14精准养分管理- 粮田土壤磷、钾养分的垂直分布特征.doc

精准养分管理粮田土壤磷、钾养分的垂直分布特征黄绍文 金继运 杨俐苹 程明芳中国农业科学院土壤肥料研究所对土壤特性，尤其是对土壤养分空间变异的充分了解是管理好土壤养分和合理施肥的基础1。自40年代中期以来，国外对土壤养分空间变异进行了大量的研究29。而我国该方面的研究较少10，尤其是在有关土壤养分的纵向变异方面。为此，十分有必要研究土壤养分的垂直分布特征，为养分资源的持续高效利用提供理论基础。1 材料与方法1.1 样品采集在黄淮海平原选择主要农业自然经济类型区河北省玉田县（海河平原）作为本项研究的试区，以有代表性的小麦-玉米轮作区和2个钾肥定位监测点为研究对象。1.1.1 代表性地块从褐土区的林头屯、彩亭桥、孤树等3个乡（镇）各选择1个有代表性的粮食地块，从潮土区的鸦鸿桥、杨家板桥乡和虹桥镇的珠三、芦家、东会3个村选择有代表性的粮食地块各1个。在每个代表性粮食地块上采取020cm、2040cm、4060cm土壤样品。种植制度为小麦-玉米。1.1.2 定位监测点 2000年3月下旬，从郭家屯乡王各庄村和虹桥镇小定府村的钾肥定位试验点的NP、NPK、NPM、NPKM 4个处理上分别采取020cm、2040cm、4060cm土壤样品。 每茬作物的N、P2O5、K2O用量分别为150kg/ha、150kg/ha、112.5 kg/ha；有机肥（M）用量（干重）一般为10000 kg/ha，在春播作物或小麦上作基肥施用。王各庄村定位点，土壤类型为褐土，粘土矿物以云母为主，土壤质地为粘壤，定位时间从1987年夏玉米开始，轮作方式为小麦-夏玉米；小定府村定位点，土壤类型为潮土，粘土矿物以蒙脱石为主，土壤质地为粘壤，定位时间从1987年春玉米开始，轮作方式为春玉米-小麦-夏玉米（两年三作），从1996年改为一年一茬春玉米。1.2 样品分析本项研究是在“土壤养分综合系统评价法与作物高产高效平衡施肥技术”成果的基础上进行的。该技术的核心是应用联合浸提剂和系列化操作规程，能快速准确测定和全面评价土壤中各种大、中、微量营养元素状况和供应能力，并在此基础上实现保证各种营养元素均衡供应的平衡施肥技术体系。 P、K、Cu、Fe、Mn、Zn的联合浸提与测定： 浸提剂为ASI溶液（0.25mol/L NaHCO3 - 0.01mol/L EDTA - 0.01mol/L NH4F）；P用钼锑抗比色法测定，K、Cu、Fe、Mn、Zn用原子吸收分光光度计测定。NH4+-N、Ca、Mg的联合浸提与测定：浸提剂为1mol/L KCl溶液；NH4+-N用靛酚蓝比色法测定，Ca、Mg用原子吸收分光光度计测定。S的浸提与测定：浸提剂为0.08mol/L Ca(H2PO4)2 H2O溶液，用BaCl2比浊法测定。有机质（OM）：浸提剂为0.2mol/L NaOH - 0.01mol/L EDTA - 2%甲醇，比色测定。pH：水土比为2.51，复合电极测定。2 结果与分析2.1土壤养分含量的垂直分布按照土壤养分综合系统评价法所设定的土壤养分含量临界值指标对耕层（020cm）土壤养分状况进行了初步评价。表1表明，土壤N、P、K、Mn和Zn普遍缺乏，其速效含量低于临界值的土样数占总土样数的百分数分别为100、62.5、100、87.5和87.5。此外，还有37.5%的土样中的Fe也低于临界值，对于它的缺乏也不可忽视。粮田土壤养分速效含量呈现较明显的垂直分布规律，总的趋势是上部土层主要养分速效含量高于下部土层。020cm土层N(NH4+-N)、P、K、Mn、Zn、Fe、Cu等养分含量明显高于2040cm和4060cm土层， 2040 cm和4060cm土层养分含量差异不大（表1）。土壤速效P和K含量的垂直分布特征差异较大（图1）。020cm土层分别与2040cm和4060cm土层比较，P含量平均分别高出4.7和5.2倍，而K含量平均分别仅高出26.8%和28.0%。020cm土层P含量数倍高于2040cm和4060cm土层，这主要与施入土壤中的P（一般施在020cm的耕层范围内）移动性小而使得所施磷肥绝大部分残留在耕层，下部土层P一直处于耗竭状态而难以得到补充，以及目前施磷情况下土壤P收支平衡（一般在020cm的耕层范围内）一般为盈余11等有关。从土壤耕层（020cm）速效P的含量来看，供试地块中属一般缺磷的地块占62.5%，P含量较丰富的地块占37.5%；但从下部土层（2040cm和4060cm）P的含量来看，供试地块均处于极缺磷状态。这种土壤磷空间分布严重不均的现象是磷肥利用率难以提高的主要症结12。土壤磷空间分布不均，严重影响了作物根系的生长及对养分的吸收，从而导致作物产量的大幅度降低。 020cm土层K含量明显高于2040cm和4060cm土层，但其含量在上（020cm）下（2040cm和4060cm）部土层之间的差异较P相对要小很多。可能的原因是，施入土壤中的K（一般施在020cm的耕层范围内）移动性较P相对较大；下部土层K虽一直处于耗竭状态，但有来自上部土层（020cm）K的部分补充；目前施钾情况下土壤K收支平衡一般为亏缺11。 (表：表1 粮田不同土层的速效养分(mg/L)和OM(%)含量及pH值 )养分 项目 Item 含量 020cm土层 低于临界值的土样数占总土样数的百分数（%） The percentage of soil samples below the critical value in 020cm 范围 Range 平均 Average 土层深度（cm） Soil depth 020 2040 4060 020 2040 4060 OM 0.62.0 0.42.5 0.41.4 1.1 1.2 0.8 NH4+-N 7.217.0 4.715.0 1.410.3 11.8 7.3 5.7 100.0 P 7.442.7 1.64.8 0.63.9 16.0 2.8 2.6 62.5 K 46.971.7 39.166.5 31.366.5 64.4 50.8 50.3 100.0 Mn 1.818.4 0.94.3 0.74.4 5.0 1.9 1.6 87.5 Zn 0.72.4 0.50.9 0.50.7 1.2 0.7 0.5 87.5 Fe 7.891.2 3.533.2 4.433.3 25.5 15.3 12.6 37.5 S 20.955.2 13.898.1 22.3136.3 35.2 44.1 54.7 0.0 Ca 1302.66377 22657034 27256433 3986 4852 4321 0.0 Mg 2801706 351.11662 4251633 784 810 808 0.0 Cu 1.42.5 1.12.3 1.02.3 1.8 1.5 1.4 0.0 pH 5.27.9 6.58.0 6.88.0 7.3 7.6 7.7 注释：注：临界值（mg/L）：N为50; P为12; K为78; Mn为5; Zn为2; Fe为10; S为12; Ca为401; Mg为122; Cu为1。2.2 施肥措施对土壤养分含量垂直分布的影响不同施肥措施对上部土层（020cm）养分含量有较明显的影响，而对下部土层（2040cm和4060cm）养分含量影响较小（表2）。 2.2.1 不同施肥措施对020cm土层P含量的影响 两定位监测点上不同施肥处理在020cm土层的P含量趋势基本相同，即NPKMNPMNPNPK。NPK处理的土壤P含量较NP处理低，这与钾肥的施用有关。由于钾肥的施用，NPK处理的产量明显高于NP处理，因而NPK处理的土壤P素养分支出高于NP处理，致使NPK处理的土壤P含量低于NP处理。NPM和NPKM处理的土壤P含量明显高于NPK处理，这与有机肥的施用有关。因为有机肥中含有较丰富的磷，因而配施有机肥的2个处理（NPM和NPKM）的土壤P素养分盈余相对较NPK处理多，使得NPM和NPKM处理的土壤P含量较NPK处理明显高。2.2.2 不同施肥措施对020cm土层K含量的影响 两定位监测点上不同施肥处理在020cm土层的K含量差异较大，其中以NPKM处理的土壤K含量为最高，以NP处理的土壤K含量为最低。在每茬作物施K 112.5kg/ha的情况下，王各庄村和小定府村2个定位监测点土壤速效K含量分别提高了21.5mg/L、18.6mg/L；在每年只在春播作物或小麦上施用有机肥约10000kg/ha的情况下，王各庄村和小定府村2个定位监测点土壤速效K含量分别提高了6.8mg/L、19.6mg/L；在有机肥（每年1次）和钾肥均施用的情况下，王各庄村和小定府村2个定位监测点土壤速效K含量均提高了30.3mg/L。表明单施钾肥或有机肥，以及配合施用钾肥和有机肥，均能明显提高土壤钾素肥力，其中以钾肥和有机肥配合施用的效果为最明显。2.2.3 不同施肥措施对2040cm和4060cm土层P与K含量的影响两定位监测点上不同施肥处理在2040cm、4060cm土层的P、K含量差异均较小。不同施肥处理的2040cm 和4060cm土层P含量范围，王各庄村定位监测点分别为3.65.8mg/L和2.13.9mg/L；小定府村定位监测点分别为2.23.6mg/L和1.53.1mg/L。不同施肥处理的2040cm 和4060cm土层K含量范围，王各庄村定位监测点分别为58.766.5mg/L和54.762.6mg/L；小定府村定位监测点分别为31.346.9mg/L和31.354.7mg/L。3 结论及讨论粮田土壤养分速效含量呈现较明显的垂直分布规律，总的趋势是上部土层主要养分含量高于下部土层。020cm土层分别与2040cm和4060cm土层比较，P含量平均分别高出4.7和5.2倍，K含量平均分别仅高出26.8%和28.0%。由于020cm土层P含量数倍高于下部土层，磷肥应尽可能深施，以提高下部土层P素肥力，改善土壤P素空间分布严重不均的状况，促进作物根系的正常生长和对养分的吸收。 (图：图1 粮田不同地块各土层的P、K速效含量)两定位监测点上不同施肥处理在020cm土层的P、K含量差异均较大，而在2040cm、4060cm土层的P、K含量差异均较小。 (表：表2 定位监测点上施肥措施对不同土层速效P和K养分含量的影响 )养分 项目 Item 土层深度 (cm) Soil depth 王各庄村定位监测点 The fixed site in Wanggezhuang village 小定府村定位监测点 The fixed site in Xiaodingfu village NP NPK NPM NPKM NP NPK NPM NPKM P 020 52.3 45.0 55.0 57.1 7.3 6.5 13.2 13.4 2040 4.2 3.7 5.8 3.6 2.2 3.3 2.4 3.3 4060 2.8 3.3 2.1 3.9 2.7 3.1 1.5 2.2 K 020 60.6 82.1 67.4 90.9 42.0 60.6 61.6 72.3 2040 58.7 66.5 58.7 58.7 31.3 31.3 31.3 46.9 4060 58.7 62.6 54.7 54.7 31.3 35.2 35.2 54.7 注释： 注：单位：mg/L长期施用钾肥能显著提高耕层土壤钾素肥力。长期以来，由于钾素收支不平衡，北方土壤钾的消耗加剧，土壤钾素肥力下降，缺钾矛盾日益暴露13。对那些供钾能力属于中下（有增产作用）的土壤，由于土壤本身提供的钾素有限，若土壤钾素长期处于亏缺状态，则将会严重影响农业生产。为了维持和提高土壤钾素肥力，使作物高产和稳产，目前必须重视土壤钾素平衡，合理增施钾肥。在施用NPK的基础上，长期配施有机肥能明显改善耕层土壤磷、钾等养分状况。有机肥对培肥和保持土壤肥力作用良好，肥沃的、具有较高养分供给力的土壤，对于提高和稳定作物产量的作用时常不能通过当季施以足量的养分所替代14；可减少作物养分供给对当季施肥的依赖，从而可有效地减少因当季化肥施用不当而带来的风险损失15。因此，在有机肥用量锐减的今天，必须十分重视有机肥的施用，以保证农业的持续稳定发展。 主要参考文献1 Franzen D W, Hofman V L, Halvorson A D et al. Sampling for site-specific farming: Topography and nutrient considerations. Better Crop, 1996, 80(3): 1418.2 Ball D F and Williams W M. Variability of soil chemical properties in two uncultivated brown earth. J. Soil Sci., 1968, 19: 379391. 3 Biggar J W. Spatial variability of nitrogen in soils. In: Nitrogen in the Environment, Vol. 1. Nitrogen behavior in field soil. Nielson D R and MacDonald J G, (eds.). 1978, 201211.4 Yost R S, Uehara G and Fox R L. Geostatistical analysis of soil chemical properties of large land areas. I. Semivariograms. Soil Sci. Soc. Am. J., 1982, 46: 10281032.5 Trangmar B B,Yost R S, Wade M K et al. Spatial variation of soil properties and rice yield in recently cleared land. Soil Sci. Soc. Am. J., 1987, 51: 668674.6 West C P, Mallarino A P, Wedin W F et al. Spatial variability of soil chemical properties in grazed pastures. Soil Sci. Soc. Am. J., 1989, 53: 784789.7 Cahn M D, Hummel J W, and Brouer B H. DIVISION S-8-NUTRIENT MANAGEMENT & amp; SOIL & amp; PLANT ANALYSIS. Spatial analysis of soil fertility for site-specific crop management. Soil Sci. Am. J., 1994, 58: 12401248.8 Zhang R, Rahman S, Vance G F