不同磷肥对黄瓜的影响研究.doc

gei黄瓜和番茄温室土壤Olsen-P阈值研究张彦才1， 李若楠1，王丽英1，翟彩霞1，李巧云1，陈丽莉1，武雪萍*2，吴会军2 （1河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北，石家庄 050051；2中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081）介绍磷是植物生长发育所必需的大量营养元素之一，主要因为其在能量代谢、糖分代谢、酶促反应和光合作用等过程中起着至关重要的作用，并且是核酸、植素和卵磷脂的重要组成成分，在很大程度上决定了作物的产量和品质(Lynch and Beebe,1995)。植物根构型对磷吸收起着重要作用。同时在众多种类的根分泌物中，质子、有机酸和酸性磷酸酶被普遍认为以直接或间接的方式影响土壤磷的有效性，与植物吸收磷的效率有关。磷酸酶是土壤中最活跃的酶类之一，在土壤磷素循环中起重要作用。植物根系及其残体、土壤动物及其遗骸和为生物所分泌的磷酸酶是其主要来源。磷肥的当季利用率只有1025%。其施入土壤的磷肥很快转化为Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P等形态无机磷。长期大量施用磷肥不仅使020cm耕层土壤磷素大量积累,2040cm土层磷素均有不同程度的增加。在中国，无论是在大田还是种植蔬菜的温室，因为不断增加的磷肥施用量，导致磷素在土壤中过分积累。鲁如坤对中国南方广东、福建农田土壤磷素调查发现，由于这一地区施肥历史较长(近40年),大部分土壤特别是水稻土都可能出现磷素的积累情况。在对中国北方种植蔬菜的温室调查发现，随着日光温室棚龄增加,土壤中N、P不断积累。北京郊区种植313年的蔬菜保护地上土壤全磷含量高达816.22921.4mg/kg,平均为1711.4mg/kg。土壤磷素组成以无机磷(Pi)为主,其含量占土壤全磷的76.6%91.7%,平均为83.5%。土壤Olsen-P的含量为2303721mg/kg,平均为1709mg/kg,占土壤全磷的28%171%。大量施入磷肥使土壤Olsen-P占土壤全磷的比率显著增加。大量施用磷肥，不仅加重了农民的负担，这也给环境造成压力。近年来，随着农田磷水平的增加，农田非点源磷对水体污染的威胁逐渐凸显。对于那些用于农业生产的土壤而言，常常有高含量的磷素残留，因为磷素常以难容的形态出现并且会在土壤中残留很长时间(Joanne C. Gilbert et al., 2003) 。在土壤中过分积累的磷会加重地表径流形式磷素的损失，从而造成淡水富营养化(Ander N. Sharpley et al., 2001)。因此化学修复和植物提取被用来减少土壤磷素的积累以及磷素的流失(Nilesh C. Sharma et al., 2006)。一般的施肥原则是补充不足的养分达到增产效果。根据目前的磷肥施用及土壤Olsen-P积累状况，我们提出建立新的施磷肥原则：即在土壤磷素积累到某种程度(如施磷无效)后,如何施磷肥的问题。我们认为在施磷肥无效的情况下,施磷的原则不再是为了增产而应是为了把土壤有效磷水平保持在某一合理的水平上。土壤Olsen-P是表征土壤供磷能力、确定磷肥用量和农田磷环境风险的重要指标。在这篇文章中，我们研究如下三方面的问题：(i) 调查河北省146个温室大棚土壤Olsen-P(Oslen-P)和土壤PH值，土壤电导率之间的关系；(ii) 不同磷肥施用量对于蔬菜产量和品质的影响；(iii) 对于土壤Olsen-P严重积累的番茄和黄瓜温室，土壤Olsen-P临界值研究。 结果与讨论调查试验依据陈伦寿等人对菜园土壤Olsen-P含量分级分别为严重缺乏组(土壤Olsen-P含量30)，缺乏组(30土壤Olsen-P含量60)，适量组(60土壤Olsen-P含量90)和过量组（土壤Olsen-P含量90），将我们的土壤Olsen-P结果分为4部分，结果见表4。结果显示在河北省98个种植番茄的温室土壤Olsen-P含量在14.75674.93 mg/kg，有72.45 %的温室土壤Olsen-P含量超过90 mg/kg过量积累。48个种植黄瓜的温室土壤Olsen-P含量范围在27.56536.00 mg/kg，有77.08 %的温室土壤Olsen-P过量积累。分析土壤Olsen-P含量高于90mg/kg的温室Olsen-P平均值可见，土壤Olsen-P过量积累的现象在种植黄瓜的温室表现的更为严重。这可能与黄瓜对P的忍耐值高有关。表4土壤调查结果SAP/温室数项目温室土壤Olsen-P（mg/kg）番茄黄瓜30Max21.14Min14.75Ave17.9427.56Std4.523060Max59.6858.05Min33.1442.38Ave46.7450.55Std9.518.426090Max80.4587.59Min61.7064.72ave71.6875.88std9.518.8690max674.93536.00min92.1491.46ave185.62247.92std92.08117.45土壤Olsen-P含量与土壤电导率/全盐之间的关系土壤全盐和电导率常被用作表示土壤盐渍化程度的重要指标。在被调查的98个种植番茄的温室土壤电导率在44.55 758.54 us/cm 25，平均值为166.44 us/cm 25。48个种植黄瓜的温室土壤电导率在55.88 1142.91 us/cm 25，平均值为317.02。根据多数蔬菜对盐分的忍耐临界值（文献?）400 us/cm 25，有9.18 %的番茄温室和22.92 %的黄瓜温室土壤电导率超过该值；有1.02 %的番茄温室和16.67 %的黄瓜温室土壤电导率超过生理盐害临界值600 us/cm 25。图1为土壤Olsen-P与电导率的相关分析。从图中可见无论是黄瓜温室还是番茄温室，土壤电导率值与土壤Olsen-P含量之间均极显著正相关。这说明温室土壤盐渍化程度较高，这可能源于农民过量的磷肥料投入。而这种现象在种植黄瓜的温室表现的更加明显。根据我们的电导率与全盐的相关性。Olsen+P与全盐的关系。图1土壤Olsen-P与电导率之间的关系图*代表在0.05显著度水平上的相关性. *代表在0.01显著度水平上的相关性，下同。土壤Olsen-P含量与土壤PH值之间的关系土壤次生盐渍化普遍引起土壤pH下降，使土壤酸化，从而影响作物的生长。98个番茄温室土壤PH范围在6.86 8.43之间，平均值在7.74；48个黄瓜温室土壤PH在6.43 8.40之间，平均值7.61。图2为土壤Olsen-P与土壤PH的相关性。从图中可见土壤PH和0-20cm土壤Olsen-P含量之间极显著负相关。说明随着土壤Olsen-P含量的增加，土壤有酸化、退化的趋势。图2 土壤Olsen-P与土壤PH的相关性土壤Olsen-P含量与有机质含量的关系从土壤调查结果看98个番茄温室土壤有机质范围在0.83 6.02之间，平均值为1.97 %；48个黄瓜温室土壤有机质范围在0.60 8.17 %，平均值为2.31 %。从图3土壤Olsen-P与有机质含量的相关性发现，土壤有机质含量与土壤Olsen-P含量显著正相关。这与其他人的结果一致。这可能是因为有机质不仅丰富了土壤磷库，增加了磷的解吸，减少了磷的固定，提高土壤微生物转化有机磷的强度和碱性磷酸化酶的活性，从而提高土壤磷的有效性。 图3 土壤Olsen-P与有机质含量的相关性土壤Olsen-P含量与种植年限的关系被调查98个番茄温室种植年限在115年，平均种植年限为5.64年；48个黄瓜温室种植年限在1 16年，平均种植年限为6.54年。图4为土壤Olsen-P与种植年限的相关性。从中可见土壤Olsen-P含量和种植年限之间的呈显著正相关，这暗示了随着种植年限的增加，磷素在土壤耕层不断积累。图图4 土壤Olsen-P与种植年限的相关性田间试验产量番茄图5显示了在不同磷肥施用量下番茄的产量差异。在T1温室中，随着磷肥施用量的增加，番茄的产量下降，P0处理番茄产量最高为6.6042104 kg/ ha，显著高于P800和P1000处理。这说明T1温室土壤速效磷水平已经超过了番茄生理耐受临界值，不施磷肥，单施有机肥、氮肥和钾肥即可维持产量。分析T2温室番茄产量结果发现，随着磷肥施用量的增加，番茄产量先升高后降低；其中P500处理产量最高，为9.0849 104 kg/ ha，显著高于P0和P1000处理。比较T1和T2温室番茄产量发现，T2温室各处理番茄产量均高于T1温室。图5 各施用磷肥处理番茄产量黄瓜图6显示在不同磷肥施用量下黄瓜产量及其构成。在C1温室中，P800处理黄瓜产量和果数最多，分别为22.3049 104 kg/ ha和134.1050104 /ha，P300处理黄瓜单果重最高为170.60 g，但各处理均为达到显著差异。在C2温室中，也为P800处理黄瓜产量和果数最多，分别为23.3764 104 kg/ ha和124.2504 104 /ha，但各处理均未达到显著差异；P0处理黄瓜单果重最高为204.12 g。比较C1和C2温室黄瓜产量发现，C2各处理黄瓜产量均高于C1，且其主要是通过增加单果重来增加黄瓜的产量的。比较番茄和黄瓜的产量数据发现：番茄比黄瓜对不同磷肥施用量反应更加敏感。这可能是因为黄瓜是一种潜在的磷素富集植物。在高磷含量的土壤中，其器官生物量有明显积累。( Nilesh C. Sharma et al., 2007)图6各施用磷肥处理黄瓜产量品质番茄表5显示在不同磷肥施用量下番茄品质的差异。番茄Vc含量，番茄红素，可滴定酸，可溶性糖和硝酸盐含量受各处理显著影响。在T1温室中，P1000处理Vc含量、可溶性糖含量最高，而可滴定酸、硝酸盐含量最低，因此品质最好。这与产量结果相背离。在T2温室中，P500处理Vc含量、番茄红素和可溶性糖含量最高，但是其可滴定酸、硝酸盐含量也是最高的；而P0处理可滴定酸含量是最低的，P1000处理硝酸盐含量最低。表5 不同磷肥施用量对番茄产量与品质的影响温室代号处理Vc 含量(mg/ 100g)番茄红素含量(mg/ 100g)可滴定酸含量 (%)可溶性糖含量 (%)硝酸盐含量(mg/ kg)T1A04.39c1.12b2.63a15.65ab193.68aA16.39ab1.43b2.24ab15.54b180.62aA24.81bc2.67a2.31ab16.57ab182.35aA38.05a1.51b1.91b16.82a119.96bT2B07.51c1.26b1.67b10.85b141.00abB112.90a1.70a2.19a14.89a174.31aB29.28b1.64a1.84b13.50a153.20abB38.20bc1.06b1.85b14.89a115.01b比较这些平均数，在每一列中不同的子母表示在005水平上有显著差异。黄瓜表6显示不同磷肥施用量对黄瓜品质的影响。在C1温室中，P500处理Vc含量、可溶性糖含量最高，而P0处理硝酸盐含量最低。在C2温室中，也为P500处理Vc含量最高，P300处理可溶性糖含量最高，而P1000处理硝酸盐含量最低。比较番茄和黄瓜品质数据发现：无论番茄还是黄瓜，P500处理果实中Vc含量最高，而P1000处理硝酸盐含量最低。表6 不同磷肥用量对黄瓜产量和品质的影响温室编号处理号VC含量(mg/ 100g)可溶性糖 (%)硝酸盐(mg/ kg)C1C04.18ab6.53ab139.23aC14.47a6.44ab148.88aC24.52a8.13a140.33aC33.73b7.41ab161.66aC44.01ab5.955b144.72aC2D07.44abc10.00a150.12aD17.88ab12.00a134.98aD28.56a10.02a152.89aD36.74bc10.23a151.61aD46.12c11.66a119.00a比较这些平均数，在每一列中不同的子母表示在005水平上有显著差异。施磷肥量与土壤Olsen-P番茄图7显示在幼苗移栽后15天、80天（盛果期）土壤Olsen-P含量和施磷量之间的关系。无论是在幼苗移栽后15天还是在拉秧期，土壤Olsen-P含量随着施用磷肥量的增加而增加。在移栽后15天和结果末期T1温室土壤Olsen-P含量与磷肥施用量之间相关性r值分别为0.9051和0.9786。这两个时期T2温室土壤Olsen-P含量与磷肥施用量之间相关性r值分别0.9181和0.8687（使用的是两次重复数据作的相关性）。但是比较T1和T2两个温室发现T1土壤速效磷含量高于T2。 图7 在幼苗移栽15天后和80天（盛果期）土壤Olsen-P含量与磷肥施用量之间的关系。 黄瓜图8显示在幼苗移栽后15天、50天、140天和235天（盛瓜前期、盛瓜中期和拉秧期）土壤Olsen-P含量和施磷量之间的关系。无论是在什么时期，土壤Olsen-P含量随着施用磷肥量的增加而增加。在幼苗移栽后15天、50天、140天和235天（盛瓜前期、盛瓜中期和拉秧期）C1温室土壤Olsen-P含量与磷肥施用量之间相关性r值为0.9386，0.8290，0.5853，0.8426。该四个时期C2温室土壤Olsen-P含量与磷肥施用量之间相关性r值为0.9064，0.9230，0.8759，0.7610（使用的是两次重复数据作的相关性，并非平均数）。比较C1和C2两个温室土壤速效磷发现C1温室各处理随着时间推移，土壤Oslen-P含量变化大，而C2温室变化小。 图8 在幼苗移栽15天后、50天、140天和235天（盛瓜前期、盛瓜中期和拉秧期）土壤Olsen-P含量与磷肥施用量之间的关系。 土壤电导率与Olsen-P之间的关系图9将T1和T2温室番茄移栽后15天和80天（盛果期）土壤速效磷含量与电导率（所有数据非平均数）作相关分析发现两者之间遵循对数关系，且达到极显著水平。将C1和C2温室黄瓜移栽后15天、50天、140天和235天（盛瓜前期、盛瓜中期和拉秧期）土壤速效磷含量与电导率（所有数据非平均数）作相关分析发现两者之间也遵循对数关系，亦达到极显著水平。图9土壤Olsen-P含量与电导率之间的关系。 土壤Olsen-P阈值的确定 可以用品质的数据 电导率与产量找临界值番茄图黄瓜图结论参考引文Andrew N. Sharpley, Richard W. McDowell, Peter J. A. Kleinman, 2001. Phosphorus loss from land to water: integrating agricultural and environmental management. Plant Soil. 237, 287-307.B. Colomb, P. Debaeke, C. Jouany, J.M. Nolot, 2006. Phosphorus management in low input stockless cropping systems: Crop and soil responses to contrasting P regimes in a 36-year experiment in southern France. Eur J Agron. 26, 154-165.Joanne C. Gilbert, David J.G. Gowing, Peter Loveland, 2003. Chemical amelioration of high phosphorus availability in soil to aid the restoration of species-rich grassland. Ecol Eng. 9, 297-304.Nilesh C. Sharma, Daniel L. Starnes, Shivendra V. Sahi, 2007. Phytoextraction of excess soil phosphorus. Envir Pollu. 146, 120-127.Supplemental data:表1 番茄大棚土壤调查结果SAP/温室数项目Olsen-P（mg/kg）电导率(us/cm)25有机质含量（）PH年限302/98max21.14 234.93 1.51 8.12 3.00 min14.75 68.57 1.50 7.81 3.00 ave17.94 151.75 1.50 7.97 3.00 std4.52 117.63 0.01 0.22 0.00 306012/98 max59.68 406.37 3.46 8.43 13.00 min33.14 77.96 0.83 7.19 1.00 ave46.74 150.58 1.60 7.81 3.58 std9.51 87.21 0.62 0.32 3.26 609013/98 max80.45 275.83 2.14 8.35 10.00 min61.70 44.55 0.95 7.39 1.00 ave71.68 116.03 1.53 7.93 4.54 std9.51 87.21 0.62 0.32 3.26 9071/98 max674.93 758.54 6.02 8.26 15.00 min92.14 51.98 1