減水減肥對設施黑土菜田土壤無機磷形態(tài)及分布的影響

關詩洋，王佳琪，于 賀，焦曉光，王 耀，徐 欣，陳一民，隋躍宇

（1黑龍江大學現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學院，哈爾濱 150080；2中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，哈爾濱 150081）

0 引言

磷是作物必需的重要的營養(yǎng)元素之一，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的養(yǎng)分限制因子之一[1]。東北黑土區(qū)作物苗期地溫較低，磷的生物有效性低，難以滿足作物生長需求，需向土壤中施用大量礦質(zhì)磷肥來補充作物可吸收利用態(tài)磷。據(jù)統(tǒng)計，僅黑龍江省每年需消耗66.2萬t礦質(zhì)磷肥[2]。但是，施入土壤中的磷肥會被土壤中的鐵、鋁、鈣、鎂等離子固定[3-4]，導致施入的礦質(zhì)磷肥當季利用率僅有10%～25%[5-6]，大量的無機磷殘留不僅造成了磷肥的浪費，也給環(huán)境帶來了潛在的風險。獲取土壤中無機磷組分信息對磷養(yǎng)分資源的綜合管理具有重要意義。

隨著中國種植業(yè)結(jié)構的調(diào)整和人民飲食結(jié)構的改變，設施蔬菜栽培在蔬菜生產(chǎn)中占有重要地位[7]。在設施菜田高產(chǎn)出的生產(chǎn)模式下，農(nóng)民的肥料投入量大幅增加，磷肥的當季利用率僅為8%左右，大量未被利用的磷素長期或暫時地滯留在土壤中，造成了磷肥資源的浪費[8]。加之設施菜田中需要大量的灌溉來滿足蔬菜的生長需求，導致殘留的磷肥淋溶損失風險加大[9]。研究設施黑土菜田中土壤無機磷的形態(tài)特征特點，是合理施用磷肥，提高磷肥利用率、減輕環(huán)境污染的重要依據(jù)。

目前，國內(nèi)外關于無機磷的研究，多注重于無機磷的形態(tài)、分布、動態(tài)變化以及植物利用的有效性等方面。張林等[10]指出無機磷主要分為礦質(zhì)態(tài)、吸附態(tài)和水溶態(tài)3種，并且水溶態(tài)和吸附態(tài)對土壤磷素供應具有重要作用。土壤中的Ca2-P是作物的有效磷源，Ca8-P、Al-P和Fe-P是作物的第二有效磷源，Ca10-P和O-P在短期內(nèi)難以為作物吸收利用，是作物的潛在性磷源[11-12]。不同類型土壤中無機磷形態(tài)差異很大，王艷玲等[13]研究指出，黑土中Fe-P、Ca10-P和O-P所占的比重最大，Ca2-P、Ca8-P和Al-P所占比例相對較小；沈乒松等[14]研究指出，酸性土壤中Ca-P所占比例最小，其次為Al-P，而Fe-P、O-P所占比重最大；李孝良等[15]研究指出，黃褐土中各形態(tài)無機磷含量為Ca8-P＞O-P＞Fe-P＞Ca10-P＞Al-P＞Ca2-P。不同土地利用方式[16-17]、施肥管理[18-20]和灌溉技術[21]對土壤無機磷分級的影響也有一些研究，但因土壤類型差異，目前尚無統(tǒng)一的研究結(jié)果。設施菜田作為代表現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢的新興產(chǎn)業(yè)，其特殊栽培條件下的無機磷形態(tài)與分布問題卻鮮有報道。

筆者擬通過連續(xù)4年的設施菜田試驗，開展減水減肥對菜田黑土不同剖面深度磷素含量及變化規(guī)律的研究，探討減水減肥對菜田黑土土壤磷有效性的影響，旨在為提高菜田黑土磷素利用率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地點位于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院園藝分院設施試驗地。土壤類型為草甸黑土。土壤剖面初始理化性質(zhì)見表1。設施栽培作物茄子（品種為‘龍雜201’），2019年3月15日育苗，4月末耕翻整地，耕翻前施用已腐解好的有機肥，耕翻后起壟，壟距為100 cm，壟間距50 cm。5月6日茄子幼苗移栽，茄子采用覆膜栽培，施用方式為溝施。

1.2 試驗設計

試驗設置常規(guī)施肥量+常規(guī)灌溉量(WF)、常規(guī)灌溉量+80%常規(guī)化肥量(W80%F)、80%常規(guī)灌溉量+常規(guī)肥處理(80%WF)3個處理常規(guī)水肥處理，每個處理3次重復，每個處理面積為15 m2。

試驗設3個處理：（1）常規(guī)施肥量+常規(guī)灌溉量(WF)：施用有機肥（有機質(zhì)含量≥40%）5 t/hm2、氮肥（尿素N 46%）N 72 kg/hm2、磷肥（過磷酸鈣P2O512%）P2O572 kg/hm2、硫酸鉀(K2O 50%)110 kg/hm2，底肥一次性施入，施用深度為0～30 cm。在6月26日（盛果期）追施N 70 kg/hm2，7月24日（盛果期）追施N 23 kg/hm2（尿素N 46%）及K2O 113 kg/hm2（硫酸鉀K2O 50%）。追肥方式為穴施。茄子移栽后人工控制灌溉，灌水量約為45 m3/hm2。灌溉方式為滴灌。（2）80%常規(guī)灌溉量+常規(guī)肥處理(80%WF)：底肥、追肥數(shù)量、頻率與常規(guī)水肥處理相同，灌水方式、頻次與常規(guī)水肥處理一致，灌水量是常規(guī)水肥處理的80%，以下簡稱減肥處理；（3）80%常規(guī)灌溉量+常規(guī)肥處理(80%WF)：底肥、追肥化肥的施用量均為常規(guī)施肥量的80%，施用的時間次數(shù)、灌水量、灌水頻次與常規(guī)施肥量一致，以下簡稱減水處理[22]。

1.3 樣品采集及測定方法

樣品于2019年茄子拉秧期后，分層采集上述3個處理0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層的土壤樣品。土壤基本理化性質(zhì)采用常規(guī)分析方法測定[23]，土壤無機磷各組分含量采用蔣柏藩等分級方法[24]。

1.4 原始數(shù)據(jù)采用

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2019整理，SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析和差異顯著性(α=0.05)檢驗，Sigmaplot進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 減水處理、減肥處理對設施黑土不同形態(tài)無機磷含量的影響

圖1表明，設施黑土菜田連續(xù)4年減水減肥試驗后，各形態(tài)無機磷含量發(fā)生了明顯變化，不同形態(tài)無機磷含量隨土層深度增加而異。減水處理，在0～100 cm深度范圍內(nèi)，磷酸鈣鹽平均為30%左右，以Ca8-P居多。隨著土層深度的增加，不同形態(tài)無機磷含量呈下降趨勢，在80～100 cm土層下降到最低，其中，從40～60 cm土層開始，各形態(tài)無機磷含量顯著降低(P＜0.05)。同一土層深度，各形態(tài)無機磷含量在減水處理下表現(xiàn)出相同規(guī)律，即各形態(tài)無機磷含量從高到低的順序為：Ca8-P、O-P、Fe-P、Ca10-P、Ca2-P、Al-P。

圖1 減水減肥處理不同剖面深度設施菜田黑土無機磷形態(tài)含量

減肥處理，在0～100 cm土層內(nèi)，以Ca8-P居多，Ca8-P磷酸鈣鹽平均為123 mg/kg。隨著土層深度的增加，60～100cm土層Ca8-P含量急劇降低(P＜0.05)，80～100cm時達到最低。同一土層深度，各形態(tài)無機磷含量從高到低的順序為：Ca8-P、O-P、Al-P、Fe-P、Ca2-P、Ca10-P。

與常規(guī)水肥處理相比，減水處理、減肥處理，除閉蓄態(tài)P外，不同深度土壤各形態(tài)無機磷含量均高于常規(guī)水肥。減水處理、減肥處理，主要增加了磷酸鈣鹽的含量，其中Ca8-P含量增加最多，增加幅度為0.4～211.71、3.03～379.61 mg/kg。

2.2 減水減肥對設施黑土有效磷分布特征

減水處理、減肥處理對不同深度土層有效磷含量的影響見圖2。由圖2可見，常規(guī)水肥處理、減水處理、減肥處理0～20 cm土層有效磷含量最高，在102.45～126.06 mg/kg之間，隨土層深度增加，土壤有效磷含量呈遞減的趨勢，在80～100 cm土層土壤有效磷含量降到最低，在20.16～24.46 mg/kg之間，下降的幅度在77.9%～80.8%之間。在同一土層深度，減水處理、減肥處理土壤有效磷含量高于常規(guī)水肥處理，分別增加在0.8%～22.9%之間。

圖2 減水處理減肥處理處理不同深度土壤有效磷含量

2.3 減水處理、減肥處理不同形態(tài)無機磷與有效磷的相關分析

減水處理、減肥處理與常規(guī)水肥處理在0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 5個土層深度上，土壤各形態(tài)無機磷含量與有有效磷之間的相關關系見表1。相關分析表明，減水、減肥后土壤各形態(tài)磷含量與有效磷含量存在相關性。Ca2-P、Ca8-P、Al-P含量與有效磷含量存在極顯著正相關關系，Ca10-P、Fe-P與有效磷含量存在顯著正相關關系，各形態(tài)無機磷與有效磷含量相關系數(shù)大小：Ca2-P＞Al-P＞Ca8-P＞Ca10-P＞Fe-P＞O-P。不同深度土壤有效磷與各形態(tài)無機磷相關性基本一致，各形態(tài)無機磷含量相關系數(shù)大小變化規(guī)律一致。

3 結(jié)論

連續(xù)4年減水處理、減肥處理有效磷含量隨著土層深度的增加呈現(xiàn)遞減，減少20%肥料、降低20%灌溉量處理可以提高0～100 cm土層內(nèi)設施菜田黑土有效磷的活性，與常規(guī)水肥處理相比，對土壤有效磷含量無影響。相對常規(guī)水肥處理，減水處理、減肥處理可提高菜田黑土各無機磷形態(tài)Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Ca10-P、Fe-P、O-P含量。隨著深度的增加，各形態(tài)無機磷Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Ca10-P、Fe-P、O-P呈逐漸降低的分布趨勢，在60～80 cm土層迅速降低，80～100 cm土層降到最低。減水處理、減肥處理各形態(tài)無機磷Ca2-P、Ca8-P、Al-P與土壤有效磷呈極顯著相關關系，Ca10-P、Fe-P與土壤有效磷呈顯著相關關系，O-P與土壤有效磷無相關關系。

4 討論

設施菜田土壤長期大量施用肥料，土壤各形態(tài)無機磷均有不同程度的累積，磷基本沒有揮發(fā)損失，淋失也相對較少，作物對磷的利用率為10%～25%[4]，項目前期研究對減水減肥對無機磷有效性進行了探究[9]，因此研究菜田黑土減水減肥處理對不同深度土壤各形態(tài)無機磷有效性具有重要的意義。土壤有效磷水平是直接決定土壤P素供應的一項指標，也是磷肥施用的基本依據(jù)[25]。本研究中，與常規(guī)水肥處理相比，減少20%施肥量的處理，土壤有效磷的含量略有升高，但是沒有達到差異顯著水平(P＞0.05)；減少20%灌溉量處理，土壤有效磷的含量比常規(guī)水肥處理高，但是沒有達到差異顯著水平(P＞0.05)，這可能因為減少磷肥的施用、灌水量，促進作物對磷素的吸收[27]，說明減少20%施肥量及減少20%灌溉量對菜田土壤有效磷的含量沒有顯著的影響。3個處理各形態(tài)無機磷含量Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Ca10-P、Fe-P與有效磷含量存在顯著正相關關系，這說明Ca2-P、Al-P、Ca8-P、Ca10-P、Fe-P含量會影響有效磷含量的變化，減少灌溉量、減少施肥量對其影響較小，各形態(tài)無機磷含量在一定的灌溉量及肥料量內(nèi)受其影響較小，這與劉暢等[21,26]和呂家瓏等[18]研究結(jié)果不同，可能與土壤類型有關。所有處理在不同形態(tài)無機磷中以Ca8-P、Al-P、O-P含量占的比重較高，意味著減水處理、減肥處理下黑土菜田有效磷除主要由Ca8-P提供外，Al-P土壤中是作物第二有效磷源，當土壤中Ca2-P含量供應不足時，開始利用潛在的有效磷源[12]。O-P（閉蓄態(tài)磷）沒有呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律，且與有效磷之間沒有顯著相關系(P＞0.05)，說明閉蓄態(tài)磷有效性較低，受有效磷含量多少影響較小，這與沈仁芳等[28]研究認為閉蓄態(tài)磷有效性低，只能是潛在磷源，難以被植物吸收利用結(jié)果一致。