紫色土旱坡地減磷配施有機肥的磷肥效應及磷素遷移特征

李 杰，王 帥*，韓曉飛*，謝德體，左志中

(1.重慶市農業技術推廣總站, 重慶 401121; 2.西南大學資源環境學院, 重慶 400715; 3. 重慶市巫山縣農業委員會, 重慶 404700)

紫色土旱坡地減磷配施有機肥的磷肥效應及磷素遷移特征

李 杰1，王 帥1*，韓曉飛1*，謝德體2，左志中3

(1.重慶市農業技術推廣總站, 重慶 401121; 2.西南大學資源環境學院, 重慶 400715; 3. 重慶市巫山縣農業委員會, 重慶 404700)

【目的】本文探索了長江上游紫色土旱坡地麥玉輪作系統減少農田磷素流失和有效提高磷肥利用率的最佳施肥模式，以期降低磷對水體富營養化的影響?！痉椒ā?011-2015年，以紫色土旱坡地典型農作冬小麥和夏玉米為材料，在西南大學試驗農場進行田間定點試驗。試驗采用隨機區組設計，共設置7個田間小區試驗，依次為不施用磷肥(P0)、優化施肥(P)、倍量施磷肥(2P)、優化施肥+秸稈還田(SP)、優化施肥+豬糞有機肥(MP)、優化施肥量磷肥減量20 %+豬糞有機肥(MDP)、優化施肥量磷肥減量20 %+秸稈還田(SDP)。測定了各處理土壤基礎性質，以及0～20、20～40、40～60 cm土層土壤全磷和有效磷含量，調查不同生育期冬小麥和夏玉米各主要生長指標和產量?！窘Y果】冬小麥季和夏玉米季都以2P處理作物磷吸收量為最高，但是磷素表觀利用率卻不高。小麥季SDP和MDP處理分別比P處理磷肥表觀利用率高5.9 %和4.2 %。玉米季有機無機肥配施處理磷肥表觀利用率也顯著高于單施化肥處理(P<0.05)。坡上除了P0和P處理全磷含量有所減少外，其他各處理全磷含量都呈增加趨勢；坡中、坡下的增長幅度要大于坡上。除了P0處理土壤有效磷含量降低外，其他處理坡上、坡中、坡下土壤中有效磷含量都呈增加趨勢。【結論】紫色土旱坡地冬小麥和夏玉米適當減磷配施有機肥可以顯著提高作物對磷肥的吸收利用，提高磷肥的利用率，秸稈和豬糞有機肥還田對土壤磷素有活化效果，可以促進磷素在土壤中的遷移，豬糞有機肥促進作用較強。

減磷配施有機肥；磷素利用率；磷素遷移

【研究意義】磷肥不合理施用是導致農業面源污染和水體富營養化的重要原因之一。磷肥施入農田容易被土壤固定，當季利用率僅為10 %～25 %左右，人們為了追求持續高產穩產，逐年提高向土壤中施加化學磷肥與生物有機肥的用量，每年每季投入農田中的磷肥在當季作物收獲后會有相當數量的磷殘留在土壤中，長期之后，土壤耕層中磷素就大量累積，結果造成了資源的浪費和潛在的生態環境風險[1-5]。2015年，農業部提出到2020年化肥使用量零增長行動，通過化肥減量增效和提高有機肥資源利用實現農業生態環境保護與可持續發展[6]。【前人研究進展】國內外對磷素在土壤中的循環、遷移、轉化及其污染控制進行了較多研究[7-11]，有機無機肥料配合施用對土壤磷素行為的影響也越來越被廣大研究者的關注[12-13]。減磷配施不同種類有機肥對紫色土旱坡地原位土壤磷素遷移流失的影響還未見有全面深入的研究[14]。小麥玉米輪作制度是三峽庫區旱坡地較為典型的種植制度，旱坡地大多分布于15°的緩坡地帶?！颈狙芯壳腥朦c】本研究以三峽庫區常見紫色土旱坡地為研究對象，通過連續定位監測試驗，對不同磷水平以及減磷配施不同有機肥條件下紫色土旱坡地土壤磷素流失進行了原位定點監測，研究了秸稈和豬糞有機肥配施化肥條件下紫色土旱坡地磷素遷移規律，探討了施用有機肥對土壤磷素流失的影響?！緮M解決的關鍵問題】本研究對制定三峽庫區坡耕地施磷消減優化方案和評價有機肥還田的生態效應具有重要的指導意義，同時也為控制此區域農田面源污染和農業生產節本增效提供了科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗地點設在重慶市西南大學試驗農場內。屬于紫色土丘陵區，年均氣溫18.4 ℃，日照1276.7 h，全年平均降水1105.5 mm，其中5-9月降雨量占全年總量的70 %以上，為亞熱帶季風氣候。試驗土壤為侏羅系沙溪廟組紫色泥頁巖發育形成的紫色土，中性紫色土亞類，灰棕紫泥土屬。三峽流域坡耕地多分布于此類土壤。土層60 cm左右，中等肥力水平。供試土壤基本理化性質(表1)。

試驗小區坡度為15°(紫色丘陵區旱坡地常見坡度)，每個小區面積為32 m2(8 m×4 m)，坡向為東西向。小區采用紫色土坡耕地常見的“冬小麥-夏玉米”輪作種植模式。試驗設7個處理，3次重復，隨機區組排列。分別為①不施磷肥(P0)；②優化施肥(P)；③倍量施磷肥(2P)；④優化施肥+秸稈還田(SP)；⑤優化施肥+豬糞有機肥(MP)；⑥優化施肥量磷肥減施20 %+豬糞有機肥(MDP)；⑦優化施肥量磷肥減施20 %+秸稈還田(SDP)。冬小麥：優化施肥為當地種植小麥推薦施肥量(每公頃純N、P2O5、K2O分別為225、75、150 kg)其中30 %氮肥作為底肥，60 %拔節期追肥，10 %孕穗期追肥，磷肥全部作為基肥，鉀肥70 %做底肥，30 %拔節期追肥。夏玉米：優化施肥指當地推薦施肥(每公頃純N、P2O5、K2O分別為188、90、150 kg)其中全部磷肥、鉀肥和1/3氮肥作底肥，2/3的氮肥作為追肥。處理中倍量施磷肥就是冬小麥、夏玉米磷肥在優化施肥的基礎上施用加倍，其他施肥量和施肥方法不變。施用處理中優化施肥量磷減20 %就按當地種植相應作物所推薦每公頃P2O5施用量減少20 %，N和K2O不變。處理所用氮、磷、鉀化肥分別為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀，其中N、P2O5和K2O含量分別為46.4 %、12 %和60 %。M為豬糞有機肥，氮、磷、鉀含量分別為1.34 %、1.3 %、0.8 %，每年施用22 500 kg/hm2；S為秸稈翻壓還田，氮、磷、鉀含量分別為0.49 %、0.18 %、0.75 %，每年施用7500 kg/hm2。有機肥均作為底肥施用。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤樣品的采集與分析 2011年3月夏玉米種植前和2015年8月夏玉米收獲后分別采集各小區0～20、20～40、40～60 cm土樣，且根據坡面上(U)、中(M)、下(B)不同位置分別采集，2次采集方法和采樣點均相同，分別采用S形多點采樣法，相同層次的土樣均勻混合，每個層次混合樣取1 kg，帶回實驗室風干、過篩，然后測定其全磷和有效磷含量。土壤基本理化性質按常規方法測定[15]，土壤pH采用2.5∶1水土比pH計法；土壤全氮采用半微量開氏法；土壤堿解氮采用堿解擴散法；土壤全鉀采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計法；土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法；土壤全磷采用碳酸鈉熔融法；土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法。

表1 供試土壤基本理化性質

1.2.2 植株樣品的采集與分析 測定冬小麥、夏玉米各生育期的株高、葉面積、干重，作物收獲后，各小區作物均按照單打單收實測產。植株地上部分營養體及籽粒分別經殺青、烘干粉碎后采用H2SO4-H2O2消化-釩鉬黃比色法測定其全磷含量。

1.3 計算方法及數據分析

作物磷素吸收量=秸稈產量×秸稈磷含量+籽粒產量×籽粒磷含量。磷肥利用率=(施肥區磷吸收量-不施磷區吸收量)/施磷量×100 %。 數據采用Microsoft Excel 2007軟件進行分析處理，用SPSS 19.0進行差異顯著性分析，各處理均值多重比較采用LSD法，顯著性水平0.05。

2 結果與分析

2.1 施肥處理對作物生長發育的影響

選取影響小麥、玉米營養生長的最重要指標株高和葉面積作為研究對象，研究不同施肥對冬小麥和夏玉米生長發育的影響。從表2可以看出，小麥在越冬之前， 2P處理株高最高，達到了13.57 cm，但是與P、SP、MP處理之間差異不顯著(P<0.05)。處理P0最低。SDP和MDP處理處于中間梯度，但是與處理P0之間差異也達到了顯著水平(P<0.05)。但是隨著小麥生育期的往后推移，減量化學磷肥配施有機肥的處理SDP和MDP小麥株高與全量化肥處理的已無差異。甚至在孕穗期SDP處理小麥株高比P處理高出4 %，說明有機肥作為緩效肥料，施入土壤過后能夠緩慢釋放出養分供作物吸收利用。

從表3可以看出，玉米主要的生育期不同施肥處理之間株高變化規律與小麥有相似之處，在玉米生長發育后期，減量無機化肥配施有機肥處理表現出比單施化肥更大的優勢。玉米主要的生育期各施肥處理單株葉面積表現為處理P、2P、SP、MP、SDP和MDP都比不施磷肥(P0)高，且與其之間的差異達到了顯著水平(P<0.05)。但是他們處理之間差異不顯著。

2.2 不同施肥處理對作物產量和磷吸收利用的影響

從不同施肥措施對冬小麥-夏玉米產量影響結果(表4)可以看出，與不施磷肥(P0)相比，其他各施肥處理對冬小麥和夏玉米的產量增加都有一定的促進效果，但是他們增產效應存在一定的差異。小麥季倍量施磷肥(2P)處理增產效果最佳，比常規優化施肥(P)處理(371 kg/hm2)增產17 %，但是與其他處理間差異不顯著。值得注意的是，處理SDP和MDP也分別比P處理增產2 %和1 %。玉米季處理SP和MP處理對產量的增加最為顯著。減磷配施有機肥處理與常規施肥處理對玉米的產量影響不明顯。

表2 不同施肥處理冬小麥生長性狀比較

注：同列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note：Different letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level. The same as below.

表3 不同施肥處理夏玉米生長形狀比較

從表4可以看出，不管是冬小麥季還是夏玉米季都以倍量施磷肥(2P)處理作物磷吸收量為最高，但是磷素表觀利用率卻不高。小麥季處理SDP和MDP分別比P處理磷肥表觀利用率高5.9 %和4.2 %。玉米季有機無機肥配施處理磷肥表觀利用率也顯著高于單施化肥處理(P<0.05)。

以上結果說明，盡管倍量施磷肥(2P)處理可以增加作物對磷素的吸收量，但是經濟效益和利用率卻大大降低，會導致肥料資源的浪費和環境的污染。有機無機肥配施可以顯著提高作物對磷肥的吸收利用。紫色土旱坡地冬小麥和夏玉米適當減磷配施有機肥可以在不減產的前提下提高磷肥的利用率。

2.3 不同施肥處理對紫色土旱坡地土壤磷含量的影響

2.3.1 紫色土旱坡地坡上、坡中、坡下表層土壤磷素的變化 冬小麥-夏玉米輪作種植季結束后，施用磷肥處理的土壤中全磷和有效磷含量有了不同程度的增加。各處理小區全磷和有效磷增長趨勢較為一致。坡面下部磷素增長量較上、中部較大，說明坡位對土壤磷素的分布有一定的影響作用，土壤磷素多在坡中、坡下富集，可能與坡面水土流失有關。

表4 不同施肥措施對作物產量和磷素吸收利用的影響

表5 不同處理剖面土壤全磷、有效磷含量

從圖1可以看出，坡上除了不施磷肥(P0)和優化施肥(P)處理全磷含量有所減少外，其他各處理全磷含量都呈增加趨勢，坡中、坡下的增長幅度要大于坡上，其中坡下處理優化施肥+豬糞有機肥(MP)比種植季前增加了0.400 g/kg。

整體增長量大致趨勢是，處理MP>SP>MDP>SDP>2P>P>P0。說明有機無機肥配施能夠減緩土壤磷素的流失。

從圖2可以看出，種植季結束后，除了不施磷肥(P0)處理土壤有效磷含量降低外，其他各個小區處理坡上、坡中、坡下土壤中有效磷含量都呈增加趨勢。其中坡中、坡下土壤中有效磷含量增加幅度要高于坡上。各處理土壤有效磷增加量大致表現為，處理MP>SP> MDP>SDP>2P>P>P0。說明有機無機肥配施可以增加土壤中磷素的有效性。整體來看，有效磷變化幅度要比全磷變化大，說明有機無機肥協同施肥對有效磷的影響要大于全磷。

2.3.2 不同施肥處理對紫色土坡耕地不同深度土壤磷含量的影響 從表5可以看出，不同施肥處理過后土壤全磷和有效磷含量產生了差異。具體為0～20 cm土層，土壤全磷含量趨勢為，處理MP>SP≈MDP>2P>P>SDP>P0。其中2P、SP、MDP、MP、P之間差異不顯著，處理SDP與P之間差異也不顯著(P<0.05)。處理SP與SDP之間差異顯著，且施肥處理與不施磷肥處理間差異均達到顯著水平(P<0.05)。在20～40和40～60 cm土層，各處理間全磷變化幅度不大，基本沒有差異。

圖1 試驗前后坡上、坡中、坡下土壤全磷含量變化Fig.1 Total phosphorus content changes of top slope, middle slope and bottom slope before and after the test

有效磷含量在各處理間差異也較為明顯。各層土壤有效磷含量均為施肥處理高于不施磷處理。0～20 cm土層，處理MP的有效磷含量最高，為22.71 mg/kg，不施磷肥處理的有效磷含量為10.31 mg/kg。SP處理有效磷的含量為21.34 mg/kg。SDP和MDP處理土壤中有效磷含量也都高于P處理。20～40 cm土層，MP、SP、MDP與P處理之間有效磷含量差異顯著(P<0.05)。40～60 cm土層，SDP與MP、SP和P處理間差異顯著(P<0.05)。以上結果表明，秸稈和豬糞有機肥還田對土壤磷素有活化效果，可以促進磷素在土壤中的遷移，豬糞有機肥促進作用較強。。

3 討 論

作物減量施肥應在綜合考慮作物生長發育和需肥規律的前提下，以土壤肥力狀況為基礎，做到養分供需平衡，從而減少肥料的浪費[16-17]。本試驗研究結果表明，減磷配合施用不同生物有機肥與常規施肥處理相比，對作物產量并未造成顯著影響。但從各施肥處理作物對磷的吸收和利用情況來看，小麥季減少施用20 %化學磷肥同時配合秸稈和豬糞有機肥還田分別比常規施肥處理磷肥表觀利用率高5.9 %和4.2 %。玉米季有機無機肥配施處理磷肥表觀利用率也顯著高于單施化肥處理(P<0.05)。李恩堯等[18]在對洞庭湖區紅壤旱坡地玉米減磷的研究也發現，磷肥適量減少后玉米產量沒有顯著降低，肥料利用率卻有所增加。韓曉飛等學者研究對比了長江流域水稻磷肥減量配施有機肥與常規施肥的效果，發現化學磷肥減量可以減少土壤中磷素的流失，同時配施有機肥可以明顯提高土壤磷素的遷移，改善土壤磷素供肥特性，促進作物對磷素的吸收利用，所以在綜合考慮農業節本增效和控制區域面源污染的情況下，可以采取減量化肥配施有機肥的施肥模式[19-20]。

圖2 試驗前后坡上、坡中、坡下土壤有效磷含量變化Fig.2 Available phosphorus content changes of top slope, middle slope and bottom slope before and after the test

可見，肥料減量化且與有機肥合理配合施用是兼顧經濟和環境效益的一種較好的生產方式。根據植物需肥特征和土壤供肥規律，合理的減少化學肥料的施用量，實行有機無機肥配合施用的施肥模式既能降低農業生產成本同時又能保護環境，從而更好的實現農業的可持續發展。

4 小 結

小麥季倍量施磷肥(2P)處理增產效果最佳，比常規優化施肥(P)處理(371 kg/hm2)增產17 %，但是與其他處理間差異不顯著。值得注意的是，處理SDP和MDP也分別比P處理增產2 %和1 %。玉米季處理SP和MP處理對產量的增加最為顯著。減磷配施有機肥處理與常規施肥處理對玉米的產量影響不明顯。各施肥處理作物對磷的吸收和利用情況可以看出，不管是冬小麥季還是夏玉米季都以倍量施磷肥(2P)處理作物磷吸收量為最高，但是磷素表觀利用率卻不高。小麥季處理SDP和MDP分別比P處理磷肥表觀利用率高5.9 %和4.2 %。玉米季有機無機肥配施處理磷肥表觀利用率也顯著高于單施化肥處理(P<0.05)。盡管倍量施磷肥(2P)處理可以增加作物對磷素的吸收量，但是經濟效益和利用率卻大大降低，會導致肥料資源的浪費和環境的污染。有機無機肥配施可以顯著提高作物對磷肥的吸收利用。紫色土旱坡地冬小麥和夏玉米適當減磷配施有機肥可以在不減產的前提下提高磷肥的利用率。

紫色土旱坡地冬小麥和夏玉米適當減施無機磷肥同時配施有機肥可以顯著提高作物對磷的吸收利用，提高磷肥的利用率。秸稈和豬糞有機肥還田對

土壤磷素有活化效果，可以促進磷素在土壤中的遷移，豬糞有機肥促進作用較強。

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PhosphorusEffectofPurpleSoilSlopingFieldinConditionofReducedPhosphorusFertilizerCombiningOrganicFertilizersandPhosphorusMigrationCharacteristics

LI Jie1, WANG Shuai1*, HAN Xiao-fei1*, XIE De-ti2, ZUO Zhi-zhong3

(1.Chongqing Agricultural Technology Extension Station, Chongqing 401121,China; 2. College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China; 3.Wushan Agriculture Committee, Chongqing 404700,China)

【Objective】The paper aimed to explore the optimum fertilization model for the reducing the loss of phosphorus in purple soil sloping field and improve the utilization ratio of phosphate fertilizer in the Yangtze River Basin to reduce the threat to the water quality of the Yangtze River. 【Method】Seven plot experiments were conducted consecutively in five years. The tests were designed with the amount of applied fertilizer (2P), optimum fertilization (P), optimization fertilization+pig manure organic fertilizer (MP), optimization fertilizer + straw (SP), optimum amount of fertilizer phosphorus minus 20 % pig manure organic fertilizer (MDP), optimization of fertilizer phosphorus reduced 20 % straw (SDP) and No application of phosphate fertilizer (P0). Soil basic properties and the total phosphorus and available phosphorus contents at 0-20, 20-40, 40-60 cm soil layers were measured, and the yield and components of winter wheat and summer maize at critical growth stages were investigated.【Result】During winter wheat season and summer maize season, the absorption of the plants with the amount of phosphorus fertilizer (2P) were the highest, but the phosphorus element on utilization rate was not high. Winter wheat optimal phosphorus fertilizer + straw(SDP) and optimum amount of fertilizer phosphorus reduction 20 %+pig manure organic fertilizer (MDP), the utilization rate of which respectively was 4.2 % and 5.9 % higher than that with the conventional optimal fertilizer (P) treatment of phosphate fertilizer. The apparent utilization rate of fertilizer application in maize season was also significantly higher than that of single fertilizer application (P<0.05). The content of total phosphorus increased on the top slope except for the treatment of P0 and P; Besides, the growth rate in the middle slope and the bottom slope was greater than that in top slope. Except for the decrease of available phosphorus in soil treated with P0,the available phosphorus contents in all the slope soils increased.【Conclusion】Purple soil sloping field in condition of reduced phosphorus fertilizer combining organic fertilizers could remarkably increase the absorption of phosphorus from soil, suppress the decreasing of P fixation and enhance P mobility and P use efficiency, and the pig manure promoting effect was bigger than the rice straw.

Reduced phosphorus fertilizer combining organic fertilizers; Phosphorus utilization ratio; Phosphorus migration

1001-4829(2017)10-2297-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.10.023

2017-01-20

農業部測土配方施肥項目；國家國際科技合作專項項目(2013DFG92520)

李 杰 (1960-)， 男， 重慶璧山人，研究員，長期從事土壤肥料方面的技術研究與推廣，E-mail：530718713@qq.com， *為通訊作者，E-mail：hanxiaofei55@126.com。

S147;S158.3

A

(責任編輯 陳 虹)