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设施高肥力蔬菜地氮素调控下磷素特征研究
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      设施高肥力蔬菜地氮素调控下磷素特征研究1王恒1,董家贵1,金圣爱3,张兰芳2,陈为堂1,李俊良3,葛晓梅1(1日照市农业局,山东日照276826;2.日照市农产品质量安全检验检测中心山东日照276826;3青岛农业大学,山东青岛266109)下不同氮素水平对磷素的养分吸收影响,2004年~ 2007年在山东寿光进行不同氮素水平调控和秸秆还田试验,并于2007年冬春季裂区淋滤试验。试验表明,不同水平的氮素调控影响磷素含量变化。空白(NN)、有机肥(MN)、有机肥+秸秆(MN+S)供氮水平下土壤全磷含量逐年下降,降幅NN>MN>MN+S,全磷增幅传统氮素(CN)>传统氮素+秸秆(CN +S)>氮素优化+秸秆(SN+S)>氮素优化(SN)。CN、CN+S供氮水平下土壤速效磷含量达到213.7mg.kg-1、225.4素累积明显;其它供氮水平下速效磷含量逐年下降,降幅MN+S>MN>CN+S>CN>SN+S >SN,减少氮素供应有利于减缓磷素累积,促进磷的吸收利用。除NN供氮水平下土壤有机磷含量下降外,其它处理均不同程度增加,CN、CN +S供氮水平下土壤有机磷含量累积明显(308.4mgkg-1、331.4 mgkg-1),分别增长了28.5%、38.2%.SN+S供氮水平下磷的吸收系数(P25,mg100g-1)达到了1571,增长S供氮水平下磷的吸收系数出现了负增长,CN供氮水平下达到了416(P2O5,mg,100g-1),下降了35.5°%.添加小麦秸秆极大的提高了磷的吸收能力,在一定程度上能减缓土壤速效磷的累积。淋溶液中全磷含量SN> SN+S,有机磷含量SN>SN+S,秸秆还田对阻控有机磷素淋溶有一定的作用,但整个冬春生长季渗滤液中全磷含量在2.6~12.0mg,L-1,有机磷含量在0.42~4.1mg,L-1,淋出液水质仍超过了国家安全水质标准。因此,在高肥力水平下进行氮素调控,优化氮素供应量,促进了磷素的吸收利用,对农民在高肥力水平下施肥具有指导意义。建议农民在以后的种植中减少氮肥供应量及添加高碳源秸秆进行还田,以提高肥料的利用率,减少氮磷对土壤及水体的污染。
  基金项目:国家一五“科技支撑项目(2006BAD17B07);农业部948项目(2006-G60(2)保护地蔬菜生产发展迅速,使用年限逐年加,其土壤条件发生了很大变化。为了提高保护地蔬菜单产,加效益,农民盲目加大氮肥、磷肥用量,造成土壤养分之间比例严重失调,肥料利用率降低。山东省寿光市是”中国蔬菜之乡“,大水大肥的现象非常普遍,亟需保护地土壤养分资源情况的相关试验。综合寿光有关日光温室施肥的调查资料发现,平均每季养分投入化肥氮为1257kg.hm-2,远远超过作物的实际需求量。马文奇对山东省寿光市日光温室蔬菜的施肥现状的调查结果表明,化肥投入量高出一般推荐量的25倍,氮磷钾肥的当季利用率均不到10%,土壤中均含有大量的氮和难溶性磷,速效氮含量较高,而有效磷含量一般较低,土壤磷素累积严重,可供给作物利用的磷不足,制约作物的生长发育。近几年来,活化土壤难溶性磷,强土壤供磷能力,减少磷肥的投入,也逐渐引起人们的关注。土壤中存在大量的微生物,这些微生物能够将难溶磷转化为植物可吸收利用的有效磷。但在含氮量较高的土壤中,C/N较低,微生物活性不高,制约了其固氮、解磷、解钾的能力。杨赵等人研究表明,添加有机质能有效加土壤全氮含量,而降低土壤有效氮含量,特别是添加小麦秸秆,有效的减少了氮素的流失量,但却加了磷的流失量。小麦秸秆含碳量较高,农田添加小麦秸秆,可以提高土壤有机质和C/N值,为土壤微生物的生长繁殖提供丰富的能量和环境,提高微生物的活性,从而有利于土壤中累积态难溶性磷元素的溶解和释放,减缓了氮素的流失,提高了氮素、磷素的利用率。为此,本试验以寿光蔬菜保护地的030cm高氮土壤为供试材料,通过不同的氮素调控及添加秸秆提高碳氮比,研究土壤中不同供氮水平下磷素的特征变化情况及淋溶状况,从而为指导农民合理施肥及对当地水的氮磷淋溶风险提供依据。
  1材料与方法1.1试验时间、地点试验于2004年1月至2007年12月在山东省寿光市古城街道罗庄村(36°55N,118°45‘E)进行,温室内的种植面积为84.0X7.8m2,己连续种植5年番茄。种植方式为典型的一年两季,试验开始前取060cm土壤,土壤基础肥力状况如表1.表1试验地土壤的基础理化性状1土层深度/cm有机质/g全氮/g硝态氮/mg有效磷/mg速效钾/mg 1采样时间为2003年12月10日,上一季番茄种植完毕,为5点的混合样;2液土比为5:11.2试验材料特“”千禧桃“”布鲁斯特“式为典型的一年两季,即26月为冬春季、8月来年1月为秋冬季,7月份休闲。
  1.3试验设计2004冬春季-2007冬春季连续四年的试验中,共设置七个处理,如下:对照(NN):不施有机肥(主要为鸡粪)和化学氮肥;有机肥处理(MN):只施用有机肥,八个生长季节的有机肥施用量分别为8、11、8、11、5、8、8、8fhm-2,均匀撒施后翻耕,不追施化学氮肥。

    
  根据当地农户调查结果,每次追施N在综合考虑灌溉水带入氮素、土壤氮素的基础上确定追施氮量(公式1-1)。
  氮素供应目标值为N有机肥+秸秆处理(MN+S):2006年秋冬季进行裂区试验,在MN处理的基础上添加风干小麦稻秆2thm-2;传统氮素+秸秆处理(CN+S):2006年秋冬季进行裂区试验,在CN处理的基础上添加风干小麦秸秆2氮素优化+秸秆处理(SN+S):2006年秋冬季进行裂区试验,在SN处理的基础上添加风干小麦秸秆2thm-2;kghm-2K2O(K2SO4,52%),分次施入。试验小区两侧050cm纵向埋农膜防止小区间肥料相互渗透(PVC盒)滤液收集桶通气管淋洗装置构造图Fig.处理和氮素优化+秸秆处理小区(中用白色立方体标注),监测添加小麦秸秆对于菜田土壤磷的淋洗状况,间隔14天左右取样。
  1.4测定项目与方法试验前(2003年12月)采集060cm基础土壤样品,之后每年秋冬季结束后取030cm表层土壤。测定全磷(高氯酸、浓硫酸消煮-钼铺抗比色法)、速效磷(0.5molL1NaHC3浸-钼锑抗比色法)、有机磷(高温电炉灼烧-0.2mol L-1(1/2)H2S4浸提)以及磷的吸收系数(磷酸二铵溶液浸提-钼锑抗比色法)。用浓H2SO4-HN3联合消煮钼锑抗比色法测定法溶液中的全磷和有机磷含量。土壤样品和植物样品的分析测定均按照鲍士旦主编的土壤农化分析标准进行。
  2结果与讨论2.1氮调控下土壤中磷的含量指标变化在4年生长季中,速效磷含量变化较明显。2007年NN、MN、SN一―立。Sm/饫作用,合理的施用氮肥通常能促进植物对磷的吸收利用,磷参与氮代谢、硝酸盐还原、氨的同化以及蛋白质的合成。在氮肥供应过量,土壤中含氮量过高的情况下,磷的吸收有被抑制的可能。
  soilswitlidifferentNcontrollingduring2004to2007在农民传统施肥模式下,速效磷含量逐年加,磷肥的有效性可持续多年。不同水平的氮素调控均能减少表层土壤速效磷的含量,传统施肥模式下添加秸秆还田,在一定程度上减缓了速效磷的加,但是添加秸秆对速效磷含量的影响不是很明显,这可能和添加秸秆的量有关系,另外试验处理在调控氮素的同时,仍然采取了基施300kg.hm-2P25(过磷酸钙,12%P2O5),没有考虑高氮磷土壤调氮的同时调磷的影响,需要改进试验处理。
  在高氮水平下减少氮素供应有利于促进累积态有机磷向无机磷转化,从而被作物吸收利用,减缓磷素累积。表明,试验结束时,表现出明显下降趋势,只有NN处理的有机磷含量下降到181.2mgkg-1,下降了24.5%.其余处理的有机磷含量不同程度加。其中各添加秸秆在一定程度上促进了无机态磷向有机态磷的转化,有机磷的加对于土壤肥力的提高有着积极的意义,但土壤有机磷易于被淋失,CN +S处理在试验结束时仍达到了331.4mg.kg-1,CN处理为308.4mg.kg-1,从环境效益的角度分析,其磷素的面源污染风险仍然较大。
  20042007年不同调氮措施下030cm土有机磷含量变化20042007年不同调氮措施下030 cm土壤全磷含量变化NN处理每季仅施入300kghm-2的P2O5和400kghm-2的0,在没有氮肥和有机鸡粪的情况下,2007年全磷含量为1.70g kg-1,比2004年下降了23.2%,达到极显著水平,下降趋势较明显。表明其仍处于肥沃水平,在高氮肥力水平保护地栽耕作培中减少氮素供应相应有利于减缓磷素累积。MN处理全磷含量降低了9.6%,呈缓慢下降趋势。2007年传统处理全磷含量为2.49g kg-1,比2004年加了14.5%,达到极显著水平。!/的磷酸二铵溶液(pH=7)在一定条件下反应,反应前后磷量的差,即土壤对磷的吸收量,换算成为每100g土壤吸收固定磷(P2O5)mg数,得到磷吸收系数。土壤中的活性铁、铝、钙等会与磷生成不溶性物质,从而不能被植物吸收。土壤吸收固定磷的能力被称为磷吸收力,以磷吸收系数表示,见表2.表2土壤磷吸收能力与磷酸吸收系数的关系(PA,mg.100g-1)吸收力强弱程度弱较弱普通较强强磷吸收系数2004年试验初表层土壤的磷吸收系数仅为645 100g-1),吸收能力处于较弱水平。20042007年氮素调控试验后进行磷吸收能力的测定,磷吸收系数(P2O5,mg.00g-1)在4161571之间变化,其中SN+S处理的磷吸收系数达到了1571,长了143.6%,吸收能力强;其次为SN、NN、MN,分别长了71.2%、38.6%、12.9%.氮素调控下添加秸秆,提高了土壤的C/N、C/P,活化了土壤中的微生物,极大地促进了作物对磷的吸收。
  而在磷累计比较严重的情况下仍进行传统模式的施肥,CN、CN +S的磷吸收系数下降明显,分别下降了35.5%和11.0%,磷的吸收利用率不高。
  2004-2007年不同调氮措施下030cm土壤磷吸收系数变化2氮调控下渗滤液中磷含量的变化有机态磷易转化,秸秆中的磷大部分呈有机态,且难分解。从中可以看出渗滤液中总磷含量SN处理略高于SN+S处理,添加秸秆多少能减少淋出的磷总量,但是效果不是很明显。本试验基础土壤氮、磷含量均极高,而试验只对氮素进行了调控,每年都有磷肥投入,最终土壤全磷和Olsen-P的含量比较高,本季淋洗结束时渗滤液中总磷含量在2.6122.6mg污染风险较大。
  添加秸秆处理渗滤液中有机磷浓度高于未添加秸秆的处理,呈先升高后下降的趋势,且峰值出现在前期。而SN+S处理的土壤有机磷含量幅大于SN处理,二者含量吻合。添加小麦秸秆提高了土壤的C/N比值和C/P比值,提高了微生物活性,促进了土壤中微生物对肥料磷的生物固定,合成有机态磷,从而大了有机磷被淋溶的可能性,而后期随着番茄进入旺盛生长季加大了对有效磷的需求,有机态磷又逐渐被矿化为无机态磷,因此,淋溶的有机磷量也随之减少。整个冬春生长季渗滤液中有机磷含量在0.44.1mg照水体磷酸盐(以P计算)一级标准是浓度<0.5mg L-1,二级标准为< L-1,试验结束时,淋出液水质超过了安全水质标准,因此保护地富磷土壤磷素淋失问题应引起关注。
  添加秸秆在一定程度上降低了累积态磷被淋溶的风险,需要进一步添加秸秆,进行模拟淋洗试验。金圣爱等人的研究表明,有机态磷在第34天就达到了高峰,有机态磷早于无机态磷淋出,土壤中可溶性有机态磷在前期就可淋洗殆尽。但是本试验是间隔14天取一次水样,是否存在淋溶周期过短及取样间隔期过大,有待进一步改进。
  2007年冬春季氮素优化措施下渗滤液中有机磷含量变化秸秆还田对阻控磷素淋溶有一定的作用,但本试验处理中将添加秸秆量固定在了小麦秸秆2fhm-2,不同的碳源,不同的添加量,对C/N的影响是不一样的,在以后的试验中需要进一步改进。同时,本试验每个生长季添加的有机肥均为发酵后的鸡粪,存在不同阶段发酵程度不一样,生物活性不一样的可能性,如果添加商品生物有机肥,提供外源微生物菌会对高肥力水平土壤的磷素产生怎样的影响,值得进一步探究。
  3结论在高肥力水平下进行氮素调控,优化氮素供应量,对农民在高肥力水平模式下的施肥有明显的指导意义。不同水平的氮素供应,影响磷素含量的变化,NN、MN、MN +S供氮水平下土壤全磷含量逐年下降,降幅NN>MN>MN+S,全磷幅CN>CN+S>SN+S>SN.SN+S处理速效磷含量下降了17.7%,有机磷含量加了20.6%,但是磷吸收系数(P2O5,mg100g-1)达到1571,长143.6%,极大的提高了磷的吸收能力。CN、CN +S供氮水平下土壤速效磷含量达到213.7mgkg1、225.4mg.kg-1,有机磷含量达到了308.4mg.kg-1、331.4mgkg-1,磷素累积明显。其它供氮水平下速效磷含量逐年下降,降幅MN >SN.CN、CN+S供氮水平下磷的吸收系数出现了负长,CN供氮水平下达到了416(P2O5,mg100g-1),下降了35.5%.整个冬春生长季渗滤液中总磷含量在2.612.0mg.L-1,有机磷含量在0.44.1mg.L-1,淋出液水质超过了安全水质标准。
  由于磷与氮在作物吸收、利用方面有相互协助作用,合理的施用氮肥通常能促进植物对磷的吸收利用。不同水平的氮素调控影响磷素含量变化,空白和有机肥处理的土壤全磷含量有所下降,传统处理和传统加秸秆处理的土壤全磷、速效磷含量逐渐高,均处于较高的肥力水平,累积明显,但添加秸秆还田处理在一定程度上减缓了速效磷的加。农民的传统施肥模式下土壤磷吸收系数逐年下降明显,建议农民在以后的种植中减少氮肥供应量及添加高碳源秸秆进行还田,以提高肥料的利用率,减少氮磷对土壤及水体的污染。

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