3種磷肥與褐煤配施對(duì)苗期玉米磷吸收的影響

李友偉,楊依彬,馮紫薈,丘智晃,張承林

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,廣東廣州 510642)

磷在土壤中極易被固定,轉(zhuǎn)化為難于被植物吸收利用的難溶態(tài)磷[1]。過(guò)量施用磷會(huì)隨著地表徑流流失,造成水體富營(yíng)養(yǎng)化[2]。研究發(fā)現(xiàn),我國(guó)缺磷耕地土壤達(dá)74%,當(dāng)季磷肥的利用率僅為10%～20%[3]。

如何提高磷肥利用效率一直是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[4]。目前提高磷肥利用效率的方法很多,如磷肥集中施用,施在根層土壤,與有機(jī)物料、有機(jī)肥混施等方法[5]。研究表明,有機(jī)物與磷肥混合施用,既能改善土壤物理性狀,又可以顯著提高磷肥的利用效率[6]。

褐煤富含游離的腐殖酸,而腐殖酸具有比表面積大的特點(diǎn),擁有非常發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)及豐富的含氧官能團(tuán),這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其對(duì)一些離子有較高的吸附能力[7]。褐煤結(jié)構(gòu)疏松,直接施入土壤中可以改良土壤,促進(jìn)作物生長(zhǎng)[8]。褐煤也可提高肥料利用率,具有較好的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值[9]。

因此,使用褐煤與磷肥混施,使褐煤吸附較多的磷酸根而減少土壤對(duì)磷的固定,從而提高磷肥利用率。筆者選擇玉米為供試作物,通過(guò)盆栽試驗(yàn),探討褐煤與3種不同磷肥配合施用后磷的吸收利用情況,旨在為褐煤在提高磷肥效果方面開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料供試作物為玉米(鄭單958)。供試土壤為赤紅壤,土壤基本性質(zhì):pH 5.23,EC 195 μS/cm,有機(jī)質(zhì)2.96 g/kg,堿解氮29 mg/kg,有效磷2.25 mg/kg,速效鉀20.3 mg/kg,屬嚴(yán)重缺磷土壤。

供試肥料:農(nóng)用磷酸一銨(含N 11%,P2O544%,簡(jiǎn)稱MAP)、農(nóng)用磷酸二銨(N 18%,P2O546%,簡(jiǎn)稱DAP)、過(guò)磷酸鈣(含P2O512%,簡(jiǎn)稱SSP)、氯化鉀(K2O 60%)、硫酸銨(N 21%)、褐煤(購(gòu)自山西晉豐生物科技有限公司,含C 65%,H 4.7%,O 25%,干基36.28%,濕基25.60%,水分29.45%,揮發(fā)成分45%。簡(jiǎn)稱L)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)于2021年4月2日至5月7日在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)處理:不施磷肥(CK)、褐煤(L)、褐煤+磷酸一銨(L+MAP)、磷酸一銨(MAP)、褐煤+磷酸二銨(L+DAP)、磷酸二銨(DAP)、褐煤+過(guò)磷酸鈣(L+SSP)、過(guò)磷酸鈣(SSP)8個(gè)處理。每盆裝3 kg風(fēng)干土壤。磷用量按P2O50.59 g/kg土換算,則每盆依次施用MAP、DAP和SSP 4.0、3.8和14.7 g。褐煤施用量為50 g/盆。氮肥的用量按上述純磷量施用時(shí)肥料中氮含量最高的DAP為標(biāo)準(zhǔn),不足的氮用(NH4)2SO4補(bǔ)足。鉀肥每盆用量為1 g KCl。除L處理與CK不施磷肥外,其余各處理各養(yǎng)分施用量保持一致。每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)。

將硫酸銨和氯化鉀與土壤充分混勻。再向塑料盆中裝入一定量的混好后的土壤,在盆中央插上有刻度的木棒(底部為0 cm),將褐煤與3種磷肥混合后集中放置于0 cm處,每盆分別覆土至木棒的5 cm處,以木棒為基點(diǎn),水平方向5 cm處播3粒種子,覆土3 cm。灌水至田間持水量的80%。待玉米長(zhǎng)至三葉期時(shí)間苗,保留1株,出苗35 d后收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法根系數(shù)據(jù):收獲植株地上部的同時(shí)取整盆土進(jìn)行沖洗,洗去根際土,多次清洗獲得完整根系,將洗凈的根系樣品用根系掃描儀(MICROTEK ScanMaker i800plus)進(jìn)行掃描,獲取根系圖像,然后采用WinRhizo軟件分析,根系掃描后的總根長(zhǎng)、根表面積、平均直徑、根體積可以通過(guò)圖片分析直接獲得[10]。

干重:將植株鮮樣于105 ℃殺青30 min,在75 ℃下烘干至恒重后稱量,分別記錄地上部和地下部干重。

植株磷含量:植株干樣粉碎后采用濃H2SO4-H2O2進(jìn)行消煮,測(cè)定消煮上清液中的全磷含量。植株全磷含量采用鉬銻鈧比色法測(cè)定[11]。

植株(器官)磷吸收量=植株(器官)磷含量×植株(器官)生物量;磷利用率=(施磷處理地上部與地下部吸磷總量-不施磷處理地上部與地下部吸磷總量)/施磷量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析采用 WPS Office 2019軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算,采用SPSS 25.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析,采用Origin 2019軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種磷肥與褐煤配施對(duì)苗期玉米地上部干重的影響由圖1可知,由于土壤嚴(yán)重缺磷,不施磷肥玉米苗幾乎不生長(zhǎng)。施磷各處理的地上部干重均顯著高于不施磷處理。對(duì)比單獨(dú)施同種磷肥處理,3種磷肥與褐煤配施的地上部干重均增加,其中L+SSP干重最高且增加了89%,L+MAP增加了48%,L+DAP增加了18%。但3種磷肥與褐煤配施后地上部干物重?zé)o顯著差異,肥效一致。

注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments(P<0.05).圖1 各處理對(duì)玉米苗期地上部干重的影響Fig.1 Effects of different treatments on dry weight of shoots in maize seedling stage

2.2 3種磷肥與褐煤配施對(duì)苗期玉米根部生長(zhǎng)的影響各處理對(duì)苗期玉米根部生長(zhǎng)的影響見(jiàn)表1。由表1可知,施磷各處理的地下部干重、根表面積均顯著高于不施磷處理。對(duì)比單獨(dú)施同種磷肥處理,添加褐煤處理后地下部干重均表現(xiàn)為增加效果,其中L+MAP增加了75%,L+DAP增加了31%,L+SSP增加了110%。對(duì)根表面積而言,L+SSP與SSP存在顯著差異,相比增加了62%。其他2種磷肥間并未存在顯著差異。L+MAP和L+SSP的總根長(zhǎng)顯著高于單獨(dú)施磷肥處理MAP和SSP,分別增加了35%和60%,而DAP和L+DAP處理間無(wú)顯著差異。

表1 不同處理對(duì)苗期玉米根部生長(zhǎng)的影響

2.3 3種磷肥與褐煤配施對(duì)苗期玉米地上和地下部磷吸收量的影響不同處理對(duì)玉米苗期地上部磷吸收量的影響不同(圖2)。添加褐煤的3個(gè)處理間無(wú)顯著差異,但均顯著高于單獨(dú)施磷肥處理。同種磷肥處理對(duì)比表明,L+MAP磷吸收量增加了209%,L+DAP增加了100%,L+SSP增加了313%。說(shuō)明在同種磷肥間對(duì)比,過(guò)磷酸鈣與褐煤配施增加量最高,MAP與褐煤配施次之。由圖3可知,根系磷吸收規(guī)律與地上部類似。添加褐煤的3個(gè)處理間無(wú)顯著差異,對(duì)比單獨(dú)施用磷的處理,均存在顯著差異。與單獨(dú)施磷肥相比,L+SSP增加了410%,L+MAP增加了293%,L+DAP增加了71%。

注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments(P<0.05).圖2 各處理對(duì)玉米苗期地上部磷吸收量的影響Fig.2 Effects of different treatments on aboveground phosphorus uptake at maize seedling stage

注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different letters on the column indicate significant differences among treatments(P<0.05).圖3 各處理對(duì)玉米苗期地下部磷吸收量的影響Fig.3 Effects of each treatment on the absorption of phosphorus in the underground part of maize at the seedling stage

2.4 3種磷肥與褐煤配施對(duì)苗期玉米磷肥利用率的影響從圖4可以看出,各磷肥處理對(duì)苗期玉米磷利用率的影響存在顯著差異。與褐煤配施的處理均顯著高于單獨(dú)施磷處理。與褐煤配施后3種磷肥處理間的磷利用率無(wú)顯著差異。與單獨(dú)施磷肥比較,L+SSP磷的利用率增加了153%,L+MAP增加了147%,L+DAP增加了59%。

注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different letters on the column indicate significant differences among treatments(P<0.05).圖4 各磷肥處理對(duì)苗期玉米磷肥利用率的影響Fig.4 Effects of each phosphate fertilizer treatment on the utilization rate of phosphate fertilizer for maize at seedling stage

3 討論

該試驗(yàn)結(jié)果表明,3種磷肥與褐煤配施均比單獨(dú)施用效果好?；焓┖蟮厣喜亢偷叵虏扛芍?、根表面積、總根長(zhǎng)、磷的吸收量均明顯增加。磷肥與褐煤混施減少了磷與土壤黏粒表面的直接接觸,從而減少了土壤對(duì)磷的固定,土壤有效磷顯著提高,這與林小妹等[12]的研究結(jié)果一致。

研究表明,褐煤施入酸性土壤中可減輕鋁毒的危害,增加土壤透氣性,促進(jìn)根系發(fā)育,進(jìn)而促進(jìn)了根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收,起到提升磷肥利用率的效果[13]。該試驗(yàn)中褐煤與磷肥配施后提高磷的吸收并促進(jìn)生長(zhǎng)的可能原因:①褐煤中含有較高的有機(jī)質(zhì),有機(jī)質(zhì)能夠和磷酸根競(jìng)爭(zhēng)鐵鋁氧化物的吸附位點(diǎn),進(jìn)而增加了土壤中的活性磷含量,使得作物根系更加容易對(duì)其進(jìn)行解吸利用[7]。②褐煤中存在大量的腐殖酸,而腐殖酸具有較強(qiáng)的吸附性,能夠吸附土壤中的磷素,從而減少磷素被土壤固定[14]。③腐殖酸是一種有機(jī)膠體,能有效增加土壤微生物的活性,進(jìn)而對(duì)土壤中難溶性磷化合物進(jìn)行活化[15]。

3種不同類型磷肥與褐煤配施所表現(xiàn)出的肥效相似,說(shuō)明褐煤與這3種磷肥搭配使用均有增效作用。其中過(guò)磷酸鈣與褐煤配施促生長(zhǎng)效果最好。過(guò)磷酸鈣在該試驗(yàn)的3種磷肥中價(jià)格最低,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單[16],使用褐煤與過(guò)磷酸鈣配施能為農(nóng)戶創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)已被發(fā)現(xiàn)且探明的褐煤保有儲(chǔ)量為1 300億t,占我國(guó)煤炭總儲(chǔ)量的13%左右[17],因此使用褐煤與過(guò)磷酸鈣配施或兩者結(jié)合生產(chǎn)新型肥料等方式,對(duì)提高磷肥肥效、節(jié)省磷肥資源具有現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)論

(1)在赤紅壤上施用褐煤對(duì)于苗期玉米根部的生長(zhǎng)發(fā)育有顯著作用;在相同的氮磷鉀用量下,褐煤與磷肥混施能有效促進(jìn)玉米苗期生長(zhǎng)發(fā)育,在干重、磷吸收量、磷利用率上均比單獨(dú)施磷顯著增加。

(2)3種磷肥與褐煤配施在干重、根表面積及磷吸收量、磷肥利用率上并無(wú)顯著差異。

(3)褐煤與過(guò)磷酸鈣配施與單獨(dú)施過(guò)磷酸鈣比較,地上部干重增加89%,地下部干重增加110%,地上部磷吸收量增加313%,地下部磷吸收量增加410%,磷肥利用率增加了153%。考慮到經(jīng)濟(jì)效益和對(duì)玉米苗期生長(zhǎng)效果,過(guò)磷酸鈣與褐煤配合施用是經(jīng)濟(jì)有效的施用方法。