施肥對(duì)石灰性土壤磷素動(dòng)態(tài)變化及番茄磷素營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)的影響

施肥對(duì)石灰性土壤磷素動(dòng)態(tài)變化及番茄磷素營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)的影響

在石灰土壤中，70%90%的磷酸鹽根據(jù)不同的形狀積累在土壤中，因此很難將其吸收到同一季節(jié)的作物身上。據(jù)統(tǒng)計(jì),從1980年到2003年我國(guó)主要農(nóng)田土壤上累積磷盈余約為392kg/hm。磷的殘留不但降低了磷肥的當(dāng)季利用率,而且存在很大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)于如何減少土壤中磷的固定和提高磷肥利用率已開(kāi)展了大量的研究,如從磷肥施用技術(shù)分析,少量分次條施和啟動(dòng)式施肥(P-start)顯示出良好效果;通過(guò)小分子有機(jī)酸酸化土壤難溶性磷或有機(jī)陰離子競(jìng)爭(zhēng)土壤粘粒表面的吸附位點(diǎn),從而減少磷的固定,是提高磷的利用率的另一條途徑。國(guó)外近期研究表明,液體磷肥在石灰性土壤上的有效性、移動(dòng)性和溶解性等顯著高于顆粒磷肥,并能明顯促進(jìn)作物對(duì)磷的吸收,且磷酸和焦磷酸等液體磷源比等當(dāng)量的磷酸二銨顆粒、重過(guò)磷酸鈣明顯提高了土壤磷的有效性、小麥生物量和吸磷量。Bertrand等2006年用32P示蹤證實(shí)小麥吸磷量的增加是來(lái)源于液體肥料中的磷,液肥處理的Pdff%比固體肥料提高了12%～26%。國(guó)內(nèi)也有報(bào)道指出,石灰性土壤中酸性液體磷肥對(duì)棉花磷素吸收具有明顯的促進(jìn)作用。以上表明在石灰性土壤施用液體磷肥對(duì)提高土壤磷有效性、改善作物磷營(yíng)養(yǎng)及磷素養(yǎng)分資源高效利用具有重要意義。近幾年新疆膜下滴灌面積發(fā)展非常迅速,隨水施肥(Fertigation)逐漸成為滴灌條件下主要的施肥方式,但磷肥施用仍然以固體顆粒磷肥播前施肥為主,這顯然不利于充分發(fā)揮滴灌的優(yōu)勢(shì)。本文采用連續(xù)浸提的方法對(duì)液體磷肥與固體顆粒磷肥及其不同施用方式對(duì)加工番茄磷素營(yíng)養(yǎng)的影響,分析了不同磷源及其施用方式對(duì)石灰性土壤無(wú)機(jī)磷各組分轉(zhuǎn)化的影響及其肥效,以期為石灰性磷素資源高效利用和滴灌施肥技術(shù)的推廣提供一定的理論參考。1材料和方法1.1大陸性氣候區(qū)試驗(yàn)區(qū)地處天山北麓中段,古爾班通古特大沙漠南緣。平均海拔300～500m,屬典型的溫帶大陸性氣候,冬季長(zhǎng)而嚴(yán)寒,夏季短而炎熱,年平均氣溫7.5～8.2℃,日照2318～2732h,無(wú)霜期147～191d,年降雨量180～270mm,年蒸發(fā)量1000～1500mm。1.2土壤顆粒粒徑分布特性小區(qū)試驗(yàn)在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行,土壤類(lèi)型為灌耕灰漠土(灌淤旱耕人為土,CalcaricFluvisals),土壤pH值(水土比5∶1)為8.2,CaCO3含量122g/kg,有機(jī)質(zhì)6.67g/kg,全氮0.83g/kg,速效磷36mg/kg,速效鉀150mg/kg。土壤顆粒中<2μm、2～5μm、5～50μm、>50μm粒徑顆粒含量分別為24.9%、13.3%、21.8%和38.1%。供試作物為當(dāng)?shù)丶庸し阎髟云贩N“里格爾87-5”(LycopersiconesculentumMill.cvLigeer87-5)。種植方式為膜下滴灌。供試氮肥為尿素(N≥46%),磷肥為重過(guò)磷酸鈣(TSP)(P2O5≥46%),鉀肥為KCl(K2O≥62%),滴灌酸性液體肥以液體磷酸、尿素、氯化鉀以及黃腐酸、硫酸亞鐵、硫酸鋅、硼酸等為原料按一定比例配制而成的滴灌專(zhuān)用清液肥(N≥20%,P2O5≥6%,K2O≥6%,養(yǎng)分總量≥32%)。1.3加工番茄的制備試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理,分別為:1)不施肥對(duì)照(CK1);2)重過(guò)磷酸鈣(TSP)+尿素+氯化鉀全部作基肥(CK2);3)液體肥料全作基肥(FB);4)液體肥料1/2基肥1/2追肥(F1/2BT);5)液體肥料全部作追肥(FT)。施肥量為N300kg/hm2,P2O590kg/hm2,K2O90kg/hm2,各處理氮、磷、鉀施用總量和比例完全一致,各處理隨機(jī)區(qū)組排列,4次重復(fù)。小區(qū)長(zhǎng)5m,寬3.5m,面積17.5m2。加工番茄的種植方式為覆膜栽培,采用80cm窄膜覆蓋,每膜2行,膜間距60cm,株距30cm,種植密度54000株/hm2,每個(gè)小區(qū)3膜,兩邊設(shè)保護(hù)行。小區(qū)之間用PVC隔板隔開(kāi),以防止養(yǎng)分和水分相互側(cè)滲,隔板埋深為40cm。2006年春季4月25日播種,2006年8月收獲。按常規(guī)滴灌設(shè)計(jì),在加工番茄整個(gè)生育期滴灌量為5400m3/hm2,分7次滴入?；适┤敕绞绞窃诓シN前把肥料均勻撒在地表然后人工均勻翻入0—20cm的土層(當(dāng)?shù)亓追适┯弥饕绞?。滴灌施肥方式為在作物不同生長(zhǎng)時(shí)期把肥料施入施肥罐隨水均勻施入土壤,生育期具體滴灌和施肥時(shí)間、比例見(jiàn)表1。1.4樣品采集和土樣分析加工番茄收獲分2次進(jìn)行,分別在2006年8月5日和8月12日進(jìn)行果實(shí)采收,植株取樣在第1次收獲時(shí)進(jìn)行,取樣后立即在105℃殺青15min,然后按葉片、莖桿等不同器官在70℃烘干至恒重,粉碎樣品后待測(cè)。加工番茄產(chǎn)量以?xún)纱螌?shí)收產(chǎn)量之和計(jì)產(chǎn)。土壤取樣方法:加工番茄播種后的第10、40、70、100、120d(Dayafterplant,DAP)用土鉆采集土壤0—10cm、10—20cm、20—40cm和40cm以下各層土壤,各小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)樣點(diǎn),充分混合形成1個(gè)混合土樣。采樣部位在膜下滴灌毛管的滴頭附近10cm左右。土樣在自然通風(fēng)處陰干,分析土壤的基本理化性質(zhì)。石灰性土壤無(wú)機(jī)磷素分級(jí)按照顧益初和蔣柏藩提出的連續(xù)浸提方法將土壤無(wú)機(jī)磷區(qū)分為Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P。具體方法如下:加0.25mol/LNaHCO3溶液浸提Ca2-P(磷酸二鈣型),0.5mol/LNH4Ac溶液浸提Ca8-P(磷酸八鈣型),0.5mol/LNH4F溶液浸提Al-P(磷酸鋁型),0.1mol/LNaOH-0.05mol/LNa2CO3溶液浸提Fe-P(磷酸鐵型),0.3mol/L檸檬酸三鈉-Na2S2O3-0.5mol/LNaOH溶液浸提O-P(閉蓄態(tài)磷),0.25mol/LH2SO4溶液浸提Ca10-P(磷灰石型)。1.5數(shù)據(jù)處理分析采用EXCEL2005進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,用DPS3.01分析軟件對(duì)不同處理進(jìn)行One-wayANOVA統(tǒng)計(jì)分析,并對(duì)不同處理進(jìn)行LSD多重比較。2結(jié)果與分析2.1不同處理對(duì)0-20cm土層形態(tài)中鈣磷含量的動(dòng)態(tài)變化的影響2.1.1不同處理的0—不同肥料處理對(duì)0—20cm土層Ca2-P含量變化的影響由圖1可看出,各施肥處理0—20cm土層的Ca2-P含量顯著高于空白對(duì)照處理(CK1),通過(guò)施肥可顯著增加0—20cm土層Ca2-P的含量,尤其增加了0—10cm土層Ca2-P含量。如在第5次取樣時(shí)(120d),CK1、CK2、FB、F1/2BT、FT處理的0—10cm土層Ca2-P的含量分別為12mg/kg、21mg/kg、20mg/kg、24mg/kg、30mg/kg。在播種后的40d,FT、F1/2BT和FB處理的0—10cm土層的Ca2-P含量分別比CK2增加了53.6%、28.6%、10.7%,70d分別增加52%、40%、12%;施肥100d后FT處理和F1/2BT處理的0—10cm土層Ca2-P含量分別比CK2增加37.5%、12.5%。在各個(gè)時(shí)期FT處理的土壤Ca2-P含量的相對(duì)增加量均高于其他處理。說(shuō)明液肥追施可提高0—20cm土層Ca2-P含量,增加耕層土壤磷的有效性,使表層土壤持續(xù)保持較高的Ca2-P含量。2.1.2施入土壤的磷源對(duì)土壤ca8-p含量的影響Ca8-P是可被當(dāng)季作物吸收利用的磷源,磷肥施入土壤后Ca2-P首先轉(zhuǎn)化為Ca8-P,進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為植物難以吸收利用的Ca10-P(氟磷灰石或羥基磷灰石)。由圖2可知,各處理0—20cm土層中Ca8-P的含量均隨時(shí)間呈明顯的下降趨勢(shì),在播種后第10d各處理Ca8-P含量均最高,到120d后降到最低。各時(shí)期不施肥處理(CK1)的Ca8-P含量均為最低,在10、40、70dCa8-P含量明顯低于其他施肥處理,在100和120d差異不顯著(P<0.05),說(shuō)明各磷源在土壤中均發(fā)生了Ca2-P向Ca8-P的轉(zhuǎn)化。處理間相比,CK2和FB處理的Ca8-P含量隨時(shí)間下降最快,其次是F1/2BT,FT處理的降幅最小,其Ca8-P含量在40d以前低于其他3個(gè)處理,但在70、100、120d均顯著高于其它施肥處理(P<0.05)。若以各處理播種后10d的土壤Ca8-P含量為基礎(chǔ),分別與相應(yīng)的其它時(shí)期相比,CK2處理的Ca8-P含量在40、70、100、120d下降百分率分別為15.8%、19.2%、21.1%、41.9%,而FT處理的分別下降了8.3%、8.9%、9.6%和11.5%。從以上分析可知,施入土壤的磷肥在土壤中轉(zhuǎn)化成為Ca8-P,增加了0—10cm土層Ca8-P的含量。但隨生育期的推進(jìn),Ca8-P會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化固定成為Ca10-P,TSP固體顆粒磷肥基肥處理(CK2)和液體肥料全做基肥(FB)處理的Ca8-P含量下降百分率最大,表明被固定量大,液體肥料1/2做基肥1/2做追肥(F1/2BT)處理的次之,液肥全做追肥(FT)處理的固定量最低,通過(guò)液肥追施處理可保持0—20cm土層較高的Ca8-P含量。2.1.3不同磷源及其施用量對(duì)試驗(yàn)地土層中ca10-p含量增加量的影響由圖3看出,在5個(gè)取樣時(shí)期各處理0—10cm土壤的Ca10-P含量均高于不施肥對(duì)照(P<0.05)。這充分表明Ca8-P轉(zhuǎn)化為Ca10-P,直接證明了圖2中Ca8-P下降的原因。不同處理的Ca10-P增量明顯不同,總體順序表現(xiàn)為:CK2>FB>F1/2BT>FT。如播種后40d時(shí),CK2、FB、F1/2BT、FT處理的0—10cm土層Ca10-P含量的增加量分別為17.8%、16.6%、12.7和6.7%。由此說(shuō)明不同磷源及其施用方法對(duì)肥料磷向Ca10-P的轉(zhuǎn)化有明顯影響,供給液體磷源可以有效減少土壤對(duì)磷的固定,而固體顆粒肥料作基肥時(shí)磷的固定量大大增加。各處理10—20cm土層Ca10-P含量變化也表現(xiàn)為相同的趨勢(shì),但是向Ca10-P轉(zhuǎn)化的比例較0—10cm土層低,說(shuō)明施入土壤的磷在0—10cm土層分布的數(shù)量大于10—20cm土層。2.2不同施肥處理對(duì)0—收獲后不同肥料處理對(duì)石灰性土壤中各形態(tài)無(wú)機(jī)磷素含量變化的影響對(duì)表2分析可知,北疆石灰性土壤上無(wú)機(jī)磷以Ca10-P為主,約占土壤無(wú)機(jī)磷總量的70%左右,其次是Ca8-P,占無(wú)機(jī)磷總量的10%左右,Al-P和O-P分別占8%和6%左右,Fe-P和Ca2-P含量最低,只占土壤無(wú)機(jī)磷總量的2.0%以下。磷在土壤中的分布有明顯的規(guī)律,即表層土壤各形態(tài)磷含量高,隨土層加深逐漸降低。各處理對(duì)不同形態(tài)無(wú)機(jī)磷的含量及其占土壤無(wú)機(jī)磷總量的比率變化影響不同,植物有效性較高的Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量占土壤無(wú)機(jī)磷總量的比率均隨土層加深逐漸下降,尤其是Ca2-P在各層占無(wú)機(jī)磷總量的比率有顯著差異,從表層依次向下的4個(gè)土層(0—40cm)中Ca2-P占各層土壤無(wú)機(jī)磷總量的比率分別為2.5%、2.2%、1.7%、1.2%。Fe-P和O-P占土壤無(wú)機(jī)磷總量在各層間無(wú)明顯的變化,而Ca10-P占無(wú)機(jī)磷總量的比例隨土層深度有上升的趨勢(shì),其原因是表層土壤Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量增加。如將不施肥對(duì)照(CK1)作為本底扣除,分析可知,施磷對(duì)0—40cm各土層6種無(wú)機(jī)磷含量均有增加的作用,但是對(duì)0—10cm表層和10—20cm土層的影響明顯大于下層。各施肥處理相比,液肥追施(FT)比其它處理明顯增加了0—10cm土層Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量,而對(duì)Ca10-P、Fe-P和O-P的含量影響不顯著。同一土層各施肥處理間無(wú)機(jī)磷總量(TIP)基本相同。以上表明與固體顆粒磷肥基施(FB)相比,液體磷肥追施(FT)顯著提高了0—20cm土層中作物可吸收利用態(tài)磷(Ca2-P、Ca8-P)的含量,其原因可能是減少了施入土壤中肥料的Ca2-P和土壤中Ca8-P向Ca10-P轉(zhuǎn)化和固定的結(jié)果。2.3不同保水材料對(duì)番茄產(chǎn)量和含磷量的影響不同磷源對(duì)加工番茄的磷素營(yíng)養(yǎng)吸收和產(chǎn)量產(chǎn)生明顯的影響。由表3可看出,液肥全部追施(FT)處理的產(chǎn)量最高(91725kg/hm2),顯著高于其他4個(gè)處理(P<0.05)。液體肥料1/2基施1/2追施(F1/2BT)與其他3個(gè)處理產(chǎn)量相比,差異也達(dá)到顯著水平(P<0.05)。固體顆粒磷肥全部基施(CK2)與液肥全部基施(FB)處理間產(chǎn)量差異不顯著,但顯著高于不施肥對(duì)照(CK1)。與CK2相比,FT和F1/2BT處理的番茄單產(chǎn)分別提高26.7%和18.4%,CK2比CK1增產(chǎn)18.8%。不同磷源對(duì)番茄磷素營(yíng)養(yǎng)有明顯的影響,液體肥料全部追施(FT)時(shí)植株體內(nèi)含磷量顯著高于其他處理。通過(guò)差減法計(jì)算的番茄的磷肥利用率表明,傳統(tǒng)肥料全部基肥,磷肥利用率僅為5.9%,磷肥全部以液肥的形式分次追施其利用率可達(dá)15.5%,顯著提高了磷肥的利用率。3討論3.1液體磷肥的施用量近年來(lái)比較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為,液體磷肥與固體顆粒磷肥在土壤中的物理化學(xué)效應(yīng)(Physic-chemicaleffect)不同是造成液體磷肥在石灰性土壤中磷的移動(dòng)性、有效性高于固體磷肥的主要原因。Bertrand等認(rèn)為石灰性土壤上固體磷肥在施肥點(diǎn)的溶解和向外擴(kuò)散受到限制,導(dǎo)致H2PO4-滯留在肥料顆粒附近,與Ca2+形成沉淀(Precipitation),被固定為難溶性磷。Lombi等用32P示蹤研究也表明,液體磷肥中的磷在土壤中擴(kuò)散率大于固體肥料中的磷,因此液體磷肥發(fā)生固定很少。Holloway等在2001年通過(guò)充分混合土壤與肥料進(jìn)行對(duì)比,證實(shí)液體磷肥在土壤中分布均勻性,即液肥的“施肥點(diǎn)效應(yīng)(Placementeffect)”并非液體磷肥高效的主要原因。Bertrand等在石灰性土壤上用32P標(biāo)記的方法證明,小麥吸磷量的增加是來(lái)源于液體肥料(磷酸)中的32P,施用液體磷肥的小麥Pdff%比固體肥料提高了12%～26%,并認(rèn)為由于石灰性土壤的緩沖作用,通過(guò)液體磷肥的酸性降低土壤的pH的意義不大。另外,大量研究表明有機(jī)小分子可競(jìng)爭(zhēng)土壤吸附H2PO4-的吸附位點(diǎn),并可吸附Fe3+和Al3+等離子,從而減少Fe3+和Al3+對(duì)磷的化學(xué)固定,提高Ca2-P的濃度[8,11,22,23,24,25]。本試驗(yàn)向液肥中添加了5%的黃腐酸,是否促進(jìn)了0—20cm土壤中磷有效性的增加,并無(wú)直接證據(jù),這有待于進(jìn)一步研究。在石灰性土壤上,施入的磷肥中H2PO4-被吸附在CaCO3粘土礦物表面或發(fā)生Ca10-P沉淀。當(dāng)土壤溶液H2PO4-濃度很低時(shí),粘土表面吸附(Adsorption)占主要地位,被吸附的磷對(duì)作物仍然有較高的有效性,但是隨著時(shí)間的延續(xù)被吸附的磷由于形成環(huán)狀雙核橋接結(jié)構(gòu),其有效性會(huì)逐漸降低。當(dāng)土壤溶液H2PO4-濃度高時(shí),磷的沉淀占主導(dǎo)地位。當(dāng)固體磷肥顆粒施入土壤,土壤溶液中磷的濃度會(huì)升高很快,肥料中的H2PO4-會(huì)沉淀在粘土礦物表面。而液體肥料分次追施比固體顆粒肥料做基肥施用大大降低了濃度,另一方面隨水施入不會(huì)集中分布某個(gè)施肥點(diǎn),因此Ca10-P沉淀少。3.2施肥對(duì)番茄磷素營(yíng)養(yǎng)吸收的影響本實(shí)驗(yàn)中各肥料處理對(duì)土壤各無(wú)機(jī)磷形態(tài)及含量的影響主要集中在0—20cm土層中,液體磷肥追施處理的土壤Ca2-P含量明顯高于固體磷肥作基肥處理,其Ca10-P含量又低于固體磷肥作基肥處理和其他處理;固體磷肥基肥處理的土壤Ca2-P含量變化與之相反,這說(shuō)明液肥施入土壤向Ca10-P轉(zhuǎn)化和固定量小,反之固體磷肥固定量高(圖1、圖3)。我們的結(jié)果充分說(shuō)明液體磷肥在石灰性土壤的溶解性和有效性高于固體磷肥,也從側(cè)面支持Lombi等所提出的物理-化學(xué)效應(yīng)(Physic-chemicaleffect)的觀點(diǎn)。各施肥處理土壤中的Ca8-P含量隨時(shí)間逐漸降低,是因?yàn)镃a8-P不斷向Ca10-P進(jìn)行轉(zhuǎn)化和固定的結(jié)果。不施肥對(duì)照Ca2-P含量也隨時(shí)間逐漸降低的原因可以歸結(jié)為磷在土壤中有效性的自然衰減(固定)的過(guò)程,因?yàn)榍安缑尢锪追实臍埿匀黄鹱饔?/p>