增碳控磷對設施土壤磷素有效性的影響

魏露露 平懷香 陳 碩 梁 斌 陳 清 郝祥蕊 崔建宇*

(1.中國農業大學 資源與環境學院/農田土壤污染防控與修復北京市重點實驗室,北京 100193; 2.青島農業大學 農業資源與環境學院,山東 青島 266000;3.上海農樂生物制品股份有限公司,上海 201419)

設施蔬菜生產具有高度集約化的特點[1],“十三五”期間我國設施蔬菜面積基本穩定在410萬hm2,年均增長率1%左右[2]。設施菜田由于其高溫高濕的環境特點,加快了土壤有機質的分解礦化從而導致土壤有機碳儲量較低,限制作物的快速生長,因此,人們往往通過投入大量糞肥補充設施土壤有機質,進而提升土壤肥力。然而,在設施菜田等集約化生產體系中,糞肥的過量施用導致其投入的磷含量占總磷投入的54.3%[3]。已有研究表明,山東省壽光市不同類型蔬菜生產體系中每年的P投入為772～2 458 kg/hm2,蔬菜P吸收量為47.8～155.0 kg/hm2,P盈余量為711～2 303 kg/hm2[4];重慶市銅梁區蔬菜生產磷素平均施用量為140 kg/hm2,平均超過推薦用量的2.23倍,其中糞肥P用量為106 kg/hm2,占總磷投入的75.4%[5];黃淮海地區塑料棚黃瓜生產體系中單季P投入量為447 kg/hm2,其中有機肥中的P投入為271 kg/hm2,占總P投入的60.6%[6]。設施蔬菜種植過程中,往往以蔬菜氮需求作為肥料施用量的條件而導致大量磷素投入,不僅造成了嚴重的資源浪費,同時當土壤中的磷素累積超過某一臨界值時,土壤磷素淋失量就會加劇,造成水體富營養化等環境問題[7-8]。

我國糧食作物資源龐大,秸稈和稻殼的年均產量約8.65億t[9]。研究表明,秸稈/稻殼還田可以改善土壤理化性質、水分和熱量條件,增加土壤養分含量和微生物數量,在很大程度上增加有機碳輸入和固持[10-12]。土壤碳氮磷化學計量比(C∶N∶P)能夠反映土壤肥力和養分限制狀況,在一般情況下,土壤中的C∶N∶P比例越高,表明土壤有機質含量相對較高。相反,C∶N∶P比例較低,則表明土壤通常處于碳限制狀態,不利于植物的生長[13]。全球土壤C∶N∶P為286∶17∶1[14],我國農田土壤C∶N∶P為60∶5∶1,其中表層土壤C∶N∶P為134∶9∶1[15]。部分集約化種植土壤的平均C∶N∶P比例只有25∶2∶1[16],顯著低于其它土壤體系,呈現出土壤碳限制狀態,不利于生物活性及其對磷素等養分的循環和周轉。利用稻殼提高設施菜田C/P比值能夠提高土壤磷素供應能力。施用稻殼對土壤磷轉化的生物過程主要集中在短期時間內,具體表現為微生物分解稻殼中易溶的淀粉、氨基酸和糖類等從而獲取碳源,并釋放出礦質養分,同時微生物為保持自身碳氮磷化學計量比的平衡,通過分泌磷酸酶促進有機磷的礦化或是促進對無機磷的生物固持[17]。研究表明:稻殼還田不僅能夠提高土壤有機磷庫的含量,也能促進土壤中磷素的持續供應[17];稻殼還田通過提供豐富的易利用碳含量增加了土壤微生物的數量和活性,提高了土壤磷酸酶活性,促進有機磷進一步礦化為無機磷[18]。因此,在土壤有機碳為主要限制因子的土壤體系中,外源有機碳的投入可能通過刺激微生物活性提高微生物量庫和磷酸酶活性,進而活化土壤磷素,提高磷素利用效率。

僅憑一個指標,無法準確反應任一種土壤的可用磷含量,因此有效評估土壤磷的可利用性對于農業生產力十分重要[19]。梯度擴散薄膜技術(Diffusive gradients in thin films, DGT)和生物有效磷分組(Biologically-based phosphorus)方法都可以用來表征土壤中磷素的有效性,但它們基于不同的原理和機制。DGT是一種原位被動采樣技術,用于研究土壤中磷的生物有效性或遷移特性[20]。生物有效磷分組方法是Deluca等[21]根據生物有效性程度研究的一種磷素分級方法,主要考慮微生物分泌有機酸、酸性磷酸酶等活化的磷表征磷形態,蔡觀等[22]在此基礎上對該方法進行了優化,將生物有效磷分為4個組分:1)0.01 mol/L CaCl2提取的可溶性無機磷(CaCl2-P);2)10 mmol/L 檸檬酸提取的能被有機酸活化釋放的潛在可溶性無機磷(Citrate-P);3)0.02 EU/mL 酶提取的易被酸性、堿性磷酸酶和植酸酶礦化的有機磷(Enzyme-P);4)1 mol/L 鹽酸提取的氫質子活化的最大潛力磷庫(HCl-P)。因此,這2種方法可以在不同的方面提供對土壤磷素有效性的信息,并相互補充。

目前對緩解設施菜田土壤磷素累積的研究主要集中在減施磷肥上[23-24],但在碳限制相對突出的設施菜田中很少有研究考慮碳磷耦合的關系。因此,本研究擬以設施菜田中的磷素管理措施為研究對象,設置了稻殼不還田施用磷肥(S0P52)、稻殼還田配施磷肥(S20P52)、稻殼不還田且不施用磷肥(S0P0)和稻殼還田不施用磷肥(S20P0)4個處理,采用梯度擴散薄膜技術和生物有效磷分組方法在山東壽光設施番茄定位試驗中分析增碳控磷對設施土壤磷素有效性的影響,以期為集約化設施菜田精準施用磷肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本試驗于2020年8月在山東省壽光市寨里村(36°55′ N, 118°45′ E)蔬菜標準中心的溫室大棚開展,試驗地北瀕渤海,屬暖溫帶季風區大陸性氣候。全年平均日照總時數2 548.8 h,年平均氣溫12.7 ℃,年平均降水量593.8 mm,季節降水高度集中于夏季(6—8月)。土壤類型為潮土,且試驗開展前無任何種植和施肥記錄。試驗前(2020年8月)采集0～20 cm基礎土樣,測定土壤pH為8.70,有機質為9.95 g/kg,全磷為0.60 g/kg,速效磷為13.70 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗共布置4個施肥處理:1)稻殼不還田施用磷肥(S0P52);2)稻殼還田配施磷肥(S20P52);3)稻殼不還田且不施用磷肥(S0P0);4)稻殼還田不施用磷肥(S20P0)。常規糞肥和常規磷肥為當地傳統的施肥方式,常規糞肥的用量為20 t/hm2,常規施磷量為52 kg/hm2。對糞肥施用量進行優化,即根據番茄(LycopersicumesculentumMill.)目標產量120 t/hm2(傳統施肥平均產量)的需磷量確定糞肥施用量,為3.3 t/hm2,利用稻殼(20 t/hm2)補充有機碳。各處理施肥量見表1,所有處理施用等量糞肥,即雞糞。供試肥料包括基肥和追肥,基肥為雞糞(N、P、K質量分數分別為15.4、36.4和24.5 g/kg)和稻殼(N、P、K質量分數分別為4.80、3.20和2.70 g/kg),雞糞和稻殼在作物種植前均勻撒施后翻耕,追肥為硝酸鉀、硝酸鈣、磷酸二氫鉀和硫酸鉀,在作物生長季隨灌溉水施入土壤。每個處理重復3次,采用隨機區組排列,單個小區面積31.5 m2。番茄于2021年2月份定植,8月份拉秧。番茄采用雙行種植,起小壟栽培,壟長7.5 m,壟寬50 cm,壟距40 cm,株距40 cm,采用水肥一體化覆膜滴灌。田間管理采用當地常規栽培管理措施,滴灌追肥,3穗果打頂。

表1 本研究4個不同處理的碳投入和施肥量Table 1 This study investigates four different treatments of carbon input and fertilization rate

1.3 樣品采集與測定

1.3.1土壤樣品采集

2021年8月番茄收獲完全后采集0～20 cm土壤樣品,每小區隨機取6點,土壤樣品混勻后,一部分進行風干,另一部分置于4 ℃下鮮樣保存。

1.3.2番茄產量的測定

每小區選取6株典型作物,在果實成熟后分批采收、稱重并計數,直至采收結束,并算出平均值,結合株數,用以計算各小區的總產量。

1.3.3測定指標與方法

土壤pH:土壤樣品混勻過2 mm篩后,稱取5 g土樣,加水浸提(土水質量比1∶5)后用pH計測定。土壤有機質(OM)采用重鉻酸鉀氧化法。土壤速效磷(Olsen-P)采用0.5 mol/L NaHCO3(pH=8.5)溶液提取(土水質量比1∶20)并用鉬銻抗比色法測定[25]。土壤總磷(TP)利用濃H2SO4和HClO4消煮后鉬銻抗比色法測定[26]。土壤微生物量碳和磷(MBC和MBP)通過氯仿熏蒸法,其中碳含量利用重鉻酸鉀氧化法測定,磷含量利用鉬銻抗比色法測定[27-28]。土壤酸性磷酸單酯酶(ACP)和堿性磷酸單酯酶(ALP)均采用熒光微型板酶檢測技術測定[29]。

分別用0.01 mol/L的CaCl2、0.01 mol/L的檸檬酸、0.02 EU/mL的酶液和1 mol/L的HCl溶液對土樣進行浸提,然后用孔雀石綠法和鉬銻抗比色法對磷組分進行測定[21-22]。

1.3.4土壤磷素表觀盈余及DGT-P測定和計算方法

土壤磷素表觀盈余(Soil phosphorus apparent surplus,SPAS)是指土壤中磷素的積累量,是土壤中磷素含量與植物對磷素的需求量之間的差值[23]。土壤磷素盈余是衡量土壤磷素水平的重要指標之一,旨在評估土壤中磷素的供應能力,為土壤的施肥管理提供重要的參考,具體計算公式如下:

SPAS=PI-PUF-PUB

式中:PI為磷投入量,kg/hm2;PUF為果實攜出量,kg/hm2;PUB為植物攜出量,kg/hm2。植物和果實磷含量采用硫酸消解-釩鉬黃分光光度法測算[26]。

為測定土壤DGT-P含量,稱取約30 g過2 mm篩的風干土壤樣品于準備好的塑料小盒子中,加水至飽和,于室溫下放置24 h。將DGT裝置垂直小心壓入土壤中,使其和土壤充分接觸,蓋好塑料蓋。24 h后取出DGT裝置,用蒸餾水沖洗其表面泥土直至清潔,拆開DGT裝置,將吸附膠放入10 mL離心管中,加1 mL 1 mol/L HCl,靜置16 h以上將吸附膠上吸附的磷洗滌下來。待測液中的磷用鉬藍比色法測定。測量期間DGT與土壤界面的平均濃度CDGT(μg/L)的計算公式為:

式中:M為待測物質在吸附膠上的積累量,ng;Δg為擴散膠與濾紙的距離,cm;t為吸附時間,s;D為待測元素在擴散膠里的擴散系數,cm2/s。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2016進行數據的整理,數據的柱狀圖用Origin 2016繪制,指標之間的差異性檢驗在SPSS中采用單因素方差分析(ANOVA)進行,對于影響磷素組分的顯著相關的因子篩選通過ADONIS進行(vegan包,R 3.5.1),其中顯著相關的因子(P<0.05)進一步進行冗余分析,同時排除存在多重共線性的因子(VIF>10),最后,利用ANOVA再對RDA進行檢驗,得出其中最重要的關鍵影響因素。土壤理化性質間的相關性利用Pearson通過R(Hmisc包,R 3.5.1)檢驗。

2 結果與分析

2.1 增碳控磷對番茄產量和磷素盈余的影響

增碳控磷對番茄產量和磷素盈余影響的結果見圖1。可知增碳控磷對設施番茄產量影響不顯著:各個施肥處理的番茄產量為130～153 t/hm2,均達到120 t/hm2的目標產量;土壤磷素表觀盈余量為47.3～153.0 kg/hm2,且不同處理間均存在顯著差異,其中S20P52>S20P0>S0P52>S0P0。

柱形圖上方不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Different lowercase letters indicate significant difference in different treatments (P<0.05). The same below.圖1 增碳控磷對番茄產量(a)和磷素盈余(b)的影響Fig.1 Effects of increasing C with P reduction on tomato yield (a) and P surplus (b)

2.2 增碳控磷對土壤基本理化性質的影響

表2為增碳控磷措施對土壤基本理化性質的影響。可知:不同處理土壤pH為8.25～8.45,其中施磷處理(S0P52和S20P52)顯著高于稻殼不還田且不施用磷肥處理S0P0;不同處理有機質含量變化范圍為8.47～14.60 g/kg,其中施用稻殼(S20P52、S20P0)顯著提高表層土壤有機質含量;全磷含量變化與速效磷相似,范圍分別為0.31～0.68 g/kg、29.5～49.0 mg/kg,其中稻殼不還田施用磷肥處理S0P52磷水平顯著低于其它處理;不同施肥處理土壤C/P范圍為8.85～15.60,其中稻殼不還田施用磷肥S0P52和稻殼還田不施用磷肥S20P0處理顯著高于稻殼不還田且不施用磷肥處理S0P0。

表2 增碳控磷對土壤基本理化性質的影響Table 2 Effects of increasing C with P reduction on soil basic nutrient characteristics

2.3 增碳控磷對土壤DGT-P和生物有效磷組分的影響

增碳控磷處理對土壤DGT-P影響的結果見圖2。可知:增碳控磷措施對土壤DGT-P和各生物有效磷組分的影響各不相同。不同施肥處理土壤DGT-P含量變化范圍為46.7～200.0 μg/L,其中S20P52>S20P0>S0P52>S0P0。與稻殼不還田施用磷肥處理S0P52相比,增碳顯著提高土壤DGT-P含量;與稻殼還田配施磷肥處理S20P52相比,減磷(S20P0)對DGT-P沒有顯著影響。增碳控磷對土壤各生物有效磷組分的影響各不相同(圖3)。不同施肥處理土壤CaCl2-P含量較低,且處理間差異不顯著;不同施肥處理土壤Enzyme-P含量為13.0～23.1 mg/kg,其中S20P52>S20P0>S0P0>S0P52,施用磷肥條件下,稻殼還田與不還田處理(S20P52、S0P52)的土壤Enzyme-P含量差異顯著;不同施肥處理土壤Citrate-P含量為60.0～109.0 mg/kg,其中S20P52>S0P52>S0P0>S20P0,稻殼還田條件下,施磷肥與不施磷肥處理(S20P52、S20P0)的土壤Citrate-P含量差異顯著;不同施肥處理土壤HCl-P含量為449～629 mg/kg,其中S20P0>S20P52>S0P0>S0P52,稻殼還田不施用磷肥處理S20P0與無論是否施用磷肥,稻殼不還田處理(S0P52、S0P0)的土壤HCl-P含量差異顯著。不同稻殼和磷肥投入對土壤中的磷素組成和含量產生了一定影響(除了CaCl2-P)。在不增碳條件下,與施用磷肥相比,減施磷肥對各生物有效磷組分的影響均不顯著;在增碳條件下,與施用磷肥相比,減施磷肥使土壤Citrate-P含量顯著降低了45.0%而對其它生物有效磷組分無顯著影響。

圖2 增碳控磷對土壤DGT-P的影響Fig.2 Effects of increasing C with P reduction on soil DGT-P

圖3 增碳控磷對土壤生物有效磷含量的影響Fig.3 Effects of increasing C with P reduction on soil biologically-based phosphorus

2.4 增碳控磷對土壤微生物量和酶活性的影響

增碳控磷處理對土壤微生物量碳磷及微生物量碳磷比影響的結果見圖4。可知:不同處理土壤微生物量碳含量為25.1～80.0 mg/kg,其中S20P52>S20P0>S0P0>S0P52,其中稻殼還田配施磷肥處理S20P52顯著高于其它處理,稻殼還田不施用磷肥處理S20P0顯著高于減碳處理(S0P52和S0P0);土壤微生物量磷含量為2.96～14.80 mg/kg,其中S20P0>S20P52>S0P52>S0P0,其中稻殼還田不施用磷肥處理S20P0顯著高于減碳處理(S0P52和S0P0)。不同施肥處理土壤MBC/MBP變化范圍為2.20～14.40,其中稻殼還田不施用磷肥處理S20P0是4種處理中最低的。

不同小寫字母代表不同處理間土壤微生物量碳差異顯著,不同大寫字母代表不同處理間微生物量磷差異顯著(P<0.05)。Different lowercase letters indicate significant difference of MBC and MBC/MBP in different treatments, different capital letters indicate significant difference of MBP in different treatments (P<0.05).圖4 增碳控磷對土壤微生物量(a)及微生物量碳磷比(b)的影響Fig.4 Effects of increasing C with P reduction on soil microbial biomass (a) and MBC/MBP (b)

增碳控磷處理對土壤堿性和酸性磷酸酶活性影響的結果見圖5。可知:不同施肥處理土壤堿性磷酸酶活性為65.6～120.0 nmol/(g · h),其中S20P0>S0P0>S20P52>S0P52,稻殼還田不施用磷肥處理S20P0顯著高于其它處理,稻殼還田配施磷肥處理S20P52和稻殼不還田且不施用磷肥處理S0P0顯著高于稻殼不還田施用磷肥處理S0P52;不同施肥處理土壤酸性磷酸酶活性為336.0～467.0 nmol/(g·h),其中S0P52>S20P0>S0P0>S20P52,稻殼不還田施用磷肥處理S0P52顯著高于稻殼還田配施磷肥處理S20P52和稻殼不還田且不施用磷肥處理S0P0。

圖5 增碳控磷對土壤堿性(a)和酸性(b)磷酸酶活性的影響Fig.5 Effects of increasing C with P reduction on soil alkaline (a) and acid (b) phosphatase activities

2.5 土壤磷組分與相關土壤性質的關系

以土壤磷的不同形態(Olsen-P、MBP、HCl-P、Citrate-P、Enzyme-P和CaCl2-P)為響應變量,土壤pH、DOC、SOC、MBC、ACP和ALP等土壤測試指標為解釋變量進行冗余分析(圖6),結果表明RDA第一排序軸和第二排序軸分別解釋了上述測試指標對土壤磷組分含量變化影響程度的36.2%和19.1%。其中:MBC對土壤磷組分的影響最顯著,解釋了土壤磷變化的20.5%;其次是ACP(12.0%)、OC(11.4%)和ALP(11.1%)。

3 討 論

3.1 增碳控磷影響設施番茄產量、磷素盈余和土壤理化性質分析

本研究發現不同施肥處理番茄產量無顯著差異且均達到了目標產量120 t/hm2(圖1),這表明即使不施用磷肥,糞肥所含有的磷素,以及稻殼對土壤磷素的活化作用,已經能夠滿足整個生育期內作物生長的需求,這與Yu等[30]的研究結果一致。即使降低化學磷肥的投入(S0P0、S20P0)也能保持番茄產量,主要原因有:首先,設施蔬菜長期處于相對較高的溫度、水分和頻繁的干濕交替環境中,有利于提高土壤磷素有效性[17];其次,稻殼的施用也可以通過提高微生物量磷(圖4)和堿性磷酸酶活性(圖5)來提升微生物對磷素的周轉進而在一定程度上提高了殘留磷的利用[31]。不同處理磷素表觀盈余均存在顯著差異(圖1),與稻殼不還田且不施用磷肥處理S0P0相比施用稻殼和磷肥都會顯著提高土壤磷素表觀盈余,其中稻殼還田配施磷肥S20P52最為明顯,稻殼還田不施用磷肥S20P0和稻殼不還田施用磷肥S0P52次之,這主要是因為肥料的投入為土壤帶入了部分外源磷素。且在稻殼還田配施磷肥的基礎上減少磷肥,即稻殼還田不施用磷肥處理S20P0能在保證番茄產量的基礎上降低土壤磷素盈余。

土壤理化性質能夠反映土壤環境和對植物的養分供應能力。與稻殼不還田且不施用磷肥處理S0P0相比,增碳控磷(S20P0、S20P52)處理可以改變土壤pH,并顯著提高了土壤有機碳和速效磷含量(表2),這種變化一方面是肥料投入的養分差異性造成的,另一方面是這種差異性帶動土壤內部養分循環改變造成的。本研究中施磷和不施磷條件下施用稻殼即增碳顯著提高表層土壤有機質含量,這與Yu等[30]研究結果一致。例如Luan等[33]的研究通過10年長期試驗驗證了有機物料的添加能夠促進土壤有機碳封存,而單獨施用化肥則不利于土壤有機碳的積累。這主要是因為稻殼是一種高C/P比有機物料,在土壤有機碳為主要限制因子的設施菜田土壤體系中,稻殼施用能在顯著提升高活性有機碳含量的同時增加穩定性有機碳的比例,協調有機碳的礦化與固持,增加有機碳固存[32]。

3.2 增碳控磷影響土壤磷素有效性分析

在施磷條件下,增碳顯著提高土壤全磷和速效磷含量(表2)。一方面,施用稻殼能夠提高土壤團聚體含量,改善土壤結構[34],這在一定程度上影響著土壤磷素形態轉化;另一方面,稻殼施用極大地增加土壤有機碳儲量,對于促進磷素的循環以及在活化土壤磷的生物與非生物過程起著直接或間接的作用,最終提高了土壤磷有效性[35]。而不施磷肥條件下稻殼的施用對于土壤速效磷含量的影響不大,這與 Yang等[36]的部分研究結果一致。這可能是因為,施用稻殼后,促進了微生物的生長代謝,微生物會進一步利用磷素來合成自身的微生物生物量,因此微生物會與植物根系競爭土壤中可利用的磷素[37]。

DGT技術所測得的土壤中經擴散的可溶性磷的量可以比較準確地反映植物對磷的需求[38]。增碳顯著提高表層土壤DGT-P含量(圖2),可能是由于稻殼覆蓋提高土壤保水控肥能力,降低磷移動性[20];稻殼還田不施用磷肥處理S20P0對DGT-P含量影響不顯著,可證明該措施是降低磷投入的可行措施。Deluca 等[21]和蔡觀等[22]基于生物利用磷素難易程度提出了基于磷素生物有效性的分級方法,利用不同的提取劑區分磷的生物活性。農田生態系統中磷含量表現為:CaCl2-P

施磷條件下增碳顯著提高了Enzyme-P含量(圖3),這說明稻殼還田主要增加了土壤有機磷庫,更有利于土壤中磷素的持續供應[17];另外一方面,稻殼還田經微生物分解產生易溶的淀粉、氨基酸和糖類等提供豐富的易利用碳含量,因此微生物代謝活動加強,微生物量庫尤其是微生物量碳的含量顯著提升(圖4)[40],同時進一步刺激了土壤堿性磷酸酶活性(圖5),促進有機磷礦化為無機磷。因此在增碳控磷模式下微生物量碳解釋了土壤磷含量變化的20.5%。此外,稻殼具有較高的表面積,可以吸附酶促反應的底物從而增加堿性磷酸酶活性[41]。而減施磷肥的情況下,施用稻殼顯著提高土壤HCl-P含量,這是因為微生物和根系分泌產生的大量質子(H+)活化了土壤中難溶性礦物質磷,使得HCl-P含量顯著提升,且稻殼還田不施用磷肥處理S20P0顯著提高了土壤微生物量磷含量和堿性磷酸酶活性,磷酸酶活性的增加是對缺磷的重要應答機制[42]。在缺磷土壤中,稻殼的施用顯著提高土壤有機質水平,為微生物活動提供了豐富的碳源和能源。微生物分配更多的資源用于磷素的轉化,因此會增強對土壤磷素的生物固定,提高微生物量磷含量,并分泌更多的磷酸酶,將有機養分轉化為供植物吸收利用的無機養分,從而在不施磷肥下維持土壤磷素有效性水平。因此,在增碳控磷模式下,微生物量、磷酸酶活性和土壤有機質是影響土壤磷素變化的顯著因子。

4 結 論

本研究旨在探究外加碳源的同時控制磷肥投入對設施番茄產量及土壤磷素盈余、土壤基本理化性質和磷素有效性的影響。主要結論如下:在稻殼還田條件下,與施用磷肥處理相比,不施磷肥處理在保證番茄產量的同時能夠通過降低磷肥的施用量,從源頭上減少磷素投入而維持土壤有機質水平,使土壤中的磷素含量不同程度地降低,磷素盈余量從153.0 kg/hm2降至47.3 kg/hm2。因此,該措施在農業生產中,特別是在高投入和灌水量較高的集約化生產體系中,為磷素管理提供了新的思路。無論是施磷肥或不施磷肥情況下,稻殼還田都顯著提高了土壤有機質含量。施磷肥和不施磷肥情況下,稻殼還田對于土壤磷含量的影響存在差異:在施用磷肥條件下,增碳使表層土壤TP含量提高了2.15倍,表層土壤Olsen-P含量提高了1.66倍,表層土壤 Enzyme-P含量提高了1.78倍而其它生物有效性磷組分和土壤 MBP含量無顯著變化; 在不施磷肥條件下,增碳主要是通過提高HCl-P含量(1.15倍)和土壤MBP含量(4.93倍)增加了土壤磷素盈余。稻殼還田不施用磷肥處理S20P0通過顯著提高MBP和堿性磷酸酶活性,加快土壤有機磷的礦化周轉過程,維持CaCl2-P、Enzyme-P和HCl-P水平,滿足作物生長需求。稻殼還田不施用磷肥模式下影響土壤磷素含量變化的主要因素是土壤MBC(20.5%)和ACP(12.0%)。

土壤磷庫具有十分巨大的利用潛力,通過改變施肥物料的碳磷投入,緩解設施菜田碳限制狀況,調節微生物生物量庫,促進其分泌更多與磷素循環相關的磷酸酶,是活化土壤磷素的重要過程。增碳有助于提高磷素生物有效性,而增碳條件下不施磷肥則是在此基礎上兼顧土壤健康,實現可持續農業發展的有效措施。