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]。過量施用磷會隨著地表徑流流失,造成水體富營養(yǎng)化[2]。研究發(fā)現(xiàn),我國缺磷耕地土壤達74%,當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問題[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,與有機物料、有機肥混施等方法[5]。研究表明,有機物與磷肥混合施用,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,擁有非常發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)及豐富的含氧官能團,這些結(jié)構(gòu)特點使其對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,促進作物生長[8]。褐煤也可提高肥料利用率,具有較好的開發(fā)利用價值[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,通過盆栽試驗,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發(fā)新的應(yīng)用途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗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,屬嚴重缺磷土壤。

供試肥料:農(nóng)用磷酸一銨(含N 11%,P2O544%,簡稱MAP)、農(nóng)用磷酸二銨(N 18%,P2O546%,簡稱DAP)、過磷酸鈣(含P2O512%,簡稱SSP)、氯化鉀(K2O 60%)、硫酸銨(N 21%)、褐煤(購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%。簡稱L)

1.2 試驗設(shè)計試驗于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)進行。試驗處理: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+過磷酸鈣(L+SSP)、過磷酸鈣(SSP)8個處理。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肥料中氮含量最高的DAP為標準,不足的氮用(NH4)2SO4補足。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。每個處理4個重復(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,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%。待玉米長至三葉期時間苗,保留1株,出苗35 d后收獲。

1.3 測定項目與方法根系數(shù)據(jù):收獲植株地上部的同時取整盆土進行沖洗,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、根表面積、平均直徑、根體積可以通過圖片分析直接獲得[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進行消煮,測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軟件對數(shù)據(jù)進行整理、計算,采用SPSS 25.0軟件對數(shù)據(jù)進行差異性分析,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苗期玉米地上部干重的影響由圖1可知,由于土壤嚴重缺磷,不施磷肥玉米苗幾乎不生長。施磷各處理的地上部干重均顯著高于不施磷處理。對比單獨施同種磷肥處理,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無顯著差異,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苗期玉米根部生長的影響各處理對苗期玉米根部生長的影響見表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。對比單獨施同種磷肥處理,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的總根長顯著高于單獨施磷肥處理MAP和SSP,分別增加了35%和60%,而DAP和L+DAP處理間無顯著差異。

表1 不同處理對苗期玉米根部生長的影響

2.3 3種磷肥與褐煤配施對苗期玉米地上和地下部磷吸收量的影響不同處理對玉米苗期地上部磷吸收量的影響不同(圖2)。添加褐煤的3個處理間無顯著差異,但均顯著高于單獨施磷肥處理。同種磷肥處理對比表明,L+MAP磷吸收量增加了209%,L+DAP增加了100%,L+SSP增加了313%。說明在同種磷肥間對比,過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個處理間無顯著差異,對比單獨施用磷的處理,均存在顯著差異。與單獨施磷肥相比,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施磷處理。與褐煤配施后3種磷肥處理間的磷利用率無顯著差異。與單獨施磷肥比較,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

該試驗結(jié)果表明,3種磷肥與褐煤配施均比單獨施用效果好?；焓┖蟮厣喜亢偷叵虏扛芍?、根表面積、總根長、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,促進根系發(fā)育,進而促進了根系對營養(yǎng)元素的吸收,起到提升磷肥利用率的效果[13]。該試驗中褐煤與磷肥配施后提高磷的吸收并促進生長的可能原因:①褐煤中含有較高的有機質(zhì),有機質(zhì)能夠和磷酸根競爭鐵鋁氧化物的吸附位點,進而增加了土壤中的活性磷含量,使得作物根系更加容易對其進行解吸利用[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腐殖酸是一種有機膠體,能有效增加土壤微生物的活性,進而對土壤中難溶性磷化合物進行活化[15]。

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

4 結(jié)論

(1)在赤紅壤上施用褐煤對于苗期玉米根部的生長發(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玉米苗期生長發(fā)育,在干重、磷吸收量、磷利用率上均比單獨施磷顯著增加。

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

(3)褐煤與過磷酸鈣配施與單獨施過磷酸鈣比較,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%?？紤]到經(jīng)濟效益和對玉米苗期生長效果,過磷酸鈣與褐煤配合施用是經(jīng)濟有效的施用方法。