土壤調理劑對高磷土壤玉米生長、磷素吸收與形態轉化的影響

方紅夏 王茜 盧樹昌

摘要：采用腐殖酸、明礬（主要成分為硫酸鋁鉀）、沸石（主要成分為硅酸鹽）、白云石（主要成分為碳酸鎂鈣）4種調理劑及不同配比，共設7個處理對高磷土壤磷素轉化與吸收的影響進行研究。結果表明，施加土壤調理劑可以促進玉米生長，玉米的株高、莖粗與葉綠素含量有所提高。在施加調理劑的各處理中，沸石+明礬+腐殖酸+白云石配合施用處理可以有效地增加玉米生物量，提高玉米吸磷量。單施明礬處理和沸石+明礬+腐殖酸+白云石配合處理可促進土壤有機磷礦化，而單施沸石處理和沸石+明礬+腐殖酸+白云石配合處理趨于使土壤磷素鈍化，Ca8-P和Ca10-P含量增加，而Ca2-P含量降低，減弱了環境風險。沸石+明礬+腐殖酸+白云石調理劑配合施用對于高磷土壤中磷的吸收和轉化效果最佳，可以降低潛在磷的環境風險。試驗結果將為設施高磷土壤磷素面源污染控制提供技術途徑。

關鍵詞：調理劑;腐殖酸;沸石;白云石;明礬;高磷土壤;吸收;磷形態

中圖分類號： S156.2;X53 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）14-0070-04

由于蔬菜地中的產量效益較高，菜農為了高效益，向菜地中大量投入肥料。據統計，我國磷肥（P2O5）的施用量從1990年的462.4萬t增加到2016年的843.1萬t[1-2]。土壤中大量施用磷肥，但是磷肥移動性小，而且容易被固定，使磷素在土壤中富集[3-6]。土壤中的磷素累積過量，不僅對農業的生態環境造成負效應，而且會對產量的增加造成影響[7-10]。設施菜田不合理的傳統水肥管理方式，導致設施菜田土壤氮磷累積嚴重。土壤調理劑指加入土壤中用于改善土壤的物理、化學和生物性狀的物料，用于改良土壤結構、降低土壤鹽堿危害、調節土壤酸堿度、改善土壤水分狀況或修復污染土壤等，在農業應用上有很大的潛力，而目前關于土壤調理劑對設施高磷土壤磷素轉化影響的研究較少。本試驗采用不同調理劑及配比對高磷土壤磷素轉化與吸收的影響進行研究，旨在為設施土壤磷素面源污染控制提供技術途徑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物：糯玉米，品種為雪糯2號，購自北京寶豐種子有限公司。

供試材料：腐殖酸，購自天津休美特國際貿易有限公司;明礬（主要成分為硫酸鋁鉀）、沸石（主要成分為硅酸鹽）、白云石（主要成分為碳酸鎂鈣），購自山東東泰農化有限公司。

供試土壤：來自天津市武清區大孟莊鎮后幼莊村集約化設施菜田。該區以種植黃瓜、番茄為主，棚齡大部分在10年以上，養分投入偏高，土壤磷環境風險較高。

1.2 試驗處理

本試驗在天津農學院進行，于2017年5月開始實施，采用盆栽試驗方法。將土壤樣品自然風干后過5 mm篩，每盆土質量為5 kg（盆規格：高17.4 cm，口徑24.3 cm），分設7個處理，分別為T1（空白對照）、T2（腐殖酸3.13 g）、T3（明礬 4.68 g）、T4（腐殖酸1.03 g+沸石1.56 g+明礬1.56 g）;T5（沸石1.17 g+明礬1.17 g+腐殖酸0.78 g+白云石 1.17 g）、T6（白云石4.69 g）、T7（沸石4.68 g）。括號內用量為每盆調理劑適宜用量，每種處理設3個重復，每盆栽種3株玉米，等出苗后每盆留2株壯株。

試驗種植分為2茬，種植時間分別為2017年5—7月和2017年9—11月。玉米種植期間每隔2 d灌水1次，每次 800 mL/盆。每茬追施2次氮肥，每次施用尿素2.17 g/盆。同時在玉米生長期間進行長勢調查（株高、莖粗、葉色、光合速率等）。

1.3 測試方法

土壤樣品有效磷和總磷含量分別采用鉬藍比色法和HClO4-H2SO4法[11]測定;土壤無機磷分級采用顧益初等的石灰性土壤無機磷分級的測定方法[12]。植物樣品全磷含量用H2SO4-H2O2消煮后采用釩鉬黃比色法進行測定。

每盆玉米吸磷量=收獲期植株干物質質量×含磷量。

1.4 數據處理與分析

用Excel 2007進行數據處理，用DPS 7.05軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對作物生長與生物量的影響

2.1.1 不同處理對作物長勢的影響 從表1、表2可以看出，在不同處理玉米植株第1茬第1個月的長勢中，T1空白處理的株高最高，第2個月中，除T7處理外，其他加入調理劑處理的株高明顯高于空白處理，說明調理劑的施用可以有效地提高植株株高，第2個月株高以T4處理最佳;第1個月和第2個月各處理莖粗表現與株高相似，第1個月以T1處理最佳，第2個月除T6處理外其他處理莖粗均高于空白處理，以T4處理最佳;第1個月葉綠素含量以T7處理最高，第2個月施加調理劑表現出優勢，各處理葉綠素含量均高于空白處理，仍是T7處理最佳; 第1個月玉米植株的光合速率以T5處理最佳，T6處理次之，第2個月光合速率以T7處理最大，空白處理次之。由此得出，T4、T5、T7處理長勢較好。

從表3可以看出，在不同處理下玉米植株第2茬第1個月的長勢中，T6處理的株高最高，T5處理次之。第2個月株高與第1個月相似，仍以T6處理最佳，T5處理次之。2個月各處理莖粗均以T3處理最大。除第2個月T2處理外，玉米植株施加調理劑的各處理葉綠素含量均高于空白處理。第1個月中葉綠素含量以T7處理最佳，其次是T5處理，第2個月則以T3處理最佳，T7處理次之。總體來看，T3、T6、T7處理長勢較好。

2.1.2 不同處理對植株總生物量的影響 從表4可以看出，在第1茬玉米植株的鮮生物量和干生物量中，T2處理的鮮生物量最高，其次是T5、T4等處理;T2處理的干生物量最佳，其次是T6、T1等處理。在第2茬玉米植株的鮮生物量中，T3處理明顯高于其他處理，其次是T5、T2處理;干生物量以T3處理最高，其次為T5、T2、T1等處理。由此可以看出，施加T2和T3處理調理劑可以增加植株的生物量。

2.2 不同處理對作物磷素吸收的影響

從圖1可以看出，玉米第1茬生長期間T2處理下的玉米植株對土壤中磷素的吸收量最大，其次是T5、T1等處理，說明在土壤中施加T2處理的調理劑相較于其他處理提高了玉米的吸磷量。而對于玉米生長的第2茬，T5處理的玉米吸磷量最高，T3處理次之，因此施加T5處理的調理劑效果較好，可能改變了土壤中的有效磷水平，使玉米能夠利用的磷含量提高，或者施用T5處理調理劑可能使根際處的pH值、微生物、土壤水分等微環境改變所致。

2.3 不同處理對土壤磷素形態變化的影響

2.3.1 不同處理對土壤磷形態的影響 從表5可以看出，土壤中無機磷含量以T7處理最高，其次是T3處理;土壤有機磷含量以T1處理最低，T3處理次之;在無機磷占全磷比重中，T3處理最高，其次是T1處理。說明T3和T7處理中施加的調理劑有利于土壤中有機磷的礦化，使有機磷轉化為可以被植物吸收利用的無機磷。

從表6可以看出，施加調理劑的各處理中Ca2-P的含量比未施加調理劑的處理要低，以T5處理最佳，其次是T6處理。而相對于緩效態的Ca8-P和Ca10-P中各處理分別是T7和T5處理效果最好，說明施加這2種處理的調理劑趨向于對土壤磷的鈍化，減少了磷的移動性，促進作物對有效磷的吸收，降低了環境風險。從圖2可以看出，不同處理土壤中無機磷的組成以Ca-P為主，各處理的土壤Ca-P含量均占無機磷總量的70%以上，其余部分為Al-P、Fe-P、O-P，分別約占土壤無機磷總量的3.0%、14.0%、1.5%。其中Ca-P中，Ca8-P所占比例最大。由于盆栽土壤中沒有施加磷肥，Ca2-P會被玉米植株不斷吸收。

2.3.2 不同處理對土壤有效磷的影響 從圖3可以看出，土壤有效磷含量中T3處理>T1處理>T2處理>T4處理>T5處理>T7處理>T6處理，T6處理有效磷含量相對于其他處理較低，其次是T7處理，說明施加T6處理的調理劑效果最好，對降低磷的環境風險作用更好。

3 討論與結論

設施菜田的不合理水肥管理和長時間輪作造成了設施菜田土壤中氮磷等養分大量累積、次生鹽漬化、土壤板結、結構破壞等一系列問題[13]，而土壤中磷素的過量狀態，可能會使植物產生磷毒害，為水環境帶來嚴重的潛在威脅[14-15]，影響土壤環境。土壤調理劑在設施高磷土壤中的推廣和應用，可以促進蔬菜對氮磷養分的吸收，調節土壤結構，改善土壤水分狀況或修復污染土壤。本試驗采用不同調理劑及配比對高磷土壤磷素轉化與吸收的影響進行研究，對長勢結果進行分析可知，第1茬第1個月各處理株高、莖粗和葉綠素均以空白處理效果較好，在玉米生長的第2個月后，施加調理劑處理表現出優勢，可以有效地提高玉米株高、莖粗與葉綠素含量，并且施加調理劑的各處理都高于空白處理，但2茬調理劑對于長勢效果不近相同;對于不同處理對玉米生物量的影響，T5、T2、T1處理效果最為突出，有效地增加了玉米鮮生物量和干生物量;綜合2茬不同處理玉米植株對磷素吸收量的分析，T5處理施加的調理劑種類能有效提高玉米的吸磷量，促進玉米對土壤中有效磷素的吸收;在土壤磷素形態中，施加T3和T7處理的調理劑有利于土壤中有機磷的礦化，使有機磷轉化為無機磷，能夠被植物更好地吸收與利用，而從各級無機磷形態含量來看，施加T5和T7處理調理劑減少了土壤中速效性 Ca2-P 含量，增加了緩效性Ca8-P和Ca10-P含量，體現了對磷的鈍化效果，減少了土壤中磷的移動性，T6處理有效地降低了土壤中的有效磷含量，對于降低潛在磷的環境風險起到了很好的作用。

綜上所述，沸石、明礬、腐殖酸和白云石調理劑配合施用對于高磷土壤中磷的吸收和轉化效果最佳，可以降低潛在磷的環境風險，但是本研究結論只是在盆栽試驗條件下，還需進行田間試驗加以驗證。

參考文獻：

[1]中國農業年鑒編輯委員會. 中國農業年鑒（1991）[M]. 北京：中國農業出版社，1991.

[2]中華人民共和國農業部. 中國農業統計資料（2016）[M]. 北京：中國農業出版社，2017.

[3]時正元，魯如坤，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.

[4]張學軍，孫 權，陳曉群，等. 不同類型菜田和農田土壤磷素狀況研究[J]. 土壤，2005，37（6）：649-654.

[5]Sharpley A N，Chapra S，Wedepohl R，et al. Managing agricultural phosphorus for protection of surface waters：issues and options[J]. Journal of Environmental Quality，1994，23（3）：437-451.

[6]Foy R H，Withers P J A. The contribution of agricultural phosphorus to eutrophication[J]. Proceedings of the Fertilizer Society，1995，365：1-32.

[7]戴照福，王繼增，程 炯. 土壤磷素非點源污染及其對環境影響的研究[J]. 農業環境科學學報，2006，25（增刊1）：323-327.

[8]Darilek J L，Huang B，Wang Z G，et al. Changes in soil fertility parameters and the environmental effects in a rapidly developing region of China[J]. Agriculture Ecosystems & Environment，2009，129（1/2/3）：286-292.

[9]梁林洲，沈仁芳，伊曉云，等. 高磷土壤施用磷肥對小白菜和莧菜產量及肥料利用率的影響[J]. 江蘇農業學報，2010，26（1）：70-74.

[10]李孝良，葉詩瑛. 高磷土壤磷肥施用效果研究[J]. 安徽技術師范學院學報，2002，16（4）：37-39.

[11]鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 3版.北京：中國農業出版社，2000：74-75，93-96.

[12]顧益初，蔣柏藩. 石灰性土壤無機磷分級的測定方法[J]. 土壤，1990（2）：101-102，110.

[13]袁鳳英，龐世花，郭宗端. 腐殖酸促進菜田土壤氮磷養分利用的機制[J]. 腐植酸，2018（1）：46.

[14]高 超，張桃林. 農業非點源磷污染對水體富營養化的影響及對策[J]. 湖泊科學，1999，11（4）：369-375.

[15]Cho J Y，Han K W，Choi J K，et al. N and P losses form a paddy field plot in central Korea[J]. Soil Science and Plant Nutrition，2002，48（3）：301-306.