长期施肥条件下潮土土壤磷素对磷盈亏的响应

【目的】土壤磷素状况是评价土壤养分的重要指标之一。探讨长期施肥条件下土壤有效磷、全磷对土壤磷素盈亏（平衡）的响应,为潮土区施肥管理和土壤培肥提供科学依据。【方法】分析了天津潮土33年（1979-2012）肥料长期定位试验中,不同施肥处理下土壤磷素盈亏与Olsen磷、全磷的变化特征。【结果】长期不施肥（CK）、单施氮肥（N）、氮钾配施（NK）及秸秆与氮肥配施（NS）处理,土壤中磷素常年处于亏缺状态。施磷处理（PK,NP,NPK）和有机肥与氮肥配施（NM）,土壤中磷素均有盈余,PK处理盈余最多,但随试验年限延长（约20年后）,NP,NPK和NM处理土壤中磷素盈余量呈下降趋势。土壤有效磷增加量随磷盈亏而变化,二者呈显著正相关（P＜0.05）。施用无机磷肥或有机肥,均可使土壤中的磷素盈余,土壤中每盈余100 kg·hm^-2磷,PK、NP、NPK、NM处理土壤中的Olsen磷分别增加3.59、1.19、1.75和2.40 mg·kg^-1。长期不同施肥,土壤磷平衡与土壤全磷增量间呈正相关,但不同处理下差异较大。单施氮肥（N）和秸秆还田（NS）处理,可认为累积磷平衡对土壤全磷增量无影响。施用无机磷肥或有机肥,土壤中每盈余100 kg P·hm^-2,PK、NP、NPK、NM处理土壤中全磷分别增加0.06、0.07、0.07和0.10 g·kg^-1。【结论】土壤磷素盈亏状况与肥料配施类型密切相关,长期施用化学磷肥或有机肥,土壤有效磷、全磷增加量与土壤磷素盈亏呈显著直线正相关。有机肥与氮肥配施提升土壤全磷的速率大于施用化肥。     

赤红壤蔗区11年连续增量施磷下磷素演变及其 对甘蔗产量与磷流失的影响

【目的】 系统分析连续11年增量施磷下赤红壤蔗地土壤全磷、Olsen-P以及地表径流磷流失量的变化特征和土壤磷素变化与磷盈亏、蔗茎产量的响应关系,为土壤磷素科学管理提供参考。【方法】 依托长期肥力及地表径流定位监测试验（2008年—）,选取不施肥（CK）、推荐施肥（OPT）和增量施磷（OPT+P）3个处理,测定土壤全磷、Olsen-P含量及地表径流磷流失量,分析土壤磷素变化与磷累积盈亏量的关系,采用Mitscherlich模型拟合蔗茎产量对Olsen-P的响应曲线,计算土壤Olsen-P农学阈值,并推算施肥处理土壤Olsen-P含量从第11年降至环境阈值所需的时间。【结果】 CK处理逐年降低土壤全磷含量,年降速率为0.0251 g·kg ^-1·a ^-1。施肥土壤全磷和Olsen-P含量随种植年限波动增加,土壤全磷和Olsen-P增速率OPT+P处理高于OPT处理。不施肥土壤表观磷盈亏10.2 kg·hm ^-2·a ^-1,施肥处理土壤表观磷盈余41.3—69.2 kg·hm ^-2·a ^-1,占施磷量的31.9%—35.6%,以OPT+P处理显著高于OPT处理67.5%。施肥下赤红壤蔗区土壤全磷和Olsen-P变化量均与土壤累积磷盈亏量呈显著正相关关系（P＜0.01）,土壤每累积盈余100 kg P·hm ^-2,OPT处理和OPT+P处理土壤全磷上升0.06 g·kg ^-1和0.09 g·kg ^-1,Olsen-P 含量上升11.0 mg·kg ^-1和9.1 mg·kg ^-1。土壤每累积亏缺100 kg P·hm ^-2,CK处理土壤全磷下降0.32 g·kg ^-1。Mitscherlich模型较好地拟合蔗茎产量与赤红壤Olsen-P含量的响应关系（P＜0.01）。其计算出的土壤Olsen-P 农学阈值为12.1 mg·kg ^-1。施肥显著提高地表径流磷流失量,且OPT+P处理也显著高于OPT处理。地表径流磷流失量与土壤Olsen-P含量显著正相关。基于土壤磷素变化与累积磷盈亏的关系推算得出第11年OPT和OPT+P处理Olsen-P水平降至环境阈值的时间分别需要12年和16年。 【结论】 在南方赤红壤区,施肥尤其增量施磷在提高土壤磷素累积的同时增加了地表径流磷流失风险。在本试验磷的基础养分条件下,按OPT处理施磷,并从甘蔗种植的第2—3年实行隔年施磷可维持土壤磷素处于农学阈值与环境阈值之间。     

长期施肥对黄壤性水稻土磷平衡及农学阈值的影响

【目的】研究长期施肥条件下土壤有效磷（Olsen-P）的演变特征及土壤磷素的累积状况,分析土壤磷素累积与土壤有效磷的响应关系,明确Olsen-P的农学阈值及合理磷肥施用量,为西南黄壤地区科学施用磷肥提供理论依据。【方法】以贵州黄壤肥力与肥料长期定位试验为平台,选择试验中6个处理分别是不施肥（CK）、偏施氮钾肥（NK）、常量氮磷钾肥（NPK）、常量有机肥（M）、减1/2有机肥+减1/2氮磷钾肥（1/2 M +1/2 NPK）和常量有机肥+常量氮磷钾肥（MNPK）。分析西南黄壤性水稻土19年（1995-2013）土壤Olsen-P含量与植株吸磷量,研究土壤Olsen-P的变化规律及土壤累积磷盈亏状况,通过Mitscherlich方程模拟作物相对产量对土壤Olsen-P的响应关系,明确西南黄壤性水稻土的农学阈值,并分析Olsen-P与施肥量之间的关系。【结果】长期施用磷肥处理可显著提高土壤Olsen-P含量,各施磷处理Olsen-P年增长速率在0.72-2.47 mg·kg^-1·a^-1,其中MNPK处理Olsen-P增长速率最大,NPK处理最小,主要与施肥量的高低有关;有机肥配施化学磷肥比单施化学磷肥和单施有机肥更能有效地促进作物对磷素的吸收;不施磷处理土壤磷素一直处于亏缺状态,施磷处理土壤磷素盈余量为176-1 200 kg·hm^-2,其中MNPK处理磷素盈余量最高;土壤累积磷盈余量与土壤Olsen-P增量呈显著线性相关,土壤中磷素每盈余100 kg·hm^-2,NPK、M、1/2M+1/2NPK、MNPK处理Olsen-P含量分别提高4.0、2.0、3.2和2.0 mg·kg^-1;土壤每年磷盈亏和Olsen-P含量与磷肥施用量呈极显著正相关关系,磷肥用量（纯P）17.4 kg·hm^-2时土壤磷盈亏呈持平状态,西南黄壤性水稻土Olsen-P的农学阈值为15.8 mg·kg^-1;对应的施肥量（纯P）为每年37.2 kg·hm^-2·a^-1。【结论】土壤有效磷随土壤磷素盈余而变化,同时与磷素投入量密切相关,当磷肥用量（纯P）为17.4 kg·hm^-2·a^-1土壤磷素呈持平状态。当磷肥用量（纯P）为37.2 kg·hm^-2·a^-1时,可获得较高作物产量,磷肥当季利用率高,且磷素在土壤中累积较少。当磷肥用量（纯P）大于37.2 kg·hm^-2·a^-1时,作物产量对磷肥用量无响应,大量磷素累积在土壤中,增加土壤磷素的流失风险。土壤中累积磷盈余量一定的情况下,西南黄壤性水稻土长期单施化学磷肥提升土壤Olsen-P的速率大于施用有机肥处理。     

基于甘蔗产量与土壤磷素平衡的磷肥施用量研究

【目的】探讨南方赤红壤蔗区基于甘蔗产量与土壤磷素平衡的磷肥施用量,为该地区农田磷素高效利用与科学施磷提供参考依据。【方法】于2014—2016年在广西甘蔗主产区（南宁市武鸣区）布置田间定位试验,共设5个磷肥施用量水平,分别是0（P0）、75 kg P₂O₅·hm^-2（P1）、150 kg P₂O₅·hm^-2（P2）、300 kg P₂O₅·hm^-2（P3）和 600 kg P₂O₅·hm^-2（P4）,连续3年测定甘蔗蔗茎、蔗叶产量和土壤Olsen-P含量,采用Mitscherlich模型拟合蔗茎产量对Olsen-P的响应曲线,计算土壤Olsen-P农学阈值,并分析植株磷含量,计算甘蔗吸磷量,磷肥利用率和磷素表观平衡状况。【结果】与P1处理相比,P2处理蔗茎产量显著提高8.3%（2014年）、18.0%（2015年）和15.5%（2016年）。蔗叶和地上部产量均以P2或P3处理最高,但不同施磷量间蔗茎、蔗叶和地上部产量整体无显著差异。P2—P4处理蔗茎磷累积量、蔗叶磷累积量和地上部磷累积量也相当。土壤Olsen-P含量、磷素表观平衡量和磷素盈余率均随施磷量的增加而显著增加,而磷素表观回收率和磷素偏生产力随施磷量的增加逐渐下降,以P1处理最高,显著高于P3和P4处理。Mitscherlich方程拟合获得Olsen-P农学阈值为13.4 mg·kg^-1。相关分析表明,施磷量与磷素盈余率、磷素盈余率与土壤Olsen-P含量呈极显著的线性正相关关系（P小鱼0.01）;磷素盈余率与甘蔗蔗茎产量呈极显著二次相关（P小鱼0.01）,与磷素表观回收利用率、磷素偏生产力呈极显著指数相关（P小鱼0.01）。当施磷量为40.9 kg·hm^-2时,磷素盈余率为0,土壤Olsen-P含量为15.87 mg·kg^-1,甘蔗蔗茎产量为 94.2 t·hm^-2。线性加平台拟合下的优化施磷量,土壤磷素盈余率为216.2%—232.7%,土壤Olsen-P含量为24.7—25.4 mg·kg^-1,甘蔗蔗茎产量为99.7—100 t·hm^-2。【结论】在Olsen-P含量较高的蔗区,40.9 kgP₂O₅·hm^-2施用量能维持土壤磷素平衡,保持土壤适宜的Olsen-P含量,获得较高的产量与磷肥利用率,可以作为推荐的适宜施磷量。     

长期施肥紫色水稻土磷素累积与迁移特征

【目的】探讨长期不同施肥对钙质紫色水稻土磷素累积与迁移的影响。【方法】以长期肥料定位试验不同施肥处理的土壤为研究对象,试验处理包括不施肥（CK）、氮肥（N）、氮磷肥（NP）、氮磷钾肥（NPK）、有机肥（M,鲜猪粪）、有机肥+氮肥（MN）、有机肥+氮磷肥（MNP）和有机肥+氮磷钾肥（MNPK）8种施肥方式,研究不同施肥处理条件下钙质紫色水稻土磷素平衡、累积和去向状况,以及不同施肥方式对耕层（0-20 cm）土壤全磷、有效磷演变规律及土壤剖面（0-100 cm）全磷、有效磷迁移特征。【结果】钙质紫色水稻土33年不施用磷肥（CK和N）作物籽粒和秸秆磷素携出总量为613.12 kg·hm^-2,种苗、根茬、雨水及灌溉水带入土壤总磷量为106.61 kg·hm^-2,长期不施用磷肥土壤磷素表现出亏缺状况,年亏缺量为15.35 kg·hm^-2,且土壤磷含量随种植年限延续而下降,土壤全磷含量年均减少量为0.0011 g·kg^-1、有效磷含量年均减少量为0.029 mg·kg^-1;33年单施无机磷肥（NP和NPK）土壤磷素投入总量为1 880.03 kg·hm^-2、作物携出磷量为1 275.40 kg·hm^-2,有机肥处理（M和MN）土壤投入磷量为2 532.68 kg·hm^-2、携出磷量为757.50 kg·hm^-2;有机无机磷肥配施（MNP和MNPK）土壤投入和携出磷量分别为4 305.11和1 436.64 kg·hm^-2;不同施肥处理土壤磷素投入量都明显高于作物携出量,导致单施无机磷肥、单施有机磷肥和有机无机磷肥配施处理土壤磷素年盈余量分别为18.32、53.79和86.92 kg·hm^-2,年未知去向磷量分别为4.99、34.96和59.39 kg·hm^-2,土壤全磷含量年增加量分别为0.015、0.0018和0.018 g·kg^-1,有效磷含量年增加量分别为1.13、0.032和1.17 mg·kg^-1。长期不施用磷肥钙质紫色水稻土全磷含量随土层深度增加而降低,土壤有效磷含量则相反;长期施用磷肥土壤全磷和有效磷含量在土壤剖面都呈现出上下层高、中间低的空间分布格局。施用无机磷肥土壤磷素可迁移至60-80 cm土层,施用有机磷肥或有机无机磷肥配施土壤磷素可迁移至100 cm以下;随着磷肥施用年限持续,土壤磷素迁移深度和迁移量将会更大,有机肥的施用促使磷素向土壤下层迁移。【结论】连续数年施用磷肥后,土壤磷含量达到一定水平时应考虑减少磷肥用量,减少因有机肥过量施用导致的磷素快速积累和淋失。     

长期施肥下红壤性水稻土有效磷的演变特征及对磷平衡的响应

【目的】分析长期不同施肥下土壤有效磷含量、全磷含量、土壤磷素盈亏和磷素活化效率（PAC）的动态变化,探讨不同施肥下水稻土磷素演变特征及与磷平衡的响应关系。【方法】基于1982年开始的红壤性水稻土长期不同施肥定位试验,试验包括不施肥（CK）、有机肥（牛粪,M）、氮磷钾肥（NPK）、氮磷钾肥＋有机肥（NPKM）、氮磷肥＋有机肥（NPM）、氮钾肥＋有机肥（NKM）和磷钾肥＋有机肥（PKM）共7个处理。【结果】经过30年不同施肥,土壤有效磷含量均呈上升趋势。M、NKM、NPK、NPM、NPKM和PKM处理土壤有效磷含量变化速率分别为0.18、0.20、0.83、1.35、1.46和1.62 mg·kg^-1·a^-1。M、NPK、PKM、NPM和NPKM处理土壤全磷增加速率分别约为4.3、15.4、16.0、18.3和22.9 mg·kg^-1·a^-1。所有施肥处理,土壤中磷素均有盈余,磷素盈余量与土壤有效磷增加量呈显著正相关关系（P＜0.05）,土壤中每盈余100 kg P·hm^-2,M、NKM、NPM、NPKM、PKM和NPK6个处理的土壤有效磷含量分别增加0.4、0.7、1.9、2.1、2.2和3.2 mg·kg^-1。在土壤中磷素盈余量接近的情况下,单施化肥（NPK）的PAC显著高于单施有机肥（M）处理（P＜0.05）。【结论】化学磷肥和有机肥配施相比单施化肥或有机肥能够显著提高红壤性水稻土土壤有效磷、全磷含量和磷素活化效率。     

红壤性水稻土磷素淋溶流失特征及环境阈值研究

【目的】揭示不同磷含量水平下红壤性水稻土磷素淋溶流失特征及土壤磷素环境阈值。【方法】选取低(P1)、中(P2)、高(P3) 3个磷素水平的红壤性水稻土作为研究对象,采用土柱渗漏试验方法,研究磷素在水稻土剖面中的空间分布特征、土壤渗漏液中总磷(TP)和可溶性总磷(TDP)的含量、流失量特征以及土壤磷素环境阈值。【结果】不同磷素水平红壤水稻土全磷和Olsen-P含量在0～60 cm都有不同程度的累积,在土壤剖面上大致呈现出随着土壤剖面深度的增加,磷素累积量逐渐减少后趋于稳定的趋势;从土壤渗漏液中不同磷形态的含量特征来看,不同磷水平水稻土渗漏液中TP、TDP和PP含量和流失量都呈现出P3 P2P1的特点,与土壤表层Olsen-P含量分布规律一致;红壤性水稻土发生淋溶时的土壤磷素环境阈值为50.34 mg/kg。【结论】滇中红壤性水稻土可能存在磷淋失风险,且土壤中磷素Olsen-P含量越高,淋失风险越大。     

吉林省春玉米种植区土壤磷库特征及磷素淋失风险评价

【目的】探明春玉米主产区主要土壤类型的磷库特征,合理评估该区域土壤磷素淋失风险,为减少磷投入、实现土壤磷养分的高效利用及减小养分流失所导致的环境风险提供参考。【方法】于2018年在吉林省春玉米种植区,采集4种主要土壤类型(黑土、黑钙土、白浆土、暗棕壤)表层土(0～20 cm),测定全磷、速效磷(Olsen-P)和水溶性磷(CaCl_2-P)含量,分析土壤CaCl_2-P与Olsen-P含量的关系,确定4种土壤类型磷素淋失的临界值。【结果】黑土、黑钙土、白浆土和暗棕壤全磷含量平均值依次为0.48,0.51,0.55和0.79 g/kg,Olsen-P含量平均值依次为73.34,35.85,39.52和37.02 mg/kg。与第二次土壤普查结果相比,4种土壤类型的全磷含量均有所增加。根据《中国土壤》中土壤Olsen-P含量分级标准,可知大部分土壤的Olsen-P含量都处于极好水平(40 mg/kg)。土壤CaCl_2-P和Olsen-P含量之间的关系符合双直线模型。黑土、黑钙土、白浆土和暗棕壤磷素淋失"突变点"所对应的Olsen-P含量分别为78.82,47.37,48.61和54.00 mg/kg,CaCl_2-P含量为0.94,0.54,0.53和0.75 mg/kg。【结论】随着耕种时间的延长,春玉米种植区土壤全磷含量不断增加,其中Olsen-P含量增加更为明显。当土壤Olsen-P含量大于磷素淋失临界值时,41.4%的黑土、33.3%的黑钙土、30.4%的白浆土和22.7%的暗棕壤均存在磷素淋失风险。     

炭化玉米秸秆对棕壤磷素组分及有效性的影响

【目的】以单施化肥和普通玉米秸秆（腐熟和未腐熟）配施化肥为对照,研究炭化玉米秸秆对棕壤磷素组分及有效性的影响,分析玉米秸秆炭化还田对改善土壤磷素肥力的效果。【方法】对未腐熟、腐熟和炭化的玉米秸秆配施化肥处理（各处理均施用等量化肥,秸秆处理均按等碳量）进行室内模拟培养试验,采用Hedley修正法顺序提取测定各处理磷素组分;采用严昶生的恒温震荡吸附法测定各处理对磷素吸附解吸特性的影响。【结果】玉米秸秆配施化肥处理比无秸秆（单施化肥）处理可以明显提高土壤中全磷的含量,其提高幅度与秸秆处理所带入的磷素数量明显相关;不同处理的玉米秸秆对土壤磷素组分的影响比较明显,虽然本身有效磷含量不高,但炭化玉米秸秆施入土壤后可以明显提高土壤中碳酸氢钠无机磷及有机磷含量;施用玉米秸秆处理可以明显降低土壤对磷酸根离子的吸附量,以炭化玉米秸秆处理最为显著,玉米秸秆腐熟与否与土壤对磷酸根离子的吸附数无明显相关。【结论】施用炭化玉米秸秆还田不但可以促进土壤中磷素的有效化,而且可以减少土壤对磷的固定,提高磷肥的利用率,但也可能增强进入土壤中磷素的活动性,增大磷素的环境风险。     

长期施肥条件下黑垆土有效磷对磷盈亏的响应

【目的】阐明不同施肥条件下土壤有效磷与土壤磷素累积的响应关系,为黄土高原旱作农区科学施用磷肥提供依据。【方法】分析了黑垆土28年(1979—2007年)肥料长期定位试验中,不同施肥处理下土壤磷素盈亏与土壤有效磷的变化特征。【结果】长期施用化肥(NP)、单施有机肥(M)及化肥与有机配施(NPM),土壤有效磷含量随试验年限的延长呈极显著(P0.01)上升趋势,年均分别增加0.54、0.64和1.11mg·kg-1,而不施肥和单施氮肥处理土壤有效磷含量呈持平或下降趋势。土壤有效磷增加量随磷盈亏而变化,二者呈极显著(P0.01)正相关,施用化学磷肥、单施有机肥和有机无机肥配施,土壤中的磷素均有盈余,土壤中每盈余100kg·hm-2磷所能增加的土壤有效磷分别为3.85、0.29和0.53mg·kg-1。施用化学磷肥土壤有效磷的增加速率是施有机肥的11.6倍。【结论】土壤有效磷随土壤磷素盈余而变化与加入磷素形态密切相关,长期单施化学磷肥提升土壤有效磷的速率显著大于单施有机肥。     

Response of soil Olsen-P to P budget under different long-term fertilization treatments in a fluvo-aquic soil

The concentration of soil Olsen-P is rapidly increasing in many parts of China, where P budget(P input minus P output) is the main factor influencing soil Olsen-P. Understanding the relationship between soil Olsen-P and P budget is useful in estimating soil Olsen-P content and conducting P management strategies. To address this, a long-term experiment(1991–2011) was performed on a fluvo-aquic soil in Beijing, China, where seven fertilization treatments were used to study the response of soil Olsen-P to P budget. The results showed that the relationship between the decrease in soil Olsen-P and P deficit could be simulated by a simple linear model. In treatments without P fertilization(CK, N, and NK), soil Olsen-P decreased by 2.4, 1.9, and 1.4 mg kg~(–1) for every 100 kg ha~(–1) of P deficit, respectively. Under conditions of P addition, the relationship between the increase in soil Olsen-P and P surplus could be divided into two stages. When P surplus was lower than the range of 729–884 kg ha~(–1), soil Olsen-P fluctuated over the course of the experimental period with chemical fertilizers(NP and NPK), and increased by 5.0 and 2.0 mg kg~(–1), respectively, when treated with chemical fertilizers combined with manure(NPKM and 1.5 NPKM) for every 100 kg ha~(–1) of P surplus. When P surplus was higher than the range of 729–884 kg ha~(–1), soil Olsen-P increased by 49.0 and 37.0 mg kg~(–1) in NPKM and 1.5 NPKM treatments, respectively, for every 100 kg ha~(–1) P surplus. The relationship between the increase in soil Olsen-P and P surplus could be simulated by two-segment linear models. The cumulative P budget at the turning point was defined as the "storage threshold" of a fluvo-aquic soil in Beijing, and the storage thresholds under NPKM and 1.5 NPKM were 729 and 884 kg ha~(–1)P for more adsorption sites. According to the critical soil P values(CPVs) and the relationship between soil Olsen-P and P budget, the quantity of P fertilizers for winter wheat could be increased and that of summer maize could be decreased based on the results of treatments in chemical fertilization. Additionally, when chemical fertilizers are combined with manures(NPKM and 1.5 NPKM), it could take approximately 9–11 years for soil Olsen-P to decrease to the critical soil P values of crops grown in the absence of P fertilizer.     

太湖稻麦轮作农田减施磷肥盆栽试验研究

选择江苏常熟富磷、中磷、缺磷三个磷水平水稻土,通过盆栽试验研究稻麦轮作农田稻季不施磷的减磷措施的可行性。实验分四个不同处理:麦季施磷稻季不施磷(PW)、稻季施磷麦季不施磷(PR)、稻麦季均施磷(PR+W,目前农民施肥方式)以及稻麦季均不施磷(Pzero)。四年八季试验结果表明:与PR+W处理相比,无论是富磷、中磷以及缺磷土壤中,PW处理下的作物产量均无显著性差异,却显著提高四年稻麦轮作周期内的磷肥表观利用率(富磷、中磷以及缺磷三种土壤上分别高出4.21%、17.3%、18.5%),同时土壤速效磷含量累积下降20%~60%。然而,与PR+W处理相比,PR处理在缺磷土壤上作物产量下降了75%(P0.05)。四年盆栽试验结果表明,稻麦轮作农田在土壤磷素供应水平中等及以上条件下,通过稻季不施磷的措施来达到稻麦轮作农田减磷的效果在理论上具有可行性,可以保证作物较高产量水平和土壤磷素的环境安全。     

长期不同施肥红壤磷素变化及其对产量的影响

目的 定量长期不同施肥红壤磷素的演变特征,研究红壤磷素变化对生产力的影响,为红壤地区磷素管理提供理论依据。方法 利用持续26年的红壤旱地长期定位试验平台（1991—2016年）,比较长期不施磷肥（CK、N、NK）、施用化学磷肥（PK、NP、NPK）、化肥配合秸秆还田（NPKS）和化肥配施有机肥及有机肥（1.5NPKM、NPKM、M）土壤Olsen-P和全磷含量变化,分析土壤磷素对磷盈亏量的响应,采用不同模型拟合作物产量对有效磷的响应曲线,计算土壤有效磷农学阈值。结果 长期施用磷肥显著提高了土壤全磷和有效磷含量,提升了土壤磷素活化系数（PAC）。化肥配施有机肥及有机肥处理（1.5NPKM、NPKM、M）的PAC高于化肥配合秸秆还田（NPKS）和施用化学磷肥（PK、NP、NPK）。红壤地区土壤全磷和有效磷变化量与土壤磷盈亏量呈正相关关系（P＜0.01）,土壤每累积盈余100 kg P·hm ^-2,土壤Olsen-P含量上升3.00—5.22 mg·kg ^-1,全磷上升0.02—0.06 g·kg ^-1。土壤每累积亏缺磷100 kg P·hm ^-2,不施磷肥处理（CK、N、NK）土壤Olsen-P分别下降1.85、0.40、1.76 mg·kg ^-1。化肥配施有机肥及有机肥处理（1.5NPKM、NPKM、M）的小麦和玉米产量显著高于化肥配合秸秆还田（NPKS）以及施用化学磷肥（PK、NP、NPK）,显著高于不施磷肥（CK、NK、N）。化肥配施有机肥及有机肥处理（1.5NPKM、NPKM、M）的产量可持续指数也高于其他处理。3种模型（线性-线性模型、线性-平台模型和米切里西方程）均能较好地拟合作物产量与红壤有效磷含量的响应关系（P＜0.01）。在红壤地区推荐使用拟合度较好的线性-线性模型,其计算出小麦和玉米的土壤Olsen-P农学阈值分别为13.5和23.4 mg·kg ^-1。 结论 在南方红壤地区,化肥配施有机肥更有利于磷素累积和提升磷素有效性。化肥配施有机肥作物产量显著高于其他处理,且稳产性好。线性-线性模型可用于计算红壤地区有效磷的农学阈值。生产上应该根据土壤有效磷含量及其农学阈值调整磷肥施用量。     

Interactions between phosphorus availability and microbes in a wheat–maize double cropping system: A reduced fertilization scheme

Mechanisms controlling phosphorus (P) availability and the roles of microorganisms in the efficient utilization of soil P in the wheat–maize double cropping system are poorly understood.  In the present study, we conducted a pot experiment for four consecutive wheat–maize seasons (2016–2018) using calcareous soils with high (30.36 mg kg^–1) and low (9.78 mg kg^–1) initial Olsen-P content to evaluate the effects of conventional P fertilizer application to both wheat and maize (Pwm) along with a reduced P fertilizer application only to wheat (Pw).  The microbial community structure along with soil P availability parameters and crop yield were determined.  The results showed that the Pw treatment reduces the annual P input by 33.3% without affecting the total yield for at least two consecutive years as compared with the Pwm treatment in the high Olsen-P soil.  Soil water-soluble P concentrations in the Pw treatment were similar to those in the Pwm treatment at the 12-leaf collar stage when maize requires the most P.  Furthermore, the soil P content significantly affected soil microbial communities, especially fungal communities.  Meanwhile, the relative abundances of Proteobacteria and alkaline phosphatase (ALP) activity of Pw were significantly higher (by 11.4 and 13.3%) than those of Pwm in soil with high Olsen-P.  The microfloral contribution to yield was greater than that of soil P content in soil with high Olsen-P.  Relative abundances of Bacillus and Rhizobium were enriched in the Pw treatment compared with the Pwm treatment.  Bacillus showed a significant positive correlation with acid phosphatase (ACP) activity, and Rhizobium displayed significant positive correlations with ACP and ALP in soil with high Olsen-P, which may enhance P availability.  Our findings suggested that the application of P fertilization only to wheat is practical in high P soils to ensure optimal production in the wheat and maize double cropping system and that the soil P availability and microbial community may collaborate to maintain optimal yield in a wheat–maize double cropping system.     

长期施肥紫色土有效磷变化及其对稻麦轮作产量的影响

【目的】通过总结分析长期施肥处理下紫色土稻麦轮作土壤有效磷的变化特征,以及土壤磷素变化对作物产量的影响,为紫色土稻麦轮作磷素管理提供理论依据。【方法】依托国家肥力监测网紫色土肥力监测试验站27年的稻麦轮作定位试验,选取10种不同施肥处理：CK处理（只种作物不施肥）;N、NP、NK、PK、NPK为不同氮（N）、磷（P）、钾（K）化肥配施处理;M、NPKS、NPKM、1.5NPK+M为有机肥（M）、秸秆还田（S）及其与化肥配施处理。试验数据涵盖1991—2018年,测定不同施肥处理下土壤有效磷含量和作物产量,计算100 kg籽粒磷素吸收量和磷肥利用率,分析土壤磷素变化对累积磷盈亏的响应,采用不同模型计算土壤磷素农学阈值。【结果】长期施用磷肥能够显著提高土壤有效磷含量,各施磷处理有效磷年均增量为0.80—2.32 mg·kg^-1;而不施磷处理CK、N、NK和单施有机肥处理M的土壤有效磷含量则逐年下降至平稳状态。不施磷处理土壤磷素一直处于亏缺状态,施磷各处理27年后土壤累积磷盈余量为244.8—698.2 kg P·hm^-2,其中1.5NPK+M处理累积磷盈余量最高;施磷处理土壤累积盈余量与土壤Olsen-P增量呈显著线性相关,土壤每盈余磷100 kg·hm^-2,土壤有效磷含量提高4.27—6.5 mg·kg^-1。磷肥施用能显著提升稻麦轮作系统作物产量和吸磷量,100 kg水稻籽粒需磷量为0.17—0.41 kg,100 kg小麦籽粒需磷量为0.25—0.57 kg;试验各处理的磷肥利用率为10.3%—39.7%;4种模型（线性-平台模型、双直线模型、BoxLucas模型和米切里西模型）均能较好地拟合作物产量与紫色土有效磷含量的响应关系,其中双直线模型的拟合度最好,其计算的水稻和小麦的土壤有效磷农学阈值分别为13.28和9.93 mg·kg^-1。 【结论】在紫色土水稻-小麦轮作体系中,合理施用磷肥能显著提高作物吸磷量、产量以及土壤有效磷含量。推荐双直线模型用于计算紫色土稻麦轮作体系下土壤有效磷的农学阈值,生产上应根据土壤有效磷含量及其农学阈值调整磷肥施用量。     

Soil phosphorus dynamic,balance and critical P values in longterm fertilization experiment in Taihu Lake region,China

Phosphorus(P) is an important macronutrient for plant but can also cause potential environmental risk. In this paper, we studied the long-term fertilizer experiment(started 1980) to assess the soil P dynamic, balance, critical P value and the crop yield response in Taihu Lake region, China. To avoid the effect of nitrogen(N) and potassium(K), only the following treatments were chosen for subsequent discussion, including: C0(control treatment without any fertilizer or organic manure), CNK treatment(mineral N and K only), CNPK(balanced fertilization with mineral N, P and K), MNK(integrated organic manure and mineral N and K), and MNPK(organic manure plus balanced fertilization). The results revealed that the response of wheat yield was more sensitive than rice, and no significant differences of crop yield had been detected among MNK, CNPK and MNPK until 2013. Dynamic and balance of soil total P(TP) and Olsen-P showed soil TP pool was enlarged significantly over consistent fertilization. However, the diminishing marginal utility of soil Olsen-P was also found, indicating that high-level P application in the present condition could not increase soil Olsen-P contents anymore. Linear-linear and Mitscherlich models were used to estimate the critical value of Olsen-P for crops. The average critical P value for rice and wheat was 3.40 and 4.08 mg kg~(–1), respectively. The smaller critical P value than in uplands indicated a stronger ability of P supply for crops in this paddy soil. We concluded that no more mineral P should be applied in rice-wheat system in Taihu Lake region if soil Olsen-P is higher than the critical P value. The agricultural technique and management referring to activate the plant-available P pool are also considerable, such as integrated use of low-P organic manure with mineral N and K.