两种培肥途径下红壤磷素储供能力的动态变化.DOC

1、两种培肥途径下红壤磷 素储 供能力的动态变化 王艳玲 1， 何园球 2， 周晓冬 1 (1.南京信息工程大学， 江苏 南京 210044； 2.中国科学院 南京土壤研究所， 江苏 南京 210008) 摘 要 ： 以 长期施肥的旱地红壤为材料，研究 了单施无机肥 、 有机 无机 配 施两种途径下，红壤 的 磷库储量及其供磷能力的 动态 变化。结果表明： 两种培肥途径均可以稳定并提高红壤 全磷 和 有效磷 含 量， 化学 磷肥的合理施用可在4 5 a 内重建红壤磷库，使之达到磷素肥沃水平 （ Olsen-P 约为 20 mg kg-1） ，而配施猪厩肥只需 2 a 时间 ， 配施 花生秸秆的效果

2、不显著。 两种培肥途径均可以提高 红壤中各形态无机磷 含 量，尤其是可以显著增加最有效的 Al-P 含量，从而 大大增强 了 红壤的供磷能力。 当红壤磷素的自然供给能力降至最低时，如 NK 处理的全磷量小于 0.3 g kg-1 时，土壤中所有不同形态的磷（包括 Olsen-P）都可视为无效或者说土壤无有效供磷能力。 关 键 词： 红壤；长 期定位实验 ； 培肥途径； 磷 ；储供能力；动态变化 中 图 分类号： S147.2 文献标识码： A 文章编号： 0564-3945(2010)03-0000-06 磷是红壤地区农业生产中 主要的养分限制因子之一。 外源磷肥的投入是提高红壤的磷素供应能力

3、、确保作物稳定生长与产出的基础 。因 此，我们利用长期肥料定位试验的有利条件，通过对历史数据的统计及历史样品的测定分析，探讨了单施无机肥和有机无机配施两种培肥途径下，红壤磷 库储量及其供应能力的长期动态变化 ，旨在为 红壤磷素 肥力的提高及磷素的 有效管理提供 参考数据。 1 材料与方法 1.1 长期实验地概况 长期肥料定位试验于 1988 年建在江西省鹰潭农田生态系统国家野外研究站内 （ 北纬 2804 2837，东经 11641 11709） 。供试土壤为第四 纪 红 黏 土发育的典型红壤，有机无机肥配施试验区设： CK（ 低量NPK） 、 CK + 猪厩肥 （ PM） 、 CK + 绿肥

4、、 CK + 稻秆和 CK + 花生秸秆本田还田 （ Return） ，共 5 个处理；无机肥试验区设： NPKCaS、 NPKCa、 NPK、 NP、 PK 和 NK，共 6 个处理 （ Ca 代表施用石膏； S 代表施用微量元素 ） 。试验小区面积为 33 m2，每个处理重复 3 次，随机排列。 1995 年以前进行花生和油菜轮作，后改为一季花生，冬季休田。 1.2 供试土壤 研究中所用的土壤样品均于每年花生收获后一个月，采自于 NPK、 NP、 NK、 PK 及 CK、 CK + 猪 厩肥（ PM）、 CK + 花生秸秆（ Return）共 7 个小区的耕层土壤 （采样深度为 0 15

5、cm） 。在每个小区内按 “ S”形采集 15 点样品，混匀后，用 “ 四分法 ” 取约 2.5 kg 土壤带回室内，风干，磨细后过筛 、 备用。 1.3 分析项目与方法 全磷采用 H2SO4 - HClO4 消化，钼锑抗比色法；土壤速效磷采用 0.5 mol L-1 NaHCO3（ pH 8.5）法。土壤无机磷分组采用张守敬和 Jackson 的土壤无机磷分组方法 1将土壤无机磷分为： Al-P（铝结合的磷酸盐 ），Fe-P（铁结合的磷酸盐）， Oc-P（闭蓄态磷酸盐）， Ca-P（钙结合的磷酸盐） ， 具体 操作方法参见土壤农业化学分析方法 2。 2 结果与分析 2.1 红壤 磷素总 储量

6、的变化 土壤全磷的变化在某种程度上可以反应出土壤的磷素肥力水平， 通过历史数据的整理与统计，分析了单施无机肥与有机无机配施两种培肥途径 下红壤磷素总储量的 动态 变化。 2.1.1 单施无机肥 从 图 1 可以看出随着种植年限的增加，氮磷钾肥配施（ NPK）、氮磷肥配施（ NP）和收稿日期： 2008-12-05； 修订日期： 2009-08-01 基金项目： 国家自然科学基金项目 (40901146)及南京信息工程大学校科研基金项目 (S8107371001)资助 作者简介： 王艳玲 (1976-)，女，吉林省舒兰市人，博士，讲师，主要从事土壤肥力演变过程与环境效应研究 。 E-mail：

7、 磷钾肥配施（ PK）的红壤全磷的总储量呈上升趋势。 0.40.60.81.01.21 3 5 7 9 11 13 15 17种植年限Cultivated Years全磷 (g kg-1)Total-PNPKNPPK图 1 单施无机肥条件下红壤的全磷变化 Fig. 1 Changes of total P in red soil under long-term chemical fertilization application 在氮、钾养分供应充足的条件下，随着种植年限 的增加 NK 处理的土壤自然供磷能力 逐渐变弱直 至 无有效供应能力 （图 2） 。从图 2 可以看出红壤磷素的 自然 耗

8、竭可分为 “ 快速耗竭 ” 阶段和 “ 缓慢耗竭 ” 阶段。在种植到第 7 年时土壤的全磷量 降至最低， 此阶段为快速耗竭阶段， 随后的 10 年里土壤的全磷量降低不大，此阶段的红壤自然供磷能力已降至最低或者说此时的土壤已无潜在的供磷能力。长期试验的结果也证实了我们上面的说法， NK 处理只有在试验开始的前 6 年有收成，而后每季作物几乎没有收成甚至苗期都不能成活，由此可以说明即使在 N、 K 等其它养分供应充足的条件下，土壤全磷量一旦低于某一水平时（ NK处理的全磷量小于 0.3 g kg-1 时，作物即不能生长甚至不能立苗）， 此种情况下， 土壤 中 任何一种形态的磷（包括 Olsen-P

9、）都可视为无效或者说土壤无有效供磷能力。 全磷是土壤磷素总储量的标志，是衡量 磷素营养水平的参考指标，长期施用磷肥均可以提高土壤全磷的储量，但不同肥料的配合施用对土壤磷素的积累影响不同，从表 1 数据可以看出， NPK 和 PK 处理土壤磷素的总增量 、 积累速度 均 相当， NP 处理土壤磷的总增量 分别 是 NPK 和 PK 处理的 1.72 倍和 1.82 倍，重建速度每年可达 0.019 g kg-1，是 NPK、 PK 的 1.73 倍。 连续不施磷肥的耕层土壤 （ NK 处理） 全磷含量呈明显的下降趋势，年降低速度为 0.022 g kg-1。 表 1 长期施用化肥条件下红壤全磷的

10、含量与增量 Table 1 Content and increment of total P in red soil under long-term chemical fertilizer application 年份 Year 肥料处理 Treatment 全磷 Total-P（ g kg-1） 含量 Content 总增量 Total increment 年增量 Annual increment 1988 试验前 0.63 - - 2004 NPK 0.81 0.18 0.011 NP 0.94 0.31 0.019 PK 0.80 0.17 0.011 NK 0.28 -0.35 -0.

11、022 2.1.2 有机无机配施 从 图 3 可以看出， 长期 低量施用化肥（ CK 处理）可以维持土壤的磷素肥力，土壤全 磷变化幅度不大；在施化肥基础上将收获的花生秸秆全部还田 （ Return 处理） 并不能显著提高土壤全磷量，主要是因为花生秸秆在腐解过程中会消耗一部分土壤中的磷，使得土壤磷素水平下降；化肥配施猪厩肥 （ PM 处理） 可以在短期内提高土壤全磷水平，并且持续施用可使土壤中全磷量高达 1.8 g kg-1，而由此所引发的环境问题也日益受到关注。 因此， 化肥的施用可以增加土壤速效养分含量，提高土壤供肥强度；有机肥的施用可以改善土壤养分库容，提高土壤供肥容量；而有机无机肥的配合

12、施用则可以取长补短，确保作物稳定增产与持久农业的稳定发展 35。 有机无机肥配施既可以节约化肥（能源）又可以在短期内提高土壤肥力，而土壤肥力水平的提高程度受有机类型的影响 69。 0.00.40.81.21.62.01 3 5 7 9 11 13 15 17 19种植年限(a)Cultivated Years全磷 (g kg-1)Total-PCKPMReturn图 3 长期有机 无机配施条件下旱地红壤全磷的年际变化 Fig. 3 Annual changes of total P in red soil under long-term organic-chemical fertilizer

13、combined application 表 2 的结果表明， 3 种 有机无机配施 处理都能在不同程度上增加旱地红壤中的全磷量，但积累速度差别较大。在施化肥的基础上配施猪厩肥 （ PM 处理） 可以使土壤中全磷以每年 0.084 g kg-1 的速度递增，其增加速度是本田还田 （ Return 处理） 的 14 倍，是对照处理（ CK）的 8.4 倍。由此可见，花生秸秆本田还田 （ Return 处理） 并不能有效提高旱地红壤的 磷素肥力，这与秸秆在腐解过程中需消耗额外的土壤磷素有关 9。 表 2 长期有机 无机配合施用条件下红壤全磷的含量与增量 Table 2 Content and in

14、crement of total P in red soil under long-term organic-chemical fertilizer combined application 年份 Year 肥料处理 Fert. Tr. 全磷 Total-P （ g kg-1） 含量 Content 总增量 Total increment 年增量 Annual increment 1988 试验前 0.53 - - 2004 CK 0.69 0.16 0.010 厩肥 1.87 1.34 0.084 还田 0.63 0.10 0.006 2.2 红壤有效供磷量的变化 土壤有效磷（ Olsen-

15、P）并不是指土壤中某一特定形态的磷，虽不具有真正 “ 数量 ” 的概念，但可以用来表征土壤磷素存在的 “ 质量 ” ，也就是说，它可以相对地说明土壤的供磷水平。 下面我们就分析一下两种培肥途径下红壤有效 供磷量 的变化。 2.2.1 单施无 机肥 长期没有磷肥输入的 NK 处理土壤的有效供磷能力（ Olsen-P）一直低于 3.0 mg kg-1，而磷肥的施入可以显著增加红壤的有效磷量。从长期施肥条件下红壤中有效磷的变化可以看出（图 4），可以将土壤 “有效” 磷库的重建过程分为： “ 快速重建 ” 与 “ 稳定重建 ” 两个阶段，重建速度因施肥方式的不同而 有所差异（表 3）。在 “ 快速重

16、建 ” 阶段（ 1988 1995 年），土壤 Olsen-P 的重建速度以 NP 处理最大，年增量为 5.04 mg kg-1，其次为 NPK，年增量为 4.13 mg kg-1， PK 处理的重建速度最小，年 增量只有 3.76 mg kg-1。如果以 20 mg kg-1 的水平作为肥沃土壤的基本要求 10，那么这 3 种施肥只要 4 5 a，也就是说，化肥的合理施用可以在短期内重建土壤磷库，使之达到肥沃水平。在 “ 稳定重建 ” 阶段（ 1995 2004年），只有 PK 处理的 Olsen-P 略有增加，年增量只有 0.05mg kg-1，而 NPK 和 NP 处理的 Olsen-P

17、 含量均呈下降趋势，年下降量为 0.52 0.53 mg kg-1，可能是由于磷肥用量减少所致。 从 图 4 也可以发现，当土壤的 Olsen-P 含量达到一定水平时，继 续施用磷肥其增加效果不明显且有下降趋势 ， 在土壤磷素平衡有较大盈余时，有效磷可以快速增加 ， 但在磷素平衡盈余不大或略有赤字时，有效磷大体可以维持在一个较稳定的水平上，这对于富磷土壤的施磷很重要，这 可以 防止有效磷 的 进一步增 加导致环境安全受到威胁。 -10010203040501 3 5 7 9 11 13 15 17种植年限 (a)Cultivated Years有效磷 (mg kg-1)Olsen-PNPK N

18、PNKPK图 4 长期施用化肥条件下红壤 有 效磷的变化 Fig. 4 Changes of available P in red soil under long-term chemical fertilizers application 表 3 长期施用化肥条件下红壤中有效磷的含量与增量 （ mg kg-1） Table 3 Content and increment of Olsen-P in red soil under long-term chemical fertilizer application 年份 Year 肥料处理Treatment 含量 Content 总增量 Total

19、 increment 年增量 Annual increment 1988 1995 年 1995 2004 年 1988 2004 年 1988 1995 年 1995 2004 年 1988 2004 年 1988 试验前 3.7 - 1995 NPK 32.6 28.9 4.13 NP 39.0 35.3 5.04 PK 30.0 26.3 3.76 2004 NPK 27.3 -5.3 23.6 -0.53 1.39 NP 33.8 -5.2 30.1 -0.52 1.77 PK 30.5 0.5 26.8 0.05 1.58 NK 2.4 -1.3 -0.08 2.2.2 有机无机配施

20、 不同有机无机配施条件下红壤中的速效磷变化较大，从图 5 可以看出，在施化肥的 基础上配施花生秸秆 （ Return 处理） 对土壤有效磷的影响不大，而配施猪厩肥 （ PM 处理） 却可以快速提高土壤中有效磷（ Olsen-P）的水平，甚至高达 164.7 mg kg-1，如果遇到暴雨或产生地表径流，厩肥处理中的磷对环境的威胁可能最大。 03060901201501801 3 5 7 9 11 13 15 17种植年限 (a)Cultivated Years有效磷 (mg kg-1)Olsen-PCKPMReturn图 5 长期有机 无机配施条件下红壤的 有 效磷变化 Fig. 5 Chang

21、es of Olsen-P in red soil under long-term organic-chemical fertilizer combined application 表 4 中的数据表明，有机无机配施都能在不同程度上增加红壤有效磷的量，但增加速度有很大差别，这是不同有机肥性质所决定的。从 Olsen-P 的重建速度来看， 17 年中对照处理 （ CK 处理） 的年增量为 1.3 mg kg-1，说明这种施肥处理需要 15 a 才能达到肥沃土壤的基本要 求 （ Olsen-P 为 20 mg kg-1） 10，表明这一处理的磷用量过低。但在此基础上施用猪厩肥 （ PM 处理） ，

22、重建速度每年达到 9.5 mg kg-1，差不多提高了8 倍，即只需 2 a 就可使土壤有效磷水平从较低水平（ 3.9 mg kg-1）提高到肥沃程度。这表明，短期内迅速提高红壤磷的供应水平是可能的，厩肥加化肥配合施用方法是 一条有效途径。 表 4 长期有机 无机肥配合施用下红壤有效磷的含量与增量 Table 4 Content and increment of Olsen-P in red soil under long-term organic-chemical fertilzer combined application 年份 Year 肥料处理 Fert. Tr. 有效磷 Olsen-

23、P（ mg kg-1） 含量 Content 总增量 Total increment 年增量 Annual increment 1988 试验前 3.7 - - 2004 CK 25.2 21.5 1.3 2004 厩肥 164.7 161.0 9.5 2004 还田 16.8 13.1 0.8 表 4 还说明在施用化肥的基础上，花生秸秆就地还田提高红壤有效磷水平的作用不大，甚至还有降低。年重建速度只有 0.8 mg kg-1，其原因通常是秸秆 C： P 比过大 9，使其在腐解过程中不仅不能释放有效磷，而且还要从土壤中吸收有效磷，从 而降低土壤有效磷水平。所以，应用秸秆就地还田的方式时必须提高

24、无机磷肥的用量，以调节秸秆腐解过程中所需的碳源与磷源的比例，才能达到预期的效果。 2.3 红壤无机磷库的变化 2.3.1 单施无机肥 表 5 列出了长期施用化肥条件下旱地红壤无机磷的平均含量与组成比例。从表中数据可以看出 ，长期没有磷肥施入的情况 NK 处理的土壤各形态无机磷的量均相对较低，在无机磷的构成中约有 50%为无效的闭蓄态磷酸盐（ Oc-P）， 33.6%的铁结合态的磷酸盐（ Fe-P），有效性相对较高的铝结合态磷酸盐（ Al-P）和钙结合态磷酸盐（ Ca-P）所占比例不足 20%，因此， NK 处理的土壤磷素对作物来说基本无效。施肥对 NPK、 NP 和 PK 处理中土壤的无机磷组

25、成影响不大，差异不显著（表 5）， Fe-P 含量约占无机磷总量的 42.6% 46.9%左右，其次为 Oc-P约占无机磷总量的 26.1% 32.9%， Al-P和 Ca-P各约占 16.2% 18.2%、 7.9% 8.8%。 表 5 长期施用化肥条件下红壤中各形态无机磷的平均含量与组成比例 Table 5 Average content and proportion of inorganic phosphorus in red soil under long-term chemical fertilizer application 肥料处理 Treatment Al-P Fe-P Oc-

26、P Ca-P (mg kg-1) (%) (mg kg-1) (%) (mg kg-1) (%) (mg kg-1) (%) NPK 103.6 0.3 a 18.2 0.9 268.1 12.3 a 46.9 1.6 150.5 11.9 a b 26.1 1.5 a 51.5 10.7 8.8 1.4 NP 104.1 12.8 a 18.0 1.8 274.5 37.7 a 46.8 3.2 155.7 25.2 a b 27.3 4.1 46.5 9.6 a 7.9 1.2 PK 97.7 12.3 a 16.2 0.6 256.8 29.9 a 42.6 1.9 200.8 32.6

27、 a 32.9 3.1 49.0 9.5 a 8.2 1.4 NK 9.7 1.3 b 4.7 0.7 69.4 4.8 b 33.6 3.5 103.6 14.7 b 48.2 3.7 b 28.3 2.3 13.5 0.4 注 ： 表中数据为 1995、 1998、 2001 和 2004 年土壤样品分析结果的平均值 标准差 ； 数据后 不同 字母表示同一列数据在 0.05 水平上差异显著 。 下同。 2.3.2 有机无机配施 表 6 中数据表明，厩肥处理的重建磷库中无机磷相对有 效性较大的 Al-P 达到了36.4%，加上 Fe-P 一起高达 76.2%，而相对无效的 Oc-P 不到 2

28、0%，加上 Olsen-P 的极高水平（ 164.7 mg kg-1），这一磷素形态分布特征代表了很高的供磷能力，相比之下，另两个处理的 Al-P 占无机 磷总量的比例只有厩肥处理的一半左右， Olsen-P 相差 6 7 倍， Oc-P 的比例明显高于厩肥处理。这显示了厩肥处理的极大优越性。这和厩肥本身的特点有关 1114，一是本身无机磷比较多，二是猪厩肥腐解过程中释放出的有机酸可以活化土壤中的磷酸盐，而且可以减少磷固定。 表 6 中数据也表明，化肥配合秸秆就地还田重建磷库的形态分布特征基本上和对照处理相近似，也就是说花生秸秆的施入并没有改善土壤磷库。但不应该由此得出结论认为，秸秆就地还田的

29、方式没有优越性。因为随着作物单产的提高，秸秆产量也将随之增加，处理日益增加的大量秸秆将是环境方面所面临的一大难题。而秸秆就 地还田正是解决这一难题的切实可行的途径之一。何况秸秆还田的某些缺点完全可以依靠和化学肥料的科学配施而得到克服，所以，秸秆就地还田的配施方式仍然是我国建立有机无机配合施肥制度最具发展潜力的方式之一。 表 6 长期有机无机配施条件下红壤中各形态无机磷的平均含量与组成比例 Table 6 Average content and proportion of inorganic phosphorus in red soil under long-term organic-chemi

30、cal fertilizer combined application 肥料处理 Treatment Al-P Fe-P Oc-P Ca-P (mg kg-1) (%) (mg kg-1) (%) (mg kg-1) (%) (mg kg-1) (%) 对照 (CK) 89.6 10.3 b 18.6 2.0 b 229.3 12.7 47.6 2.4 126.3 17.1 b 26.2 3.7 36.6 3.9 a 7.6 0.8 厩肥 (PM) 404.1 42.2 a 36.4 1.0 a 441.4 26.2 39.8 1.9 210.0 26.2 a 18.9 1.4 a 54.9

31、18.9 4.9 1.2 还田 (Return) 83.8 17.4 b 17. 9 2.8 212.3 14.8 45.3 1.4 137.4 18.2 b 29.3 3.6 35.3 3.0 a 7.5 0.6 3 讨论 （ 1） 单施无机肥与有机无机配 施两种培肥途径均可以稳定并提高红壤磷素的物质肥力，即提高全磷与有效磷。 同时，可以 提高红壤中各形态无机磷的量，尤其是可以显著增加最有效的 Al-P 含量 。 （ 2） 当红壤磷素的自然供给能力降至最低时，如 NK 处理的全磷量小于 0.3 g kg-1 时，土壤中所有不同形态的磷（包括 Olsen-P）都可视为无效或者说土壤无有效供磷能

32、力。 参考文献 1 CHANG S C, JACKSON M L. Fractionation of soil phosphorusJ. Soil Science. 1957, 84: 133 - 144. 2 鲁如坤 . 土壤农业化学分析方法 M. 北京 : 中国农业科技出版社 , 2000. 3 周鸣铮 . 中国的测土施肥 J. 土壤通报 , 1987, 18(1): 7 13. 4 杨玉爱 . 我国有机肥料研究及展望 J. 土壤学报 , 1996, 33(4): 414 - 422. 5 沈善敏 , 陈 欣 . 中国土壤磷素肥力与农业中的磷管理 A. 沈善敏 . 中国土壤肥力 C. 北京

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36、nd Reserves in Red soils under Two Fertilization Approaches WANG Yan-ling 1, HE Yuan-qiu 2 , Zhou Xiao-dong 1 (1.Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China； 2.Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China) Abstract: Dynamic changes

37、 of phosphorus (P) fertility supply and reserves in red soils under long-term (20 years) fertilization were studied. Application of chemical fertilizer alone and combined with organic-chemical fertilizers were two basic approaches to improve P pool reserves and its supply in red soils by means of in

38、creasing the total soil phosphorus and available soil phosphorus. Results showed that to build up soil P fertility to fertile P level (Olsen-P 20 mg P kg-1) required 45 years by applying phosphate fertilizer alone, and the duration was only two years when organic-chemical fertilizers were applied si

39、multaneously, but it was not significant when peanut straws were applied simultaneously. Long-term application of phosphate fertilizer could increase the content of various inorganic phosphorus in red soil, especially for soil Al-P as the most available soil P. The P supply capacity of red soil coul

40、d be greatly enhanced. When the P-supplying capacity of red soil decreased to a constant low value (for example, the soil total P in Treatment NK was below 0.3 g kg-1), all soil P (including Olsen-P) could be regarded as unavailable fractionation to plant, which means that the soil had not have any capacity to supply P to plant. Key words: Red soil; Long-term located experiment; Fertilization approaches; Phosphorus reserves; Phosphorus supply capacity; Dynamic changes