鄭陽，脫云飛，楊翠萍，王倩，王昭儀,向萍，楊啟良

(1.西南林業(yè)大學生態(tài)與環(huán)境學院，云南 昆明 650224；2.四川栗子坪國家級自然保護區(qū)管理局，四川 石棉 625400；3.昆明理工大學現(xiàn)代農業(yè)工程學院，云南 昆明 650500)

土壤磷素質量比和有效性直接影響植物生長發(fā)育，其遷移方式以擴散為主，土壤磷素易被土壤膠體固定，導致磷素主要富集在土壤表層，而深層土壤中相對不足[1-3].

國內外學者對灌溉施肥條件下土壤養(yǎng)分運移及分布特性做了大量研究[4].試驗表明噴灌施肥條件下速效磷和速效鉀分布在土壤深度0～20 cm作物主根區(qū)，有利于植物根系對土壤養(yǎng)分吸收利用[5-6].章明奎等[7]研究土壤磷垂直遷移機理發(fā)現(xiàn)，土壤中磷以基質流和優(yōu)勢流2種方式進行遷移，且大孔隙周圍土壤磷濃度均明顯高于其他土壤深度.LI等[8]研究不同灌溉方式土壤磷分布特性發(fā)現(xiàn)，土壤中磷分布與灌溉方式顯著相關，土壤深度0～60 cm滴灌和地下灌溉有效磷含量低于溝灌，20～60 cm土層中滴灌TP和AP含量高于溝灌.李久生等[9]研究了噴灌施肥均勻系數(shù)對冬小麥生育期內土壤水肥分布特性，結果表明土壤硝態(tài)氮時空分布存在明顯差異，且土壤初始硝態(tài)氮含量均勻性影響其變異性.邢海峰等[10]研究發(fā)現(xiàn)磷肥全部通過滴灌分次施入，馬鈴薯土壤中含磷量明顯高于磷肥基施.徐芷君等[11]研究川西亞高山深林生態(tài)系統(tǒng)土壤磷儲量，發(fā)現(xiàn)礦質土壤層中全磷儲量顯著高于有機層中含量.葉春等[12]研究丘陵區(qū)小流域不同地類土壤磷儲量特征，發(fā)現(xiàn)林地、旱地、水旱輪作田土壤氮磷表現(xiàn)出表聚性，并且指出紫色土丘陵區(qū)耕地土壤氮磷養(yǎng)分流失較高，而儲量相對最低林地土壤養(yǎng)分固持潛力最大.GEISSELER等[13]研究表明在滴灌施肥點土壤磷集聚最多，且隨滴頭距離增大而逐漸減少.SOLIMAN等[14]試驗結果表明在0～15 cm施肥區(qū)，速效磷含量最高，隨剖面深度增加逐漸降低.MARANGUIT等[15]研究表明磷最大積累區(qū)在土壤深度0～50 cm.KASSIR等[16]研究無機磷肥和有機磷肥對磷移動的影響，結果表明以磷酸作肥源時磷沿水平方向移動10～15 cm，沿垂直方向移動20 cm；而以甘油磷酸鹽作肥源時磷水平方向運移15～20 cm，沿土壤深度方向運移25 cm.ADUSUMILLI等[17]和DAI等[18]對滴灌和波涌灌施肥對土壤有效磷影響的研究表明波涌灌處理下磷集聚在土壤表層，土壤深度20～40 cm的有效磷含量顯著下降，滴灌處理有效磷峰值分布在耕作層，滴灌處理條件下有效磷分布較均勻.

國內外針對土壤磷素研究主要集中在磷素形態(tài)分析及其運移規(guī)律方面，對不同灌水方式土壤磷素運移研究較多，而對控水控肥條件下微噴灌三七土壤全磷和速效磷運移分布及其儲量特性研究較少.文中通過4個控肥水平和3個控水水平正交試驗設計，研究控水控肥條件下微噴灌三七土壤全磷和速效磷沿水平方向和土壤深度方向運移分布特性，及土壤全磷和速效磷隨土壤深度儲量變化特性，土壤全磷和速效磷沿水平方向和土壤深度方向運移分布特性研究有助于三七吸收利用土壤養(yǎng)分，實現(xiàn)精準施肥和灌溉，有利于提高三七水肥利用效率.該研究對三七農田土壤水肥高效利用和調控提供技術支持，對三七高產優(yōu)質種植具有重要的指導意義.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗區(qū)位于云南省紅河哈尼族彝族自治州瀘西縣(103°30′～104°03′E，24°15′～24°46′N)，瀘西縣屬于北亞熱帶季風氣候區(qū)，縣境內氣候特點為干濕季節(jié)分明，夏季多雨、冬春干旱[19]，平均海拔1 540 m，多年平均氣溫15.6 ℃，最高月平均氣溫31.7 ℃，最低月平均氣溫-2.7 ℃，極端最高氣溫33.5 ℃，極端最低氣溫-7.1 ℃，多年平均最大風速2.5 m/s，多年平均降水量 850.0 mm，年均日照2 122 h，無霜期272.7 d.屬山地高原喀斯特地形，巖溶地貌特征顯著，土壤類型主要以紅壤為主，植被類型以季風半濕潤常綠闊葉林為主.

1.2 試驗設計及樣品采集

試驗于2017—2019年在瀘西縣大栗樹村三七典型種植區(qū)進行，每年3—10月進行試驗.三七采用雙層遮陽網遮蓋，灌水方式為倒掛微噴灌，灌水施肥每月1次，采樣時間為每次灌水施肥后第3天進行，施肥與灌水同時進行噴灑均勻濕潤地面，用塑料薄膜遮蓋排出自然降水，多余的水量通過開挖鼠道排出試驗區(qū).根據(jù)當?shù)厝叻N植高產高效灌溉施肥制度，試驗設置4個控肥水平分別為W2F1，W2F2，W2F3和W2F4，每畝施肥水平分別為3.20，4.80，6.20和8.00 kg;3個控水水平分別為W1F2，W2F2和W3F2，灌水水平分別為0.4FC，0.6FC和0.8FC，其中FC為田間持水率，為42.28%.CK為對照處理，對照處理不施肥不灌溉，每個處理3個重復，共計24個小區(qū)，每個小區(qū)長16.70 m，寬1.50 m，種植前開溝起壟，溝深30 cm，溝底寬40 cm，以確保灌水時不漏水、不漫溝，定期鋤草等田間管理措施.試驗時每個小區(qū)選擇1株三七為研究對象，水平方向和土壤深度方向在同一垂直平面上，以三七莖稈為中心沿水平方向(統(tǒng)一為行距方向)外延每隔10 cm采土樣，水平方向長度50 cm，沿土壤深度方向每隔10 cm采土樣，采樣深度50 cm，取得鮮土用自封袋密封帶回實驗室，風干后過2 mm篩，之后進行土壤全磷和速效磷測試，對每次采樣數(shù)據(jù)求其平均值進行處理.肥料選用德美水溶性有機肥質量比：φ(N)≥21%，φ(P2O5)≥21%，φ(K2O)≥21%，φ(腐殖酸)≥6%，φ(Fe螯合態(tài))≥0.05%，φ(Zn螯合態(tài))≥0.05%，φ(Cu螯合態(tài))≥0.017%，φ(Mn螯合態(tài))≥0.05%，φ(B)≥0.1%，φ(Mo)≥0.007%，φ(Hg)≤5 mg/kg，φ(As)≤10 mg/kg，φ(Cd)≤10 mg/kg，φ(Cr)≤50 mg/kg，φ(Pb)≤50 mg/kg.試驗土壤基本的理化性質如表1所示，表中w為質量比，r為土壤容重.

表1 試驗土壤基本理化性質

1.3 測定方法及其數(shù)據(jù)分析

土壤全磷(TP)采用鉬銻抗比色法測定；土壤速效磷(AP)采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定.采用Surfer15.0軟件繪制控水控肥三七土壤全磷和速效磷的分布，采用SPSS24.0計算均值(mean)、均方根誤差(root mean square error)、標準差(standard deviation)、均勻系數(shù)Cu和偏態(tài)系數(shù)Cs.土壤磷素分布均勻系數(shù)Cu，采用克里斯琴森均勻系數(shù)[18]計算,即

(1)

偏態(tài)系數(shù)Cs作為衡量系列不對稱程度的參數(shù)，其計算式[19]為

(2)

式中：Cs為土壤TP，AP變化的偏態(tài)系數(shù)；σ為TP，AP質量比的標準差.

土壤全磷、速效磷儲量計算式為

(3)

式中：ST為試驗小區(qū)0～50 cm土層土壤全磷、速效磷儲量，kg/m2;ρi為第i層土壤容重，g/cm3，沿土壤深度剖面實測土壤容重平均值為1.30 g/cm3；di為第i層土壤厚度，取10 cm.

2 結果與分析

2.1 控水對三七土壤全磷、速效磷分布影響

圖1為處理W1F2,W2F2,W3F2和CK三七土壤全磷質量比沿水平方向d和土壤深度h方向分布.由圖可知，不同灌水量條件下土壤全磷以三七植株為中心沿水平方向和土壤深度的增大均逐漸減小，水平方向最大值出現(xiàn)的范圍在0～10 cm，土壤深度最大值出現(xiàn)的范圍在0～20 cm.處理W1F2,W2F2,W3F2和CK土壤深度0～50 cm全磷質量比平均值分別為0.58,0.50,0.49和0.41 g/kg，W1F2,W2F2,W3F2全磷比CK分別增大了41.46%,21.95%和19.51%.處理W1F2在水平方向0 cm、土壤深度0處出現(xiàn)全磷質量比最大值，為1.10 g/kg；處理W2F2全磷質量比在水平方向分別為10 cm，土壤深度為0出現(xiàn)最大值，為0.98 g/kg.處理W3F2在水平方向和土壤深度均為0處，三七植株根際生長周圍出現(xiàn)全磷質量比最大值，為1.17 g/kg.處理CK水平方向10 cm、土壤深度10 cm處出現(xiàn)全磷質量比最大值，為0.66 g/kg.處理W1F2，W2F2，W3F2和CK三七土壤全磷質量比最小值均出現(xiàn)在水平方向和土壤深度方向最大處，處理W1F2，W2F2，W3F2和CK土壤全磷質量比平均最小值分別為0.31，0.25，0.20和0.17 g/kg.其原因為有機肥隨灌水施入土壤，全磷隨灌水沿水平方向向外和土壤深度向下層運移，三七主根系分布在土壤深度0～30 cm，對土壤全磷吸收利用，改善三七土壤生態(tài)環(huán)境，促進正常生長發(fā)育，提高產量品質，多余全磷隨土壤水分淋洗向深層運移，也有轉化成磷素其他形態(tài)，致使土壤全磷質量比隨沿水平方向和土壤深度的增大逐漸減小.

圖1 控水條件下三七土壤全磷分布

圖2為處理W1F2,W2F2,W3F2和CK三七土壤速效磷質量比沿水平方向和土壤深度方向分布.由圖可知，不同灌水量下土壤速效磷以三七植株為中心沿水平方向和土壤深度的增大均先減小后增大，沿水平方向和土壤深度方向最大值出現(xiàn)的范圍均在0～20 cm.處理W1F2,W2F2,W3F2和CK土壤深度0～50 cm速效磷質量比平均值分別為21.57,23.99,28.00和12.01 mg/kg，W1F2,W2F2,W3F2速效磷比CK分別增大了79.60%,99.75%和133.13%.土壤速效磷隨灌水量增加而增加.處理W1F2速效磷在水平方向和土壤深度距離均為0出現(xiàn)最大值，為36.07 mg/kg;W2F2速效磷在水平方向10 cm、土壤深度0出現(xiàn)最大值，為51.40 mg/kg;處理W3F2速效磷在水平方向0，土壤深度10 cm出現(xiàn)最大值，為64.17 mg/kg.處理W1F2，W2F2，W3F2和CK三七土壤速效磷質量比最小值均出現(xiàn)在水平方向和土壤深度方向20～30 cm處，處理W1F2，W2F2，W3F2和CK土壤全磷質量比平均最小值分別為17.89，22.47，25.68和8.98 mg/kg.其原因為磷受到土壤的吸附作用，移動距離減小，有效性減弱.處理CK土壤速效磷水平方向為10 cm，土壤深度為0出現(xiàn)最大值，為16.95 mg/kg，處理W3F2下土壤速效磷質量比最大，灌水量對土壤速效磷影響較大.隨著灌水量的增加，土壤對磷肥的固定和吸附作用減弱，使土壤中速效磷質量比高于處理CK.

圖2 控水條件下三七土壤速效磷分布

2.2 控肥對三七土壤全磷、速效磷分布影響

圖3為W2F1,W2F3,W2F4和圖1中W2F2,CK處理三七土壤全磷沿水平方向和土壤深度方向分布.由圖可知，不同施肥量土壤全磷以三七植株為中心沿水平方向和土壤深度的增大均先減小后增大，水平方向和土壤深度方向最大值出現(xiàn)的范圍在0～10 cm.處理W2F1,W2F2,W2F3,W2F4和CK土壤深度0～50 cm全磷質量比平均值分別為0.46,0.50,0.45,0.57和0.41 g/kg，W2F1,W2F2,W2F3和W2F4全磷質量比比CK分別增大12.19%,21.95%,9.75%和39.02%.W2F1的全磷質量比最大值為1.02 g/kg，分布在土壤深度為10 cm、水平方向10 cm處；W2F3全磷質量比最大值分布在水平方向10 cm、土壤深度為0處，為1.32 g/kg；W2F4的全磷質量比最大值為1.14 g/kg，分布在水平方向0、土壤深度為0處.

圖3 控肥條件下三七土壤全磷分布

圖4為W2F1,W2F3和W2F4和圖2中W2F2和CK處理下三七土壤速效磷沿水平方向和土壤深度方向分布.由圖可知，不同施肥條件下土壤速效磷以三七植株為中心沿水平方向和土壤深度的增大均先減小后增大，水平方向和土壤深度最大值出現(xiàn)的范圍在0～10 cm.處理W2F1,W2F2,W2F3,W2F4和CK土壤深度0～50 cm速效磷質量比平均值分別為22.98,23.99,28.82,27.79和12.01 mg/kg，處理W2F1,W2F2,W2F3,W2F4速效磷比CK分別增大91.34%,99.75%,139.96%和131.39%.W2F1,W2F3和W2F4最大值分別為36.35,55.00和64.72 mg/kg，均分布在土壤深度為0、水平方向0，表明土壤速效磷主要集聚在土壤表層三七根系附近.

圖4 控肥條件下三七土壤速效磷分布

2.3 控水控肥對三七土壤全磷、速效磷分布特性影響

表2為控水控肥處理三七土壤全磷、速效磷分布特性，采用均值Mean、標準差SD、均方根誤差RMSE、分布均勻系數(shù)Cu和偏態(tài)系數(shù)Cs評價.采用克里斯琴森均勻系數(shù)Cu評價控水控肥條件下土壤全磷、速效磷的分布均勻度.處理CK土壤全磷、速效磷的分布均勻系數(shù)分別為64.82%和76.11%.處理W1F2,W2F2,W3F2全磷分布均勻系數(shù)分別為70.98%,58.75%,46.77%，速效磷分布均勻系數(shù)分別為80.42%,70.05%,62.70%；處理W2F1,W2F3和W2F4全磷分布均勻系數(shù)分別為62.82%,46.83%和59.72%，速效磷分布均勻系數(shù)分別為76.45%,70.04%和68.68%.控水條件下處理W1F2全磷和速效磷分布均勻系數(shù)最大，分別為70.98%和80.42%，全磷和速效磷分布最均勻，而處理W3F2全磷和速效磷分布均勻系數(shù)最小，分別為46.77%和62.70%，全磷和速效磷分布最不均勻.處理W3F2全磷和速效磷均方根誤差最大，表明全磷和速效磷分布最不均勻，而處理CK全磷和速效磷均方根誤差最小.僅有處理CK全磷偏態(tài)系數(shù)為負值，其余處理全磷和速效磷偏態(tài)系數(shù)均為正值.控肥條件下處理CK全磷和處理W1F2速效磷分布均勻系數(shù)最大，分別為64.82%和76.45%，而處理W2F3全磷和處理W2F4速效磷分布均勻系數(shù)最小，分別為46.83%和68.68%，全磷和速效磷分布均勻系數(shù)較小，表明全磷和速效磷分布不均勻.處理W2F4全磷和速效磷均方根誤差最大，表明全磷和速效磷分布最不均勻，而處理CK全磷和速效磷均方根誤差最小.僅有處理W2F1速效磷偏態(tài)系數(shù)為負值，其余處理全磷和速效磷偏態(tài)系數(shù)均為正值.

表2 控水控肥三七土壤磷素分布特征

2.4 控水控肥對三七土壤磷素儲量影響

圖5為控水控肥條件下三七土壤全磷TP和速效磷AP儲量.由圖可知，控水條件下全磷和速效磷儲量在土壤表層0～20 cm最大，全磷和速效磷儲量隨土壤深度增加逐漸減少，處理W1F2，W2F2，W3F2和CK全磷和速效磷儲量差異均具有統(tǒng)計學意義，且顯著大于處理CK.處理W1F2，W2F2，W3F2和CK全磷和速效磷儲量隨灌水量增加而增加.控肥條件下處理W2F1，W2F2，W2F3，W2F4和CK全磷和速效磷儲量均隨施肥量增加先增大后減小，處理CK 0～50 cm土壤全磷和速效磷儲量分別為0.32 kg/m2和0.01 kg/m2.處理W2F3全磷儲量平均值最大，為0.63 kg/m2，比處理CK增大96.17%；處理W2F3速效磷儲量平均值最大，為0.026 kg/m2，比處理CK增大169.67%，其次處理W2F4速效磷儲量平均值為0.025 kg/m2，因此，處理W2F3全磷和速效磷儲量最大.處理W2F3為三七生長提供適宜土壤水分和養(yǎng)分.

注：同一列不同小寫字母表示P<0.05下的差異具有統(tǒng)計學意義

3 討 論

磷作為植物生長不可缺少營養(yǎng)元素之一，在土壤溶液中濃度較低而水肥耦合可提高肥料利用率，增加土壤中氮磷鉀含量[20-22].本研究發(fā)現(xiàn)土壤磷素主要集聚在土壤表層0～20 cm，該研究與李憑峰等[23]研究一致，其研究發(fā)現(xiàn)滴灌施磷肥在土壤橫向和縱向移動主要發(fā)生在0～10 cm土層，向下層移動量較小且分布集中.PAUDEL等[24]研究了葡萄柚養(yǎng)分淋失潛力，結果表明磷酸根在土壤表層和亞表層移動性大，土壤深度0～30 cm和30～60 cm分別淋失60%和40%.不同施肥量全磷和速效磷儲量均隨施肥量增加先增大后減小，處理W2F3全磷和速效磷儲量平均值最大，表明施肥量過高全磷和速效磷產生拮抗作用，反而不利于植物吸收利用.文中研究結果與楊玥[25]的研究相一致，施用高量磷肥土壤表層中速效磷含量無明顯增加.不同施肥量全磷和速效磷以三七植株為中心沿水平方向和土壤深度增大均先減小后增大，全磷和速效磷水平方向和土壤深度方向最大值出現(xiàn)范圍在0～10 cm，這與蔣靜靜等[26]研究結果相一致，其研究不同灌水施肥條件下黃瓜土壤養(yǎng)分變化，結果表明土壤速效磷含量隨水肥供給增加而減少，速效磷隨土壤深度增大而減小，隨徑向距離增大先減小再增大[27-28].不同灌水施肥處理下土壤全磷分布均勻系數(shù)均大于70.00%，與CK相比，控水控肥不同處理土壤速效磷分布均勻系數(shù)均減小，這與李義林[29]的研究結果相一致，研究表明水分分布均勻性主要取決于土壤初始含水率和灌水量[30].文中僅研究微噴灌條件下土壤磷素的分布特性，對于不同灌溉方式下土壤養(yǎng)分變化特征還有待于進一步研究.不同水肥組合既呈協(xié)同作用，也呈拮抗作用，適宜灌水施肥組合方式可充分發(fā)揮土壤水肥綜合效率.

4 結 論

通過控水控肥條件下微噴灌三七土壤全磷和速效磷運移分布及其儲量特性研究，主要研究結論如下：

1)不同灌水量全磷以三七植株為中心沿水平方向和土壤深度的增大均逐漸減小，水平方向最大值出現(xiàn)的范圍在0～10 cm，土壤深度最大值出現(xiàn)的范圍在0～20 cm.速效磷沿水平方向和土壤深度的增大均先減小后增大，沿水平方向和土壤深度方向最大值出現(xiàn)的范圍均在0～20 cm.

2)不同施肥量全磷和速效磷以三七植株為中心沿水平方向和土壤深度的增大均先減小后增大，全磷和速效磷水平方向和土壤深度方向最大值出現(xiàn)的范圍在0～10 cm.

3)不同灌水量全磷和速效磷分布均勻系數(shù)均隨灌水量的增加先減小后增大，處理W3F2全磷和速效磷分布均勻系數(shù)最小，分別為46.77%和62.70%，僅有處理CK全磷偏態(tài)系數(shù)為負值，其余處理全磷和速效磷偏態(tài)系數(shù)均為正值.不同施肥量全磷和速效磷分布均勻系數(shù)均隨施肥量的增加先減小后增大，處理W2F3全磷分布均勻系數(shù)最小，為46.83%，處理W2F4速效磷分布均勻系數(shù)最小，為68.68%，僅有處理W2F1速效磷偏態(tài)系數(shù)為負值，其余處理全磷和速效磷偏態(tài)系數(shù)均為正值.

4)不同灌水量全磷和速效磷儲量在土壤表層0～20 cm最大，全磷和速效磷儲量均隨土壤深度增加而減少，隨灌水量增加而增加；不同施肥量全磷和速效磷儲量均隨施肥量增加先增大后減小，處理W2F3全磷和速效磷儲量平均值最大.