盧九斤，華明秀，盛海彥，2，許米聰，聶易豐，王永亮，索南加，于嘉文

(1.青海大學(xué) 農(nóng)牧學(xué)院，西寧 810016；2. 省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810016；3.青海諾木洪農(nóng)場，青海都蘭 816100)

磷是植物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中最重要的養(yǎng)分限制因子[1-2]。枸杞(LyciumbarbarumL.)為茄科枸杞屬多年生落葉灌木，是中國重要的“藥食兩用”植物資源[3]，是改良鹽堿地的先鋒樹種[4]。柴達(dá)木地區(qū)枸杞種植規(guī)模已由2007年的2181.09hm2增至2018年的33456.72hm2，為當(dāng)?shù)胤N植戶帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[5]。但枸杞種植戶為追求高產(chǎn)投入過量磷肥，使得土壤長期處于磷盈余的狀態(tài)。截至2020年，青海省磷肥投入高達(dá)1.8×104t(復(fù)合肥按1/3算)[6]。由于磷肥當(dāng)季利用率較低，極易被土壤固定等特點(diǎn)[7-10]，磷素容易在土壤中大量累積，帶來農(nóng)田土壤環(huán)境污染風(fēng)險[11-13]。因此，合理施用磷肥與作物產(chǎn)量、磷肥殘留量密切相關(guān)。前人在磷肥用量對植物產(chǎn)量、磷素累積的響應(yīng)做了大量的研究工作。李鈺等[14]研究表明寧夏枸杞產(chǎn)量隨施磷量的增加呈先增后降的趨勢，當(dāng)施磷(P2O5)量為349.2kg/hm2時產(chǎn)量最高，過量施磷產(chǎn)量下降。豐艷廣[15]研究發(fā)現(xiàn)施磷量(P2O5)為200kg/hm2時平邑甜茶總生物量最高，施磷量(P2O5)為800kg/hm2時最小。楊振興等[16]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)P2O5每年投入量為37.5～65kg/hm2時，磷肥當(dāng)季利用率較高，磷素在土壤中累積量較少；當(dāng)P2O5每年投入量達(dá)到112kg/hm2后，會造成磷素在土壤中大量累積，進(jìn)而對農(nóng)田環(huán)境產(chǎn)生危害。于艷梅[17]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)磷肥(P2O5)用量為90kg/hm2時可提高作物地上部生物量；磷肥用量過高時，作物產(chǎn)量對磷肥用量無響應(yīng)；當(dāng)磷肥(P2O5)用量為60kg/hm2時土壤表觀磷盈虧達(dá)平衡狀態(tài)。目前磷肥用量對作物產(chǎn)量及土壤磷盈虧影響的相關(guān)研究主要側(cè)重于小麥、玉米、水稻[18-20]等，針對柴達(dá)木枸杞鮮有報道。因此，迫切需要探討科學(xué)施磷與提高柴達(dá)木枸杞產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及降低環(huán)境污染風(fēng)險的響應(yīng)關(guān)系。本試驗(yàn)通過研究不同施磷量對枸杞園土壤磷素盈虧的影響，為柴達(dá)木地區(qū)枸杞合理施用磷肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019─ 2020年在青海諾木洪農(nóng)場(96°20′E，36°25′N)進(jìn)行。該地區(qū)屬高原大陸性氣候，海拔2 760 m，蒸發(fā)量約3 000 mm。土壤類型為灰棕漠土，0～20 cm土壤基本理化性質(zhì)為：pH 8.21，有機(jī)質(zhì)含量14.58 g/kg，全氮1.20 g/kg，全磷2.17 g/kg，全鉀23.74 g/kg，堿解氮 45.65 mg/kg，有效磷36.69 mg/kg，速效鉀 153.17 mg/kg。年均溫為-4 ℃，年均降雨量約56 mm。試驗(yàn)期間的降雨量與氣溫見圖1。

圖1 試驗(yàn)期間降雨量與氣溫

1.2 試驗(yàn)材料

供試植物為樹齡 8 a 的‘寧杞 7 號’；磷肥為重過磷酸鈣(P2O546%，云天化集團(tuán))，氮肥為尿素(N 46.4%，云天化集團(tuán))，商品有機(jī)肥(有機(jī) 質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥5%，青海恩澤農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)6個處理，化學(xué)磷肥用量(P2O5)分別為0 kg/hm2(P0)、133 kg/hm2(P133)、267 kg/hm2(P267)、400 kg/hm2(P400)、534 kg/hm2(P534)和農(nóng)民習(xí)慣施磷量(P2O5)667 kg/hm2(P667)，每個處理重復(fù)3次。所有處理均施用商品有機(jī)肥 1 667 kg/hm2，純氮 400 kg/hm2。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，枸杞種植株行距為1.5 m× 2 m，每個小區(qū)面積70 m2，每小區(qū)24株。磷肥及有機(jī)肥分別于2019-05-20、2020-05-14在每株枸杞樹的樹冠下株間距根30 cm處，挖20 cm深的2個施肥坑(單施肥坑面積約300 cm2)作基肥一次施入；尿素分基肥與追肥(基肥與追肥的比例為1∶1)分別于2019-05-20、2019-06-30及2020-05-14、2020-07-04均勻撒施入施肥坑。其余管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣一致。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 枸杞產(chǎn)量及植株磷素累積量 分別于2019-07-30、2019-08-20、2019-09-14及2020-08-05、2020-08-27、2020-09-19在各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取3株長勢良好的枸杞樹，采摘全部果實(shí)，鮮果晾干后測定干果質(zhì)量。2019年與2020年枸杞收獲后對果樹進(jìn)行破壞性取樣，收集距主干半徑100 cm、深0～100 cm范圍內(nèi)所有的根。果樹整株解析為根、主莖干、1 a生枝條、多年生枝條、葉片等。收集后稱量各器官鮮質(zhì)量，在100～105 ℃下殺青30 min，再在65 ℃烘干至恒量，稱量各器官的干物質(zhì)量[21]。用電鋸及粉碎機(jī)將植株各器官粉碎后過0.25 mm篩，測定植株各器官的全磷含量，全磷含量的測定采用GB 7852 - 87方法[22]。

1.4.2 土壤有效磷 2019-09-15第3次枸杞收獲后(下文簡稱H0期)、2020-05-14基肥施用前(F1期)、2020-08-26第2次枸杞收獲后(H2期)、2020-09-19第3次枸杞收獲后(H3期)在各處理小區(qū)選取3株枸杞樹，在其樹冠下距離樹干30 cm未施肥點(diǎn)(以樹體為中心對角線處選取兩點(diǎn))，用土鉆采集0～100 cm土壤樣品(每20 cm為一層)，分層混合并剔除石礫和植物殘根，風(fēng)干后過1 mm篩用于測定土壤有效磷。土壤有效磷含量的測定采用GB 12297-90方法[23]；土壤體積質(zhì)量測定采用環(huán)刀法，環(huán)刀體積100 cm3，高約5.2 cm，每個土層取3次體積質(zhì)量平均值。0～20、 20～40、40～60、60～80、80～100 cm各土層土壤體積質(zhì)量分別為1.48、1.44、1.52、1.43、1.42 g/cm3。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行初步匯總與整理，采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(One - way analysis of variance)(P<0.05)，采用Origin 8.0制作圖表。計算公式參考文獻(xiàn)[16,19-21]。

增產(chǎn)率=(施化學(xué)磷肥處理枸杞產(chǎn)量―不施化學(xué)磷肥處理枸杞產(chǎn)量)/ 不施化學(xué)磷肥處理枸杞產(chǎn)量× 100%

凈收益=枸杞產(chǎn)量× 枸杞單價-(尿素單 價×施用量+重過磷酸鈣單價×施用量+商品有機(jī)肥單價×施用量)-田間操作費(fèi)

枸杞植株磷素累積量=∑(枸杞樹體各器官干質(zhì)量×各器官含磷量)

當(dāng)季土壤表觀磷盈=每年施化學(xué)磷肥量- 每年枸杞植株磷素累積量(正值為盈余，負(fù)值為虧缺，0為表觀平衡)

土壤有效磷累積量=土層厚度× 土壤體積質(zhì)量×土壤有效磷含量

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷量對枸杞產(chǎn)量及凈收益的影響

施入磷肥顯著提高枸杞產(chǎn)量及凈收益(表1)。枸杞產(chǎn)量隨施磷量的增加呈先增加后降低的趨勢，P534處理的產(chǎn)量最高。2019年P(guān)534、P667處理的枸杞產(chǎn)量分別為8 320 kg/hm2、7 937 kg/hm2，較P0處理分別增加34.7%、28.5%。2020年P(guān)133、P267、P400、P534、P667處理較P0處理分別增加9.7%、 11.4%、14.9%、38.2%和 36.2%，P534處理與P667處理的枸杞產(chǎn)量無顯著差異。不同處理的增產(chǎn)率隨施磷量增加呈先增后降的趨勢，2019年、2020年平均增產(chǎn)率分別為 17.3%、22.1%。兩年P(guān)534與P667處理較P0處理凈收益分別增加83 171 元/hm2、67 213 元/hm2及94 771 元/hm2、89 173 元/hm2，兩年P(guān)534處理的凈收益最高，分別為143 315元/hm2、162 795元/hm2較P667處理增加12.5%、3.6%。

表1 不同施磷量下枸杞產(chǎn)量及凈收益

2.2 施磷量對植株磷素累積量的影響

2019年與2020年，與P0處理相比，其他處理的植株磷素累積量顯著增加。2019年，P534處理植株磷素累積量最高，為98.1 kg/hm2，較P0、P667處理分別增加18.3%、2.7%(圖2)。P133、P267、P400處理植株磷素累積量較P0處理分別增加4.8%、3.9%、4.3%。2020年，P534處理的枸杞植株磷素累積量為146.1 kg/hm2，較P0、P667處理分別增加69.7%、7.0%。P133、P267、P400處理的植株磷素累積量較P0處理分別增加 24.2%、17.7%、26.5%。2020年植株磷素累積量均高于2019年，增加3.9%～49.0%。

不同字母表示同一年份不同處理植株磷素累積量差異顯著(P<0.05)

2.3 施磷量對土壤有效磷含量的影響

土壤有效磷含量的變化主要集中于0～60 cm土層(圖3)。在H0期、F1期以及H2期，不同施磷處理的土壤有效磷含量隨著土層深度的增加而降低。H0期，P534處理0～100 cm土壤有效磷平均含量為28.9 mg/kg，較P667處理增加 5.63%。H3期，P534、P667處理土壤有效磷含量隨土層深度的增加呈現(xiàn)先降后升的趨勢，P534處理60～100 cm土層土壤有效磷含量較P667處理降低13.6%。與H0期相比，H3期P400～ P667處理40～100 cm土層土壤有效磷含量增加381.4%～492.4%。

圖3 不同施磷處理0 ～100 cm 土層土壤有效磷含量

各處理0～100 cm土層土壤有效磷累積量隨枸杞生育期的推進(jìn)呈先增后降的趨勢(表2)。H0期，隨施磷量的增加，土壤有效磷累積量先增后降，P400處理土壤有效磷累積量最高，為550.6 kg/hm2。F1期及H2期，P667處理的土壤有效磷累積量最高，其次為P534處理，二者無顯著差異；F1期P534、P667處理土壤有效磷累積量較P0處理分別增加48.0%、50.1%。H2期，P133、P267、P400、P534和P667處理土壤有效磷累積量較P0處理增加14.3%、23.1%、20.8%、30.1%和33.2%。H3期，各處理的土壤有效磷累積量較H2期均有所下降，P667處理土壤有效磷累積量最高，為 1 043.5 kg/hm2，較P400、P534處理分別增加 9.8%、5.7%。H3期土壤有效磷累積量較H0期均升高，P400、P534、P667處理土壤有效磷累積量較H0期提高72.6%、115.4%、159.3%。

表2 不同施磷處理土壤有效磷累積量

2.4 不同施磷處理的當(dāng)季土壤表觀磷盈虧

隨磷肥用量的增加，土壤磷素由虧缺轉(zhuǎn)為盈余(圖4)。2019及2020年施磷133 kg/hm2土壤磷素為虧缺狀態(tài)，施磷267～667 kg/hm2土壤磷素均為盈余狀態(tài)。P534處理兩年的土壤表觀磷年盈余分別為135.1 kg/hm2、87.0 kg/hm2，較P400處理分別增加53.3%、32.2%，較P667處理分別降低31.0%、43.8%。P0、P133、P267、P400、P534和P667處理的年均土壤表觀磷盈虧量分別為-84.5 kg/hm2、-38.8 kg/hm2、22.9 kg/hm2、76.9 kg/hm2、111.1 kg/hm2、175.3 kg/hm2，P534處理的土壤表觀磷年盈余較P667處理降低36.6%。由回歸分析結(jié)果可知，施磷量與當(dāng)季土壤表觀磷盈虧呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。施磷量每增加100 kg/hm2，當(dāng)季土壤表觀磷盈虧分別提高41.6 kg/hm2、35.6 kg/hm2。2 a間施磷量分別為198.3 kg/hm2、245.7 kg/hm2時，土壤磷素達(dá)到平衡狀態(tài)(圖5)。

圖4 2019-2020年不同施磷處理當(dāng)季土壤表觀磷盈虧

圖5 施磷量與當(dāng)季土壤表觀磷盈虧的關(guān)系

3 討 論

3.1 減施磷肥對枸杞產(chǎn)量和植株磷素累積量的影響

磷參與植物的光合作用，土壤磷素含量的提高對同化力的形成與運(yùn)輸起到積極作用，進(jìn)而利于植株有機(jī)物的合成，提高產(chǎn)量[24]。前人研究表明磷素過多時，光合速率受到抑制，且過量施磷可能導(dǎo)致土壤的鋅、硅等與磷作用，產(chǎn)生沉淀[25]。本研究結(jié)果顯示施用磷肥較不施磷處理顯著提高枸杞產(chǎn)量，且隨著施磷量的增加枸杞產(chǎn)量與植株磷素累積量呈先增后降的趨勢，這說明適量施磷有利于枸杞產(chǎn)量的形成。與農(nóng)民習(xí)慣施磷量(667 kg/hm2)相比，減少20%的磷肥用量對枸杞產(chǎn)量及植株磷素累積量無顯著影響。其可能原因?yàn)椋罕驹囼?yàn)土壤的有效磷背景值為36.69 mg/kg，為較高水平[26]，且枸杞園前期磷肥投入過量，枸杞未完全利用及磷肥當(dāng)季利用率低等原因，導(dǎo)致土壤磷素長期處于盈余狀態(tài)。同時前人研究表明過量的無機(jī)磷對磷酸酶活性存在抑制作用[27]，因此農(nóng)民習(xí)慣施磷處理較減施20%磷肥處理降低枸杞植株磷素累積量，柴達(dá)木中高肥力枸杞園減磷潛力較大。試驗(yàn)結(jié)果顯示2020年植株磷素累積量高于2019年，可能的原因?yàn)楸驹囼?yàn)的磷肥用量屬較高水平，造成的高磷環(huán)境提高了枸杞根系活力，進(jìn)而增強(qiáng)了2020年植株吸磷能力，使得各處理的枸杞植株磷素累積量均高于2019年。王艷麗等[28]的研究發(fā)現(xiàn)高磷環(huán)境可提高單位根質(zhì)量的表面積，促進(jìn)細(xì)根的發(fā)育，提高根系吸收活力。李月梅等[26]通過研究柴達(dá)木枸杞干物質(zhì)積累及養(yǎng)分吸收規(guī)律發(fā)現(xiàn)，每生產(chǎn)100 kg枸杞干果需投入2.2 kg P2O5，本試驗(yàn)枸杞最高產(chǎn)量為 8 807 kg/hm2，理論所需P2O5為194 kg，農(nóng)民習(xí)慣施磷高達(dá)667 kg/hm2，由此可得柴達(dá)木地區(qū)枸杞磷肥投入遠(yuǎn)高于枸杞實(shí)際需求。據(jù)統(tǒng)計，1980-2018年中國磷肥用量增加167%，同期糧食產(chǎn)量僅增加105%[29]。若按中國磷礦可采儲量37億t計，僅可開采20 a[30]。過量施磷導(dǎo)致磷礦資源大量浪費(fèi)的同時，在磷肥的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢氣、廢水以及廢渣，導(dǎo)致土壤酸化、水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題[31]。因此柴達(dá)木地區(qū)枸杞生產(chǎn)磷肥投入過量，不僅造成農(nóng)業(yè)資源的浪費(fèi)、肥料成本顯著增加且不利于枸杞產(chǎn)量及植株磷素累積量的增加。枸杞栽培中減施20%磷肥用量有利于提高產(chǎn)量、保護(hù)環(huán)境與實(shí)現(xiàn)磷素高效可持續(xù)利用。

3.2 減施磷肥對土壤有效磷含量及當(dāng)季土壤表觀磷盈虧的影響

土壤有效磷是土壤磷素供應(yīng)水平高低的重要指標(biāo)。土壤有效磷含量較低造成作物明顯減產(chǎn)，但當(dāng)土壤有效磷含量超過閾值時，增施磷肥對作物無顯著增產(chǎn)效果[32]，甚至可能由于磷素遷移造成地下水污染。本試驗(yàn)結(jié)果顯示過量的磷肥在土壤中富集且主要集中于0～60 cm土層，均隨土層深度的增加呈降低趨勢，可能與本試驗(yàn)的施肥深度為20 cm，枸杞根系活動范圍為0～60 cm有關(guān)[33]；同時表層土壤的通氣性高、微生物活性強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)微生物對磷素的轉(zhuǎn)化[34]，使表層土壤的有效磷含量處于較高水平。研究發(fā)現(xiàn)在灰漠土中，磷的吸附量隨外源磷量的增大而增大，施磷量過高可能導(dǎo)致磷的吸附量增加，進(jìn)而降低土壤有效磷累積量[35-36]。H2期即枸杞盛果期，各處理土壤有效磷累積量高，可能是由于6-8月溫度降水適宜，枸杞處于旺盛生長季，根系分泌物較多，有利于溶磷微生物在土壤中將磷素轉(zhuǎn)化為植物可利用的形態(tài)，促使土壤有效磷含量的增加[19]。鄧麗等[37]研究結(jié)果表明100 cm以上土壤剖面，磷遷移隨年限有較大變幅，磷的有效吸收深度通常在100 cm以內(nèi)土層。本研究結(jié)果表明，2020年枸杞收獲后(H3期)土壤有效磷累積量均高于2019年枸杞收獲后(H0期)，且當(dāng)施磷量為400～667 kg/hm2時在40～100 cm土層土壤有效磷含量增幅較大，表明過量施磷存在磷素向下遷移的風(fēng)險。H3期施磷量高于400 kg/hm2時土壤有效磷含量在80～100 cm土層明顯增加，可能的原因?yàn)榱追十?dāng)季利用率低，試驗(yàn)前期過量投入的磷肥殘留于土壤并不斷積累，本試驗(yàn)采用大水漫灌的方式進(jìn)行灌溉，表層磷素向下遷移所致[38]。H3期施磷量為667 kg/hm2時，80～100 cm土層的土壤有效磷含量最高，環(huán)境污染風(fēng)險最大。因此農(nóng)民習(xí)慣施磷量過高，適當(dāng)減施磷肥對降低環(huán)境污染風(fēng)險意義較大。

前人研究表明土壤磷盈虧既與土壤磷投入量有關(guān)，也與植物吸收攜出土壤磷素有關(guān)，通常表現(xiàn)為土壤投入磷素越多，土壤磷盈余量越高[39]。不施磷肥處理的枸杞樹不斷地從土壤中攜出磷素，而灌溉、降雨帶來的外源磷素極少[40]，因此土壤磷素始終處于虧缺狀態(tài)。當(dāng)施磷量遠(yuǎn)高于植物需磷量時，土壤中磷素則處于盈余狀態(tài)，極易造成環(huán)境污染[41-42]。試驗(yàn)結(jié)果顯示2019年的土壤表觀磷盈余量高于2020年，可能是由于高磷環(huán)境提高根系活力，促進(jìn)2020年枸杞植株的磷素吸收和累積，進(jìn)而降低2020年土壤表觀磷盈余。由當(dāng)季土壤表觀磷盈虧的回歸結(jié)果可得磷素平衡閾值為施磷量198.3 kg/hm2、245.7 kg/hm2，農(nóng)民習(xí)慣施磷量遠(yuǎn)高于土壤表觀磷平衡的閾值且土壤磷盈余最高，減施磷肥刻不容緩。減施磷肥可以顯著降低成本，節(jié)約資源。施入磷肥(P2O5)為534 kg/hm2時，土壤磷素處于盈余狀態(tài)，但枸杞產(chǎn)量、收益、植株磷素積累量均表現(xiàn)為最佳，為推薦施磷量。

4 結(jié) 論

隨著施磷量的增加枸杞產(chǎn)量與植株磷素累積量均呈先增后降的趨勢。過量的磷肥在土壤中富集且主要集中于0～60 cm土層，隨土層深度的增加呈降低趨勢。施磷量與土壤表觀磷盈虧量呈極顯著正相關(guān)。與農(nóng)民習(xí)慣施磷量相比，減少20%磷肥用量可顯著增加枸杞產(chǎn)量和植株磷素累積量，提高枸杞盛果期的土壤有效磷含量，且顯著降低當(dāng)季土壤表觀磷盈余。綜上，磷肥用量為(P2O5) 534 kg/hm2為柴達(dá)木地區(qū)中高肥力枸杞園推薦施磷量。