梁運(yùn)江， 王維娜， 許廣波， 傅民杰， 劉文利

(延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉133002)

0 引言

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育必須的元素，植物體需要的磷主要是從土壤磷庫(kù)中獲得，人們?yōu)榱双@得高產(chǎn)，不斷地向土壤中施入磷肥，特別是保護(hù)地。由于復(fù)種指數(shù)高，菜農(nóng)為保證其產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，投入大量的有機(jī)肥和磷肥，而磷肥當(dāng)季利用率很低，一般僅為10% ～25%［1-2］，而只要土壤磷素平衡處于有盈余的情況就會(huì)積累［3］。據(jù)調(diào)查，延邊地區(qū)保護(hù)地施磷量大部分達(dá)到蔬菜生長(zhǎng)實(shí)際需磷量的5～10倍［4］，這勢(shì)必造成磷在土壤中的大量累積。磷素積累有利于植物對(duì)磷素吸收，但也帶來(lái)土壤養(yǎng)分失衡，微量元素有效性降低［5］，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染［6］等問(wèn)題。針對(duì)露地旱田或水田土壤積累態(tài)磷研究較多，表明積累態(tài)磷的有效性較高［7-10］。Ma等［11］利用中國(guó)5個(gè)不同氣候條件下的小麥-玉米輪作長(zhǎng)期試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了不施磷肥和施磷肥下土壤Olsen-P隨年份變化模型。Jin等［12-13］在連續(xù)栽培作物條件下，對(duì)保護(hù)地積累態(tài)磷做了初步研究，建立了土壤有效磷隨連續(xù)栽培作物減少的數(shù)學(xué)模型。但關(guān)于保護(hù)地土壤有機(jī)磷、無(wú)機(jī)磷各組分隨連續(xù)栽培作物的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究國(guó)內(nèi)外均不多見(jiàn)。為此，本文針對(duì)在暗棕壤上培育的保護(hù)地土壤，采用不施磷肥連續(xù)種植菠菜方法，研究保護(hù)地土壤有機(jī)磷的生物有效性，旨在為保護(hù)地合理施用磷肥、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 供試土壤

在龍井市龍池二隊(duì)7處大棚和龍豐村10處大棚大量采集保護(hù)地耕層土壤和相應(yīng)的露地土壤，測(cè)定土壤速效磷含量和質(zhì)地，篩選出5個(gè)有明顯磷素積累梯度且質(zhì)地相近的保護(hù)地土樣，具體地點(diǎn)龍豐村有3處(編號(hào) A、B、C)、龍池二隊(duì)有2處(編號(hào) D、E)，同時(shí)采集旱田土樣作對(duì)照(編號(hào)F)?；拘再|(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤的基本性質(zhì)

1．2 供試作物

供試作物為丹麥進(jìn)口一代雜交菠菜(Spinacia oleracea L．)，種子由長(zhǎng)春現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技研究所提供。于2008年5月～12月種植4茬，2009年3月～11月種植2茬。

1．3 試驗(yàn)方案和方法

將保護(hù)地耕層積累態(tài)磷從高到低5個(gè)水平的土樣，在延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院智能化溫室進(jìn)行不施磷肥連續(xù)種植菠菜的盆栽試驗(yàn)，即在適量施入氮、鉀肥的基礎(chǔ)上，不施磷肥，連續(xù)種植6茬菠菜，同時(shí)設(shè)旱田對(duì)照處理。具體方法是在盆底鋪一層小石礫，使每一個(gè)處理的盆重加石礫重為700 g。稱取已選用的風(fēng)干土樣3．5 kg，將土樣裝盆。第一次澆水時(shí)水肥同施，即將計(jì)算好用量的肥料溶入水中，每盆中均勻種植菠菜9穴，將盆放置于溫室陽(yáng)光照射盡量均勻一致的向陽(yáng)位置。栽培過(guò)程中澆水應(yīng)少澆、勤澆，盡量避免水分流失造成的肥料損耗。一個(gè)生長(zhǎng)周期過(guò)后，采集種植后的土樣和植株，將剩余的土壤重新分配繼續(xù)種植。

1．4 測(cè)定方法

土壤pH測(cè)定采用電位法;有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法;速效磷含量測(cè)定采用NH4F-HCl浸提磷鉬藍(lán)比色法;速效鉀含量測(cè)定采用NH4OAc浸提-火焰光度法;堿解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法;全磷含量測(cè)定采用HClO4-H2SO4消化鉬銻抗比色法;全氮含量測(cè)定采用H2SO4-HClO4消煮半微量定氮蒸餾法;土壤全鉀含量測(cè)定采用NaOH熔融火焰光度法［14］;土壤有機(jī)磷含量分組測(cè)定采用Bowman-Cole法［15］。

2 結(jié)果與分析

2．1 活性有機(jī)磷含量隨種植茬數(shù)的變化

將不同茬收獲后的5個(gè)保護(hù)地土壤與旱田土壤活性有機(jī)磷含量測(cè)定結(jié)果繪制成圖(見(jiàn)圖1)。由圖1可見(jiàn)，除了保護(hù)地土壤C總體呈波動(dòng)性下降外，高積累態(tài)磷組(A、B)活性有機(jī)磷含量隨種植茬數(shù)的增加變化不大，呈平穩(wěn)狀態(tài)，種植后較初始的活性有機(jī)磷含量分別下降了8．98和20．75 mg/kg;而低積累態(tài)磷組中的D、E和旱田土壤(F)活性有機(jī)磷含量隨種植茬數(shù)的增加有非常緩慢的下降趨勢(shì)，種植后較初始的活性有機(jī)磷含量分別下降了58．89、74．78 和115．24 mg/kg。原因可能為當(dāng)土壤有效磷供應(yīng)緊張時(shí)，部分活性有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為植物可利用的磷。

圖1 土壤活性有機(jī)磷隨種植茬數(shù)的變化

2．2 中活性有機(jī)磷含量隨種植茬數(shù)的變化

將不同茬收獲后的5個(gè)保護(hù)地土壤與旱田土壤中活性有機(jī)磷含量測(cè)定結(jié)果繪制成圖(見(jiàn)圖2)。由圖2可見(jiàn)，旱田土壤(F)中活性有機(jī)磷含量變化平穩(wěn)，第5茬后有小幅度上升。保護(hù)地土壤的中活性有機(jī)磷含量總趨勢(shì)為隨著種植茬數(shù)的增加有輕度的下降，5個(gè)保護(hù)地土樣的中活性有機(jī)磷含量下降幅度分別為2．15%、11．48%、2．79%、4．85% 和 11．09%。說(shuō)明在其他形式的磷素被植物吸收利用后，中活性有機(jī)磷可轉(zhuǎn)化為可被植物吸收的磷。

圖2 土壤中活性有機(jī)磷隨種植茬數(shù)的變化

2．3 中穩(wěn)性有機(jī)磷含量隨茬數(shù)的變化

將不同茬收獲后的5個(gè)保護(hù)地土壤與旱田土壤中穩(wěn)性有機(jī)性磷含量測(cè)定結(jié)果繪制成圖(見(jiàn)圖3)。由圖3可見(jiàn)，隨著種植茬數(shù)增加，旱田土壤(F)的中穩(wěn)性有機(jī)磷含量有輕微的下降趨勢(shì)，由初始的176．18 mg/kg下降到種植后的143．04 mg/kg。保護(hù)地土壤A、C波動(dòng)性較大，但5個(gè)保護(hù)地土樣總體都有隨種植茬數(shù)先降低后增加再小幅度降低的趨勢(shì)。原因可能是中穩(wěn)性有機(jī)磷在植物生長(zhǎng)過(guò)程中被吸收或與其他形態(tài)磷之間可相互轉(zhuǎn)化，但總體呈消耗趨勢(shì)。

2．4 高穩(wěn)性有機(jī)磷含量隨種植茬數(shù)的變化

將不同茬收獲后的5個(gè)保護(hù)地土壤與旱田土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷含量測(cè)定結(jié)果繪制成圖(見(jiàn)圖4)。由圖4可見(jiàn)，旱田土壤(F)隨茬數(shù)的增加高穩(wěn)性有機(jī)磷含量呈緩慢下降趨勢(shì)。A、B、C、D、E 5個(gè)保護(hù)地土樣高穩(wěn)性有機(jī)磷含量呈波動(dòng)性下降，尤其C土樣下降迅速。原因可能是由于其他形式的磷在植物生長(zhǎng)過(guò)程中被利用而含量降低，高穩(wěn)性有機(jī)磷與其它形態(tài)磷頻繁進(jìn)行轉(zhuǎn)化，總體呈消耗趨勢(shì)。

圖3 土壤中穩(wěn)性有機(jī)磷隨種植茬數(shù)的變化

圖4 土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷隨種植茬數(shù)的變化

2．5 有機(jī)磷總量隨種植茬數(shù)的變化

將不同茬收獲后的5個(gè)保護(hù)地土壤與旱田土壤有機(jī)磷總量測(cè)定結(jié)果繪制成圖(見(jiàn)圖5)。由圖5可見(jiàn)，旱田和保護(hù)地土樣的有機(jī)磷總量隨茬數(shù)的變化基本平穩(wěn)。各茬收獲后略有波動(dòng)但總體含量變化不大，第6茬種植后的有機(jī)磷總量總體較起始時(shí)略有下降，土壤中的有機(jī)磷有向無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。與無(wú)機(jī)磷相比，有機(jī)磷具有在土壤中的移動(dòng)性大于被土壤組分固定的優(yōu)點(diǎn)。土壤中磷素的移動(dòng)絕大部分是有機(jī)磷形態(tài)，進(jìn)入作物根際的有機(jī)磷只有一小部分直接被植物根系吸收，其余必須經(jīng)過(guò)進(jìn)一步礦化為無(wú)機(jī)磷才能被植物吸收［16］。各土樣的有機(jī)磷總量變化范圍在 13．97～716．38 mg/kg，其中A土樣的有機(jī)磷總量變化幅度最小，保護(hù)地土樣C和E的有機(jī)磷總量變化最大(D土樣可能由于質(zhì)地黏重影響了有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化)，說(shuō)明保護(hù)地土壤初始磷素含量高不利于有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化。

圖5 土壤有機(jī)磷總量隨種植茬數(shù)的變化

3 結(jié)論

(1)隨著種植茬數(shù)增加，保護(hù)地土壤有機(jī)磷組分中，活性和中活性有機(jī)磷含量呈輕度下降趨勢(shì);中穩(wěn)性有機(jī)性磷含量呈先降低后增加再小幅度降低的趨勢(shì);高穩(wěn)性有機(jī)磷含量呈波動(dòng)性下降。

(2)隨著種植茬數(shù)增加，保護(hù)地土壤有機(jī)磷總量隨種植茬數(shù)的增加略有下降。

(3)無(wú)論有機(jī)磷總量還是有機(jī)磷各組分含量都隨種植茬數(shù)增加呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明有機(jī)磷有向無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，為植物提供可利用的磷素。

［1］ 魯如坤，時(shí)正元，顧益初．土壤積累態(tài)磷研究Ⅱ．磷肥的表觀積累利用率［J］．土壤，1995，27(6):286-289．

［2］ 梁運(yùn)江，依艷麗，許廣波，等．水肥耦合效應(yīng)對(duì)保護(hù)地辣椒肥料氮、磷經(jīng)濟(jì)利用效率的影響［J］．土壤通報(bào)，2007，38(6):1141-1144．

［3］ 魯如坤．土壤-植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)原理和施肥［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1998:152-153．

［4］ 梁運(yùn)江．辣椒配方施肥技術(shù)［J］．北方園藝，2006(2):65．

［5］ 周志紅．農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中磷循環(huán)的研究進(jìn)展［J］．生態(tài)學(xué)雜志，1996，15(5):62-66．

［6］ Su D C，Yang F H，Zhang F S．Profile characteristics and potential environment effect of accumulated phosphorus in soils vegetable fields in Beijing［J］．Pedosphere，2002，12(2):179-184．

［7］ 魯如坤，時(shí)正元，錢(qián)承梁．土壤積累態(tài)磷研究Ⅲ．幾種典型土壤中積累態(tài)磷的形態(tài)特征及其有效性［J］．土壤，1997，29(2):57-60，75．

［8］ 顧益初，欽繩武．長(zhǎng)期施用磷肥條件下潮土中磷素的積累、形態(tài)轉(zhuǎn)化和有效性［J］．土壤，1997，29(1):13-17．

［9］ 鄭春榮，陳懷滿，周東美，等．土壤中積累態(tài)磷的化學(xué)耗竭［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13(5):559-563．

［10］ 李中陽(yáng)，李菊梅，徐明崗．長(zhǎng)期不施磷肥我國(guó)典型土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)及速效磷的變化［C］//中國(guó)土壤學(xué)會(huì)．土壤科學(xué)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展(上)-土壤科學(xué)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展．北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2008:23-29．

［11］ Ma Y B，Li J M，Li X Y，et al．Phosphorus accumulation and depletion in soils in wheat-maize cropping systems:modeling and validation［J］．Field Crops Research，2009，110:207-212．

［12］ Jin S A，Yoo S H．Growth of plant and changes in phosphorus availability in phosphorus accumulated soils［J］．The Journal of Korean Society of Soil Science and Fertilizer，1999，32(3):261-267．

［13］ Jin SA，Lee SM，Choi WJ，et al．Changes in inorganic phosphate fractions in P accumulated plastic film house soils under different cropping condition［J］．The Journal of Korean Society of Soil Science and Fertilizer，2001，34(4):255-264．

［14］ 鮑士旦．土壤農(nóng)化分析［M］．3版．北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000．

［15］ Bowman R A，Cole C V．An exploratory method for fraction of organic phosphorus grassland［J］．Soil Science，1978，125(2):95-101．

［16］ 黃 宇，張海偉，范業(yè)寬，等．土壤有機(jī)磷組分及其生物有效性［J］．磷肥與復(fù)肥，2008，23(4):46-48．