不施磷肥連續種植菠菜積累態有機磷動態變化

梁運江， 王維娜， 許廣波， 傅民杰， 劉文利

(延邊大學農學院，吉林 延吉133002)

0 引言

磷是植物生長發育必須的元素，植物體需要的磷主要是從土壤磷庫中獲得，人們為了獲得高產，不斷地向土壤中施入磷肥，特別是保護地。由于復種指數高，菜農為保證其產量和經濟效益，投入大量的有機肥和磷肥，而磷肥當季利用率很低，一般僅為10% ～25%［1-2］，而只要土壤磷素平衡處于有盈余的情況就會積累［3］。據調查，延邊地區保護地施磷量大部分達到蔬菜生長實際需磷量的5～10倍［4］，這勢必造成磷在土壤中的大量累積。磷素積累有利于植物對磷素吸收，但也帶來土壤養分失衡，微量元素有效性降低［5］，導致農業面源污染［6］等問題。針對露地旱田或水田土壤積累態磷研究較多，表明積累態磷的有效性較高［7-10］。Ma等［11］利用中國5個不同氣候條件下的小麥-玉米輪作長期試驗數據，建立了不施磷肥和施磷肥下土壤Olsen-P隨年份變化模型。Jin等［12-13］在連續栽培作物條件下，對保護地積累態磷做了初步研究，建立了土壤有效磷隨連續栽培作物減少的數學模型。但關于保護地土壤有機磷、無機磷各組分隨連續栽培作物的動態變化規律研究國內外均不多見。為此，本文針對在暗棕壤上培育的保護地土壤，采用不施磷肥連續種植菠菜方法，研究保護地土壤有機磷的生物有效性，旨在為保護地合理施用磷肥、優化生態環境提供理論依據。

1 材料與方法

1．1 供試土壤

在龍井市龍池二隊7處大棚和龍豐村10處大棚大量采集保護地耕層土壤和相應的露地土壤，測定土壤速效磷含量和質地，篩選出5個有明顯磷素積累梯度且質地相近的保護地土樣，具體地點龍豐村有3處(編號 A、B、C)、龍池二隊有2處(編號 D、E)，同時采集旱田土樣作對照(編號F)。基本性質見表1。

表1 供試土壤的基本性質

1．2 供試作物

供試作物為丹麥進口一代雜交菠菜(Spinacia oleracea L．)，種子由長春現代農業科技研究所提供。于2008年5月～12月種植4茬，2009年3月～11月種植2茬。

1．3 試驗方案和方法

將保護地耕層積累態磷從高到低5個水平的土樣，在延邊大學農學院智能化溫室進行不施磷肥連續種植菠菜的盆栽試驗，即在適量施入氮、鉀肥的基礎上，不施磷肥，連續種植6茬菠菜，同時設旱田對照處理。具體方法是在盆底鋪一層小石礫，使每一個處理的盆重加石礫重為700 g。稱取已選用的風干土樣3．5 kg，將土樣裝盆。第一次澆水時水肥同施，即將計算好用量的肥料溶入水中，每盆中均勻種植菠菜9穴，將盆放置于溫室陽光照射盡量均勻一致的向陽位置。栽培過程中澆水應少澆、勤澆，盡量避免水分流失造成的肥料損耗。一個生長周期過后，采集種植后的土樣和植株，將剩余的土壤重新分配繼續種植。

1．4 測定方法

土壤pH測定采用電位法;有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法;速效磷含量測定采用NH4F-HCl浸提磷鉬藍比色法;速效鉀含量測定采用NH4OAc浸提-火焰光度法;堿解氮含量測定采用堿解擴散法;全磷含量測定采用HClO4-H2SO4消化鉬銻抗比色法;全氮含量測定采用H2SO4-HClO4消煮半微量定氮蒸餾法;土壤全鉀含量測定采用NaOH熔融火焰光度法［14］;土壤有機磷含量分組測定采用Bowman-Cole法［15］。

2 結果與分析

2．1 活性有機磷含量隨種植茬數的變化

將不同茬收獲后的5個保護地土壤與旱田土壤活性有機磷含量測定結果繪制成圖(見圖1)。由圖1可見，除了保護地土壤C總體呈波動性下降外，高積累態磷組(A、B)活性有機磷含量隨種植茬數的增加變化不大，呈平穩狀態，種植后較初始的活性有機磷含量分別下降了8．98和20．75 mg/kg;而低積累態磷組中的D、E和旱田土壤(F)活性有機磷含量隨種植茬數的增加有非常緩慢的下降趨勢，種植后較初始的活性有機磷含量分別下降了58．89、74．78 和115．24 mg/kg。原因可能為當土壤有效磷供應緊張時，部分活性有機磷轉化為植物可利用的磷。

圖1 土壤活性有機磷隨種植茬數的變化

2．2 中活性有機磷含量隨種植茬數的變化

將不同茬收獲后的5個保護地土壤與旱田土壤中活性有機磷含量測定結果繪制成圖(見圖2)。由圖2可見，旱田土壤(F)中活性有機磷含量變化平穩，第5茬后有小幅度上升。保護地土壤的中活性有機磷含量總趨勢為隨著種植茬數的增加有輕度的下降，5個保護地土樣的中活性有機磷含量下降幅度分別為2．15%、11．48%、2．79%、4．85% 和 11．09%。說明在其他形式的磷素被植物吸收利用后，中活性有機磷可轉化為可被植物吸收的磷。

圖2 土壤中活性有機磷隨種植茬數的變化

2．3 中穩性有機磷含量隨茬數的變化

將不同茬收獲后的5個保護地土壤與旱田土壤中穩性有機性磷含量測定結果繪制成圖(見圖3)。由圖3可見，隨著種植茬數增加，旱田土壤(F)的中穩性有機磷含量有輕微的下降趨勢，由初始的176．18 mg/kg下降到種植后的143．04 mg/kg。保護地土壤A、C波動性較大，但5個保護地土樣總體都有隨種植茬數先降低后增加再小幅度降低的趨勢。原因可能是中穩性有機磷在植物生長過程中被吸收或與其他形態磷之間可相互轉化，但總體呈消耗趨勢。

2．4 高穩性有機磷含量隨種植茬數的變化

將不同茬收獲后的5個保護地土壤與旱田土壤高穩性有機磷含量測定結果繪制成圖(見圖4)。由圖4可見，旱田土壤(F)隨茬數的增加高穩性有機磷含量呈緩慢下降趨勢。A、B、C、D、E 5個保護地土樣高穩性有機磷含量呈波動性下降，尤其C土樣下降迅速。原因可能是由于其他形式的磷在植物生長過程中被利用而含量降低，高穩性有機磷與其它形態磷頻繁進行轉化，總體呈消耗趨勢。

圖3 土壤中穩性有機磷隨種植茬數的變化

圖4 土壤高穩性有機磷隨種植茬數的變化

2．5 有機磷總量隨種植茬數的變化

將不同茬收獲后的5個保護地土壤與旱田土壤有機磷總量測定結果繪制成圖(見圖5)。由圖5可見，旱田和保護地土樣的有機磷總量隨茬數的變化基本平穩。各茬收獲后略有波動但總體含量變化不大，第6茬種植后的有機磷總量總體較起始時略有下降，土壤中的有機磷有向無機磷轉化的趨勢。與無機磷相比，有機磷具有在土壤中的移動性大于被土壤組分固定的優點。土壤中磷素的移動絕大部分是有機磷形態，進入作物根際的有機磷只有一小部分直接被植物根系吸收，其余必須經過進一步礦化為無機磷才能被植物吸收［16］。各土樣的有機磷總量變化范圍在 13．97～716．38 mg/kg，其中A土樣的有機磷總量變化幅度最小，保護地土樣C和E的有機磷總量變化最大(D土樣可能由于質地黏重影響了有機磷的轉化)，說明保護地土壤初始磷素含量高不利于有機磷的轉化。

圖5 土壤有機磷總量隨種植茬數的變化

3 結論

(1)隨著種植茬數增加，保護地土壤有機磷組分中，活性和中活性有機磷含量呈輕度下降趨勢;中穩性有機性磷含量呈先降低后增加再小幅度降低的趨勢;高穩性有機磷含量呈波動性下降。

(2)隨著種植茬數增加，保護地土壤有機磷總量隨種植茬數的增加略有下降。

(3)無論有機磷總量還是有機磷各組分含量都隨種植茬數增加呈下降趨勢，說明有機磷有向無機磷轉化的趨勢，為植物提供可利用的磷素。

［1］ 魯如坤，時正元，顧益初．土壤積累態磷研究Ⅱ．磷肥的表觀積累利用率［J］．土壤，1995，27(6):286-289．

［2］ 梁運江，依艷麗，許廣波，等．水肥耦合效應對保護地辣椒肥料氮、磷經濟利用效率的影響［J］．土壤通報，2007，38(6):1141-1144．

［3］ 魯如坤．土壤-植物營養學原理和施肥［M］．北京:化學工業出版社，1998:152-153．

［4］ 梁運江．辣椒配方施肥技術［J］．北方園藝，2006(2):65．

［5］ 周志紅．農業生態系統中磷循環的研究進展［J］．生態學雜志，1996，15(5):62-66．

［6］ Su D C，Yang F H，Zhang F S．Profile characteristics and potential environment effect of accumulated phosphorus in soils vegetable fields in Beijing［J］．Pedosphere，2002，12(2):179-184．

［7］ 魯如坤，時正元，錢承梁．土壤積累態磷研究Ⅲ．幾種典型土壤中積累態磷的形態特征及其有效性［J］．土壤，1997，29(2):57-60，75．

［8］ 顧益初，欽繩武．長期施用磷肥條件下潮土中磷素的積累、形態轉化和有效性［J］．土壤，1997，29(1):13-17．

［9］ 鄭春榮，陳懷滿，周東美，等．土壤中積累態磷的化學耗竭［J］．應用生態學報，2002，13(5):559-563．

［10］ 李中陽，李菊梅，徐明崗．長期不施磷肥我國典型土壤無機磷形態及速效磷的變化［C］//中國土壤學會．土壤科學與社會可持續發展(上)-土壤科學與農業可持續發展．北京:中國農業大學出版社，2008:23-29．

［11］ Ma Y B，Li J M，Li X Y，et al．Phosphorus accumulation and depletion in soils in wheat-maize cropping systems:modeling and validation［J］．Field Crops Research，2009，110:207-212．

［12］ Jin S A，Yoo S H．Growth of plant and changes in phosphorus availability in phosphorus accumulated soils［J］．The Journal of Korean Society of Soil Science and Fertilizer，1999，32(3):261-267．

［13］ Jin SA，Lee SM，Choi WJ，et al．Changes in inorganic phosphate fractions in P accumulated plastic film house soils under different cropping condition［J］．The Journal of Korean Society of Soil Science and Fertilizer，2001，34(4):255-264．

［14］ 鮑士旦．土壤農化分析［M］．3版．北京:中國農業出版社，2000．

［15］ Bowman R A，Cole C V．An exploratory method for fraction of organic phosphorus grassland［J］．Soil Science，1978，125(2):95-101．

［16］ 黃 宇，張海偉，范業寬，等．土壤有機磷組分及其生物有效性［J］．磷肥與復肥，2008，23(4):46-48．