmol/(d·g))，且Z6高于CK處理，CK堿性磷酸酶含量為(4.37±0.61)μmol/(d·g)。表明翻壓春油菜會增加土壤中堿性磷酸酶的含量，增加量較多的為Z5和Z4。

2.5 不同春油菜品種翻壓對后茬玉米磷含量的影響

表3為不同春油菜品種翻壓后，后茬玉米磷含量的情況。由表3可知，玉米秸稈中全磷含量較高的為Z4((0.67±0.03)g/kg)、Z9((0.59±0.09)g/kg)和Z5((0.57±0.10)g/kg)，這3個處理之間無顯著性差異，但均顯著高于其他處理；且Z4、Z9、Z5的玉米秸稈含磷量分別是CK的5.33，4.72，4.53倍。

玉米籽粒中全磷含量較高的為Z5((0.48±0.06)g/kg)、Z4((0.44±0.08)g/kg)、Z9((0.41±0.02)g/kg)，3個處理間無顯著性差異，但Z5和Z4顯著高于除Z9外的其他6個處理。CK中的玉米籽粒含磷量最低，為(0.26±0.03)g/kg，顯著低于翻壓春油菜的所有處理。Z5、Z4、Z9的玉米籽粒含磷量分別是CK的1.85，1.70，1.59倍。

玉米全株吸磷量較高的為Z4((1.11±0.06)g/kg)、Z5((1.05±0.01)g/kg)、Z9((1.01±0.04)g/kg)，三者之間無顯著性差異，但顯著高于其他處理。CK的玉米全株吸磷量((0.39±0.06)g/kg)最低，Z4、Z5、Z9的玉米全株吸磷量分別比CK高(0.72±0.00)g/kg，(0.66±0.05)g/kg和(0.62±0.02)g/kg。

玉米含磷量較高的為Z4((17.01±0.08)kg/hm2)、Z5((16.41±0.03)kg/hm2)、Z9((13.05±0.06)kg/hm2)，最低的為CK((4.27±0.06)kg/hm2)；Z4、Z5、Z9之間無顯著性差異，但Z4、Z5顯著高于除Z9外的其他處理，且和玉米全株吸磷量大小排序?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，含量較高的均為Z4、Z5、Z9，且三者間差異均不顯著。

因此，不同春油菜品種翻壓，會提高后茬玉米的含磷量，秸稈中含磷量波動范圍為0.15～0.67 g/kg，籽粒中含磷量波動范圍為0.33～0.48 g/kg，玉米全株的含磷量波動范圍為0.47～1.11 g/kg，玉米的含磷量波動范圍為5.67～17.01 g/hm2。

表3 不同春油菜品種翻壓土壤對后茬玉米磷含量的影響Tab.3 Effects of different spring Brassica campestris L. varieties on phosphorus content of subsequent corn after overturning

2.6 不同春油菜品種翻壓對后茬玉米產(chǎn)量性狀的影響

由圖7可知，不同春油菜品種翻壓后茬玉米禿尖長度整體波動范圍在2.07～3.41 cm，長度較長的為CK((3.41±0.12)cm)，其次為Z8((3.03±0.08)cm)，CK顯著高于各處理，Z8和除Z4、Z5以外的其他各處理間無顯著性差異。玉米百粒質(zhì)量較高的為Z5((44.81±0.68)g)和Z4((44.60±1.89)g)，Z5和Z4顯著高于其他處理，但它們之間差異不顯著；Z9((43.69±1.78)g)顯著高于除Z4、Z5以外的其他處理；最低的為CK((36.91±2.13)g)。玉米產(chǎn)量較高的處理為Z5((15 634.70±1 201.92) kg/hm2)、Z4((15 321.82±2 150.29)kg/hm2)、Z9((12 931.07±2 787.86)kg/hm2)，三者之間差異不顯著，但Z5和Z4顯著高于除Z9外的其他6個處理，產(chǎn)量最低的為CK((11 070.50±2 259.57)kg/hm2)，玉米產(chǎn)量排名較高的(Z5、Z4、Z9)分別比最低的(CK)高(4 564.2±1 057.65)，(4 251.32±109.28)，(1 860.57±528.29)kg/hm2。

2.7 春油菜生物量及其全磷含量、玉米含磷量等與土壤磷素之間的關(guān)系

由表4可知，春油菜生物量、春油菜全磷含量、土壤全磷含量、土壤速效磷含量、土壤有機(jī)磷含量、土壤堿性磷酸酶含量、玉米全株吸磷量及玉米產(chǎn)量之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)。由此可知，當(dāng)春油菜本身生物量較大時，體內(nèi)全磷含量也較高，將春油菜進(jìn)行翻壓后，提供了大量的有機(jī)磷，提高了土壤中全磷含量，通過堿性磷酸酶對有機(jī)磷的分解作用，進(jìn)一步提高了土壤中速效磷的含量，使得在翻壓春油菜后種植玉米時，土壤能夠持續(xù)穩(wěn)定提供速效磷，給玉米提供充足養(yǎng)分，進(jìn)而增加玉米產(chǎn)量。

表4 春油菜生物量及其全磷含量和玉米含磷量等與土壤磷素之間的關(guān)系Tab.4 Relationship between spring Brassica campestris L. varieties biomass and it’s total phosphorus content and corn phosphorus content with soil phosphorus

3 討論與結(jié)論

春油菜具有生物量大、含磷素較高的特點，作為綠肥翻壓到土壤中后，會增加土壤中各類養(yǎng)分含量，業(yè)已證明，翻壓生物量較大的綠肥時，綠肥體內(nèi)磷素釋放速率高于碳和氮[20]。由本試驗結(jié)果可知，翻壓春油菜可明顯增加土壤中全磷含量，中油肥1804、中油肥1901、中油肥1907品種的生物量較高，翻壓后土壤全磷含量最高的也為這3個品種。土壤中速效磷素容易固定，尤其是pH值較高的土壤，速效磷易被鈣固定。近年來，由于磷肥的大量投入，土壤中全磷總量逐年增加，但磷素有效性卻有所下降。本試驗得出，翻壓春油菜后土壤磷的有效性明顯高于CK，原因可能是：①相關(guān)研究得出，施加有機(jī)酸后，土壤中固態(tài)磷會進(jìn)行溶解[21]。本試驗中，春油菜生長時，根系會分泌有機(jī)酸，將土壤中難溶態(tài)的鈣磷等進(jìn)行了分解。②土壤速效磷含量與土壤中堿性磷酸酶的含量呈極顯著正相關(guān)，且翻壓春油菜后，土壤中堿性磷酸酶的含量明顯高于春季閑田土壤。③春油菜本身吸收了土壤中的磷，當(dāng)其歸還土壤后，通過礦化分解釋放到土壤中，其腐解過程中又會產(chǎn)生蘋果酸、檸檬酸等有機(jī)酸[12]，降低土壤pH值，溶解土壤中的鈣磷。

本試驗后茬作物為玉米，對磷素十分敏感[22]。不同春油菜品種翻壓后種植玉米，玉米秸稈中磷含量、籽粒中磷含量、全株吸磷量及玉米含磷量均高于春季閑田土壤，說明翻壓春油菜會提高玉米不同部位的磷含量。磷素會影響玉米的禿尖長短及淀粉的形成，進(jìn)而影響玉米的品質(zhì)和產(chǎn)量[23]。翻壓春油菜后，中油肥1906品種和春季閑田種植出的玉米禿尖較長，剩余其他品種地中種出的玉米禿尖均較短；翻壓春油菜后，中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907種植出的玉米百粒質(zhì)量較高，說明翻壓中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907后種植出的玉米在生長發(fā)育期間磷素供應(yīng)充足；對比其他幾個品種的產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907種植出的玉米的產(chǎn)量排名也居于前列。

綜上所述，翻壓春油菜會增加土壤中的磷素含量，且會將土壤中難溶態(tài)磷素進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化，使得土壤中速效磷含量增加，進(jìn)而提高玉米的品質(zhì)和產(chǎn)量。對比不同春油菜品種，中油肥1804、中油肥1901、中油肥1907的生物量較大，植株體內(nèi)磷素含量高，且對后茬作物玉米的品質(zhì)與產(chǎn)量都具有明顯的提升，因此，推選中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907為華北地區(qū)適宜種植的春油菜品種。