施肥对石灰性土壤磷素动态变化及番茄磷素营养效应的影响

施肥对石灰性土壤磷素动态变化及番茄磷素营养效应的影响

在石灰土壤中，70%90%的磷酸盐根据不同的形状积累在土壤中，因此很难将其吸收到同一季节的作物身上。据统计,从1980年到2003年我国主要农田土壤上累积磷盈余约为392kg/hm。磷的残留不但降低了磷肥的当季利用率,而且存在很大的环境风险。关于如何减少土壤中磷的固定和提高磷肥利用率已开展了大量的研究,如从磷肥施用技术分析,少量分次条施和启动式施肥(P-start)显示出良好效果;通过小分子有机酸酸化土壤难溶性磷或有机阴离子竞争土壤粘粒表面的吸附位点,从而减少磷的固定,是提高磷的利用率的另一条途径。国外近期研究表明,液体磷肥在石灰性土壤上的有效性、移动性和溶解性等显著高于颗粒磷肥,并能明显促进作物对磷的吸收,且磷酸和焦磷酸等液体磷源比等当量的磷酸二铵颗粒、重过磷酸钙明显提高了土壤磷的有效性、小麦生物量和吸磷量。Bertrand等2006年用32P示踪证实小麦吸磷量的增加是来源于液体肥料中的磷,液肥处理的Pdff%比固体肥料提高了12%～26%。国内也有报道指出,石灰性土壤中酸性液体磷肥对棉花磷素吸收具有明显的促进作用。以上表明在石灰性土壤施用液体磷肥对提高土壤磷有效性、改善作物磷营养及磷素养分资源高效利用具有重要意义。近几年新疆膜下滴灌面积发展非常迅速,随水施肥(Fertigation)逐渐成为滴灌条件下主要的施肥方式,但磷肥施用仍然以固体颗粒磷肥播前施肥为主,这显然不利于充分发挥滴灌的优势。本文采用连续浸提的方法对液体磷肥与固体颗粒磷肥及其不同施用方式对加工番茄磷素营养的影响,分析了不同磷源及其施用方式对石灰性土壤无机磷各组分转化的影响及其肥效,以期为石灰性磷素资源高效利用和滴灌施肥技术的推广提供一定的理论参考。1材料和方法1.1大陆性气候区试验区地处天山北麓中段,古尔班通古特大沙漠南缘。平均海拔300～500m,属典型的温带大陆性气候,冬季长而严寒,夏季短而炎热,年平均气温7.5～8.2℃,日照2318～2732h,无霜期147～191d,年降雨量180～270mm,年蒸发量1000～1500mm。1.2土壤颗粒粒径分布特性小区试验在石河子大学农学实验站进行,土壤类型为灌耕灰漠土(灌淤旱耕人为土,CalcaricFluvisals),土壤pH值(水土比5∶1)为8.2,CaCO3含量122g/kg,有机质6.67g/kg,全氮0.83g/kg,速效磷36mg/kg,速效钾150mg/kg。土壤颗粒中<2μm、2～5μm、5～50μm、>50μm粒径颗粒含量分别为24.9%、13.3%、21.8%和38.1%。供试作物为当地加工番茄主栽品种“里格尔87-5”(LycopersiconesculentumMill.cvLigeer87-5)。种植方式为膜下滴灌。供试氮肥为尿素(N≥46%),磷肥为重过磷酸钙(TSP)(P2O5≥46%),钾肥为KCl(K2O≥62%),滴灌酸性液体肥以液体磷酸、尿素、氯化钾以及黄腐酸、硫酸亚铁、硫酸锌、硼酸等为原料按一定比例配制而成的滴灌专用清液肥(N≥20%,P2O5≥6%,K2O≥6%,养分总量≥32%)。1.3加工番茄的制备试验共设5个处理,分别为:1)不施肥对照(CK1);2)重过磷酸钙(TSP)+尿素+氯化钾全部作基肥(CK2);3)液体肥料全作基肥(FB);4)液体肥料1/2基肥1/2追肥(F1/2BT);5)液体肥料全部作追肥(FT)。施肥量为N300kg/hm2,P2O590kg/hm2,K2O90kg/hm2,各处理氮、磷、钾施用总量和比例完全一致,各处理随机区组排列,4次重复。小区长5m,宽3.5m,面积17.5m2。加工番茄的种植方式为覆膜栽培,采用80cm窄膜覆盖,每膜2行,膜间距60cm,株距30cm,种植密度54000株/hm2,每个小区3膜,两边设保护行。小区之间用PVC隔板隔开,以防止养分和水分相互侧渗,隔板埋深为40cm。2006年春季4月25日播种,2006年8月收获。按常规滴灌设计,在加工番茄整个生育期滴灌量为5400m3/hm2,分7次滴入。基肥施入方式是在播种前把肥料均匀撒在地表然后人工均匀翻入0—20cm的土层(当地磷肥施用主要方式)。滴灌施肥方式为在作物不同生长时期把肥料施入施肥罐随水均匀施入土壤,生育期具体滴灌和施肥时间、比例见表1。1.4样品采集和土样分析加工番茄收获分2次进行,分别在2006年8月5日和8月12日进行果实采收,植株取样在第1次收获时进行,取样后立即在105℃杀青15min,然后按叶片、茎杆等不同器官在70℃烘干至恒重,粉碎样品后待测。加工番茄产量以两次实收产量之和计产。土壤取样方法:加工番茄播种后的第10、40、70、100、120d(Dayafterplant,DAP)用土钻采集土壤0—10cm、10—20cm、20—40cm和40cm以下各层土壤,各小区随机选取3个样点,充分混合形成1个混合土样。采样部位在膜下滴灌毛管的滴头附近10cm左右。土样在自然通风处阴干,分析土壤的基本理化性质。石灰性土壤无机磷素分级按照顾益初和蒋柏藩提出的连续浸提方法将土壤无机磷区分为Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P。具体方法如下:加0.25mol/LNaHCO3溶液浸提Ca2-P(磷酸二钙型),0.5mol/LNH4Ac溶液浸提Ca8-P(磷酸八钙型),0.5mol/LNH4F溶液浸提Al-P(磷酸铝型),0.1mol/LNaOH-0.05mol/LNa2CO3溶液浸提Fe-P(磷酸铁型),0.3mol/L柠檬酸三钠-Na2S2O3-0.5mol/LNaOH溶液浸提O-P(闭蓄态磷),0.25mol/LH2SO4溶液浸提Ca10-P(磷灰石型)。1.5数据处理分析采用EXCEL2005进行数据整理,用DPS3.01分析软件对不同处理进行One-wayANOVA统计分析,并对不同处理进行LSD多重比较。2结果与分析2.1不同处理对0-20cm土层形态中钙磷含量的动态变化的影响2.1.1不同处理的0—不同肥料处理对0—20cm土层Ca2-P含量变化的影响由图1可看出,各施肥处理0—20cm土层的Ca2-P含量显著高于空白对照处理(CK1),通过施肥可显著增加0—20cm土层Ca2-P的含量,尤其增加了0—10cm土层Ca2-P含量。如在第5次取样时(120d),CK1、CK2、FB、F1/2BT、FT处理的0—10cm土层Ca2-P的含量分别为12mg/kg、21mg/kg、20mg/kg、24mg/kg、30mg/kg。在播种后的40d,FT、F1/2BT和FB处理的0—10cm土层的Ca2-P含量分别比CK2增加了53.6%、28.6%、10.7%,70d分别增加52%、40%、12%;施肥100d后FT处理和F1/2BT处理的0—10cm土层Ca2-P含量分别比CK2增加37.5%、12.5%。在各个时期FT处理的土壤Ca2-P含量的相对增加量均高于其他处理。说明液肥追施可提高0—20cm土层Ca2-P含量,增加耕层土壤磷的有效性,使表层土壤持续保持较高的Ca2-P含量。2.1.2施入土壤的磷源对土壤ca8-p含量的影响Ca8-P是可被当季作物吸收利用的磷源,磷肥施入土壤后Ca2-P首先转化为Ca8-P,进一步转化为植物难以吸收利用的Ca10-P(氟磷灰石或羟基磷灰石)。由图2可知,各处理0—20cm土层中Ca8-P的含量均随时间呈明显的下降趋势,在播种后第10d各处理Ca8-P含量均最高,到120d后降到最低。各时期不施肥处理(CK1)的Ca8-P含量均为最低,在10、40、70dCa8-P含量明显低于其他施肥处理,在100和120d差异不显著(P<0.05),说明各磷源在土壤中均发生了Ca2-P向Ca8-P的转化。处理间相比,CK2和FB处理的Ca8-P含量随时间下降最快,其次是F1/2BT,FT处理的降幅最小,其Ca8-P含量在40d以前低于其他3个处理,但在70、100、120d均显著高于其它施肥处理(P<0.05)。若以各处理播种后10d的土壤Ca8-P含量为基础,分别与相应的其它时期相比,CK2处理的Ca8-P含量在40、70、100、120d下降百分率分别为15.8%、19.2%、21.1%、41.9%,而FT处理的分别下降了8.3%、8.9%、9.6%和11.5%。从以上分析可知,施入土壤的磷肥在土壤中转化成为Ca8-P,增加了0—10cm土层Ca8-P的含量。但随生育期的推进,Ca8-P会进一步转化固定成为Ca10-P,TSP固体颗粒磷肥基肥处理(CK2)和液体肥料全做基肥(FB)处理的Ca8-P含量下降百分率最大,表明被固定量大,液体肥料1/2做基肥1/2做追肥(F1/2BT)处理的次之,液肥全做追肥(FT)处理的固定量最低,通过液肥追施处理可保持0—20cm土层较高的Ca8-P含量。2.1.3不同磷源及其施用量对试验地土层中ca10-p含量增加量的影响由图3看出,在5个取样时期各处理0—10cm土壤的Ca10-P含量均高于不施肥对照(P<0.05)。这充分表明Ca8-P转化为Ca10-P,直接证明了图2中Ca8-P下降的原因。不同处理的Ca10-P增量明显不同,总体顺序表现为:CK2>FB>F1/2BT>FT。如播种后40d时,CK2、FB、F1/2BT、FT处理的0—10cm土层Ca10-P含量的增加量分别为17.8%、16.6%、12.7和6.7%。由此说明不同磷源及其施用方法对肥料磷向Ca10-P的转化有明显影响,供给液体磷源可以有效减少土壤对磷的固定,而固体颗粒肥料作基肥时磷的固定量大大增加。各处理10—20cm土层Ca10-P含量变化也表现为相同的趋势,但是向Ca10-P转化的比例较0—10cm土层低,说明施入土壤的磷在0—10cm土层分布的数量大于10—20cm土层。2.2不同施肥处理对0—收获后不同肥料处理对石灰性土壤中各形态无机磷素含量变化的影响对表2分析可知,北疆石灰性土壤上无机磷以Ca10-P为主,约占土壤无机磷总量的70%左右,其次是Ca8-P,占无机磷总量的10%左右,Al-P和O-P分别占8%和6%左右,Fe-P和Ca2-P含量最低,只占土壤无机磷总量的2.0%以下。磷在土壤中的分布有明显的规律,即表层土壤各形态磷含量高,随土层加深逐渐降低。各处理对不同形态无机磷的含量及其占土壤无机磷总量的比率变化影响不同,植物有效性较高的Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量占土壤无机磷总量的比率均随土层加深逐渐下降,尤其是Ca2-P在各层占无机磷总量的比率有显著差异,从表层依次向下的4个土层(0—40cm)中Ca2-P占各层土壤无机磷总量的比率分别为2.5%、2.2%、1.7%、1.2%。Fe-P和O-P占土壤无机磷总量在各层间无明显的变化,而Ca10-P占无机磷总量的比例随土层深度有上升的趋势,其原因是表层土壤Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量增加。如将不施肥对照(CK1)作为本底扣除,分析可知,施磷对0—40cm各土层6种无机磷含量均有增加的作用,但是对0—10cm表层和10—20cm土层的影响明显大于下层。各施肥处理相比,液肥追施(FT)比其它处理明显增加了0—10cm土层Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量,而对Ca10-P、Fe-P和O-P的含量影响不显著。同一土层各施肥处理间无机磷总量(TIP)基本相同。以上表明与固体颗粒磷肥基施(FB)相比,液体磷肥追施(FT)显著提高了0—20cm土层中作物可吸收利用态磷(Ca2-P、Ca8-P)的含量,其原因可能是减少了施入土壤中肥料的Ca2-P和土壤中Ca8-P向Ca10-P转化和固定的结果。2.3不同保水材料对番茄产量和含磷量的影响不同磷源对加工番茄的磷素营养吸收和产量产生明显的影响。由表3可看出,液肥全部追施(FT)处理的产量最高(91725kg/hm2),显著高于其他4个处理(P<0.05)。液体肥料1/2基施1/2追施(F1/2BT)与其他3个处理产量相比,差异也达到显著水平(P<0.05)。固体颗粒磷肥全部基施(CK2)与液肥全部基施(FB)处理间产量差异不显著,但显著高于不施肥对照(CK1)。与CK2相比,FT和F1/2BT处理的番茄单产分别提高26.7%和18.4%,CK2比CK1增产18.8%。不同磷源对番茄磷素营养有明显的影响,液体肥料全部追施(FT)时植株体内含磷量显著高于其他处理。通过差减法计算的番茄的磷肥利用率表明,传统肥料全部基肥,磷肥利用率仅为5.9%,磷肥全部以液肥的形式分次追施其利用率可达15.5%,显著提高了磷肥的利用率。3讨论3.1液体磷肥的施用量近年来比较一致的观点认为,液体磷肥与固体颗粒磷肥在土壤中的物理化学效应(Physic-chemicaleffect)不同是造成液体磷肥在石灰性土壤中磷的移动性、有效性高于固体磷肥的主要原因。Bertrand等认为石灰性土壤上固体磷肥在施肥点的溶解和向外扩散受到限制,导致H2PO4-滞留在肥料颗粒附近,与Ca2+形成沉淀(Precipitation),被固定为难溶性磷。Lombi等用32P示踪研究也表明,液体磷肥中的磷在土壤中扩散率大于固体肥料中的磷,因此液体磷肥发生固定很少。Holloway等在2001年通过充分混合土壤与肥料进行对比,证实液体磷肥在土壤中分布均匀性,即液肥的“施肥点效应(Placementeffect)”并非液体磷肥高效的主要原因。Bertrand等在石灰性土壤上用32P标记的方法证明,小麦吸磷量的增加是来源于液体肥料(磷酸)中的32P,施用液体磷肥的小麦Pdff%比固体肥料提高了12%～26%,并认为由于石灰性土壤的缓冲作用,通过液体磷肥的酸性降低土壤的pH的意义不大。另外,大量研究表明有机小分子可竞争土壤吸附H2PO4-的吸附位点,并可吸附Fe3+和Al3+等离子,从而减少Fe3+和Al3+对磷的化学固定,提高Ca2-P的浓度[8,11,22,23,24,25]。本试验向液肥中添加了5%的黄腐酸,是否促进了0—20cm土壤中磷有效性的增加,并无直接证据,这有待于进一步研究。在石灰性土壤上,施入的磷肥中H2PO4-被吸附在CaCO3粘土矿物表面或发生Ca10-P沉淀。当土壤溶液H2PO4-浓度很低时,粘土表面吸附(Adsorption)占主要地位,被吸附的磷对作物仍然有较高的有效性,但是随着时间的延续被吸附的磷由于形成环状双核桥接结构,其有效性会逐渐降低。当土壤溶液H2PO4-浓度高时,磷的沉淀占主导地位。当固体磷肥颗粒施入土壤,土壤溶液中磷的浓度会升高很快,肥料中的H2PO4-会沉淀在粘土矿物表面。而液体肥料分次追施比固体颗粒肥料做基肥施用大大降低了浓度,另一方面随水施入不会集中分布某个施肥点,因此Ca10-P沉淀少。3.2施肥对番茄磷素营养吸收的影响本实验中各肥料处理对土壤各无机磷形态及含量的影响主要集中在0—20cm土层中,液体磷肥追施处理的土壤Ca2-P含量明显高于固体磷肥作基肥处理,其Ca10-P含量又低于固体磷肥作基肥处理和其他处理;固体磷肥基肥处理的土壤Ca2-P含量变化与之相反,这说明液肥施入土壤向Ca10-P转化和固定量小,反之固体磷肥固定量高(图1、图3)。我们的结果充分说明液体磷肥在石灰性土壤的溶解性和有效性高于固体磷肥,也从侧面支持Lombi等所提出的物理-化学效应(Physic-chemicaleffect)的观点。各施肥处理土壤中的Ca8-P含量随时间逐渐降低,是因为Ca8-P不断向Ca10-P进行转化和固定的结果。不施肥对照Ca2-P含量也随时间逐渐降低的原因可以归结为磷在土壤中有效性的自然衰减(固定)的过程,因为前茬棉田磷肥的残效仍然起作用