仲子文+孫翠平+張英鵬+孫明+井永蘋+羅加法+薄錄吉+李彥

摘要：為研究長期定位施肥對土壤磷素的影響，在山東潮土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作制度下，通過連續(xù)33年的長期定位施肥試驗，研究土壤有效磷變化、磷庫的演變及兩者比值（PAC）的變化關(guān)系。試驗設(shè)8個處理：不施肥（CK）、氮（N）、氮磷（NP）、氮鉀（NK）、磷鉀（PK）、氮磷鉀（NPK）、減量氮磷鉀（N15PK）和增量氮磷鉀（N25PK），同時設(shè)置8種不同施肥模式下增施有機肥處理。結(jié)果表明，對于土壤全磷、有效磷及PAC值，增施有機肥處理高于不施有機肥處理，施用磷肥處理高于不施磷肥處理；隨著年限增加，不施磷肥和只施化學(xué)磷肥由于作物吸收、養(yǎng)分流失及形態(tài)轉(zhuǎn)化等原因?qū)е峦寥懒讕煊兴鶞p小，而增施有機肥處理保持穩(wěn)定；對于PAC值變化，不施有機肥處理隨年限增加而降低，增施有機肥處理隨年限增加而增加，PAC值總體較低，與土壤性質(zhì)有關(guān)。綜合來看，化學(xué)磷肥配施有機肥更能有效地提高土壤磷含量，保證磷素的供應(yīng)，這為潮土區(qū)施肥管理和土壤培肥提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：長期定位施肥；潮土；全磷；有效磷；磷庫；活化系數(shù)

中圖分類號：S158.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）12-0059-09

Abstract To study the effects of long-term located fertilization on soil phosphorus， the changes of soil available phosphorus （Olsen-P）， the evolution of soil total phosphorus （TP） and the ratio change of Olsen-P to TP （PAC） were studied by 33-year fertilization experiments in winter wheat-summer maize rotation system in Shandong fluvo-aquic soil. Eight treatments were designed as no fertilization （CK）， nitrogen fertilizer （N）， nitrogen and phosphate fertilizer （NP）， nitrogen and potassium fertilizer （NK）， phosphate and potassium fertilizer （PK）， nitrogen-phosphate-potassium fertilizer （NPK）， reduced NPK fertilizer （N15PK）， increased NPK fertilizer （N25PK）. At the same time， eight organic fertilizer added treatments were designed based on the application of inorganic fertilizer same as the above ones. The results showed that TP， Olsen-P and PAC of organic fertilizer added treatments were higher than those without organic fertilizer， and those of the treatments adding phosphate fertilizer were higher than those of no phosphate fertilizer. With the increase of years， soil P pool reduced due to crop absorption， nutrient loss and morphological transformation and other causes under the treatments of without and only phosphate fertilizer， while remained stable under the treatments adding organic fertilizer. The PAC values were generally lower in fluvo-aquic soils， and it could be improved by the application of organic fertilizer. On the whole， the application of chemical phosphate fertilizer combined with organic fertilizer could improve the phosphorus content in soil and ensure the supply of phosphorus nutrition， which provided scientific basis for fertilization management and soil fertility in fluvo-aquic soil.

Keywords Long-term located fertilization； Fluvo-aquic soil； Total phosphorus； Available phosphorus； Phosphorus pool；Activity coefficient

潮土是山東省面積最大的土類，有466.6萬公頃，其中耕地410.6萬公頃，分別占全省土壤面積和耕地面積的38.53%和48.12%。潮土分布集中，76.5%的潮土面積集中分布在魯西北黃河沖積平原，另外23.5%分布在山地丘陵區(qū)[1]。潮土分布區(qū)地勢平坦，土層深厚，水熱資源較豐富，適種性廣，是我國主要的旱作土壤，盛產(chǎn)糧棉。但潮土大部分屬中、低產(chǎn)土壤，加之旱澇災(zāi)害時有發(fā)生，尚有鹽堿危害，導(dǎo)致作物產(chǎn)量不穩(wěn)定。因此必須通過合理施肥，提高潮土養(yǎng)分含量，進而提高作物產(chǎn)量。長期定位施肥具有時間長期性和氣候代表性等優(yōu)點，既可揭示土壤肥力演變、評價肥料效益，又可研究施肥對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的影響[2]。endprint

關(guān)于山東潮土長期定位試驗對磷素演變的研究[3，4]并不少，這為潮土地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和地力培育提供了一定的理論依據(jù)。楊軍等[5]探討了長期施肥條件下潮土土壤有效磷、全磷對土壤磷素盈虧響應(yīng)，得出土壤磷素盈虧狀況與肥料配施類型密切相關(guān)。信秀麗等[6]研究了潮土長期施用有機肥和化肥條件下土壤全磷、有效磷的演變，結(jié)果表明土壤全磷和有效磷的演變都顯著受磷素盈虧的影響，施用有機肥可增加作物可吸收利用的磷。袁天佑等[3]通過常規(guī)施肥和不施肥處理發(fā)現(xiàn)，不施肥條件下潮土土壤每虧缺磷100 kg/hm2，土壤有效磷下降2.7 mg/kg，常規(guī)施肥下土壤磷每盈余100 kg/hm2，土壤有效磷增加1.2 mg/kg，土壤有效磷變化量與土壤磷素盈虧呈極顯著正相關(guān)。

關(guān)于我國潮土中磷素的研究很廣泛，但缺乏系統(tǒng)性的研究。因此系統(tǒng)地了解潮土中有效磷含量變化、磷庫演變及磷活化系數(shù)的變化情況對提高潮土磷素科學(xué)施用具有重要指導(dǎo)意義。本研究通過山東潮土的長期定位試驗，探討長期施肥對土壤磷素的影響，可為潮土區(qū)施肥管理和土壤培肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗點位于濟南市山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗農(nóng)場院內(nèi)（北緯36°40′，東經(jīng)117°00′），海拔27.5 m，地處亞熱帶，屬于暖溫帶半濕潤季風型氣候。年平均氣溫14.8℃，氣溫大于10℃的積溫4 774℃，年降水量693.4 mm，年蒸發(fā)量444.1 mm，無霜期216.4 d，年日照時數(shù)1 870.9 h。

供試潮土土壤成土母質(zhì)為近代河流沉積物，土壤中粘土礦物主要以水云母、綠泥石為主。長期肥料定位監(jiān)測試驗從1982年秋季開始，試驗初始0～20 cm耕層土壤基本性狀見表1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗處理：不施肥（CK），氮（N），氮磷（NP），氮鉀（NK），磷鉀（PK），氮磷鉀（NPK），減量氮磷鉀（N15PK），增量氮磷鉀（N25PK），每個小區(qū)1 m2，重復(fù)3次；又設(shè)增施有機肥處理8個，無機肥施用同前面8個處理，有機肥（CK+M），氮和有機肥（N+M），氮磷和有機肥（NP+M），氮鉀和有機肥（NK+M），磷鉀和有機肥（PK+M），氮磷鉀和有機肥（NPK+M），減量氮磷鉀和有機肥（N15PK+M），增量氮磷鉀和有機肥（N25PK+M），未設(shè)重復(fù)。試驗采取隨機區(qū)組設(shè)計，各處理肥料施用量見表2，其中有機肥為馬糞，馬糞養(yǎng)分含量平均N 4.75 g/kg，P2O5 4.83 g/kg，K2O 9.90 g/kg。采用小麥-玉米一年兩熟輪作制，小麥季氮肥按50%基施和50%追施，磷、鉀肥均作基肥施用；玉米季氮、磷、鉀肥全部基施。有機肥試驗區(qū)是在此施肥基礎(chǔ)上施用25 t/hm2馬糞，每年秋季小麥播種前施一次。各處理作物地上部分帶走，回田的秸稈N、P、K養(yǎng)分不計入總量。由于每年的管理措施均一致，考慮到池栽試驗的可持續(xù)性和土壤養(yǎng)分變化的不顯著性，1982—1990年每年采集1次土樣，1991—2010年間隔2～3年采集1次土樣，2011年至今5年左右采集1次土樣。

1.3 測定項目和方法

土壤樣品分析按照統(tǒng)一的方法進行，測定方法見參考文獻[7， 8]。土壤全磷用堿熔—鉬銻抗比色法測定；速效磷用Olsen法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

土壤磷素活化系數(shù)PAC（%）=Olsen P（mg/kg）/[全磷（g/kg）×1000]×100 。

試驗數(shù)據(jù)采用Micorsoft Excel 2010進行統(tǒng)計和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期施肥下土壤全磷的變化趨勢

磷是植物生長所必需的大量元素，施磷能夠提高農(nóng)作物產(chǎn)量，是維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)和保障糧食安全的重要手段，其中土壤全磷含量能夠反映土壤磷庫的大小[9]。因長期定位微區(qū)試驗土樣采集次數(shù)少，并非每年取樣，本研究采用相關(guān)回歸分析研究長期不同施肥模式對山東潮土全磷含量變化的影響，如圖1、圖2所示。對于圖1，幾種不同施肥處理模式下土壤全磷含量均隨著年限的增加而降低，不施磷肥的三種處理（CK、N、NK），由于作物吸收土壤磷等原因，土壤全磷表現(xiàn)為極顯著（P<0.01）下降的趨勢。土壤施用磷肥后，前8年土壤全磷表現(xiàn)出增加趨勢；隨著年限增加，全磷含量表現(xiàn)出下降，但與供試前土壤相比變化不大。有研究者認為，積累態(tài)磷如果在石灰性土壤中累積時間超過3年，就有可能轉(zhuǎn)化成土壤天然存在的磷灰石形態(tài)[10]。

對于圖2，隨著年限的增加，單施有機肥不施化學(xué)磷肥處理（CK+M、N+M和NK+M）呈現(xiàn)顯著下降的趨勢；而化學(xué)磷肥與有機肥配施處理隨年限增加土壤全磷先增加后趨于穩(wěn)定，與供試土壤（全磷含量1.28 mg/kg）相比，30年時NP+M、PK+M、NPK+M、N15PK+M和N25PK+M處理土壤全磷含量分別增加39.5%、51.8%、45.1%、34.6%和50.1%。

可見，長期不施磷肥會造成土壤中的磷素達到極缺狀態(tài)；只施用化學(xué)磷肥或只施用有機肥，由于作物吸收、流失、轉(zhuǎn)化形態(tài)等原因?qū)е峦寥懒讕煊兴鶞p小，而無機磷肥與有機肥配施后土壤磷庫穩(wěn)定，可保證磷素的供應(yīng)。

2.2 長期施肥下土壤有效磷的變化趨勢

土壤有效磷（Olsen-P）能直接被農(nóng)作物吸收利用，是土壤供磷水平的重要指標之一[11]。長期不同施肥模式下山東潮土有效磷含量變化如圖3、圖4所示。可見在長期不施磷肥的處理（CK、N、NK）中，土壤有效磷基本上不隨年份的延長而波動，土壤有效磷平均含量很低，穩(wěn)定在2.5～2.8 mg/kg，達到極缺的程度，明顯影響作物產(chǎn)量。對于施用磷肥的處理，土壤有效磷含量隨種植時間延長總體呈現(xiàn)下降趨勢，除NP處理與種植年限呈現(xiàn)顯著負相關(guān)（P<0.05），其余施用磷肥處理的有效磷含量均與時間呈現(xiàn)極顯著負相關(guān)（P<0.01）；但由于前8年土壤有效磷表現(xiàn)出快速上升趨勢，到2010年NP、PK、NPK、N15PK和N25PK土壤有效磷含量分別增加到9.89、18.37、12.66、12.84 mg/kg和20.58 mg/kg，均高于供試土壤（有效磷含量5.90 mg/kg）；不同施肥模式下土壤有效磷含量的大小順序為PK>NP>N15PK>NPK>N25PK>NK>CK>N，此結(jié)果與信秀麗等[6]研究結(jié)果一致。由圖4看出，增施有機肥處理，除了氮磷鉀肥與有機肥配施外，其余處理土壤有效磷含量隨著種植年限的增加呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢；但同時施用磷肥與有機肥處理的土壤有效磷含量總體較高，2010年時NP、PK、NPK、N15PK和N25PK土壤有效磷含量分別增加到45.44、69.76、47.10、39.92 mg/kg和28.68 mg/kg，年增量為1.46、2.37、1.53、1.26 mg/kg和0.84 mg/kg，磷鉀增施有機肥處理有效磷年增量最大，原因可能是由于氮肥的缺失，作物從土壤中吸收帶走的磷素較少。增施有機肥處理中有效磷含量在1996—1998年明顯增加，可能是由于當年有機肥養(yǎng)分含量相對較高。與土壤全磷結(jié)論一樣，無機磷肥配施有機肥更能提高土壤中有效磷含量。endprint

2.3 長期施肥下土壤有效磷與全磷的關(guān)系

用磷活化系數(shù)（PAC）可以表示土壤磷的活化能力，長期施肥下山東潮土磷活化系數(shù)隨時間的演變規(guī)律如圖5、圖6所示。對于不施有機肥處理，其中不施磷肥的處理（CK、N、NK）中土壤PAC隨施肥時間均表現(xiàn)為緩慢上升的趨勢，但是總體偏低，CK、N、NK處理PAC值分別平均為0.28%、0.27%和0.24%，土壤活化率很低；而對于施用磷肥處理（NP、PK、NPK、N15PK和N25PK），施肥3到8年之間，施磷肥處理的土壤PAC高于2%，說明土壤全磷容易轉(zhuǎn)化為有效磷；但隨施肥時間延長土壤PAC值呈現(xiàn)下降趨勢，種植20年后，土壤全磷和有效磷含量都下降，由于有效磷下降更明顯，PAC值也降低；施肥28年來PAC值平均為1.87%、2.10%、1.71%、1.69%和1.65%，明顯大于不施磷肥處理。

對于增施有機肥的各處理，除N25PK+M處理外，其余增施有機肥處理土壤PAC一直處于上升趨勢，種植23年時，CK+M、NP+M、PK+M、NPK+M、N15PK+M和N25PK+M處理的PAC值分別為3.15%、4.66%、4.00%、4.03%、3.85%和2.82%，與供試土壤PAC（0.46%）相比，這幾種處理的PAC值年上升率為0.10%～0.18%。增施有機肥處理PAC總體值大于無機肥處理，黃紹敏等[12]研究發(fā)現(xiàn)，有機肥處理磷的有效化高于無機肥處理。但PAC值及上升速度均明顯低于紅壤土，可見PAC值與土壤類型有一定的關(guān)系；另外PAC值較低也可能與栽池面積較小、微生物群落結(jié)構(gòu)不夠豐富有關(guān)，從而導(dǎo)致土壤有效磷活化率較低。

3 結(jié)論

3.1 磷是作物生長發(fā)育的重要因子，不施用磷肥會導(dǎo)致土壤磷素缺乏，施用磷肥尤其是磷肥與有機肥配施能保持土壤磷庫穩(wěn)定。

3.2 長期不施磷肥，土壤中有效磷含量降至2.5～2.8 mg/kg，嚴重影響作物的生長；施用無機磷肥或有機肥能提高土壤中有效磷含量，但隨著種植年限的延長也會轉(zhuǎn)為虧缺狀態(tài)。

3.3 相同施磷量下，由于作物生長的影響，偏施磷肥處理（NP、PK）土壤磷含量高于平衡施肥處理（NPK、N15PK和N25PK）。

3.4 不施磷肥土壤中磷的PAC值降至0.24%，施用磷肥可提高PAC值，而施用有機肥更有利于土壤中磷的活化。

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