王昆昆，廖世鵬，任濤，李小坤，叢日環(huán)，魯劍巍

連續(xù)秸稈還田對(duì)油菜水稻輪作土壤磷素有效性及作物磷素利用效率的影響

王昆昆，廖世鵬，任濤，李小坤，叢日環(huán)，魯劍巍

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070）

【】探究長(zhǎng)江流域水旱輪作制度下，化學(xué)磷肥和秸稈還田配施磷肥對(duì)作物生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)，以及對(duì)土壤磷有效性和磷素效率的影響，為農(nóng)田土壤磷素管理提供科學(xué)依據(jù)。試驗(yàn)于2014—2018年在湖北省武漢市華中農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行，選取定位試驗(yàn)中的3個(gè)處理，分別為：（1）不施磷（NK）；（2）施磷（NPK）；（3）施磷配合秸稈還田（NPK+S）。通過(guò)測(cè)定作物產(chǎn)量、磷含量及土壤有效磷，分析作物磷素利用效率，探討土壤有效磷變化與磷累積盈虧的響應(yīng)關(guān)系。與NK處理相比，NPK處理的油菜和水稻平均產(chǎn)量分別提高530.3%和35.9%，磷積累量分別提高495.3%和98.5%；與NPK處理相比，NPK+S處理的油菜和水稻平均產(chǎn)量分別提高19.1%和11.0%，磷積累量分別提高20.6%和11.7%；油菜產(chǎn)量和磷積累量對(duì)磷肥和秸稈的響應(yīng)優(yōu)于水稻。秸稈還田條件下，油菜和水稻的平均磷素農(nóng)學(xué)效率分別提高6.8%和33.9%，油菜、水稻和周年的磷素累積利用率分別提高8.6%、17.0%和19.8%。秸稈還田對(duì)水稻磷素利用率和農(nóng)學(xué)效率的影響更為顯著。4年油菜水稻輪作后，不施磷處理土壤磷素累積虧缺110.2 kg P2O5·hm-2，有效磷濃為1.9 mg·kg-1；施磷處理土壤磷素累積盈余210.9 kg P2O5·hm-2，有效磷濃度（4.3 mg·kg-1）較不施磷處理提高126.3%；施磷配合秸稈還田處理土壤磷素累積盈余（222.1 kg P2O5·hm-2）較NPK處理增加5.3%，有效磷濃度（5.1 mg·kg-1）較NPK處理提高18.6%。秸稈還田顯著提高了土壤有效磷濃度，但土壤磷盈余量沒(méi)有明顯增加。連續(xù)秸稈還田和施用化學(xué)磷肥條件下，水稻土每盈余100 kg·hm-2的磷，NPK和NPKS處理土壤有效磷分別提高1.8和2.0 mg·kg-1。秸稈還田促進(jìn)了土壤磷素有效化。施磷顯著增加了油菜、水稻的產(chǎn)量和磷積累量，提升了土壤磷盈余量和有效磷濃度；秸稈還田在施磷肥的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加了油菜、水稻的產(chǎn)量和磷積累量，提高了作物特別是水稻對(duì)磷素的利用率和農(nóng)學(xué)效率，同時(shí)能夠在避免土壤磷素過(guò)量積累的情況下提高土壤有效磷濃度。

油菜水稻輪作；秸稈還田；作物產(chǎn)量；磷積累量；磷素效率；磷表觀平衡；有效磷

0 引言

【研究意義】磷肥的施用改善了作物對(duì)磷的吸收利用，同時(shí)也增加了土壤磷庫(kù)儲(chǔ)量和土壤供磷能力，是保證作物增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要農(nóng)業(yè)舉措[1-2]。近年來(lái)，隨著單位面積磷肥用量的不斷增加，我國(guó)農(nóng)田系統(tǒng)土壤磷含量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。然而由于氣候因素、地形和種植制度的差異，不同區(qū)域土壤磷分布嚴(yán)重不平衡[3]，LI等[4]研究了我國(guó)土壤有效磷的歷史變化，其含量26年總體上提高了17.3 mg·kg-1，而長(zhǎng)江流域的土壤有效磷僅增加了7.6 mg·kg-1。長(zhǎng)江流域降雨量較大，存在徑流損失，造成農(nóng)田土壤有效磷含量低，水體富營(yíng)養(yǎng)化[5-6]，導(dǎo)致長(zhǎng)江口水域活性磷酸鹽超標(biāo)[7]。土壤磷素過(guò)量積累會(huì)增加環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)[8]，土壤磷素虧缺則限制作物生長(zhǎng)而導(dǎo)致減產(chǎn)。因此如何通過(guò)合理施磷在提高作物產(chǎn)量和土壤磷活化能力的同時(shí)，避免土壤磷素過(guò)量積累而造成的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，已成為近年來(lái)農(nóng)業(yè)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】秸稈還田已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要措施。多個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究結(jié)果表明，連續(xù)秸稈還田能夠提高作物產(chǎn)量和土壤磷庫(kù)容量[9-11]。黃欣欣等[12]長(zhǎng)期研究結(jié)果表明，當(dāng)土壤輸入磷量高于作物輸出磷量時(shí)，秸稈還田對(duì)無(wú)機(jī)磷總量和Olsen-P含量分別顯著增加34.4%和56.5%。趙小軍等[13]研究發(fā)現(xiàn)，土壤速效磷的增加主要是由于秸稈還田促進(jìn)了其他形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化而來(lái)，在0—15 cm土層中，速效磷增加27%。秸稈還田能改善土壤理化性狀，增加土壤有機(jī)碳含量，提高土壤養(yǎng)分庫(kù)容，增加土壤中微生物數(shù)量和磷酸酶活性[14-16]，進(jìn)而活化土壤中穩(wěn)活性和非活性形態(tài)磷素，減少土壤礦物對(duì)磷的固定，促進(jìn)土壤磷循環(huán)；也可以減少因侵蝕、徑流或淋溶而造成的磷損失，使土壤磷素更多的被作物吸收利用，進(jìn)而提高作物磷肥利用率[17-20]。水旱輪作是長(zhǎng)江流域最具代表性和分布最廣泛的耕作制度，其季節(jié)性的干濕交替導(dǎo)致土壤氧化與還原過(guò)程交替進(jìn)行，影響著土壤無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷的有效性[5, 21]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以上研究多從單一方面關(guān)注秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量或土壤磷素轉(zhuǎn)化的影響，然而從多年連續(xù)跟蹤試驗(yàn)來(lái)看，連續(xù)秸稈還田對(duì)土壤磷素活化的持續(xù)能力和對(duì)作物磷素累積利用效率的研究仍十分不足?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究選擇嚴(yán)重缺磷的土壤開(kāi)展油菜-水稻共4年8季的輪作體系定位試驗(yàn)研究，擬分析當(dāng)前推薦磷肥用量下作物增產(chǎn)效果以及周年秸稈還田配施磷肥對(duì)油菜-水稻輪作系統(tǒng)作物產(chǎn)量持續(xù)性、土壤供磷持續(xù)力以及磷素盈虧對(duì)土壤磷素有效性變化的影響，探討油菜-水稻輪作條件下秸稈還田對(duì)當(dāng)前磷素利用率及土壤磷有效性的效果，以期為長(zhǎng)江流域油菜-水稻輪作的磷肥施用和秸稈資源利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

定位試驗(yàn)于2014年10月至2018年10月在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)試驗(yàn)基地（30°28′10″N, 114°21′21″E）進(jìn)行。供試土壤為水稻土，耕層（0—20 cm）土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：pH 7.0，有機(jī)質(zhì)5.4 g·kg-1，全氮0.5 g·kg-1，有效磷1.2 mg·kg-1，速效鉀109.6 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文選取定位試驗(yàn)中的3個(gè)處理，分別為：（1）不施磷（NK）；（2）施磷（NPK）；（3）施磷配合秸稈還田（NPK+S）。油菜季各處理化學(xué)肥料用量為：N 180 kg·hm-2、P2O560 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2、硼砂15 kg·hm-2；氮肥按照60%基肥+20%提苗肥+20%越冬肥施用，磷、鉀和硼肥均一次性基施。水稻季各處理化學(xué)肥料用量為：N 165 kg·hm-2、P2O560 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2；氮肥按照60%基肥+20%分蘗肥+20%穗肥施用，磷、鉀均一次性基施。肥料品種分別為尿素（含N 46%）、過(guò)磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%）和硼砂（含B 11%）。油菜季的秸稈（稻草）采用覆蓋還田的方式，水稻季的秸稈（油菜稈）采用翻壓還田的方式，還田量均為6 000 kg·hm-2。各處理具體施肥量見(jiàn)表1。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積29.7 m2。供試油菜品種為華油雜9號(hào)，移栽密度為7 500株/667m2，水稻品種為廣兩優(yōu)1618，移栽密度為16 000兜/667m2。病蟲(chóng)草害等其他田間管理措施同常規(guī)。

表1 2014—2018每年養(yǎng)分投入量

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品 每季作物收獲后采用多點(diǎn)采樣法采集0—20 cm耕層土壤，揀出雜草和碎石，按照“四分法”取1 kg帶回試驗(yàn)室于陰涼、通風(fēng)處風(fēng)干，并用木槌磨細(xì)過(guò)0.85 mm篩后，置于干燥處保存。土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)按常規(guī)方法測(cè)定，具體為：pH按照水土比2.5﹕1，電位法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)用外加熱-重鉻酸鉀容量法測(cè)定；全氮用半微量開(kāi)氏定氮法測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)酸滴定；有效磷用0.5 mol·L-1的NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀用1 mol·L-1的NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定[22]。

1.3.2 植株樣品 每季作物成熟期收獲前在各小區(qū)取地上部植株樣，網(wǎng)袋懸掛風(fēng)干脫粒后分別統(tǒng)計(jì)莖稈、籽粒、角殼的生物量，各部分樣品于60℃烘干后磨細(xì)用于全磷測(cè)定。采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，流動(dòng)注射分析儀（AA3，德國(guó)SEAL）測(cè)定植株全磷含量。產(chǎn)量以各小區(qū)實(shí)際收獲產(chǎn)量計(jì)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

磷積累量（phosphorus accumulation, kg·hm-2）=籽粒生物量×籽粒磷含量+角殼生物量×角殼磷含量+秸稈生物量×秸稈磷含量；

磷素平均農(nóng)學(xué)效率（average agronomic efficiency of phosphorus, kg·kg-1）=（施磷處理四季作物產(chǎn)量-不施磷處理四季作物產(chǎn)量）/四季作物施磷量；

磷素累積利用率（accumulated use efficiency of phosphorus, %）=（施磷處理四季作物磷積累量-不施磷處理四季作物磷積累量）/四季作物施磷量×100%；

土壤磷表觀平衡（apparent phosphorus balance in soil, kg·hm-2）=施磷量-作物磷積累量；

施磷量（phosphorus input, kg·hm-2）=化肥磷+秸稈磷；

土壤有效磷變化量（change in soil Olsen-P, mg·kg-1）=周年輪作后土壤有效磷含量-基礎(chǔ)土壤有效磷含量。

利用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 2017軟件制圖，SPSS 20進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最小顯著法（LSD）檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異顯著性水平（＜0.05）。

2 結(jié)果

2.1 作物產(chǎn)量和生物量

油菜稻輪作體系4年作物產(chǎn)量和生物量如圖1所示。NK處理的油菜籽粒產(chǎn)量，角殼和秸稈生物量四季均值分別為274、256和497 kg·hm-2；水稻籽粒產(chǎn)量和秸稈生物量四季均值分別為5 731和6 502 kg·hm-2。NPK處理的油菜籽粒產(chǎn)量，角殼和秸稈生物量四季均值分別為1 727、1 402和2 273 kg·hm-2，較NK處理分別提高530.3%、447.7%和357.3%；水稻籽粒產(chǎn)量和秸稈生物量四季均值分別為7 792和8 609 kg·hm-2，較NK處理分別提高35.9%和32.4%。施磷對(duì)油菜的增長(zhǎng)率大于水稻，表明油菜對(duì)磷肥的響應(yīng)更為敏感。秸稈還田顯著提高油菜水稻輪作體系作物產(chǎn)量和生物量。NPK+S處理的油菜籽粒產(chǎn)量，角殼和秸稈生物量較NPK處理分別提高19.1%，27.1%和25.6%；NPK+S處理的水稻籽粒產(chǎn)量和秸稈生物量較NPK處理分別提高11.0%和6.7%。以4個(gè)油菜水稻輪作周期和不同處理為因素對(duì)油菜和水稻籽粒產(chǎn)量進(jìn)行雙因素方差分析，發(fā)現(xiàn)時(shí)間、處理及其交互作用與油菜和水稻籽粒產(chǎn)量均有極顯著相關(guān)性（＜0.001，表2）。

不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著。下同

2.2 作物磷積累量

由圖2可知，施磷顯著提高了作物磷積累量，且NPK+S處理顯著高于NPK和NK處理。NK處理的油菜和水稻磷積累量四季均值分別為3.1和25.0 kg P2O5·hm-2。NPK處理的油菜和水稻磷積累量四季均值分別為18.2和49.5 kg P2O5·hm-2，較NK處理分別提高495.3%和98.5%，油菜磷積累量對(duì)磷肥的響應(yīng)大于水稻。NPK+S處理的油菜和水稻磷積累量四季均值分別為21.9和55.4 kg·hm-2，較NPK處理分別提高20.6%和11.7%，秸稈還田在油菜季的增長(zhǎng)率大于水稻季。以4個(gè)油菜水稻輪作周期和不同處理為因素對(duì)作物磷積累量進(jìn)行雙因素方差分析，發(fā)現(xiàn)時(shí)間和處理與油菜、水稻和周年磷積累量均有極顯著相關(guān)性（＜0.001，表2）；其交互作用與油菜、水稻和周年磷積累量的關(guān)系分別為極顯著相關(guān)性（＜0.001）、無(wú)顯著相關(guān)性和顯著相關(guān)性（＜0.05，表2）。

2.3 作物磷素利用效率

4年油菜水稻輪作試驗(yàn)表明，作物磷素平均農(nóng)學(xué)效率和磷素累積利用率均表現(xiàn)為NPK+S處理大于NPK處理（圖3-A，3-B）。與NPK處理相比，NPK+S處理的油菜和水稻磷素平均農(nóng)學(xué)效率分別提高6.8%和33.9%；與NPK處理相比，NPK+S處理的油菜、水稻和周年磷素累積利用率分別提高8.6%、17.0%和19.8%。結(jié)果表明，在磷水平較低的土壤上進(jìn)行秸稈還田，可顯著提高作物特別是水稻對(duì)土壤磷素的吸收利用。

表2 時(shí)間和施磷處理對(duì)作物產(chǎn)量、磷積累量以及土壤有效磷濃度的交互作用

括號(hào)內(nèi)為多重方差分析所得值 Thevalue obtained by multivariate analysis of variance in parentheses

圖2 2015-2018年不同施磷處理下油菜（O）-水稻（R）輪作體系作物吸收的磷

2.4 輪作體系周年土壤磷平衡

4年油菜水稻輪作中NK處理的土壤磷均為消耗狀態(tài)，年度磷平衡表現(xiàn)為2015（-21.4 kg·hm-2），2016（-20.2 kg·hm-2），2017（-36.9 kg·hm-2），2018（-31.9 kg·hm-2），輪作后兩年的土壤磷虧缺量高于前兩年（圖4）；NPK和NPK+S處理的磷平衡均為盈余狀態(tài)，NPK處理年度磷盈余量表現(xiàn)為2015年（63.9 kg·hm-2）和2016年（64.8 kg·hm-2）高于2017年（34.8 kg·hm-2）和2018年（47.5 kg·hm-2）；NPK+S處理的年度磷平衡與NPK處理變化趨勢(shì)一致。與NPK處理相比，NPK+S處理的年均磷盈余量增長(zhǎng)5.3%。結(jié)果表明，磷肥的施用使土壤磷平衡由虧缺轉(zhuǎn)為盈余狀態(tài)，秸稈還田不會(huì)進(jìn)一步造成土壤磷過(guò)量盈余。

圖3 2015-2018年不同施磷處理下油菜（O）-水稻（R）輪作體系作物磷素平均農(nóng)學(xué)效率和磷素累積利用率

圖4 2015-2018年不同施磷處理下油菜（O）-水稻（R）輪作體系周年土壤磷平衡

2.5 土壤有效磷

不同處理的土壤有效磷濃度始終表現(xiàn)為NPK+S處理＞NPK處理＞NK處理（圖5）。NK處理土壤有效磷濃度變化在1.6—2.3 mg·kg-1之間，水稻季和油菜季平均速效磷濃度分別為2.0和1.6 mg·kg-1，水稻季平均速效磷濃度明顯高于油菜季。NPK和NPK+S處理土壤有效磷濃度均隨種植季節(jié)的延長(zhǎng)逐漸升高，在2016年油菜季開(kāi)始顯著高于NK處理，至2018年水稻季，土壤有效磷濃度較初始值分別提高3.0和3.8 mg·kg-1。與NPK處理相比，NPK+S處理的土壤有效磷濃度在2018年油菜季開(kāi)始有顯著性提高。4年油菜水稻輪作后，NK、NPK和NPK+S處理土壤有效磷濃度分別為1.9、4.3和5.1 mg·kg-1，與NK處理相比，NPK處理有效磷濃度增加126.3%；與NPK處理相比，NPK+S處理有效磷濃度增加18.6%。以4個(gè)油菜水稻輪作周期和不同處理為因素對(duì)土壤有效磷濃度進(jìn)行雙因素方差分析，發(fā)現(xiàn)時(shí)間、處理及其交互作用與土壤有效磷濃度均有極顯著相關(guān)性（＜0.001，表2）。

2.6 油菜水稻輪作體系土壤有效磷對(duì)磷盈虧的響應(yīng)

圖6為土壤有效磷變化與表觀磷累積盈虧的關(guān)系。隨輪作年限的延長(zhǎng)，不施磷（NK）處理土壤磷累積虧缺量逐漸增加，有效磷濃度無(wú)明顯變化；施磷（NPK、NPK+S）處理土壤磷累積盈余量逐年增加，有效磷濃度逐步提高。結(jié)果表明，土壤有效磷濃度變化與土壤磷累積盈虧呈極顯著正相關(guān)；在化學(xué)磷肥處理上，每100 kg·hm-2的磷盈余使土壤有效磷濃度提高1.8 mg·kg-1（圖6-A）；在秸稈還田配施化學(xué)磷肥處理上，每100 kg·hm-2的磷盈余使土壤有效磷濃度提高2.0 mg·kg-1（圖6-B）。表明秸稈還田能促進(jìn)土壤磷有效化。

圖5 2015—2018年不同施磷處理下油菜（O）-水稻（R）輪作體系土壤有效磷濃度

圖中**表示線性方程的顯著性達(dá)到P＜0.01 ** indicate the significant correlation at P＜0.01

3 討論

3.1 作物對(duì)磷肥和秸稈還田的響應(yīng)

4年田間試驗(yàn)結(jié)果表明，油菜產(chǎn)量和磷積累量對(duì)磷肥和秸稈的響應(yīng)優(yōu)于水稻，其原因?yàn)樗递喿鬓r(nóng)田種植水稻時(shí)，淹水狀態(tài)下土壤pH向中性趨進(jìn)，而土壤磷的有效性在pH中性范圍內(nèi)最高[23-24]，淹水后土壤處于還原條件，F(xiàn)e-P、Al-P和一些閉蓄態(tài)磷因鐵、錳等氧化物被還原而釋放出在氧化條件下處于無(wú)效態(tài)的磷，增加了土壤磷的有效性與擴(kuò)散能力[25]，從而緩解磷限制。油菜種植于旱季，土壤磷素固定潛力大且難以活化，作物生長(zhǎng)受磷水平限制作用較大，造成施磷與不施磷和有無(wú)秸稈還田處理間油菜產(chǎn)量和磷積累量差異較大。水稻季不施磷處理產(chǎn)量和磷積累量能達(dá)到較高水平，而油菜季不施磷處理產(chǎn)量和磷積累量極低，導(dǎo)致秸稈還田對(duì)水稻磷素利用率和農(nóng)學(xué)效率的影響更為顯著。

3.2 磷肥與秸稈還田對(duì)土壤磷變化的影響

土壤有效磷是表征土壤的供磷水平，施用磷肥是提升土壤有效磷的主要途徑[26]。土壤磷庫(kù)變化因投入磷肥的種類和數(shù)量的不同而存在差異。多數(shù)研究認(rèn)為長(zhǎng)期不施磷肥會(huì)由于作物吸收帶走土壤部分磷素，導(dǎo)致磷虧缺進(jìn)而引起土壤有效磷含量下降[27-28]，但也有學(xué)者認(rèn)為長(zhǎng)期不施磷肥土壤有效磷基本不發(fā)生變化，甚至略有提高[29]，分析認(rèn)為可能是降雨和灌溉水中的磷進(jìn)入土壤所致。本研究連續(xù)4年不施磷處理（NK）土壤磷平衡表現(xiàn)為磷虧缺，主要原因是在沒(méi)有外源磷投入條件下，土壤磷素被油菜和水稻吸收帶出導(dǎo)致土壤磷處于持續(xù)消耗狀態(tài)，而土壤有效磷在年際間基本持平，原因可能是土壤有效磷含量處于極低水平，土壤有效磷處于消耗狀態(tài)時(shí)，作物吸收利用的磷素主要來(lái)自于非活性磷庫(kù)的補(bǔ)充[30-31]，即中穩(wěn)性和穩(wěn)性磷向活性磷轉(zhuǎn)化。

大量研究表明，合理施用化學(xué)磷肥或化學(xué)磷肥與有機(jī)肥配施均能增加土壤磷盈余和有效磷濃度[32-33]。本研究連續(xù)4年施磷處理（NPK、NPK+S）土壤表現(xiàn)為磷盈余，周年磷盈余量在24.3—42.3 kg·hm-2之間，土壤有效磷較初始值分別提高3.0和3.8 mg·kg-1，可見(jiàn)磷肥的投入可以有效增加土壤磷庫(kù)儲(chǔ)量并且提高土壤有效磷濃度。長(zhǎng)江中上游多點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果顯示，長(zhǎng)期施磷后各試驗(yàn)點(diǎn)土壤磷年均盈余在6—44 kg·hm-2之間，土壤有效磷年均增加量在1.0—1.5 mg·kg-1之間[34]。土壤有效磷含量的變化狀況可能與土壤磷初始值有關(guān)，在本試驗(yàn)中，初始土壤有效磷含量?jī)H為1.2 mg·kg-1，屬于嚴(yán)重缺磷土壤[35]，施用磷肥對(duì)于提高土壤有效磷顯示了一定的效應(yīng)。長(zhǎng)江流域土壤磷目前處于快速積累期，當(dāng)磷積累到一定程度出現(xiàn)飽和狀態(tài)后，其向外的輸出量會(huì)迅速上升[36]，大量的磷輸出會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。在土壤磷管理中，控制化學(xué)磷肥的大量投入是減少輸入的主要方式，應(yīng)更多的依靠?jī)?nèi)部循環(huán)來(lái)提高磷利用率[5]，而秸稈還田可有效促進(jìn)土壤磷循環(huán)利用[16-17]。本研究在施用磷肥的基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈還田，土壤磷盈余量無(wú)明顯增加，土壤有效磷進(jìn)一步增加，其增長(zhǎng)幅度隨種植季節(jié)的延長(zhǎng)而增大，至2018年油菜季達(dá)到顯著性差異，第一，是由于其磷投入量相對(duì)更大，秸稈中含有一定量的磷，其年度磷投入總量比化學(xué)磷肥高出4.6%—16.0%。第二，可能是由于長(zhǎng)期秸稈還田的投入帶入大量有機(jī)物料促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累，土壤有機(jī)質(zhì)可以促進(jìn)活性形態(tài)磷的積累，降低非活性磷素占總磷的比重[37]。因此，秸稈還田顯著提高土壤有效磷濃度即提高了磷活性，同時(shí)避免土壤磷素過(guò)量積累。

3.3 秸稈還田對(duì)土壤磷素有效化的影響

土壤磷盈虧是有效磷變化的根本原因[38]，探究土壤磷素盈虧的變化特征、量化土壤有效磷與磷盈虧的關(guān)系，對(duì)于農(nóng)田磷素養(yǎng)分管理和合理施磷意義重大。SHEN等[39]認(rèn)為土壤磷盈虧與有效磷變化存在必然聯(lián)系，磷肥的長(zhǎng)期施用導(dǎo)致農(nóng)田土壤磷盈余，而不施磷導(dǎo)致土壤磷虧缺[40]。TANG等[41]通過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)研究得出，在中國(guó)湖南、新疆、陜西等五個(gè)地區(qū)土壤每盈余100 kg·hm-2的P，土壤有效磷提高2.3—5.7 mg·kg-1。本研究表明，土壤有效磷濃度變化與土壤磷累積盈虧呈極顯著正相關(guān)；土壤磷虧缺狀態(tài)下，有效磷濃度總體持平；在化學(xué)磷肥處理和秸稈還田配施化學(xué)磷肥處理上，水稻土每盈余100 kg·hm-2的P，土壤有效磷分別提高1.8和2.0 mg·kg-1。秸稈還田在不造成土壤磷素大量盈余的情況下進(jìn)一步提高土壤有效磷濃度，同時(shí)也促進(jìn)了作物對(duì)土壤磷素的吸收利用，原因可能是秸稈碳活化了土壤磷庫(kù)[42]，促進(jìn)了土壤磷素有效化。研究表明，秸稈還田可提土壤微生物數(shù)量和微生物生物量C、N、P含量[14, 43]，而土壤微生物數(shù)量增加又進(jìn)一步提高了包括磷酸酶在內(nèi)的分泌物數(shù)量[44]，磷酸酶加快有機(jī)磷向無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化的速度，從而促進(jìn)作物對(duì)無(wú)機(jī)磷的吸收[45]。趙慶雷等[46]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田配施磷肥提高了Ca2-P、Fe-P等活性較高的無(wú)機(jī)磷的含量，降低了Ca10-P等活性較低的無(wú)機(jī)磷含量，促進(jìn)了土壤無(wú)機(jī)磷活化。因此，秸稈還田在促進(jìn)農(nóng)作物生產(chǎn)和提高土壤供磷能力方面具有重要作用，土壤有效磷的提升需要長(zhǎng)期的培肥，秸稈還田在進(jìn)一步提高土壤有效磷濃度的同時(shí)，可有效避免因磷肥的過(guò)量施用而造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

4.1 秸稈還田能顯著提高油菜、水稻的產(chǎn)量和磷積累量，4年平均產(chǎn)量分別提高19.1%和11.0%，平均磷積累量分別提高20.6%和11.7%。秸稈還田顯著提高了水稻磷素的農(nóng)學(xué)效率和利用率。

4.2 4年油菜水稻輪作后，不施磷處理土壤磷處于虧缺狀態(tài)，有效磷濃度總體持平；施磷處理土壤磷轉(zhuǎn)為盈余狀態(tài)，有效磷濃度較不施磷處理提高126.3%；秸稈還田較不還田處理土壤磷盈余量無(wú)明顯增加，有效磷濃度顯著提高18.6%。與化學(xué)磷肥處理相比，秸稈還田配施化學(xué)磷肥處理的水稻土每盈余100 kg·hm-2的P，土壤有效磷增加量提高13.4%，秸稈還田促進(jìn)了土壤磷素有效化。

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Effect of Continuous Straw Returning on Soil Phosphorus Availability and Crop Phosphorus Utilization Efficiency of Oilseed Rape-rice Rotation

WANG KunKun, LIAO ShiPeng, REN Tao, LI XiaoKun, CONG RiHuan, LU JianWei

(Microelement Research Center, Huazhong Agricultural University /Key Laboratory of Arable Land Conservation in Middle and Lower Reaches of Yangtze River, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430070)

【】By exploring the contribution of chemical phosphorus fertilizer and straw returning combined with phosphorus fertilizer to crop productivity, as well as the effect on soil phosphorus availability and phosphorus efficiency under the system of oilseed rape-rice rotation in the Yangtze River, this paper provided a scientific basis for farmland soil phosphorus management.【】The experiment was conducted at Huazhong Agricultural University in Wuhan, Hubei province during the period of 2015-2018. Three treatments in the positioning experiment were selected as followed: (1) phosphorus was not applied (NK); (2) phosphorus application (NPK); (3) phosphorus application and straw returning (NPK+S). By measuring crop yield, phosphorus content and soil Olsen-P, the phosphorus use efficiency of crops was analyzed, and the response of soil Olsen-P to P apparent balance was discussed.【】The average yield of oilseed rape and rice under NPK treatment increased by 530.3% and 35.9%, respectively, and the P2O5accumulation increased by 495.3% and 98.5%, respectively, compared with NK treatment. The average yield of oilseed rape and rice under NPK+S treatment increased by 19.1% and 11.0%, respectively, and the P2O5accumulation increased by 20.6% and 11.7%, respectively, compared with NPK treatment. The response of oilseed rape yield and P2O5accumulation to phosphorus fertilizer and straw was better than that of rice. Under the condition of straw returning, the average agronomic efficiency of oilseed rape and rice increased by 6.8% and 33.9%, respectively, and the accumulative phosphorus use efficiency of oilseed rape, rice and anniversary increased by 8.6%, 17.0% and 19.8%, respectively. The effect of straw returning on phosphorus use efficiency and agricultural efficiency of rice was more significant. After four years of oilseed rape-rice rotation, the accumulated deficit of phosphorus in soil was 110.2 kg P2O5·hm-2under NK treatment, and the Olsen-P was 1.9 mg·kg-1. The accumulated phosphorus surplus of soil under NPK treatment was 210.9 kg P2O5·hm-2, and the Olsen-P (4.3 mg·kg-1) was 126.3% higher than that under NK treatment. NPK+S treatment increased the accumulated phosphorus surplus (222.1 kg P2O5·hm-2) by 5.3%, and the Olsen-P (5.1 mg·kg-1) increased by 18.6% compared with NPK treatment. Straw returning significantly increased the soil Olsen-P, but the soil phosphorus surplus did not increase significantly. Under the condition of continuous straw returning and chemical phosphorus fertilizer application, for every 100 kg·hm-2P surplus of paddy soil, soil Olsen-P under NPK and NPKS treatment increased by 1.8 and 2.0 mg·kg-1, respectively. Straw returning promoted soil phosphorus availability.【】Phosphorus application significantly increased the yield and P2O5accumulation of oilseed rape and rice, and increased the P surplus and the soil Olsen-P. On the basis of phosphorus application, straw returning further increased the yield and P2O5accumulation of oilseed rape and rice, and improved the use efficiency of phosphorus and agricultural efficiency of crops, especially for rice. At the same time, it could increase the soil Olsen-P while avoiding the excessive accumulation of soil phosphorus.

oilseed rape-rice rotation; straw returning; crop yield; P2O5accumulation; phosphorus efficiency; P apparent balance; Olsen-P

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.009

2019-04-22；

2019-06-04

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFD0200206）、國(guó)家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-12）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（2662017JC010）

王昆昆，E-mail：wangkk@webmail.hzau.edu.cn。通信作者叢日環(huán)，E-mail：congrihuan@webmail.hzau.edu.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）