• ISSN 1008-505X
  • CN 11-3996/S

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

小麦−大豆−玉米轮作体系长期不同施肥黑土磷素平衡及有效性

马星竹 周宝库 郝小雨 陈雪丽 高中超 迟凤琴

引用本文:
Citation:

小麦−大豆−玉米轮作体系长期不同施肥黑土磷素平衡及有效性

    作者简介: 马星竹Tel:0451-86602370,E-mail: maxingzhu@163.com;
    通讯作者: 周宝库, E-mail:zhoubaoku@aliyun.com

Phosphorus balance and availability in black soil under long-term wheat−soybean−maize rotation and fertilization

    Corresponding author: ZHOU Bao-ku, E-mail:zhoubaoku@aliyun.com ;
  • 摘要: 【目的】 黑土具有肥力高、养分供应能力强等特点,研究长期施肥措施下黑土磷素的平衡及其有效性变化,为黑土区磷肥的科学施用和管理提供理论依据。 【方法】 以黑龙江哈尔滨 (1979—2015年) 长期肥料定位试验为平台,试验包括10个处理,即,不施肥 (CK)、氮肥 (N)、磷肥 (P)、氮磷肥 (NP)、氮磷钾肥 (NPK)、有机肥 (M)、有机肥 + 氮肥 (MN)、有机肥 + 磷肥 (MP)、有机肥 + 氮磷肥 (MNP) 和有机肥 + 氮磷钾肥 (MNPK),分析了土壤全磷、有效磷的变化特征和土壤磷素盈亏状况。 【结果】 长期施用磷肥处理 (P、NP、NPK、MP、MNP和MNPK) 的黑土全磷、有效磷含量增加;不施磷肥处理 (CK、N、M和MN),土壤全磷、有效磷含量随施肥年限的延长而降低。不施磷肥处理的土壤磷素活化系数 (PAC) 总体呈年际下降趋势,施肥处理为上升趋势;有机肥与磷肥配施处理的PAC整体高于单施化学磷肥处理。在土壤盈余条件下,土壤全磷每盈余100 kg/hm2,P、NP、NPK、MP、MNP 和MNPK 处理土壤中Olsen-P分别提高1.56、1.45、1.69、0.63、0.53和0.96 mg/kg,而M和MN处理的土壤Olsen-P分别降低1.38和1.24 mg/kg。在土壤磷素亏缺状况下,每亏缺磷100 kg/hm2,CK、N处理有效磷分别减少1.83和1.46 mg/kg。 【结论】 施用磷肥及磷肥与有机肥配施可维持黑土的磷盈余,增加磷的有效性。单施氮肥和有机肥 (马粪) 会导致土壤磷的亏缺,降低土壤有效磷的含量。与单施化肥相比,有机肥磷肥配合施用能够更加有效地增加磷素活化系数。
  • 图 1  不同施肥年限黑土全磷含量的变化(1979—2015)

    Figure 1.  Changes of soil total P after different fertilizer years

    图 2  不同施肥年限黑土速效磷含量(1979—2015)

    Figure 2.  Soil Olsen-P content after different fertilization years

    图 3  不同施肥年限黑土磷素活化系数的变化 (1979—2015)

    Figure 3.  Dynamic of PAC value after different fertilizations years

    图 4  长期不同施肥处理黑土有效磷增量与累积磷盈亏的关系(1979—2015)

    Figure 4.  Correlations between soil Olsen-P change and P balance under long-term different fertilizations

    图 5  黑土所有处理Olsen-P与土壤累积磷盈亏的关系

    Figure 5.  Correlation between soil Olsen-P change and P balance under long-term different treatments

    表 1  长期定位试验各处理施肥量

    Table 1.  Annual fertilizer rate in the treatments of long-term experiment

    处理
    Treatment
    N (kg/hm2) P2O5 (kg/hm2) K2O 有机肥 (t/hm2)
    Manure
    小麦 大豆 玉米 小麦 大豆 玉米
    CK 0 0 0 0 0 0 0 0
    N 150 75 150 0 0 0 0 0
    P 0 0 0 75 150 75 0 0
    NP 150 75 150 75 150 75 0 0
    NPK 150 75 150 75 150 75 75 0
    M 0 0 0 0 0 0 0 18.6
    MN 150 75 150 0 0 0 0 18.6
    MP 0 0 0 75 150 75 0 18.6
    MNP 150 75 150 75 150 75 0 18.6
    MNPK 150 75 150 75 150 75 75 18.6
    下载: 导出CSV
  • [1] 陆景陵. 植物营养学[M]. 北京: 中国农业大学出版社, 2003
    Lu J L. Plant nutrition science [M]. Beijing: China Agricultural University Press, 2003
    [2] 张丽, 任意, 展晓莹, 等. 常规施肥条件下黑土磷盈亏及其有效磷的变化[J]. 核农学报, 2014, 28(9): 1685–1692
    Zhang L, Ren Y, Zhan X Y, et al. Soil phosphorus balance and changes of Olsen-P of black soil under long-term conventional fertilization[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2014, 28(9): 1685–1692
    [3] 曲均峰, 李菊梅, 徐明岗, 等. 中国典型农田土壤磷素演化对长期单施氮肥的响应[J]. 中国农业科学, 2009, 42(11): 3933–3939 doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2009.11.021
    Qu J F, Li J M, Xu M G, et al. Response of typical soil phosphorus evolution to long-term single nitrogen fertilization[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(11): 3933–3939 doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2009.11.021
    [4] 张福锁, 王激清, 张卫峰, 等. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]. 土壤学报, 2008, 45(5): 915–924 doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2008.05.018
    Zhang F S, Wang J Q, Zhang W F, et al. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement[J]. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(5): 915–924 doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2008.05.018
    [5] 鲁如坤. 土壤磷素水平和水体环境保护[J]. 磷肥与复肥, 2003, 18(1): 4–8 doi: 10.3969/j.issn.1007-6220.2003.01.002
    Lu R K. The phosphorus level of soil and environmental protection of water body[J]. Phosphate & Compound Fertilizer, 2003, 18(1): 4–8 doi: 10.3969/j.issn.1007-6220.2003.01.002
    [6] 王艳红.棉田生态系统磷素供应动态模拟模型研究[D]. 长沙: 湖南农业大学硕士学位论文, 2008.
    Wang Y H. The study of cotton ecosystem phosphorus supplying dynamic simulation model[D]. Changsha: MS Thesis of Hunan Agricultural University, 2008.
    [7] 樊红柱, 陈庆瑞, 郭松, 等. 长期不同施肥紫色水稻土磷的盈亏及有效性[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(1): 154–162
    Fan H Z, Chen Q R, Guo S, et al. Phosphorus balance and availability in a purple paddy soil under long-term different fertilization[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(1): 154–162
    [8] 李渝, 刘彦伶, 张雅蓉, 等. 长期施肥条件下西南黄壤旱地有效磷对磷盈亏的响应[J]. 应用生态学报, 2016, 27(7): 2321–2328
    Li Y, Liu Y L, Zhang Y R, et al. Response of Olsen-P to P balance in yellow soil upland of southwestern China under long-term fertilization[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(7): 2321–2328
    [9] 袁天佑, 王俊忠, 冀建华, 等. 长期施肥条件下潮土Olsen-P的演变及其对磷盈亏的响应[J]. 核农学报, 2017, 31(1): 125–134
    Yuan T Y, Wang J Z, Ji J H, et al. Changes in soil available phosphorus and its response to phosphorus balance under long-term fertilization in Fluvo-aquic soil[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2017, 31(1): 125–134
    [10] 黄晶, 张杨珠, 徐明岗, 等. 长期施肥下红壤性水稻土Olsen-P的演变特征及对磷平衡的响应[J]. 中国农业科学, 2016, 49(6): 1132–1141
    Huang J, Zhang Y Z, Xu M G, et al. Evolution characteristics of soil available phosphorus and its response to soil phosphorus balance in paddy soil derived from red earth under long-term fertilization[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(6): 1132–1141
    [11] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 2000.
    Lu R K. The analytical methods for soil and agrochemistry[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2000.
    [12] Shen P, Xu M G, Zhang H M, et al. Long-term response of soil Olsen P and organic C to the depletion or addition of chemical and organic fertilizers[J]. Catena, 2014, 118: 20–27 doi: 10.1016/j.catena.2014.01.020
    [13] 樊红柱, 陈庆瑞, 秦鱼生, 等. 长期施肥紫色水稻土磷素累积与迁移特征[J]. 中国农业科学, 2016, 49(8): 1520–1529
    Fan H Z, Chen Q R, Qin Y S, et al. Characteristics of phosphorus accumulation and movement in a calcareous purple paddy soil profile as affected by long-term fertilization[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(8): 1520–1529
    [14] 裴瑞娜, 杨生茂, 徐明岗, 等. 长期施肥条件下黑垆土Olsen-P对磷盈亏的响应[J]. 中国农业科学, 2010, 43(19): 4008–4015 doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2010.19.013
    Pei R N, Yang S M, Xu M G, et al. Response of Olsen-P to P balance in black loessial soil under long-term fertilization[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(19): 4008–4015 doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2010.19.013
    [15] 聂军, 杨曾平, 郑圣先, 等. 长期施肥对双季稻区红壤性水稻土质量的影响及其评价[J]. 应用生态学报, 2010, (6): 1453–1460
    Nie J, Yang Z P, Zheng S X, et al. Effects of long-term fertilization on reddish paddy soil quality and its evaluation in a typical double-rice cropping region of China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, (6): 1453–1460
    [16] 陈波浪, 盛建东, 文启凯, 等. 不同施肥制度对红壤耕层磷的吸持特性影响的研究[J]. 新疆农业大学学报, 2005, 28(1): 22–26 doi: 10.3969/j.issn.1007-8614.2005.01.006
    Chen B L, Sheng J D, Wen Q K, et al. Effects of different fertilizer system in long-term stationary experiment on the sorption characteristics of phosphate by arable layer red soils[J]. Journal of Xinjiang Agricultural University, 2005, 28(1): 22–26 doi: 10.3969/j.issn.1007-8614.2005.01.006
    [17] Sharpley A N, Mcdowell R, Kleinman P. Amounts, forms, and solubility of phosphorus in soils receiving manure[J]. Soil Science Society of America Journal, 2004, 68(6): 2048–2057 doi: 10.2136/sssaj2004.2048
    [18] 赵庆雷, 王凯荣, 谢小立. 长期有机物循环对红壤稻田土壤磷吸附和解吸特性的影响[J]. 中国农业科学, 2009, 42(1): 355–362 doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2009.01.046
    Zhao Q L, Wang K R, Xie X L. Effects of organic nutrient recycling on phosphorus adsorption-desorption characteristics in a reddish paddy rice system[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(1): 355–362 doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2009.01.046
    [19] 林诚, 王飞, 李清华, 等. 长期不同施肥下南方黄泥田有效磷对磷盈亏的响应特征[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(5): 1175–1183
    Lin C, Wang F, Li Q H, et al. Response characteristics of Olsen-P to P balance in yellow paddy fields of southern China[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017, 23(5): 1175–1183
    [20] 王伯仁, 徐明岗, 文石林. 长期不同施肥对旱地红壤性质和作物生长的影响[J]. 水土保持学报, 2005, 19(1): 97–100, 144 doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2005.01.024
    Wang B R, Xu M G, Wen S L. Effect of long time fertilizers application on soil characteristics and crop growth in red soil upland[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2005, 19(1): 97–100, 144 doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2005.01.024
    [21] 王小利, 郭振, 段建军, 等. 黄壤性水稻土有机碳及其组分对长期施肥的响应及其演变[J]. 中国农业科学, 2017, 50(23): 4593–4601 doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.012
    Wang X L, Guo Z, Duan J J, et al. The changes of organic carbon and its fractions in yellow paddy soils under long-term fertilization[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(23): 4593–4601 doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.012
    [22] 柳开楼, 叶会财, 李大明, 等. 长期施肥下红壤旱地的固碳效率[J]. 土壤, 2017, 49(6): 1166–1171
    Liu K L, Ye H C, Li D M, et al. Carbon sequestration efficiency under long-term fertilization in dryland of red soil[J]. Soils, 2017, 49(6): 1166–1171
    [23] Yusran F H. The relationship between phosphate adsorption and soil organic carbon from organic matter addition[J]. Journal of Tropical Soils, 2010, 15: 1–10
    [24] 魏红安, 李裕元, 杨蕊, 等. 红壤磷素有效性衰减过程及磷素农学与环境学指标比较研究[J]. 中国农业科学, 2012, 45(6): 1116–1126
    Wei H A, Li Y Y, Yang R, et al. The declining process of soil phosphorus availability and comparison between agronomic and environmental indexes in red soil[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(6): 1116–1126
  • [1] 林诚王飞*李清华何春梅张辉 . 长期不同施肥下南方黄泥田有效磷对磷盈亏的响应特征. 植物营养与肥料学报, 2017, 25(5): 1175-1183. doi: 10.11674/zwyf.16444
    [2] 杨振兴周怀平解文艳关春林车丽 . 长期施肥褐土有效磷对磷盈亏的响应. 植物营养与肥料学报, 2015, 23(6): 1529-1535. doi: 10.11674/zwyf.2015.0619
    [3] 樊红柱陈庆瑞郭松陈琨秦鱼生涂仕华 . 长期不同施肥紫色水稻土磷的盈亏及有效性. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(1): 154-162. doi: 10.11674/zwyf.17141
    [4] 王琼展晓莹张淑香彭畅高洪军张秀芝朱平ColinetGilles . 长期有机无机肥配施提高黑土磷含量和活化系数. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(6): 1679-1688. doi: 10.11674/zwyf.18255
    [5] 周宝库张喜林 . 长期施肥对黑土磷素积累、形态转化及其有效性影响的研究. 植物营养与肥料学报, 2005, 13(2): 143-147. doi: 10.11674/zwyf.2005.0201
    [6] 陆欣春邹文秀韩晓增郝翔翔江恒 . 长期施肥对黑土磷和锌形态转化的影响. 植物营养与肥料学报, 2015, 23(6): 1536-1542. doi: 10.11674/zwyf.2015.0620
    [7] 李娜杨劲峰刘侯俊韩晓日 . 长期轮作施肥棕壤磷素对磷盈亏的响应. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(6): 1697-1703. doi: 10.11674/zwyf.18193
    [8] 叶会财李大明黄庆海柳开楼余喜初徐小林周利军胡惠文王赛莲 . 长期不同施肥模式红壤性水稻土磷素变化. 植物营养与肥料学报, 2015, 23(6): 1521-1528. doi: 10.11674/zwyf.2015.0618
    [9] 慕韩锋王俊刘康刘文兆党廷辉王兵 . 黄土旱塬长期施磷对土壤磷素空间分布及有效性的影响. 植物营养与肥料学报, 2008, 16(3): 424-430. doi: 10.11674/zwyf.2008.0303
    [10] 唐晓乐李兆君马岩梁永超 . 低温条件下黄腐酸和有机肥活化黑土磷素机制. 植物营养与肥料学报, 2012, 20(4): 894-900. doi: 10.11674/zwyf.2012.11416
    [11] 严君韩晓增*丁娇王影 . 东北黑土区大豆生长、结瘤及产量对氮、磷的响应. 植物营养与肥料学报, 2014, 22(2): 318-325. doi: 10.11674/zwyf.2014.0207
    [12] 杨佳佳李兆君梁永超张林静李万峰 . 温度和水分对不同肥料条件下黑土磷形态转化的影响及机制 . 植物营养与肥料学报, 2009, 17(6): 1295-1302. doi: 10.11674/zwyf.2009.0608
    [13] 胡莹莹张民宋付朋 . 控释复肥中磷素在马铃薯上的效应研究. 植物营养与肥料学报, 2003, 11(2): 174-177. doi: 10.11674/zwyf.2003.0208
    [14] 宋科张维理徐爱国姚政潘剑君冀宏杰雷秋良 . 太湖水网地区不同种植类型农田磷素渗漏流失研究 . 植物营养与肥料学报, 2009, 17(6): 1288-1294. doi: 10.11674/zwyf.2009.0607
    [15] 周鑫斌温明霞王秀英樊晓翠石孝均孙彭寿李伟陈清 . 三峡重庆库区柑橘园磷素平衡状况研究. 植物营养与肥料学报, 2011, 19(3): 616-622. doi: 10.11674/zwyf.2011.0466
    [16] 孙桂芳金继运王玲莉石元亮 . 低分子量有机酸类物质对红壤和黑土磷有效性的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 18(6): 1426-1432. doi: 10.11674/zwyf.2010.0618
    [17] 徐华勤章家恩余家瑜谢俊芳毛丹鹃杨滔 . 模拟酸雨对赤红壤磷素及Ca2+,Al3+,Fe2+淋失特征的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 19(5): 1172-1178. doi: 10.11674/zwyf.2011.0465
    [18] 摄晓燕魏孝荣马天娥王玉红张兴昌 . 砒砂岩改良风沙土对磷的吸附特性影响研究. 植物营养与肥料学报, 2015, 23(5): 1373-1380. doi: 10.11674/zwyf.2015.0534
    [19] 王寅高强冯国忠焉莉李翠兰宋立新刘振刚房杰 . 吉林春玉米氮磷钾养分需求与利用效率研究. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(2): 306-315. doi: 10.11674/zwyf.17199
    [20] 刘震徐明岗段英华张丽娟张毅功 . 长期不同施肥下黑土和红壤团聚体氮库分布特征. 植物营养与肥料学报, 2013, 21(6): 1386-1392. doi: 10.11674/zwyf.2013.0612
  • 加载中
图(5)表(1)
计量
  • 文章访问数:  28
  • HTML全文浏览量:  18
  • PDF下载量:  8
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-30
  • 刊出日期:  2018-11-01

小麦−大豆−玉米轮作体系长期不同施肥黑土磷素平衡及有效性

    作者简介:马星竹Tel:0451-86602370,E-mail: maxingzhu@163.com
    通讯作者: 周宝库, zhoubaoku@aliyun.com
  • 黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所/黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室,哈尔滨 150086

摘要:  目的 黑土具有肥力高、养分供应能力强等特点,研究长期施肥措施下黑土磷素的平衡及其有效性变化,为黑土区磷肥的科学施用和管理提供理论依据。 方法 以黑龙江哈尔滨 (1979—2015年) 长期肥料定位试验为平台,试验包括10个处理,即,不施肥 (CK)、氮肥 (N)、磷肥 (P)、氮磷肥 (NP)、氮磷钾肥 (NPK)、有机肥 (M)、有机肥 + 氮肥 (MN)、有机肥 + 磷肥 (MP)、有机肥 + 氮磷肥 (MNP) 和有机肥 + 氮磷钾肥 (MNPK),分析了土壤全磷、有效磷的变化特征和土壤磷素盈亏状况。 结果 长期施用磷肥处理 (P、NP、NPK、MP、MNP和MNPK) 的黑土全磷、有效磷含量增加;不施磷肥处理 (CK、N、M和MN),土壤全磷、有效磷含量随施肥年限的延长而降低。不施磷肥处理的土壤磷素活化系数 (PAC) 总体呈年际下降趋势,施肥处理为上升趋势;有机肥与磷肥配施处理的PAC整体高于单施化学磷肥处理。在土壤盈余条件下,土壤全磷每盈余100 kg/hm2,P、NP、NPK、MP、MNP 和MNPK 处理土壤中Olsen-P分别提高1.56、1.45、1.69、0.63、0.53和0.96 mg/kg,而M和MN处理的土壤Olsen-P分别降低1.38和1.24 mg/kg。在土壤磷素亏缺状况下,每亏缺磷100 kg/hm2,CK、N处理有效磷分别减少1.83和1.46 mg/kg。 结论 施用磷肥及磷肥与有机肥配施可维持黑土的磷盈余,增加磷的有效性。单施氮肥和有机肥 (马粪) 会导致土壤磷的亏缺,降低土壤有效磷的含量。与单施化肥相比,有机肥磷肥配合施用能够更加有效地增加磷素活化系数。

English Abstract

  • 磷是作物生长的必需营养元素之一,作物可直接吸收利用的磷主要来自于土壤[12],土壤磷素中的全磷和有效磷 (Olsen-P) 分别反映了土壤磷库的大小和可供作物当季吸收利用的磷素水平,其中Olsen-P是评价土壤供磷能力的重要指标[3],土壤有效磷水平过低会导致农作物减产,但过量累积则会增加土壤磷素淋失风险,引发环境污染[2]。农业生产中磷肥的当季利用率较低 (10%~25%),大量的磷肥以磷酸盐残留在土壤中[4],土壤磷含量水平与作物产量和环境安全关系密切[56]。不同土壤类型和施肥模式均对土壤磷素含量影响较大,樊红柱等[7]指出紫色水稻土磷素有效性随着土壤磷素盈亏而变化,单施无机磷肥提升土壤磷含量的速率大于施用有机肥;李渝等[8]指出黄壤旱地不同施磷处理对Olsen-P的提升幅度主要与磷肥施用量有关,土壤每年磷盈余和Olsen-P含量与磷肥施用量呈极显著正相关关系,西南黄壤旱地长期施用有机肥处理单位累积磷盈余量提升土壤Olsen-P的速率大于单施化学磷肥处理;袁天佑等[9]对潮土研究结果表明,长期不施肥处理土壤磷素常年处于亏缺状态,有效磷处于耗竭状态,长期常规施肥条件下多数监测点土壤有效磷含量随年份显著上升,土壤有效磷的变化量与磷的盈亏量呈极显著正相关;长期施肥下红壤性水稻土磷素研究指出,化学磷肥和有机肥配施相比单施化肥或有机肥能够显著提高红壤性水稻土土壤有效磷、全磷含量 (土壤有效磷含量增长速率为0.2~1.6 mg/kg,土壤全磷含量年变化速率为4.2~22.9 mg/kg),同时能够增加磷素活化效率[10];张丽等[2]对18 个黑土监测点土壤磷素进行研究,结果表明土壤有效磷的变化量与土壤累积磷呈显著正相关关系,土壤每盈余100 kg P/hm2,有效磷可增加5.28 mg/kg,常规施肥条件下,经过8~25 年的种植,61%的监测点土壤累积磷表现为盈余,39%的监测点有效磷含量显著升高。

    综上所述,不同气候条件、不同施肥措施和不同土壤类型条件下,土壤磷素变化及对累积磷的响应均不同。黑土作为我国重要的土壤资源之一,主要分布在我国东北地区,黑土面积为国家耕地面积的10%左右[2],而我国东北黑土区长期不同施肥条件下土壤磷素含量变化与磷盈余的响应关系尚不清楚,尤其是对长期施用不同肥料特别是单施有机肥、单施化肥及有机无机配施下磷库演变与磷盈亏相关关系研究较少。本研究以开始于1979年的黑土肥力定位试验为依托,根据长期不同施肥下土壤磷素年际变化特征、磷素表观平衡以及磷素盈亏变化,探讨有机肥和化肥对有效磷增加量的影响,明确黑土有效磷变化与磷平衡的关系,为黑土区合理施用磷肥和磷素资源的持续利用提供理论依据。

    • 黑土长期定位试验始于1979 年,位于黑龙江省哈尔滨市黑龙江省农业科学院试验基地 (126°35′E,45°40′N),海拔151 m,属松花江二级阶地,地处中温带,一年一熟制,冬季寒冷干燥,夏季高温多雨,≥ 10℃平均有效积温2 700℃,年均日照时数2 600~2 800 h,无霜期约135 d。试验地为旱地黑土,成土母质为洪积黄土状粘土。试验开始时耕层 (0—20 cm) 土壤pH 7.2、有机质26.7 g/kg、全氮1.47 g/kg、碱解氮151 mg/kg、全磷 (P) 0.47 g/kg、有效磷 (P) 22.2 mg/kg、全钾 (K) 10.4 g/kg、速效钾 (K) 83 mg/kg。

    • 黑土长期定位试验10个处理的试验设计和施肥量见表1。 2010年之前试验采取随机排列方式,无重复,小区面积168 m2。2010年冬季利用土壤冻结,将土壤切割成1.1 m3(地上面积1 m2,深度1.1 m)的多个原状土块,搬至哈尔滨市道外区民主乡试验基地,并保持原来的试验处理不变,每个处理3次重复,小区面积36 m2,每个小区间有水泥板隔离。试验地无灌溉设施,为自然雨养农业。种植制度为小麦−大豆−玉米轮作模式,一年一季,秋季施肥,有机肥为马粪,施用于玉米茬。各处理作物地上部分带走,秸秆不还田。秋季收获后各小区单独测产。

      处理
      Treatment
      N (kg/hm2) P2O5 (kg/hm2) K2O 有机肥 (t/hm2)
      Manure
      小麦 大豆 玉米 小麦 大豆 玉米
      CK 0 0 0 0 0 0 0 0
      N 150 75 150 0 0 0 0 0
      P 0 0 0 75 150 75 0 0
      NP 150 75 150 75 150 75 0 0
      NPK 150 75 150 75 150 75 75 0
      M 0 0 0 0 0 0 0 18.6
      MN 150 75 150 0 0 0 0 18.6
      MP 0 0 0 75 150 75 0 18.6
      MNP 150 75 150 75 150 75 0 18.6
      MNPK 150 75 150 75 150 75 75 18.6

      表 1  长期定位试验各处理施肥量

      Table 1.  Annual fertilizer rate in the treatments of long-term experiment

    • 样品采集是在每年秋季作物收获后,按“S”型采集0—20 cm混合土壤样品,室内风干,装瓶保存备用。作物产量于收获期将小区划分10 m2样区,全部收获,人工脱粒,晒干后称取风干质量,并测定其含水率,计算作物产量。土壤分析测定方法全磷用碱熔−钼锑抗比色法,有效磷用Olsen法。植株样品用H2SO4−H2O2消化,钼锑抗比色法测磷[11]

    • 土壤磷活化系数PAC (%) = Olsen-P (mg/kg)/[全磷 (g/kg) × 1000] × 100

      作物吸磷量 (kg/hm2) = 籽粒产量 (kg/hm2) × 籽粒含磷量 (%) + 秸秆产量 (kg/hm2) × 秸秆含磷量 (%)

      土壤累积磷盈亏 (P,kg/hm2) = 累积施磷量 – 作物累积吸磷量

      试验数据采用Excel2007 分析作图,SPSS软件进行统计分析,差异显著性检验采用LSD法 (P < 0.05)。

    • 长期不同施肥下黑土全磷含量变化如图1所示,长期不同施肥下土壤全磷的时间变化趋势均存在明显差异。不施磷肥的CK和N两个处理,土壤全磷含量从开始时 (1979年) 的0.47 g/kg分别下降到2015年的0.32 g/kg和0.33 g/kg,分别下降了31.9%和29.8%,土壤全磷含量与试验年限的延长呈负相关关系 (P < 0.01)。施用含磷素肥料处理的土壤全磷含量随种植时间延长表现出上升趋势,与试验年限的延长分别呈现显著 ( P < 0.05)、极显著正相关关系 ( P < 0.01)。施用化学磷肥处理 (P、NP、NPK),土壤全磷含量由试验开始时 (1979年) 的0.47 g/kg分别上升到2015年的0.70 g/kg、0.58 g/kg、0.60 g/kg,分别上升了48.9%、23.4%和27.7%。有机肥配施化肥处理 (MNPK) 从开始时的0.47 g/kg上升到2015年的0.64 g/kg ,全磷增加量为0.17 g/kg。此结果说明施用磷肥处理和有机无机肥配施处理均能提高黑土区旱地土壤全磷含量。

      图  1  不同施肥年限黑土全磷含量的变化(1979—2015)

      Figure 1.  Changes of soil total P after different fertilizer years

    • 图2所示,长期不施磷肥处理土壤有效磷 (Olsen-P) 含量呈下降趋势,本研究中CK、N两个处理土壤Olsen-P含量从开始时 (1979年) 的22.2 mg/kg分别下降到2015年的2.4 mg/kg和2.23mg/kg,土壤Olsen-P达到极缺程度。有机肥处理、有机肥配合氮肥处理 (M、MN) 土壤Olsen-P含量减少,从开始时的22.2 mg/kg分别下降到2015年的5.0 mg/kg和4.67 mg/kg。施用磷肥之后,土壤Olsen-P含量均随种植时间延长呈现上升趋势,与时间呈现正相关关系。

      图  2  不同施肥年限黑土速效磷含量(1979—2015)

      Figure 2.  Soil Olsen-P content after different fertilization years

    • 从长期施肥下黑土磷活化系数 (PAC) 随时间的变化规律(图3)可知,不施磷肥的处理 (CK、N) 和有机肥配合氮肥处理 (MN) 的PAC与试验年限呈现极显著负相关 (P < 0.01),有机肥处理 (M) 呈显著负相关 ( P < 0.05),四个处理的PAC随施肥时间延长均表现为下降趋势,由试验开始时 (1979年) 的4.75%分别下降到2015年的0.76%、0.67%、1.16%和1.28%,平均PAC分别为2.9%、2.6%、3.9%和3.7%。施用磷肥处理,土壤PAC随施肥时间延长均呈现上升趋势,2015年P、NP以及NPK处理的PAC分别增加到7.0%、6.0%和7.1%,多年平均值分别为9.4%、8.0%和9.7%,而2015年MP、MNP以及MNPK处理的PAC分别为9.3%、6.4%和9.7%,多年平均值分别为10.0%、9.3%和9.4%,有机肥与磷肥配施处理的PAC整体高于单施化学磷肥的处理。

      图  3  不同施肥年限黑土磷素活化系数的变化 (1979—2015)

      Figure 3.  Dynamic of PAC value after different fertilizations years

    • 图4结果表明,不施磷肥处理 (CK、N) 土壤Olsen-P变量与土壤累积磷亏缺值呈正相关关系,CK和N处理土壤每亏缺磷100 kg/hm2,Olsen-P分别下降1.83和1.46 mg/kg。施用化学磷肥的三个处理 (P、NP、NPK),土壤每积累磷100 kg/hm2,Olsen-P分别上升 1.56、1.45和1.69 mg/kg。单施有机肥 (M) 和有机肥配施氮肥 (MN) 处理土壤Olsen-P变化量与磷盈余表现为负相关关系,土壤每积累磷100 kg/hm2,M和MN处理土壤Olsen-P分别下降1.38和1.24 mg/kg。有机肥配施化学磷肥处理 (MP、MNP、MNPK) 土壤每盈余磷100 kg/hm2,三种处理土壤Olsen-P分别上升0.63、0.53和0.96 mg/kg,上升幅度较低。36年间18个年份里所有处理土壤的Olsen-P变化量与土壤累积磷盈亏值之间的关系表明 (图5),随着土壤累积磷的增加,土壤有效磷含量呈增加趋势,黑土磷素每盈余100 kg/hm2,Olsen-P上升1.28 mg/kg。

      图  4  长期不同施肥处理黑土有效磷增量与累积磷盈亏的关系(1979—2015)

      Figure 4.  Correlations between soil Olsen-P change and P balance under long-term different fertilizations

      图  5  黑土所有处理Olsen-P与土壤累积磷盈亏的关系

      Figure 5.  Correlation between soil Olsen-P change and P balance under long-term different treatments

    • 磷素在土壤中的形态较稳定,因而土壤磷库的变化过程较缓慢,有研究表明,长期不施磷肥处理土壤磷含量呈现降低趋势,过量施用磷肥使得土壤磷含量增加[1213]。本试验结果表明,长期不施用磷肥的CK和N处理,土壤全磷含量随施肥年限的延长均呈现下降趋势,到2015年含量下降了约三分之一,土壤Olsen-P含量下降到试验初始时的十分之一左右,下降幅度较大。CK和N处理由于长期不施磷肥,其他来源的磷素不多,作物收获后带走土壤中的磷素,进而导致土壤中的全磷和有效磷含量降低,以上与以往研究结果一致[10, 1314]。本研究中磷肥处理 (P、NP、NPK) 的土壤全磷、有效磷含量随着施肥年限的延长而增加,红壤性水稻土和黑垆土上也有同样的研究结果 [10, 15]。说明磷肥的长期施用对于增加土壤有效磷的含量起到重要作用,土壤有效磷的变化量与土壤磷素积累量呈正相关关系[9, 14]。单施有机肥及其与化学氮肥配施处理 (M、MN) 土壤全磷和有效磷含量均呈现下降趋势,土壤全磷、有效磷含量低于有机无机磷肥配施处理 (MP、MNP、MNPK),高于不施磷肥处理 (CK、N),黄晶等也得出了相似的研究结果[10],主要原因可能是因为施入土壤中的有机质或残留在土壤中的有机质在腐化过程中产生有机酸根离子,有机酸活化了土壤磷素,降低了磷的吸附,使得土壤中的磷素更易于向深层移动[1618],进而降低了表层土壤全磷和有效磷的含量。这也是有机肥与无机肥配施土壤全磷和有效磷含量增加少于单施化肥磷的原因。

      土壤磷素活化系数 (PAC) 是有效磷与全磷的比值,用来表征土壤磷素的有效化程度。总的来说,施磷肥处理土壤PAC值高于不施肥处理,有机无机肥配施PAC值高于单施化肥[10, 19]。本研究结果中2015年度不施化学磷肥处理 (CK、N、MN、M) 的PAC值均低于2%,土壤磷的有效性性较低。由于化肥中的有效磷含量较高,施用化学磷肥可大大增加土壤中的有效磷含量,增加PAC[20]。所有施磷处理中,有机肥与磷肥配施处理的PAC值高于单施磷肥,与主要与有机肥增加了土壤有机质含量,减少了有效磷在土壤中的固定有关[2122]。另外,有机质中富含的有机酸可以将土壤溶液中的磷酸根离子置换出来,增加有效磷含量[23]。在红壤的相关研究中也表明,土壤磷素活化系数增加的主要原因是磷在土壤中的固定能力降低了[10, 24]。鉴于以上分析,不同施肥处理有效磷对磷盈亏的响应各异,将土壤磷盈余量与有效磷含量变化量进行回归,在本试验条件下,不施磷肥处理 (CK、N)、单施有机肥 (M) 和有机肥配施氮肥 (MN) 处理,土壤每盈余磷100 kg/hm2,四个处理土壤有效磷增量下降幅度较小,范围为1.24~1.83 mg/kg,施用化肥处理的有效磷增量高于有机肥和化肥配施处理。不同土壤类型差别较大,南方黄泥田有机和化肥配施处理有效磷增量大于化肥处理[19]、红壤性水稻土和黑垆土化肥处理有效磷增量较高[10, 14]

      已有研究结果表明,土壤有效磷的变化量与磷盈亏呈正相关关系,土壤每累积100 kg/hm2 磷,单施化学磷肥处理土壤有效磷含量平均提高2.6 ~21.2 mg/kg,有机肥配施化学磷肥处理有效磷含量平均提高0.56~41.3 mg/kg[19]。本研究所有土壤样品的有效磷与累积磷盈亏关系表明,黑土磷素每盈余100 kg/hm2,Olsen-P浓度上升1.28 mg/kg,与已有研究的有机肥配施化肥处理浓度相近。本研究有机肥配施化学磷肥的处理土壤有效磷浓度基本在此范围,化肥处理的土壤有效磷浓度略低于该范围,而此结果可能与试验地的环境、土壤性质以及种植制度等因素有关。具体原因有待进一步研究和探讨。

    • 施肥影响黑土磷素的平衡和有效性。长期不施磷肥黑土全磷含量随试验年限的延长而降低,在试验年限内,有效磷含量下降幅度小于全磷,显示了对土壤磷库的耗竭。施用磷肥可增加黑土全磷和有效磷含量,土壤磷素活化系数即磷素的有效性也随施肥时间的增加而增加。有机肥与磷肥配合施用不仅可增加磷素的累积量,更有效增加磷素的有效性。

参考文献 (24)

目录

    /

    返回文章
    返回