复配酸化对滴灌条件下石灰性土壤pH、磷有效性及玉米吸收的影响

黄致华，王娟，李言言，侯建伟，李留仁，危常州

(1.石河子大学农学院，新疆石河子 832003；2.新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003)



复配酸化对滴灌条件下石灰性土壤pH、磷有效性及玉米吸收的影响

黄致华1，王娟2，李言言2，侯建伟2，李留仁2，危常州2

(1.石河子大学农学院，新疆石河子 832003；2.新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003)

【目的】研究不同比例硫酸铵(生理酸性)和磷酸脲(化学酸性)在石灰性土壤上施用，对土壤酸碱度、土壤有效磷含量和玉米对磷素吸收及产量的影响。【方法】采用田间小区试验方法，模拟大田条件下复配酸化剂对作物生长发育的影响。【结果】施用硫酸铵和磷酸脲复配显著降低局部土壤pH，且随施用次数的增加，酸化效果呈现增强的趋势。在第6次施用复配酸化后酸化效果最强，土壤pH最大降幅0.35个单位，并且复配酸化显著提高了土壤有效磷含量。在等养分投入和管理水平下，施用复配酸化能增加玉米植株生物量和提高植株磷素累积量。与常规施肥处理相比，复配酸化的磷素累积量分别增加了29.86%、15.06%、11.52%，玉米产量提高了7.72%～10.58%。【结论】滴灌条件下施用复配酸化是提高石灰性土壤养分有效性和作物增产的一种有效方法。

玉米复配酸化；土壤有效磷；滴灌；石灰性土壤

0 引 言

1 材料与方法

1.1 材 料

大田试验于2016年石河子大学农学院实验站进行，试验田块土壤为灌耕灰漠土，pH 8.05，有机质13 g/kg，全氮0.75 g/kg，碱解氮65 mg/kg，速效磷20.33 mg/kg，速效钾178.74 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采用硫酸铵(AS)和磷酸脲(UP)复配作为土壤酸化剂。试验设4个处理，(1)CK(常规施肥)；(2)M1(AS∶UP=3∶1)；(3)M2(AS∶UP=1∶1)；(4)M1(AS∶UP=1∶3)。试验施肥总量为N 300 kg/hm2，P2O5240 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2。氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用磷酸一铵(含 P2O561%)，钾肥用硫酸钾(含 K2O 54%)。氮肥的20%用于基施，钾肥全部基施，磷肥全部用于追施。基肥在播种前施入土壤。

酸化剂的施用量为240 kg/hm2，即全部的磷肥施用量折算成等物质量的酸。酸化剂的用量设定为在等理论酸量(全部P2O5折算成磷酸的H+)的基准下，磷酸脲中的1 mol磷酸分子释放出2 mol H+，硫酸铵中的1 mol硫酸铵被作物吸收时释放出2 mol H+硫酸铵由于在土壤中硝化和损失，大约有50%的硫酸铵损失，基于等养分量确定硫酸铵的施用量为等理论酸的2倍。

试验采用完全随机设计，三次重复。供试作物为玉米，品种SC704。试验小区面积24 m2，在播种前覆膜。试验采用一膜一管两行种植模式，株行距配置40 cm×60 cm，株距25 cm，株数为80 000株/hm2。全生育期灌水10次，总灌水量为5 400 m3。列出灌水时期、灌量及追肥用量。表1

表1 灌水时期、灌量及追肥用量

Table 1 Irrigation scheduling and topdressing scheduling

日期(月/日)4/275/236/46/176/277/77/177/278/48/14合计灌量(m3/hm2)4506004504506006006006006004505400N(kg/hm2)34 234 234 834 234 234 234 2240P2O5(kg/hm2)34 234 234 834 234 234 234 2240

1.2.2 样品采集及测定1.2.2.1 土壤样品

分别在第3次施肥(7月7日)和第6次施肥(7月27日)灌溉结束后2 d，以滴灌带10 cm处取不同土层深度(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)采集土壤样品。

土壤pH用1∶2.5的土水比，用测定新鲜土样pH。

土壤有效磷用pH=8.5的0.5 mol/L NaHCO3浸提风干土样，钼锑抗比色法测定。

1.2.2.2 植株样品

选取了2017年2月到2017年12月在我院接受治疗的48例膝关节炎病患,随机分成了治疗组、对照组。治疗组:病患24例,男性病患16例,女性病患8例,年龄在42-74岁,均龄49.32±5.72岁,患病时间持续1-8年,均值4.97±2.21年;其中9例左膝患者,15例右膝患者。对照组:男性病患15例,女性病患9例,年龄在41-73岁,均龄为50.21±4.32岁,患病时间持续2-8年,均值为4.52±3.46岁;左膝病患共有9例,右膝患者15例。

于玉米的苗期，抽雄期及成熟期，在每个小区采集长势均一的玉米植株5株；将植株地上部分为叶、茎+叶鞘、穗，于105℃杀青30 min后，80℃烘箱中烘干至恒重，计算其地上部干物质重。

样品粉碎后，用H2SO4-H2O2消煮，待测液用钒钼黄比色法进行植株全磷含量的测定[9]。

在玉米成熟后，各小区随机选取1 m2进行测产，测定行粒数、穗行数、千粒重，汇总后计算产量。

1.3 数据处理

植株全磷含量(%)=∑[植株各器官磷含量(%)×各器官干物质量(g/株)]/植株全株干物质量(g/株)。

作物磷素累积量(kg/hm2)= 植株磷含量(%)×单位面积干物质重(kg/hm2)。

试验数据采用Microsoft Excel2003和SPSS 17.1软件进行实验数据分析。

2 结果与分析

研究表明，施用复配酸化可以降低土壤pH。第3次施肥后，与常规施肥处理相比，M1、M2、M3处理的土壤pH均有不同程度的降低，其中M2、M3处理达到显著水平，M1处理虽有差异，但差异不显著，分别降低了0.03、0.11、0.04个单位。随着酸化剂施用次数的增加土壤pH呈现出下降的趋势，其中在第6次施肥后M2处理的0～20 cm的土壤pH表现为最低，且相比于常规施肥处理降低了0.35个单位。与常规施肥处理相比，M1、M3处理的土壤pH均有明显的降低，并达到显著水平，分别降低了0.28、0.21个单位。复配酸化各处理均表现出较强的酸化效果。与第3次施肥后土壤pH相比，第6次施肥后复配酸化处理的土壤pH呈现降低的趋势，说明连续少量多次的施用酸化剂具有一定的累积效果；常规施肥处理的土壤pH呈现出上升趋势，这可能与玉米植株根系活动的强弱有关。对于不同土层深度来说，常规施肥处理和复合酸化处理土壤pH存在差异。随着土层深度的增加，土壤pH呈现增加的趋势，0～20 cm土层酸化效果最为强烈。图1

图1 不同复配酸化下土壤pH变化

Fig.1 Effect of complex acid materials on soil pH

2.2 复配酸化对土壤有效磷的影响

研究表明，施用复配酸化可以提高土壤有效磷含量。第三次施肥后，与常规施肥处理相比，M1、M2、M3处理的土壤有效磷含量均有不同程度的提高，各处理均达到显著水平，分别提高3.34、13.99和10.76 mg/kg，与常规施肥处理相比分别提高了9.28%、38.8%和29.85%。随着酸化剂施用次数的增加土壤有效磷含量呈现出增加的趋势。与常规施肥处理相比，M1、M2、M3处理的土壤有效磷含量均有明显的增加，其中M2、M3处理达到显著水平，分别提高了3.59、17.58和18.41 mg/kg。说明连续少量多次的施用复配酸化能够保持和提高土壤有效磷含量。对于不同土层深度来说，常规施肥处理和复配酸化处理的土壤有效磷含量存在显著差异。表层土壤的有效磷含量显著高于深层土壤。各处理40～60 cm土层的有效磷含量均无显著差异，说明肥料和酸化剂主要存在于0～40 cm土层。图2

图2 不同复配酸化下土壤有效磷变化

Fig.2 Effect of complex acid materials on soil available P content

2.3 复配酸化对玉米干物质量的影响

研究表明，随着生育期的推进，各处理玉米植株干物质量都显著增加。在苗期各处理间均无显著差异。在玉米抽雄期，M1处理的玉米干物质量高于其他处理，但与常规施肥处理差异不显著。M2、M3处理的干物质量都低于常规施肥处理。在成熟期，M1、M2处理玉米干物质量高于常规施肥处理，其中M1处理达到显著水平,与常规施肥处理相比，M1处理干物质量增加了9.9%；M3处理低于常规施肥处理，但差异不显著。说明施用过多的磷酸脲可能不利于玉米的干物质累积。图3

图3 不同复配酸化下玉米干物质量变化

Fig.3 Effect of complex acid materials on dry matter in maize

2.4 复配酸化对玉米磷吸收的影响

研究表明，复配酸化可以提高玉米对磷的总吸收量。在玉米抽雄期，M1、M2处理的玉米植株磷素累积量高于常规施肥处理，但磷的吸收差异不显著。随着复配酸化施用次数的增加，复合酸化处理的酸化效果凸显。在成熟期，复配处理的玉米植株磷素累积量较常规施肥处理均有不同程度的提高，其中M1处理达到显著水平。M1、M2、M3处理较常规施肥处理分别增加了29.86%、15.06%、11.52%。M1、M2处理的复配酸化效果显著。图4

图4 不同复配酸化下玉米磷素累积变化

Fig.4 Effect of complex acid materials on P accumulation in maize

2.5 复配酸化对玉米产量及构成的影响

作物产量是评价肥料施用效果和土地生产能力的重要参数[10]。研究表明，滴灌施肥配合复配酸化玉米产量均高于常规施肥处理，其中M1、M2处理达到显著差异。M1、M2、M3处理分别较常规施肥处理增加了1.11、1.52和0.06 t/hm2，分别较常规施肥处理增加7.72%、10.58%和0.4%。复配酸化处理对玉米的行粒数和穗行数均无显著。但复配酸化处理的千粒重显著高于常规施肥处理(M3处理除外)。说明复配酸化处理是通过增加千粒重来提高玉米的产量。表2

表2 不同复配酸化下玉米产量及构成变化

Table 2 Effect of complex acid materials on yield and yield components of maize

处理Treatment行粒数Rowgrains穗行数Rowperear千粒重1000-grainweight(g)产量Yield(t/hm2)CK14 3a47 8a309 3b14 37bM114 9a46 5a328 6a15 48aM215 3a46 1a331 3a15 89aM314 9a44 7a318 6ab14 43b

注：不同字母表示处理间差异达到0.05显著水平。显著P<0.05

Note：Different letters represented significant difference at 0.05 level. significant difference atP<0.05

3 讨 论

3.1 复配酸化降低局部土壤pH和提高土壤有效磷含量

铵态氮肥强烈的酸化效应可能是通过作物吸收阳离子和微生物的硝化作用来影响电荷平衡[11]。有研究表明，施用硫酸铵可以降低根际土壤pH 0.22～0.29个单位，降低非根际土壤0.08～0.18个单位。并且施入硫酸铵可以提高土壤有效磷的含量[12]，并且硫酸铵可以为提供植物必需营养元素氮和硫[13]。磷酸脲(17-19-0)是一种无色透明棱柱状晶体，水解后为磷酸和尿素。有研究表明，施入磷酸脲能够显著的降低土壤pH，并提高了土壤有效磷的含量[14]。在石灰性土壤中，碳酸钙决定土壤pH，其缓冲作用使得土壤pH居高不下，一次性投入大量酸性物质不能解决土壤的缓冲作用，在滴灌条件下少量多次的施用酸性物质，可以局部酸化土壤，活化土壤养分，提高土壤磷有效性；多次滴灌施肥可以较长时间的维持局部土壤较低的土壤pH和活化土壤养分，提高肥料利用率。研究发现不同比例复配硫酸铵和磷酸脲施用能够显著的降低局部土壤pH，并且提高土壤有效磷含量。M2处理在第三次施用酸化后就表现出强烈的酸化效果，随着复配酸化的连续施用，土壤pH持续降低，土壤表层有效磷含量也呈现出升高的趋势，表现出酸化累积效果。

3.2 复配酸化施用显著提高作物对磷的吸收和提高作物产量

养分吸收量是玉米产量形成的基础，它的高低直接影响玉米产量和肥料利用效率。研究表明，施用酸性物质可以提高作物对磷的吸收[14,15]。也有研究表明[16-18]酸性物质可以显著提高小麦产量；土施硫磺能明显促进油菜的生长和增加油菜干物质的积累，油菜的生物量随硫磺用量的增加而增加；是用硫酸铵显著的增加大麦叶片Mn含量，并且提高了大麦产量。也有研究表明，施入大量的磷酸脲可降低番茄的鲜重和产量[14]。研究中复合酸化的效果与之基本一致。复配酸化各处理在等养分的投入下磷素累积量较常规施肥处理分别增加了29.86%、15.06%、11.52%，玉米产量增加7.72%～10.58%。但是复配酸化各处理的干物质量并没有降低，可能是由于和硫酸铵复配，使得这一现象没有发生。从生产实际角度来说，硫酸铵和磷酸脲自身就是肥料，并且滴灌配施复合酸化局部酸化土壤，活化土壤养分，可以减少其他肥料的投入，是一种经济可行的方法。

4 结 论

4.1 滴灌条件下，复配酸化施用可以降低局部土壤pH，距离滴头越近，酸化效果越显著。复配酸化的连续施用，土壤pH持续降低，表现出酸化累积效果。

4.2 滴灌条件下，复配酸化能够提高土壤有效磷含量，活化土壤养分，提高了土壤养分利用率，并且促进玉米植株对磷的吸收，提高了玉米植株磷素累积量。施用复配酸化有利于玉米植株养分的累积，促进玉米生长。

4.3 在等养分用量的投入下，复配酸化通过增加玉米千粒重，提高了玉米的产量，增产率为7.72%～10.58%。复配施用硫酸铵和磷酸脲是提高石灰性土壤养分有效性和作物增产的一种经济可行方法。

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Effects of Complex Acidic Materials Application on the Growth of Maize, Soil pH and Available P in Calcareous Soil under Drip Irrigation

HUANG Zhi-hua1, WANG Juan2, LI Yan-yan2, HOU Jian-wei2, LI Liu-ren2, WEI Chang-zhou2

(1.CollegeofAgronomyShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832003,China; 2.KeyLaboratoryofOasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstructionCorps,ShiheziXinjiang832003,China)

【Objective】 The project aims to study the effect of different ratios of acidic materials (ammonium sulfate and urea phosphate) applied to calcareous soil through drip irrigation on soil pH and P availability maize plant growth and P uptake.【Method】【Result】The results showed that different ratios of acidic materials under drip irrigation decreased the regional soil pH significantly, and acidification effect tended to rise with the increase of the acidulant application, and in the sixth application, it reached the peak. The largest decrease of soil pH was 0.35. And different ratios of acidic materials significantly increased available P content. Under the uniform nutrient inputs and management level, the results showed that application of different of ratios of acidic materials improved maize biomass and increased P accumulation of plant. P accumulation of different ratios of acidic materials was increased by 29.86%，15.06% and 11.52% respectively compared with CK, and maize yield increased 7.72%-10.58%.【Conclusion】Applying different ratios of acidic materials can improve nutrient availability and crop yield in calcareous soil and it is an effective method.

ratios of acidic materials; available P; drip irrigation; calcareous soil

WEI Chang-zhou(1966-), male, native place: Xiantao, Hubei. Professor, research field: Plant nutrition, (E-mail)changzhouwei@126.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.04.010

2017-01-10

农业部行业公益性专项“农作物最佳养分管理技术研究与应用”(201103003，201503217)

黄致华(1990-)，男，硕士研究生，研究方向为植物营养，(E-mail)1191524462@qq.com

危常州(1966-)，男，湖北仙桃人，教授，博士生导师，研究方向为植物营养，(E-mail)changzhouwei@126.com

S513；S533

A

1001-4330(2017)04-0660-07

Supported by: Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest "The research and application of the best nutrient management technology in crop"(201103003，201503217)