长期定位施肥对山东潮土有效磷及磷库演变规律的影响

仲子文+孙翠平+张英鹏+孙明+井永苹+罗加法+薄录吉+李彦

摘要：为研究长期定位施肥对土壤磷素的影响，在山东潮土区冬小麦-夏玉米轮作制度下，通过连续33年的长期定位施肥试验，研究土壤有效磷变化、磷库的演变及两者比值（PAC）的变化关系。试验设8个处理：不施肥（CK）、氮（N）、氮磷（NP）、氮钾（NK）、磷钾（PK）、氮磷钾（NPK）、减量氮磷钾（N15PK）和增量氮磷钾（N25PK），同时设置8种不同施肥模式下增施有机肥处理。结果表明，对于土壤全磷、有效磷及PAC值，增施有机肥处理高于不施有机肥处理，施用磷肥处理高于不施磷肥处理；随着年限增加，不施磷肥和只施化学磷肥由于作物吸收、养分流失及形态转化等原因导致土壤磷库有所减小，而增施有机肥处理保持稳定；对于PAC值变化，不施有机肥处理随年限增加而降低，增施有机肥处理随年限增加而增加，PAC值总体较低，与土壤性质有关。综合来看，化学磷肥配施有机肥更能有效地提高土壤磷含量，保证磷素的供应，这为潮土区施肥管理和土壤培肥提供科学依据。

关键词：长期定位施肥；潮土；全磷；有效磷；磷库；活化系数

中图分类号：S158.2文献标识号：A文章编号：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

潮土是山東省面积最大的土类，有466.6万公顷，其中耕地410.6万公顷，分别占全省土壤面积和耕地面积的38.53%和48.12%。潮土分布集中，76.5%的潮土面积集中分布在鲁西北黄河冲积平原，另外23.5%分布在山地丘陵区[1]。潮土分布区地势平坦，土层深厚，水热资源较丰富，适种性广，是我国主要的旱作土壤，盛产粮棉。但潮土大部分属中、低产土壤，加之旱涝灾害时有发生，尚有盐碱危害，导致作物产量不稳定。因此必须通过合理施肥，提高潮土养分含量，进而提高作物产量。长期定位施肥具有时间长期性和气候代表性等优点，既可揭示土壤肥力演变、评价肥料效益，又可研究施肥对农田生态系统可持续发展的影响[2]。endprint

关于山东潮土长期定位试验对磷素演变的研究[3，4]并不少，这为潮土地区农业生产和地力培育提供了一定的理论依据。杨军等[5]探讨了长期施肥条件下潮土土壤有效磷、全磷对土壤磷素盈亏响应，得出土壤磷素盈亏状况与肥料配施类型密切相关。信秀丽等[6]研究了潮土长期施用有机肥和化肥条件下土壤全磷、有效磷的演变，结果表明土壤全磷和有效磷的演变都显著受磷素盈亏的影响，施用有机肥可增加作物可吸收利用的磷。袁天佑等[3]通过常规施肥和不施肥处理发现，不施肥条件下潮土土壤每亏缺磷100 kg/hm2，土壤有效磷下降2.7 mg/kg，常规施肥下土壤磷每盈余100 kg/hm2，土壤有效磷增加1.2 mg/kg，土壤有效磷變化量与土壤磷素盈亏呈极显著正相关。

关于我国潮土中磷素的研究很广泛，但缺乏系统性的研究。因此系统地了解潮土中有效磷含量变化、磷库演变及磷活化系数的变化情况对提高潮土磷素科学施用具有重要指导意义。本研究通过山东潮土的长期定位试验，探讨长期施肥对土壤磷素的影响，可为潮土区施肥管理和土壤培肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验点位于济南市山东省农业科学院试验农场院内（北纬36°40′，东经117°00′），海拔27.5 m，地处亚热带，属于暖温带半湿润季风型气候。年平均气温14.8℃，气温大于10℃的积温4 774℃，年降水量693.4 mm，年蒸发量444.1 mm，无霜期216.4 d，年日照时数1 870.9 h。

供试潮土土壤成土母质为近代河流沉积物，土壤中粘土矿物主要以水云母、绿泥石为主。长期肥料定位监测试验从1982年秋季开始，试验初始0～20 cm耕层土壤基本性状见表1。

1.2 试验设计

试验处理：不施肥（CK），氮（N），氮磷（NP），氮钾（NK），磷钾（PK），氮磷钾（NPK），减量氮磷钾（N15PK），增量氮磷钾（N25PK），每个小区1 m2，重复3次；又设增施有机肥处理8个，无机肥施用同前面8个处理，有机肥（CK+M），氮和有机肥（N+M），氮磷和有机肥（NP+M），氮钾和有机肥（NK+M），磷钾和有机肥（PK+M），氮磷钾和有机肥（NPK+M），减量氮磷钾和有机肥（N15PK+M），增量氮磷钾和有机肥（N25PK+M），未设重复。试验采取随机区组设计，各处理肥料施用量见表2，其中有机肥为马粪，马粪养分含量平均N 4.75 g/kg，P2O5 4.83 g/kg，K2O 9.90 g/kg。采用小麦-玉米一年两熟轮作制，小麦季氮肥按50%基施和50%追施，磷、钾肥均作基肥施用；玉米季氮、磷、钾肥全部基施。有机肥试验区是在此施肥基础上施用25 t/hm2马粪，每年秋季小麦播种前施一次。各处理作物地上部分带走，回田的秸秆N、P、K养分不计入总量。由于每年的管理措施均一致，考虑到池栽试验的可持续性和土壤养分变化的不显著性，1982—1990年每年采集1次土样，1991—2010年间隔2～3年采集1次土样，2011年至今5年左右采集1次土样。

1.3 测定项目和方法

土壤样品分析按照统一的方法进行，测定方法见参考文献[7， 8]。土壤全磷用碱熔—钼锑抗比色法测定；速效磷用Olsen法测定。

1.4 数据处理分析

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

试验数据采用Micorsoft Excel 2010进行统计和作图。

2 结果与分析

2.1 长期施肥下土壤全磷的变化趋势

磷是植物生长所必需的大量元素，施磷能够提高农作物产量，是维持农业可持续生产和保障粮食安全的重要手段，其中土壤全磷含量能够反映土壤磷库的大小[9]。因长期定位微区试验土样采集次数少，并非每年取样，本研究采用相关回归分析研究长期不同施肥模式对山东潮土全磷含量变化的影响，如图1、图2所示。对于图1，几种不同施肥处理模式下土壤全磷含量均随着年限的增加而降低，不施磷肥的三种处理（CK、N、NK），由于作物吸收土壤磷等原因，土壤全磷表现为极显著（P<0.01）下降的趋势。土壤施用磷肥后，前8年土壤全磷表现出增加趋势；随着年限增加，全磷含量表现出下降，但与供试前土壤相比变化不大。有研究者认为，积累态磷如果在石灰性土壤中累积时间超过3年，就有可能转化成土壤天然存在的磷灰石形态[10]。

对于图2，随着年限的增加，单施有机肥不施化学磷肥处理（CK+M、N+M和NK+M）呈现显著下降的趋势；而化学磷肥与有机肥配施处理随年限增加土壤全磷先增加后趋于稳定，与供试土壤（全磷含量1.28 mg/kg）相比，30年时NP+M、PK+M、NPK+M、N15PK+M和N25PK+M处理土壤全磷含量分别增加39.5%、51.8%、45.1%、34.6%和50.1%。

可见，长期不施磷肥会造成土壤中的磷素达到极缺状态；只施用化学磷肥或只施用有机肥，由于作物吸收、流失、转化形态等原因导致土壤磷库有所减小，而无机磷肥与有机肥配施后土壤磷库稳定，可保证磷素的供应。

2.2 长期施肥下土壤有效磷的变化趋势

土壤有效磷（Olsen-P）能直接被农作物吸收利用，是土壤供磷水平的重要指标之一[11]。长期不同施肥模式下山东潮土有效磷含量变化如图3、图4所示。可见在长期不施磷肥的处理（CK、N、NK）中，土壤有效磷基本上不随年份的延长而波动，土壤有效磷平均含量很低，稳定在2.5～2.8 mg/kg，达到极缺的程度，明显影响作物产量。对于施用磷肥的处理，土壤有效磷含量随种植时间延长总体呈现下降趋势，除NP处理与种植年限呈现显著负相关（P<0.05），其余施用磷肥处理的有效磷含量均与时间呈现极显著负相关（P<0.01）；但由于前8年土壤有效磷表现出快速上升趋势，到2010年NP、PK、NPK、N15PK和N25PK土壤有效磷含量分别增加到9.89、18.37、12.66、12.84 mg/kg和20.58 mg/kg，均高于供试土壤（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顺序为PK>NP>N15PK>NPK>N25PK>NK>CK>N，此结果与信秀丽等[6]研究结果一致。由图4看出，增施有机肥处理，除了氮磷钾肥与有机肥配施外，其余处理土壤有效磷含量随着种植年限的增加呈现缓慢增加的趋势；但同时施用磷肥与有机肥处理的土壤有效磷含量总体较高，2010年时NP、PK、NPK、N15PK和N25PK土壤有效磷含量分别增加到45.44、69.76、47.10、39.92 mg/kg和28.68 mg/kg，年增量为1.46、2.37、1.53、1.26 mg/kg和0.84 mg/kg，磷钾增施有机肥处理有效磷年增量最大，原因可能是由于氮肥的缺失，作物从土壤中吸收带走的磷素较少。增施有机肥处理中有效磷含量在1996—1998年明显增加，可能是由于当年有机肥养分含量相对较高。与土壤全磷结论一样，无机磷肥配施有机肥更能提高土壤中有效磷含量。endprint

2.3 长期施肥下土壤有效磷与全磷的关系

用磷活化系数（PAC）可以表示土壤磷的活化能力，长期施肥下山东潮土磷活化系数随时间的演变规律如图5、图6所示。对于不施有机肥处理，其中不施磷肥的处理（CK、N、NK）中土壤PAC随施肥时间均表现为缓慢上升的趋势，但是总体偏低，CK、N、NK处理PAC值分别平均为0.28%、0.27%和0.24%，土壤活化率很低；而对于施用磷肥处理（NP、PK、NPK、N15PK和N25PK），施肥3到8年之间，施磷肥处理的土壤PAC高于2%，说明土壤全磷容易转化为有效磷；但随施肥时间延长土壤PAC值呈现下降趋势，种植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显，PAC值也降低；施肥28年来PAC值平均为1.87%、2.10%、1.71%、1.69%和1.65%，明显大于不施磷肥处理。

对于增施有机肥的各处理，除N25PK+M处理外，其余增施有机肥处理土壤PAC一直处于上升趋势，种植23年时，CK+M、NP+M、PK+M、NPK+M、N15PK+M和N25PK+M处理的PAC值分别为3.15%、4.66%、4.00%、4.03%、3.85%和2.82%，与供试土壤PAC（0.46%）相比，这几种处理的PAC值年上升率为0.10%～0.18%。增施有机肥处理PAC总体值大于无机肥处理，黄绍敏等[12]研究发现，有机肥处理磷的有效化高于无机肥处理。但PAC值及上升速度均明显低于红壤土，可见PAC值与土壤类型有一定的关系；另外PAC值较低也可能与栽池面积较小、微生物群落结构不够丰富有关，从而导致土壤有效磷活化率较低。

3 结论

3.1 磷是作物生长发育的重要因子，不施用磷肥会导致土壤磷素缺乏，施用磷肥尤其是磷肥与有机肥配施能保持土壤磷库稳定。

3.2 长期不施磷肥，土壤中有效磷含量降至2.5～2.8 mg/kg，严重影响作物的生长；施用无机磷肥或有机肥能提高土壤中有效磷含量，但随着种植年限的延长也会转为亏缺状态。

3.3 相同施磷量下，由于作物生长的影响，偏施磷肥处理（NP、PK）土壤磷含量高于平衡施肥处理（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，而施用有机肥更有利于土壤中磷的活化。

参 考 文 献：

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