魏 猛，張愛(ài)君，李洪民，唐忠厚，陳曉光

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/江蘇徐州甘薯研究中心，江蘇徐州 221131)

【研究意義】磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的營(yíng)養(yǎng)元素，施肥是改變土壤含磷量和土壤對(duì)作物的供磷能力最主要措施之一［1］。然而，大多數(shù)作物的磷肥當(dāng)季利用率僅為10% ～25%［2］。當(dāng)外源投入的磷肥大于支出量時(shí)，剩余的磷素在土壤中積累超過(guò)一定限度后，對(duì)水體構(gòu)成富營(yíng)養(yǎng)化的威脅［3－4］。【前人研究進(jìn)展】合理的土壤有效磷水平對(duì)保證作物產(chǎn)量具有重要作用［5］。當(dāng)土壤有效磷含量低于某一臨界值(農(nóng)學(xué)閾值)，產(chǎn)量隨有效磷水平的增加而顯著增加，當(dāng)土壤有效磷含量高于臨界值時(shí)，產(chǎn)量無(wú)明顯增加［6－7］?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】我國(guó)典型農(nóng)田小麥土壤有效磷的農(nóng)學(xué)閾值范圍為7.5～23.5 mg/kg，不同區(qū)域同一作物，由于氣候條件、土壤性質(zhì)和管理水平的差異，作物土壤有效磷的閾值有顯著的差異［5，8］。潮土是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)土壤，其在糧食生產(chǎn)中的重要地位，面積達(dá)267萬(wàn) hm2［9］?！緮M解決關(guān)鍵的問(wèn)題】本研究通過(guò)研究潮土35年長(zhǎng)期不同施肥模式下土壤全磷和有效磷演變特征，明確小麥土壤有效磷農(nóng)學(xué)閾值，以期為潮土區(qū)磷素資源的管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所(N 34°16'，E 117°17')，平均年降水量為860 mm，年平均氣溫14℃，屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)。供試土壤為砂壤質(zhì)潮土，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)土壤耕層全氮含量0.66 g/kg，有機(jī)碳含量 6.26 g/kg，全磷含量 0.74 g/kg，有效磷含量 12.00 mg/kg，速效鉀含量 63.00 mg/kg，pH 值 8.01。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)期試驗(yàn)開(kāi)始于1980年秋季，試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理:①不施肥(CK);②單施氮肥(N);③施氮磷肥(NP);④施氮磷鉀肥(NPK);⑤單施有機(jī)肥(M);⑥施有機(jī)肥和氮肥(MN);⑦施有機(jī)肥和氮磷肥(MNP);⑧施有機(jī)肥和氮磷鉀肥(MNPK)。每個(gè)處理重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列。在1981－2001年為小麥－玉米種植模式，2002年后改為小麥－甘薯一年種植模式。化肥氮、磷、鉀分別由尿素(N 46%)、磷酸二銨(N 18%，P2O546%)、硫酸鉀(K2O 50%)提供，每年施用量為純N 300 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，K2O 225 kg/hm2;有機(jī)肥每年施用量(鮮基)為1981－1984年施馬糞，年施用量(鮮基)75 t/hm2，養(yǎng)分投入量范圍為:N 221～308 kg/hm2、P2O5150～375 kg/hm2、K2O 450～563 kg/hm2;1985年以后改為施豬糞，年施用量(鮮基)37.5 t/hm2，養(yǎng)分投入量范圍為:N 98 ～141 kg/hm2、P2O594 ～159 kg/hm2、K2O 150～281 kg/hm2。作物根茬進(jìn)行還田，作物其他管理措施與大田一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在1981－2015年小麥?zhǔn)斋@后，在每小區(qū)采集5點(diǎn)耕層土樣，去除落葉和石礫等。土壤全磷采用堿熔－鉬銻抗比色法測(cè)定，土壤有效磷采用Olsen法測(cè)定［10］。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)方法

土壤磷活化系數(shù)PAC(%)=有效磷(mg/kg)/［全磷(g/kg) ×1000］×100%［11］;小麥相對(duì)產(chǎn)量 Yr=Yi/Ym×100，其中，Yr(%)為小麥相對(duì)產(chǎn)量;Yi為各處理的小麥年產(chǎn)量(kg/hm2)，Ym為各處理小麥年最大產(chǎn)量(kg/hm2);小麥相對(duì)產(chǎn)量對(duì)土壤有效磷的響應(yīng)關(guān)系通過(guò)Mitscherlich方程模擬:Y=A×［1–exp(－bx)］，其中，Y是預(yù)測(cè)的小麥相對(duì)產(chǎn)量(%)，A是最大的小麥相對(duì)產(chǎn)量(%)，b是小麥產(chǎn)量對(duì)土壤有效磷的響應(yīng)系，由方程模擬出的相對(duì)產(chǎn)量為最大值的90%時(shí)，土壤有效磷的含量為農(nóng)學(xué)閾值［7，12］。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析采用 Excel、SigmaPlot及DPS數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤全磷含量的影響

從圖1可以看出，長(zhǎng)期不同施肥下土壤全磷含量的變化呈現(xiàn)顯著差異。不施磷肥處理(CK、N)土壤全磷表現(xiàn)為緩慢下降的趨勢(shì)，從開(kāi)始時(shí)(1980年含量)的0.74 g/kg分別下降到2015年的0.68、0.62 g/kg，分別下降了 8.11%、16.22%，年降低量分別為0.004、0.005 g/kg。施用化學(xué)磷肥的2種處理(NP、NPK)，土壤全磷含量隨時(shí)間延長(zhǎng)表現(xiàn)為緩慢上升趨勢(shì)，年增加量分別為 0.007、0.005 g/kg。單施有機(jī)磷肥處理(M、MN)均能提高土壤全磷含量，其年增加量分別為 0.013、0.015 g/kg。有機(jī)無(wú)機(jī)磷肥配施處理(MNP、MNPK)土壤全磷含量增幅最大，到2015 年分別為1.62 ～1.64 g/kg，年增加量分別為0.021和0.023 g/kg。由上可以表明，長(zhǎng)期施用化學(xué)磷肥或有機(jī)肥均可提高土壤全磷含量，以處理MNP和MNPK效果最為顯著。

2.2 長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤有效磷含量的影響

從圖2可以看出，連續(xù)種植35年后，CK和N處理土壤有效磷含量呈下降趨勢(shì)，年降低量分別為0.13和0.08 mg/kg。NP和 NPK處理有效磷含量呈現(xiàn)略增加或持平趨勢(shì)，其年增加量為0.03、0.02 mg/kg。M、MN、MNP、MNPK 處理均呈逐年上升趨勢(shì)，M 和 MN 處理年增量分別為 0.93、0.84 mg/kg，2015年分別上升到 67.91、60.40 mg/kg;MNP 和MNPK 處理年均增加量分別為 1.39、1.24 mg/kg。1981－1984年有機(jī)肥施用量大，MNP和MNPK處理有效磷增速更明顯，1985年后有機(jī)肥用量減半，增加幅度減緩，到2015 年分別為90.16、92.70 mg/kg，分別增加了651.33%、672.50%?？梢钥闯?，與長(zhǎng)期施用化學(xué)磷肥相比，施用有機(jī)肥或有機(jī)無(wú)機(jī)磷肥配施提高土壤有效磷含量更為顯著。

2.3 長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤磷活化系數(shù)的影響

圖1 長(zhǎng)期施肥下土壤全磷含量的變化Fig.1 Dynamics of soil total phosphorus under long-term fertilization

從圖3可以看出，CK和N處理土壤PAC與施肥年限呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，由試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)(1980年)的1.62%分別下降到2015 年的0.78%、0.73%，下降速度分別為0.015%、0.009%。NP和NPK處理土壤PAC隨施肥年限延長(zhǎng)均呈波動(dòng)變化。M、MN、MNP、MNPK處理土壤PAC呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其年增加速度分別為0.039%、0.024%、0.031%和0.01%，到2015 年分別上升為5.31%、4.68%、5.48%和5.73%。連續(xù)施肥35 年，施用有機(jī)磷肥(M、MN、MNP、MNPK)的處理土壤PAC值均高于5%，土壤磷活化能力較高，僅MNP處理提高幅度達(dá)到顯著水平。

圖2 長(zhǎng)期施肥下土壤有效磷含量的變化Fig.2 Dynamics of soil available phosphorus under long-term fertilization

圖3 長(zhǎng)期施肥下土壤PAC值的變化Fig.3 Dynamics of soil PAC under long-term fertilization

圖4 長(zhǎng)期施肥下小麥相對(duì)產(chǎn)量對(duì)土壤有效磷的響應(yīng)Fig.4 Response of relative wheat yield to soil Olsen-P under longterm fertilization

2.4 長(zhǎng)期施肥下土壤有效磷農(nóng)學(xué)閾值

由圖4顯示，基于不同施肥處理有效磷水平與作物產(chǎn)量長(zhǎng)期定位數(shù)據(jù)，通過(guò)分析小麥相對(duì)產(chǎn)量和土壤有效磷的變化趨勢(shì)，采用米切里西方程模擬二者的關(guān)系，土壤有效磷農(nóng)學(xué)閾值為13.41 mg/kg，可用于指導(dǎo)潮土區(qū)磷肥的合理施用。

3 討論

磷素是作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子，如果土壤連續(xù)種植作物而不施用磷肥，由于磷的耗竭，土壤磷素將變得更為缺乏，施用磷肥是作物持續(xù)增產(chǎn)的有效措施［13－14］。潮土35年長(zhǎng)期施肥的研究結(jié)果表明:不施磷肥處理土壤有效磷和全磷呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，這主要是由于在連續(xù)種植情況下作物攜出大量磷素，導(dǎo)致不施磷肥處理土壤磷素一直虧缺;長(zhǎng)期施用有機(jī)磷肥和有機(jī)無(wú)機(jī)磷肥配施土壤有效磷和全磷含量逐年增加，這主要是由于長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)磷配施則可顯著降低土壤磷吸附親合力常數(shù)及吸附緩沖容量［14］，從而增加土壤有效磷和全磷含量，這與黃晶等在紅壤性水稻土研究結(jié)果相一致［11］。因此，在農(nóng)田耕作中建議采取有機(jī)無(wú)機(jī)磷肥相結(jié)合的培肥措施，有利于維持并逐步提高土壤有效磷含量，建立較大容量的土壤有效磷庫(kù)。

磷活化系數(shù)(PAC)可以表示土壤磷活化能力［11］。連續(xù)施肥35年，單施有機(jī)磷肥(M、MN)和有機(jī)無(wú)機(jī)磷肥配施(MNP、MNPK)處理土壤PAC值均高于5%，而不施磷肥處理的土壤PAC值均低于2%，表明不施磷肥出口土壤全磷各形態(tài)很難轉(zhuǎn)化為有效磷［15－16］。

土壤有效磷含量是影響作物產(chǎn)量的重要因素［11－12］。磷農(nóng)學(xué)閾值是指當(dāng)土壤中的有效磷含量達(dá)到某個(gè)值后，作物產(chǎn)量不隨磷肥的繼續(xù)施用而增加，即作物產(chǎn)量對(duì)磷肥的施用響應(yīng)降低［13－16］。本研究采用米切里西方程模擬潮土有效磷農(nóng)學(xué)閾值［17］，結(jié)果表明小麥農(nóng)學(xué)閾值為13.41 mg/kg。祁陽(yáng)紅壤長(zhǎng)期定位試驗(yàn)站研究表明，小麥有效磷的農(nóng)學(xué)閾值為 12.7 mg/kg［18］;Tang 等［19］對(duì)昌平、鄭州和楊凌的玉米和小麥農(nóng)學(xué)閾值的研究發(fā)現(xiàn)，玉米(平均值15.3 mg/kg)有效磷的農(nóng)學(xué)閾值略低于小麥(平均值16.3 mg/kg)?？梢酝茢?，作物有效磷的農(nóng)學(xué)閾值受作物類(lèi)型、土壤類(lèi)型以及氣候環(huán)境等諸多因素的影響，在實(shí)際應(yīng)用中需要結(jié)合實(shí)際情況考慮。

4 結(jié)論

(1)不施磷肥處理(CK、N)土壤全磷、有效磷和PAC值均有所下降，而單施有機(jī)磷肥處理(M、MN)和有機(jī)無(wú)機(jī)磷肥配施處理(MNP、MNPK)土壤全磷、有效磷均有所上升，這說(shuō)明單施有機(jī)磷肥或有機(jī)無(wú)機(jī)磷肥配施能夠提高土壤磷素水平。

(2)潮土小麥有效磷的農(nóng)學(xué)閾值為13.41 mg/kg，當(dāng)有效磷含量高于此閾值時(shí)，小麥產(chǎn)量并不再隨有效磷含量的增加而顯著增加。農(nóng)田土壤有效磷含量主要與磷肥用量有關(guān)，據(jù)此可根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)改變磷肥施用量調(diào)控土壤有效磷含量。