施用粪肥对农田土壤磷素累积和饱和度增加速率的影响

针对施用粪肥导致的我国集约化种养区域农田土壤磷素高量累积和高环境风险问题,利用长期定位试验定量分析了施用粪肥对农田土壤磷素累积和磷饱和度(DPS,degree of P saturation)增加速率(每年1 kg P·hm~(-2)磷素盈余所导致的土壤磷素含量或DPS变化量)的影响。结果表明:连续22年过量磷素投入明显提高了土壤磷素含量和DPS,0~20 cm土层土壤磷素累积、DPS增加与磷素盈余均存在明显的线性相关性。与单施化肥相比,施用粪肥对土壤全磷的累积速率影响不大,但是明显提高了土壤Olsen-P累积和DPS增加速率。施用粪肥下,每年1 kg P·hm~(-2)的磷盈余所导致的0~20 cm土层土壤Olsen-P、CaCl_2-P累积和DPS增加量分别为0.071 mg P·kg~(-1)(r=0.608,P=0.029)、0.003 mg P·kg~(-1)(r=0.528,P=0.066)和0.036%(r=0.863,P=0.002),分别为不施粪肥的3.3、6.0倍和1.2倍。土壤DPS变化与磷含量变化之间也存在明显的线性关系,0~20 cm土层土壤每年全磷、Olsen-P和CaCl_2-P含量增加1mg P·kg~(-1)所导致的土壤DPS增加值分别为0.13%、0.42%和7.78%。20~40 cm土层土壤磷素累积、DPS增加与磷素盈余之间的线性相关性均较差,但与0~20 cm土层相比,施用粪肥和不施粪肥之间累积速率的差异性有增大的趋势,说明施用粪肥促进了磷素向下层土壤的移动。施用粪肥加速了土壤有效磷累积和DPS增加,进而提高了土壤中磷素损失风险,合理施用粪肥是控制集约化种养区域农田磷面源污染的关键。     

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。     

磷肥和有机肥施用对白菜产量及磷素径流流失潜能的影响

为给农业中持续安全施用磷肥和有机肥、科学评价土壤积累磷的环境风险提供理论依据。试验采用完全随机试验研究磷肥和有机肥施用对白菜产量以及土壤磷素组成状况的影响,并分析了土壤测试磷与磷素径流流失潜能的关系。结果表明:施用磷肥和有机肥均显著增加白菜的产量,单施不同量磷肥白菜产量增幅18.1%～23.396,单施不同量有机肥白菜产量增幅15.3%～17.7%,单位无机磷对白菜的增产量随磷肥用量增加而逐渐减少;各施肥处理之间白菜产量均无显著差异。施用磷肥显著提高土壤无机磷和全磷含量,施用有机肥显著提高土壤有机磷和全磷含量,相同磷肥用量条件下,增施M_1(75 c/hm~2)、M_2(150 t/hm~2),有机磷含量平均增加为17.6 mg/kg和26.0 mg/kg。施用磷肥和有机肥显著增加土壤Olsen-P、水溶性磷、生物有效磷含量;土壤Olsen -P与水溶性磷和生物有效磷呈显著正相关关系。施用磷肥和有机肥均显著增加土壤灌溉滞留水中可溶态磷的含量,土壤Olsen-P、水溶性磷与灌溉滞留水中可溶态磷呈极显著正相关关系。     

长期施磷对水旱轮作生产力及土壤团聚体磷分布的影响

以中稻-冬油菜定位试验为基础,研究水旱轮作条件下长期施用推荐磷肥用量对作物系统产量、土壤团聚体分布及有效磷含量的影响。试验设NK(-P)和NPK(+P)2个处理。结果表明,轮作系统产量变幅受到年份和施肥的双重影响,与对照相比(-P),施用磷肥(+P)后水稻和冬油菜的平均增产量为587kg/hm2和923kg/hm2,增幅分别达11.3%和168.1%。长期施用推荐磷肥用量虽然能够补充土壤各层次的磷素消耗、改善土壤团聚体分布状况,尤其显著提高0~10cm和30~40cm深处0.25mm粒级团聚体有效磷含量,但也造成土壤磷素累积,增加农田磷素地表径流和地下渗漏的环境风险。因此,有必要就整个轮作系统进行磷肥优化施用,以减少轮作系统的磷肥用量,从而提高磷肥吸收利用率。     

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。     

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。     

长期施肥对红壤旱地有机碳、氮和磷的影响

通过长期田间定位实验研究了不同施肥处理对红壤旱地土壤养分库累积和养分供给的影响。研究结果表明:长期单施氮肥易造成土壤酸化和土壤磷库消耗;不施氮肥土壤的氮库会发生明显耗竭,导致土壤水溶性氮含量下降;施用磷肥土壤的速效磷含量有所增加;施用有机肥(猪粪)可以显著增加土壤氮库、磷库和碳库,并缓解土壤酸化;有机肥施用使土壤速效磷含量大幅度增加,可能会导致磷素流失风险。     

长期施肥对红壤旱地有机碳、氮和磷的影响

通过长期田间定位实验研究了不同施肥处理对红壤旱地土壤养分库累积和养分供给的影响。研究结果表明:长期单施氮肥易造成土壤酸化和土壤磷库消耗;不施氮肥土壤的氮库会发生明显耗竭,导致土壤水溶性氮含量下降;施用磷肥土壤的速效磷含量有所增加;施用有机肥(猪粪)可以显著增加土壤氮库、磷库和碳库,并缓解土壤酸化;有机肥施用使土壤速效磷含量大幅度增加,可能会导致磷素流失风险。     

增碳控磷对设施土壤磷素有效性的影响

为解决设施菜田粪肥施用过量导致的土壤磷素累积和环境风险问题，本研究以设施菜田中的磷素管理措施为研究对象，基于寿光田间定位试验，设置了稻壳不还田施用磷肥(S₀P₅₂)、稻壳还田配施磷肥(S₂₀P₅₂)、稻壳不还田且不施用磷肥(S₀P₀)和稻壳还田不施用磷肥(S₂₀P₀)4个处理，利用薄膜扩散梯度技术(Diffusive gradients in thin films technique，DGT)和生物有效磷分组方法对土壤磷素进行表征，探究外加碳源的同时控制磷肥投入对设施番茄产量及土壤磷素盈余、土壤基本理化性质和磷素有效性的影响，并结合土壤化学性质和微生物量等探究影响磷素有效性的主要因素。结果表明不同施肥处理土壤磷素盈余为47.3~153.0 kg/hm²，且各处理间差异明显。具体表现如下:无论施磷或不施磷条件下，与不增碳处理比较，增碳处理均显著增加了土壤有机质含量，分别增加了1.49和1.66倍，并改变了微生物活性和磷酸酶活性；在施用磷肥基础上，增碳处理土壤TP、Olsen-P和DGT-P含量分别提升了2.15、1.66和2.79倍；在不施磷肥基础上，增碳处理对土壤MBC、MBP和DGT-P含量分别增加了1.46，4.99和2.75倍，并能够保证在维持磷素供应的同时降低CaCl₂-P水平，降低环境风险。因此，稻壳还田不施用磷肥措施能够保证番茄产量和生物有效磷水平，可作为集约化设施菜田土壤源头磷素管控的推荐施肥方案。     

麦稻轮作体系中磷素平衡的研究

采用田间小区试验方法,研究了高肥力土壤施用磷肥对冬小麦/水稻轮作周期中作物产量、磷肥利用率和磷养分平衡等的影响。结果表明,施磷对当季作物有增产效果,而磷肥残效对后茬作物增产明显。1个轮作周期一次性施磷(P2O5)45kg·hm-2即可保持麦稻两季作物高产;磷肥施用在小麦季水稻利用其后效,小麦季磷肥利用率为7.6%～13.6%,水稻季磷肥利用率为7.3%～12.2%,累积利用率为14.9%～25.8%;磷肥施用在水稻季小麦利用其后效,水稻季磷肥利用率为7.9%～12.7%,小麦季磷肥利用率为7.8%～12.2%,累积利用率为15.7%～24.9%。1个轮作周期后还有74.2%～85.1%磷积累在土壤中。磷平衡计算结果进一步表明,经过3个轮作周期后,不施磷处理磷素亏缺144.73～145.22kg·hm-2,施磷(P2O5)45kg·hm-2亏缺磷素(P2O5)41.82～41.83kg·hm-2,施磷(P2O5)90kg·hm-2磷素盈余(P2O5)77.42～78.85kg·hm-2,施磷(P2O5)135kg·hm-2磷素盈余(P2O5)200.78～201.77kg·hm-2。随着施磷量的增加土壤速效磷呈明显递增趋势,小麦—水稻轮作高肥力土壤水稻季施用(P2O5)45kg·hm-2就可以维持土壤速效磷平衡。从磷素平衡角度来说,施入的磷肥量应大体上等于作物吸收带走的量,土壤施用磷肥(P2O5)45～90kg·hm-2之间就可以维持土壤-作物体系中磷素的收支平衡。