復配酸化對滴灌條件下石灰性土壤pH、磷有效性及玉米吸收的影響

黃致華，王娟，李言言，侯建偉，李留仁，危常州

(1.石河子大學農(nóng)學院，新疆石河子 832003；2.新疆生產(chǎn)建設兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆石河子 832003)

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復配酸化對滴灌條件下石灰性土壤pH、磷有效性及玉米吸收的影響

黃致華1，王娟2，李言言2，侯建偉2，李留仁2，危常州2

(1.石河子大學農(nóng)學院，新疆石河子 832003；2.新疆生產(chǎn)建設兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆石河子 832003)

【目的】研究不同比例硫酸銨(生理酸性)和磷酸脲(化學酸性)在石灰性土壤上施用，對土壤酸堿度、土壤有效磷含量和玉米對磷素吸收及產(chǎn)量的影響。【方法】采用田間小區(qū)試驗方法，模擬大田條件下復配酸化劑對作物生長發(fā)育的影響。【結(jié)果】施用硫酸銨和磷酸脲復配顯著降低局部土壤pH，且隨施用次數(shù)的增加，酸化效果呈現(xiàn)增強的趨勢。在第6次施用復配酸化后酸化效果最強，土壤pH最大降幅0.35個單位，并且復配酸化顯著提高了土壤有效磷含量。在等養(yǎng)分投入和管理水平下，施用復配酸化能增加玉米植株生物量和提高植株磷素累積量。與常規(guī)施肥處理相比，復配酸化的磷素累積量分別增加了29.86%、15.06%、11.52%，玉米產(chǎn)量提高了7.72%～10.58%。【結(jié)論】滴灌條件下施用復配酸化是提高石灰性土壤養(yǎng)分有效性和作物增產(chǎn)的一種有效方法。

玉米復配酸化；土壤有效磷；滴灌；石灰性土壤

0 引 言

1 材料與方法

1.1 材 料

大田試驗于2016年石河子大學農(nóng)學院實驗站進行，試驗田塊土壤為灌耕灰漠土，pH 8.05，有機質(zhì)13 g/kg，全氮0.75 g/kg，堿解氮65 mg/kg，速效磷20.33 mg/kg，速效鉀178.74 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用硫酸銨(AS)和磷酸脲(UP)復配作為土壤酸化劑。試驗設4個處理，(1)CK(常規(guī)施肥)；(2)M1(AS∶UP=3∶1)；(3)M2(AS∶UP=1∶1)；(4)M1(AS∶UP=1∶3)。試驗施肥總量為N 300 kg/hm2，P2O5240 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2。氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用磷酸一銨(含 P2O561%)，鉀肥用硫酸鉀(含 K2O 54%)。氮肥的20%用于基施，鉀肥全部基施，磷肥全部用于追施。基肥在播種前施入土壤。

酸化劑的施用量為240 kg/hm2，即全部的磷肥施用量折算成等物質(zhì)量的酸。酸化劑的用量設定為在等理論酸量(全部P2O5折算成磷酸的H+)的基準下，磷酸脲中的1 mol磷酸分子釋放出2 mol H+，硫酸銨中的1 mol硫酸銨被作物吸收時釋放出2 mol H+硫酸銨由于在土壤中硝化和損失，大約有50%的硫酸銨損失，基于等養(yǎng)分量確定硫酸銨的施用量為等理論酸的2倍。

試驗采用完全隨機設計，三次重復。供試作物為玉米，品種SC704。試驗小區(qū)面積24 m2，在播種前覆膜。試驗采用一膜一管兩行種植模式，株行距配置40 cm×60 cm，株距25 cm，株數(shù)為80 000株/hm2。全生育期灌水10次，總灌水量為5 400 m3。列出灌水時期、灌量及追肥用量。表1

表1 灌水時期、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合計灌量(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 樣品采集及測定1.2.2.1 土壤樣品

分別在第3次施肥(7月7日)和第6次施肥(7月27日)灌溉結(jié)束后2 d，以滴灌帶10 cm處取不同土層深度(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)采集土壤樣品。

土壤pH用1∶2.5的土水比，用測定新鮮土樣pH。

土壤有效磷用pH=8.5的0.5 mol/L NaHCO3浸提風干土樣，鉬銻抗比色法測定。

1.2.2.2 植株樣品

選取了2017年2月到2017年12月在我院接受治療的48例膝關節(jié)炎病患,隨機分成了治療組、對照組。治療組:病患24例,男性病患16例,女性病患8例,年齡在42-74歲,均齡49.32±5.72歲,患病時間持續(xù)1-8年,均值4.97±2.21年;其中9例左膝患者,15例右膝患者。對照組:男性病患15例,女性病患9例,年齡在41-73歲,均齡為50.21±4.32歲,患病時間持續(xù)2-8年,均值為4.52±3.46歲;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，在每個小區(qū)采集長勢均一的玉米植株5株；將植株地上部分為葉、莖+葉鞘、穗，于105℃殺青30 min后，80℃烘箱中烘干至恒重，計算其地上部干物質(zhì)重。

樣品粉碎后，用H2SO4-H2O2消煮，待測液用釩鉬黃比色法進行植株全磷含量的測定[9]。

在玉米成熟后，各小區(qū)隨機選取1 m2進行測產(chǎn)，測定行粒數(shù)、穗行數(shù)、千粒重，匯總后計算產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

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

作物磷素累積量(kg/hm2)= 植株磷含量(%)×單位面積干物質(zhì)重(kg/hm2)。

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel2003和SPSS 17.1軟件進行實驗數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

研究表明，施用復配酸化可以降低土壤pH。第3次施肥后，與常規(guī)施肥處理相比，M1、M2、M3處理的土壤pH均有不同程度的降低，其中M2、M3處理達到顯著水平，M1處理雖有差異，但差異不顯著，分別降低了0.03、0.11、0.04個單位。隨著酸化劑施用次數(shù)的增加土壤pH呈現(xiàn)出下降的趨勢，其中在第6次施肥后M2處理的0～20 cm的土壤pH表現(xiàn)為最低，且相比于常規(guī)施肥處理降低了0.35個單位。與常規(guī)施肥處理相比，M1、M3處理的土壤pH均有明顯的降低，并達到顯著水平，分別降低了0.28、0.21個單位。復配酸化各處理均表現(xiàn)出較強的酸化效果。與第3次施肥后土壤pH相比，第6次施肥后復配酸化處理的土壤pH呈現(xiàn)降低的趨勢，說明連續(xù)少量多次的施用酸化劑具有一定的累積效果；常規(guī)施肥處理的土壤pH呈現(xiàn)出上升趨勢，這可能與玉米植株根系活動的強弱有關。對于不同土層深度來說，常規(guī)施肥處理和復合酸化處理土壤pH存在差異。隨著土層深度的增加，土壤pH呈現(xiàn)增加的趨勢，0～20 cm土層酸化效果最為強烈。圖1

圖1 不同復配酸化下土壤pH變化

Fig.1 Effect of complex acid materials on soil pH

2.2 復配酸化對土壤有效磷的影響

研究表明，施用復配酸化可以提高土壤有效磷含量。第三次施肥后，與常規(guī)施肥處理相比，M1、M2、M3處理的土壤有效磷含量均有不同程度的提高，各處理均達到顯著水平，分別提高3.34、13.99和10.76 mg/kg，與常規(guī)施肥處理相比分別提高了9.28%、38.8%和29.85%。隨著酸化劑施用次數(shù)的增加土壤有效磷含量呈現(xiàn)出增加的趨勢。與常規(guī)施肥處理相比，M1、M2、M3處理的土壤有效磷含量均有明顯的增加，其中M2、M3處理達到顯著水平，分別提高了3.59、17.58和18.41 mg/kg。說明連續(xù)少量多次的施用復配酸化能夠保持和提高土壤有效磷含量。對于不同土層深度來說，常規(guī)施肥處理和復配酸化處理的土壤有效磷含量存在顯著差異。表層土壤的有效磷含量顯著高于深層土壤。各處理40～60 cm土層的有效磷含量均無顯著差異，說明肥料和酸化劑主要存在于0～40 cm土層。圖2

圖2 不同復配酸化下土壤有效磷變化

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

2.3 復配酸化對玉米干物質(zhì)量的影響

研究表明，隨著生育期的推進，各處理玉米植株干物質(zhì)量都顯著增加。在苗期各處理間均無顯著差異。在玉米抽雄期，M1處理的玉米干物質(zhì)量高于其他處理，但與常規(guī)施肥處理差異不顯著。M2、M3處理的干物質(zhì)量都低于常規(guī)施肥處理。在成熟期，M1、M2處理玉米干物質(zhì)量高于常規(guī)施肥處理，其中M1處理達到顯著水平,與常規(guī)施肥處理相比，M1處理干物質(zhì)量增加了9.9%；M3處理低于常規(guī)施肥處理，但差異不顯著。說明施用過多的磷酸脲可能不利于玉米的干物質(zhì)累積。圖3

圖3 不同復配酸化下玉米干物質(zhì)量變化

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

2.4 復配酸化對玉米磷吸收的影響

研究表明，復配酸化可以提高玉米對磷的總吸收量。在玉米抽雄期，M1、M2處理的玉米植株磷素累積量高于常規(guī)施肥處理，但磷的吸收差異不顯著。隨著復配酸化施用次數(shù)的增加，復合酸化處理的酸化效果凸顯。在成熟期，復配處理的玉米植株磷素累積量較常規(guī)施肥處理均有不同程度的提高，其中M1處理達到顯著水平。M1、M2、M3處理較常規(guī)施肥處理分別增加了29.86%、15.06%、11.52%。M1、M2處理的復配酸化效果顯著。圖4

圖4 不同復配酸化下玉米磷素累積變化

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

2.5 復配酸化對玉米產(chǎn)量及構成的影響

作物產(chǎn)量是評價肥料施用效果和土地生產(chǎn)能力的重要參數(shù)[10]。研究表明，滴灌施肥配合復配酸化玉米產(chǎn)量均高于常規(guī)施肥處理，其中M1、M2處理達到顯著差異。M1、M2、M3處理分別較常規(guī)施肥處理增加了1.11、1.52和0.06 t/hm2，分別較常規(guī)施肥處理增加7.72%、10.58%和0.4%。復配酸化處理對玉米的行粒數(shù)和穗行數(shù)均無顯著。但復配酸化處理的千粒重顯著高于常規(guī)施肥處理(M3處理除外)。說明復配酸化處理是通過增加千粒重來提高玉米的產(chǎn)量。表2

表2 不同復配酸化下玉米產(chǎn)量及構成變化

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

處理Treatment行粒數(shù)Rowgrains穗行數(shù)Rowperear千粒重1000-grainweight(g)產(chǎn)量Yield(t/hm2)CK14 3a47 8a309 3b14 37bM114 9a46 5a328 6a15 48aM215 3a46 1a331 3a15 89aM314 9a44 7a318 6ab14 43b

注：不同字母表示處理間差異達到0.05顯著水平。顯著P<0.05

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

3 討 論

3.1 復配酸化降低局部土壤pH和提高土壤有效磷含量

銨態(tài)氮肥強烈的酸化效應可能是通過作物吸收陽離子和微生物的硝化作用來影響電荷平衡[11]。有研究表明，施用硫酸銨可以降低根際土壤pH 0.22～0.29個單位，降低非根際土壤0.08～0.18個單位。并且施入硫酸銨可以提高土壤有效磷的含量[12]，并且硫酸銨可以為提供植物必需營養(yǎng)元素氮和硫[13]。磷酸脲(17-19-0)是一種無色透明棱柱狀晶體，水解后為磷酸和尿素。有研究表明，施入磷酸脲能夠顯著的降低土壤pH，并提高了土壤有效磷的含量[14]。在石灰性土壤中，碳酸鈣決定土壤pH，其緩沖作用使得土壤pH居高不下，一次性投入大量酸性物質(zhì)不能解決土壤的緩沖作用，在滴灌條件下少量多次的施用酸性物質(zhì)，可以局部酸化土壤，活化土壤養(yǎng)分，提高土壤磷有效性；多次滴灌施肥可以較長時間的維持局部土壤較低的土壤pH和活化土壤養(yǎng)分，提高肥料利用率。研究發(fā)現(xiàn)不同比例復配硫酸銨和磷酸脲施用能夠顯著的降低局部土壤pH，并且提高土壤有效磷含量。M2處理在第三次施用酸化后就表現(xiàn)出強烈的酸化效果，隨著復配酸化的連續(xù)施用，土壤pH持續(xù)降低，土壤表層有效磷含量也呈現(xiàn)出升高的趨勢，表現(xiàn)出酸化累積效果。

3.2 復配酸化施用顯著提高作物對磷的吸收和提高作物產(chǎn)量

養(yǎng)分吸收量是玉米產(chǎn)量形成的基礎，它的高低直接影響玉米產(chǎn)量和肥料利用效率。研究表明，施用酸性物質(zhì)可以提高作物對磷的吸收[14,15]。也有研究表明[16-18]酸性物質(zhì)可以顯著提高小麥產(chǎn)量；土施硫磺能明顯促進油菜的生長和增加油菜干物質(zhì)的積累，油菜的生物量隨硫磺用量的增加而增加；是用硫酸銨顯著的增加大麥葉片Mn含量，并且提高了大麥產(chǎn)量。也有研究表明，施入大量的磷酸脲可降低番茄的鮮重和產(chǎn)量[14]。研究中復合酸化的效果與之基本一致。復配酸化各處理在等養(yǎng)分的投入下磷素累積量較常規(guī)施肥處理分別增加了29.86%、15.06%、11.52%，玉米產(chǎn)量增加7.72%～10.58%。但是復配酸化各處理的干物質(zhì)量并沒有降低，可能是由于和硫酸銨復配，使得這一現(xiàn)象沒有發(fā)生。從生產(chǎn)實際角度來說，硫酸銨和磷酸脲自身就是肥料，并且滴灌配施復合酸化局部酸化土壤，活化土壤養(yǎng)分，可以減少其他肥料的投入，是一種經(jīng)濟可行的方法。

4 結(jié) 論

4.1 滴灌條件下，復配酸化施用可以降低局部土壤pH，距離滴頭越近，酸化效果越顯著。復配酸化的連續(xù)施用，土壤pH持續(xù)降低，表現(xiàn)出酸化累積效果。

4.2 滴灌條件下，復配酸化能夠提高土壤有效磷含量，活化土壤養(yǎng)分，提高了土壤養(yǎng)分利用率，并且促進玉米植株對磷的吸收，提高了玉米植株磷素累積量。施用復配酸化有利于玉米植株養(yǎng)分的累積，促進玉米生長。

4.3 在等養(yǎng)分用量的投入下，復配酸化通過增加玉米千粒重，提高了玉米的產(chǎn)量，增產(chǎn)率為7.72%～10.58%。復配施用硫酸銨和磷酸脲是提高石灰性土壤養(yǎng)分有效性和作物增產(chǎn)的一種經(jīng)濟可行方法。

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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

農(nóng)業(yè)部行業(yè)公益性專項“農(nóng)作物最佳養(yǎng)分管理技術研究與應用”(201103003，201503217)

黃致華(1990-)，男，碩士研究生，研究方向為植物營養(yǎng)，(E-mail)1191524462@qq.com

危常州(1966-)，男，湖北仙桃人，教授，博士生導師，研究方向為植物營養(yǎng)，(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)