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发布时间：2022-04-14 11:01所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘 要 为探究施磷量对枸杞产量、磷素吸收量及土壤磷盈亏状况等的影响,于2019─2020年在青海诺木洪农场进行田 间 试 验,设 置 施 磷 (P2O5 )0kg/hm2 (P0 )、133kg/hm2 (P133 )、267kg/hm2 (P267 )、400kg/hm2(P400)、534kg/hm2(P534)和农民习惯施磷量667kg/hm2(P667)
摘 要 为探究施磷量对枸杞产量、磷素吸收量及土壤磷盈亏状况等的影响,于2019─2020年在青海诺木洪农场进行田 间 试 验,设 置 施 磷 (P2O5 )0kg/hm2 (P0 )、133kg/hm2 (P133 )、267kg/hm2 (P267 )、400kg/hm2(P400)、534kg/hm2(P534)和农民习惯施磷量667kg/hm2(P667)处理,计算土壤有效磷累积量、植株磷素累积量和当季土壤表观磷盈亏。结果表明,枸杞产量随施磷量的增加呈先增加后降低的趋势,P534 处理枸杞产量最高,2019年和2020年较对照(P0)处理分别增加34.7%、38.2%。两年 P534 处理的净收益最高,分别为143315元/hm2、162795元/hm2,较 P667 处理增加12.5%、3.6%。施磷显著提高植株磷素累积量。2020年P534 处理的植株磷素累积量最高,分别较 P0、P667 处理提高69.7%、7.0%。土壤有效磷含量的变化主要集中于0~60cm 土层,且土壤有效磷累积量随施磷量增加而增加。2019年和2020年施磷133kg/hm2 土壤磷素为亏缺状态,施磷267~667kg/hm2 土 壤 磷 素 均 为 盈 余 状 态。P534 处 理 2a的 土 壤 表 观 磷 年 盈 余 分 别 为135.1kg/hm2、87.0kg/hm2,较 P667 处理分别降低31.0%、43.8%。当季土壤表观磷盈亏与施磷量呈极显著正相关(P<0.01),施磷量每增加100kg/hm2,土壤表观磷年盈余分别提高41.6kg/hm2、35.6kg/hm2。回归分析结果表明2a施磷量分别为 198.3kg/hm2、245.7kg/hm2 时,土壤磷素盈亏可达到平衡状态。综合考虑,推荐柴达木地区中高肥力枸杞园磷肥(P2O5)用量为534kg/hm2。
关键词 枸杞;产量;植株磷素累积量;土壤有效磷;当季土壤表观磷盈亏
磷是植物生长发育的必需营养元素,也是农业生产过程中最重要的养分限制因子[1-2]。枸杞(Lyciumbarbarum L.)为茄科枸杞属多年生落叶灌木,是中国重要的“药食两用”植物资源[3],是改良盐碱地的先锋树种[4]。柴达木地区枸杞种植规模已由2007年的2181.09hm2 增至2018年的33456.72hm2,为当地种植户带来了巨大的经济效益[5]。
但枸杞种植户为追求高产投入过量磷肥,使 得 土 壤 长 期 处 于 磷 盈 余 的 状 态。截 至2020年,青海省磷肥投入高达1.8×104t(复合肥按 1/3 算)[6]。由 于 磷 肥 当 季 利 用 率 较 低,极 易被土壤固定 等 特 点[7-10],磷 素 容 易 在 土 壤 中 大 量累积,带来农田土壤环境污染风险[11-13]。因此,合理施用磷肥与作物产量、磷肥残留量密切相关。前人在磷肥用量对植物产量、磷素累积的响应做了大量的研究工作。
李钰等[14]研究表明宁夏枸杞产量随施磷量的增加呈先增后降的趋势,当施磷(P2O5)量为349.2kg/hm2 时产量最高,过量施磷 产 量 下 降。 丰 艳 广[15] 研 究 发 现 施 磷 量(P2O5)为 200kg/hm2 时 平 邑 甜 茶 总 生 物 量 最高,施磷量(P2O5)为800kg/hm2 时最小。
杨振兴等[16]研究发现当 P2O5 每年投入量为37.5~65kg/hm2 时,磷肥当季利用率较高,磷素在土壤中累 积 量 较 少;当 P2O5 每 年 投 入 量 达 到 112kg/hm2 后,会造成磷素在土壤中大量累积,进而对农田环境产生危害。于艳梅[17]研究发现当磷肥(P2O5)用量为90kg/hm2 时可提高作物地上部生物量;磷肥用量过高时,作物产量对磷肥用量无响应;当磷肥(P2O5)用量为60kg/hm2 时土壤表观磷盈亏达平衡状态。
目前磷肥用量对作物产量及土壤磷盈亏影响的相关研究主要侧重于小麦、玉米、水稻[18-20]等,针对柴达木枸杞鲜有报道。因此,迫切需要探讨科学施磷与提高柴达木枸杞产业的经济效益及降低环境污染风险的响应关系。本试验通过研究不同施磷量对枸杞园土壤磷素盈亏的影响,为柴达木地区枸杞合理施用磷肥提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验 于 2019─ 2020 年 在 青 海 诺 木 洪 农 场(96°20'E,36°25'N)进行。该地区属高原大陆性气候,海拔2760m,蒸发量约3000mm。土壤类型为灰棕漠土,0~20cm 土壤基本理化性质为:pH8.21,有 机 质 含 量 14.58g/kg,全 氮 1.20g/kg,全磷2.17g/kg,全钾23.74g/kg,碱解氮45.65 mg/kg,有 效 磷 36.69 mg/kg,速 效 钾153.17mg/kg。年均温为-4 ℃,年均降雨量约56mm。
1.2 试验材料供试植物为树龄 8a的‘宁杞 7 号’;磷肥为重过磷酸钙(P2O546%,云天化集团),氮肥为尿素(N46.4%,云 天 化 集 团),商 品 有 机 肥 (有 机质≥45%,N+P2O5 +K2O≥5%,青海恩泽农业技术有限公司)。
1.3 试验设计
试验共设6个处理,化学磷肥用量(P2O5)分别 为 0 kg/hm2 (P0 )、133 kg/hm2 (P133 )、267kg/hm2(P267 )、400kg/hm2 (P400 )、534kg/hm2(P534)和 农 民 习 惯 施 磷 量 (P2O5 )667kg/hm2(P667),每个处理重复3次。所有处理均施用商品有机肥 1667kg/hm2,纯氮 400kg/hm2。采用随机 区 组 设 计,枸 杞 种 植 株 行 距 为 1.5 m×2m,每个小区面积70m2,每小区24株。
磷肥及有机肥分别于 2019-05-20、2020-05-14 在每株枸杞树的树冠下株间距根30cm 处,挖20cm 深的2个施肥坑(单施肥坑面积约300cm2)作基肥一次施入;尿素分基肥与追肥(基肥与追肥的比例为1∶1)分别于2019-05-20、2019-06-30及2020-05-14、2020-07-04均匀撒施入施肥坑。其余管理措施与当地农民习惯一致。
1.4 测定项目及方法
1.4.1 枸杞产量及植 株 磷 素 累 积 量 分 别 于2019-07-30、2019-08-20、2019-09-14 及 2020-08-05、2020-08-27、2020-09-19在各试验小区随机选取3株长势良好的枸杞树,采摘全部果实,鲜果晾干后测定干果质量。2019年与2020年枸杞收获后对果树进行破坏性取样,收集距主干半径100cm、深0~100cm 范围内所有的根。果树整株解析为根、主茎干、1a生枝条、多年生枝条、叶片等。收集后称量各器官鲜质量,在100~105℃下杀青30min,再在65 ℃烘干至恒量,称量各器官的干物质量[21]。用电锯及粉碎机将植株各器官粉碎后过0.25mm 筛,测定植株各器官的全磷含量,全磷含量的测定采用 GB7852-87方法[22]。
1.4.2 土壤有效磷 2019-09-15第3次枸杞收获后(下文简称 H0 期)、2020-05-14 基肥施用前(F1 期)、2020-08-26第2次枸杞收获后(H2 期)、2020-09-19第3次枸杞收获后(H3 期)在各处理小区选取3 株枸杞树,在 其 树 冠 下 距 离 树 干 30cm 未施肥点(以树体为中心对角线处选取两点),用土钻采集0~100cm 土壤样品(每20cm 为一层),分层混合并剔除石砾和植物残根,风干后过1mm 筛用于测定土壤有效磷。土壤有效磷含量的测定采用 GB12297-90方法[23];土壤体积质量测定采用环刀法,环刀体积100cm3,高约5.2cm,每个土 层 取 3 次 体 积 质 量 平 均 值。0~20、20~40、40~60、60~80、80~100cm 各土层土壤体积质量分别为1.48、1.44、1.52、1.43、1.42g/cm3。
1.5 数据处理数据
采用 Excel2010进行初步汇总与整理,采用SPSS25.0软件进行单因素方差分析(Onewayanalysisofvariance)(P<0.05),采用Origin8.0制作图表。计算公式参考文献[16,19-21]。增产率=(施化学磷肥处理枸杞产量―不施化学磷肥处理枸杞产量)/ 不施化学磷肥处理枸杞产量× 100%净收益 = 枸杞产量 × 枸杞单价 -(尿素单价×施用量+重过磷酸钙单价×施用量+商品有机肥单价×施用量)-田间操作费枸杞植株磷素累积量=∑(枸杞树体各器官干质量×各器官含磷量)当季土壤表观磷盈=每年施化学磷肥量 -每年枸杞植株磷素累积量(正值为盈余,负值为亏缺,0为表观平衡)土壤有效磷累积量=土层厚度× 土壤体积质量×土壤有效磷含量
2 结果与分析
2.1 施磷量对枸杞产量及净收益的影响施入磷 肥 显 著 提 高 枸 杞 产 量 及 净 收 益。枸杞产量随施磷量的增加呈先增加后降低的趋势,P534 处理的产量最高。2019年 P534、P667 处理 的 枸 杞 产 量 分 别 为 8 320 kg/hm2、7 937kg/hm2,较 P0 处 理 分 别 增 加 34.7%、28.5%。2020年 P133、P267、P400、P534、P667 处理较 P0 处理分别 增 加 9.7%、11.4%、14.9%、38.2% 和36.2%,P534 处理与 P667 处理的枸杞产量无显著差异。
不同处理的增产率随施磷量增加呈先增后降的趋 势,2019 年、2020 年 平 均 增 产 率 分 别 为17.3%、22.1%。两年 P534 与 P667 处理较 P0 处理 净 收 益 分 别 增 加 83 171 元/hm2、67 213元/hm2 及94771 元/hm2、89173 元/hm2,两年P534 处理的净收益最高,分别为143315元/hm2、162795元/hm2 较 P667 处理增加12.5%、3.6%。
2.2 施磷量对植株磷素累积量的影响
2019年与2020年,与 P0 处理相比,其他处理的植株磷素累积量显著增加。2019年,P534 处理植株磷素累积量最高,为98.1kg/hm2,较 P0、P667 处理分别增 加 18.3%、2.7%。P133、P267、P400 处理植株磷素累积量较 P0 处理分别增加4.8%、3.9%、4.3%。2020年,P534 处理的枸杞植株磷素累积量为146.1kg/hm2,较 P0、P667处理分别增加69.7%、7.0%。P133、P267、P400 处理 的 植 株 磷 素 累 积 量 较 P0 处 理 分 别 增 加24.2%、17.7%、26.5%。2020 年植株磷素累积量均高于2019年,增加3.9%~49.0%。
2.3 施磷量对土壤有效磷含量的影响
土壤有效 磷 含 量 的 变 化 主 要 集 中 于 0~60cm 土层。在 H0 期、F1 期以及 H2 期,不同施磷处理的土壤有效磷含量随着土层深度的增加而降低。H0 期,P534 处理0~100cm 土壤有效磷平 均 含 量 为 28.9 mg/kg,较 P667 处 理 增 加5.63%。H3 期,P534、P667 处理土壤有效磷含量随土层深度的增加呈现先降后升的趋势,P534 处理60~100cm 土层土壤有效磷含量较 P667 处理降低13.6%。与 H0 期相比,H3 期P400~ P667 处理40~100cm 土层土壤有效磷含量增加381.4%~492.4%。各处理0~100cm 土层土壤有效磷累积量随枸杞生育期的推进呈先增后降的趋势。
H0期,随施磷量的增加,土壤有效磷累积量先增后降,P400 处 理 土 壤 有 效 磷 累 积 量 最 高,为 550.6kg/hm2。F1 期及 H2 期,P667 处理的土壤有效磷累积量最高,其次为 P534 处理,二者无显著差异;F1 期 P534、P667 处理土壤有效磷累积量较 P0 处理分别增加48.0%、50.1%。H2 期,P133、P267、P400、P534 和 P667 处理土壤有效磷累积量较 P0 处理增加14.3%、23.1%、20.8%、30.1% 和 33.2%。H3 期,各处理的土壤有效磷累积量较 H2 期均有所下 降,P667 处 理 土 壤 有 效 磷 累 积 量 最 高,为1043.5kg/hm2,较 P400、P534 处 理 分 别 增 加 9.8%、5.7%。H3 期土壤有效磷累积量较 H0 期均升高,P400、P534、P667 处理土壤有效磷累积量较 H0期提高72.6%、115.4%、159.3%。
2.4 不同施磷处理的当季土壤表观磷盈亏随磷肥用量的增加,土壤磷素由亏缺转为盈余。2019及2020年施磷133kg/hm2 土壤磷素为亏缺状态,施磷267~667kg/hm2 土壤磷素均为盈余状态。P534 处理两年的土壤表观磷年盈余分别为135.1kg/hm2、87.0kg/hm2,较 P400处理分别增加53.3%、32.2%,较 P667 处理分别降低31.0%、43.8%。
P0、P133、P267、P400、P534 和P667 处理的年均土壤表观磷盈亏量分别为-84.5kg/hm2、-38.8 kg/hm2、22.9 kg/hm2、76.9kg/hm2、111.1kg/hm2、175.3kg/hm2,P534 处理的土壤表 观 磷 年 盈 余 较 P667 处 理 降 低 36.6%。
由回归分析结果可知,施磷量与当季土壤表观磷盈亏呈极显著正相关(P<0.01)。施磷量每增加100kg/hm2,当季土壤表观磷盈亏分别提高41.6kg/hm2、35.6kg/hm2。2a 间 施 磷 量 分 别 为198.3kg/hm2、245.7kg/hm2 时,土壤磷素达到平衡状态(图5)。
3 讨 论
3.1 减施磷肥对枸杞产量和植株磷素累积量的影响
磷参与植物的光合作用,土壤磷素含量的提高对同化力的形成与运输起到积极作用,进而利于植株有机物的合成,提高产量[24]。前人研究表明磷素过多时,光合速率受到抑制,且过量施磷可能导致土 壤 的 锌、硅 等 与 磷 作 用,产 生 沉 淀[25]。本研究结果显示施用磷肥较不施磷处理显著提高枸杞产量,且随着施磷量的增加枸杞产量与植株磷素累积量呈先增后降的趋势,这说明适量施磷有利于枸杞产量的形成。与农民习惯施磷量(667kg/hm2)相比,减少20%的磷肥用量对枸杞产量及植株磷素累积量无显著影响。
其可能原因为:本试验土壤的有效磷背景值为36.69 mg/kg,为较高水平[26],且枸杞园前期磷肥投入过量,枸杞未完全利用及磷肥当季利用率低等原因,导致土壤磷素长期处于盈余状态。同时前人研究表明过量的无机磷对磷酸酶活性存在抑制作用[27],因此农民习惯施磷处理较减施20%磷肥处理降低枸杞植株磷素累积量,柴达木中高肥力枸杞园减磷潜力较大。试验结果显示2020年植株磷素累积量高于2019年,可能的原因为本试验的磷肥用量属较高水平,造成的高磷环境提高了枸杞根系活力,进而增强了2020年植株吸磷能力,使得各处理的枸杞植株磷素累积量均高于2019年。
王艳丽等[28]的研究发现高磷环境可提高单位根质量的表面积,促进细根的发育,提高根系吸收活力。李月梅等[26]通过研究柴达木枸杞干物质积累及养分吸收规律发现,每生产100kg枸杞干果需投入2.2kgP2O5,本试验枸杞最高产量 为 8807kg/hm2,理论所需 P2O5 为194kg,农民习惯施磷高达667kg/hm2,由此可得柴达木地区枸杞磷肥投 入 远 高 于 枸 杞 实 际 需 求。据 统 计,1980-2018年中国磷肥用量增加167%,同期粮食产量仅增加105%[29]。若按中国磷矿可采储量37亿t计,仅可开采20a[30]。
过量施磷导致磷矿资源大量浪费的同时,在磷肥的生产过程中产生大量的废气、废水以及废渣,导致土壤酸化、水体富营养化等环境问题[31]。因此柴达木地区枸杞生产磷肥投入过量,不仅造成农业资源的浪费、肥料成本显著增加且不利于枸杞产量及植株磷素累积量的增加。枸杞栽培中减施20%磷肥用量有利于提高产量、保护环境与实现磷素高效可持续利用。
3.2 减施磷肥对土壤有效磷含量及当季土壤表观磷盈亏的影响
土壤有效磷是土壤磷素供应水平高低的重要指标。土壤有效磷含量较低造成作物明显减产,但当土壤有效磷含量超过阈值时,增施磷肥对作物无显著增产效果[32],甚至可能由于磷素迁移造成地下水污染。本试验结果显示过量的磷肥在土壤中富集且主要集中于0~60cm 土层,均随土层深度的增加呈降低趋势,可能与本试验的施肥深度为20cm,枸杞根系活动范围为 0~60cm 有关[33];同时表层土壤的通气性高、微生物活性强,进而促进微生物对磷素的转化[34],使表层土壤的有效磷含量处于较高水平。
研究发现在灰漠土中,磷的吸附量随外源磷量的增大而增大,施磷量过高可能导致磷的吸附量增加,进而降低土壤有效磷累积量[35-36]。H2 期即枸杞盛果期,各处理土壤有效磷累积量高,可能是由于6-8月温度降水适宜,枸杞处于旺盛生长季,根系分泌物较多,有利于溶磷微生物在土壤中将磷素转化为植物可利用的形态,促使土壤有效磷含量的增加[19]。
4 结 论
随着施磷量的增加枸杞产量与植株磷素累积量均呈先增后降的趋势。过量的磷肥在土壤中富集且主要集中于0~60cm 土层,随土层深度的增加呈降低趋势。施磷量与土壤表观磷盈亏量呈极显著正相关。与农民习惯施磷量相比,减少20%磷肥用量可显著增加枸杞产量和植株磷素累积量,提高枸杞盛果期的土壤有效磷含量,且显著降低当 季 土 壤 表 观 磷 盈 余。 综 上,磷 肥 用 量 为(P2O5)534kg/hm2 为柴达木地区中高肥力枸杞园推荐施磷量。
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作者：卢九斤1,华明秀1,盛海彦1,2,许米聪1,聂易丰1,王永亮3,索南加1,于嘉文1
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《磷肥用量对柴达木枸杞磷累积量及土壤有效磷含量的影响》