高磷小麦秸秆提高砂姜黑土磷有效性并促进土壤磷素的转化

【目的】研究不同含磷量的小麦秸秆还田对土壤磷素有效性的影响及其机理,为秸秆还田促进砂姜黑土磷素高效利用提供理论支撑。【方法】采用室内模拟培养试验方法,供试土壤为砂姜黑土。高磷和低磷小麦秸秆取自长期定位试验的施磷和空白对照小区,小麦秸秆含磷量分别为2.17、0.51 mg/kg。培养试验设不添加秸秆对照(CK)、添加低磷小麦秸秆(LS)、添加高磷小麦秸秆(HS) 3个处理,保持70%田间持水量,25℃下恒温培养90天。在培养0、3、7、15、30、60、90天时,测定土壤Olsen-P、无机磷组分、有机磷组分、磷酸酶活性、解磷菌数量、土壤微生物量磷(MBP),计算土壤MBP的周转量和周转率。【结果】土壤Olsen-P含量随培养时间增加,在培养第15天达到稳定。培养90天时,HS处理Olsen-P含量比CK提高了59.4%,而LS处理土壤Olsen-P含量比CK降低了23.9%(P<0.05)。培养90天时,HS和LS处理土壤Ca₁₀-P和Fe-P含量均显著低于CK处理,而Ca₈-P含量显著高于CK处理,HS处理的Ca₂     

聚磷酸铵与不同物料配施对滨海盐化潮土磷素形态的影响

为研究聚磷酸铵与生物炭、秸秆配施对滨海盐化潮土有效磷和无机磷形态转化特征的影响。利用室内培养试验,设置不施用聚磷酸铵（CK）、单施聚磷酸铵（OA）、聚磷酸铵配施生物炭（AB）、聚磷酸铵配施秸秆（AS）、聚磷酸铵配施生物炭及秸秆（ABS）5个处理。采用Tiessen修正后的Hedley磷素分级法研究了滨海盐化潮土中无机磷形态随时间的变化规律。结果表明：1）与CK相比,添加聚磷酸铵的处理有效磷含量显著提高了2.46～4.02倍（P<0.05）。培养末期,ABS处理有效磷含量较AB、AS分别显著提高了15.01%和19.20%（P<0.05）。2）随培养时间的延长,不同处理间树脂交换磷（Resin-P）含量变化趋势不同,OA和AB处理呈增加趋势,AS和ABS处理呈下降趋势,培养末期AS和ABS处理Resin-P含量较OA处理分别显著降低了39.98%和31.06%;碳酸氢钠浸提态磷（NaHCO3-P）含量随时间先增加后降低,在培养第28天达到最大值,且ABS处理最高;氢氧化钠浸提态磷（NaOH-P）和稀盐酸浸提态磷（D. HCl-P）含量随培养时间延长总体呈增加趋势,培养末期,ABS处理NaOH-P含量较OA显著提高了54.07%（P<0.05）;浓盐酸浸提态磷（C. HCl-P）和残渣态磷（Residue-P）含量整体呈下降趋势,AB和ABS处理Residue-P含量在培养末期较OA显著增加了34.01%和26.12%（P<0.05）。3）滨海盐化潮土中磷素主要以HCl-P和Residue-P形式存在,约占88.60%～92.20%。相关分析表明,不同磷形态与土壤有效磷相关系数大小依次为D. HCl-P、Resin-P、NaOH-P、NaHCO3-P、Residue-P、C. HCl-P。综上,培养期内,单施聚磷酸铵或配施生物炭、秸秆能够增加NaOH-P和D. HCl-P含量,降低C. HCl-P和Residue-P含量。聚磷酸铵配施生物炭和秸秆（ABS）提高滨海盐化潮土磷素有效性的效果最好,Resin-P和D. HCl-P对有效磷贡献最大。研究结果对滨海盐化潮土磷素有效性提升和无机磷素形态转化研究具有重要意义。     

Olsen法有效磷对提取温度的响应及量化关系

Olsen法有效磷受到提取温度的显著影响,在严格标准温度25℃下用0.5 mol/L NaHCO3(pH=8.5)提取测定的有效磷不能良好反映田间实际温度下的土壤磷有效性。探明不同提取温度下的Olsen法有效磷对提取温度的响应并建立其与Olsen-P的量化关系,为评价田间不同温度下土壤磷的有效性提供依据。选择具有广泛Olsen-P含量(4～280 mg/kg)的24个黑土样品,采用Olsen法分别于10、15、20、25、30和35℃下测定其有效磷含量;统计分析其与Olsen-P的比值、线性响应关系系数等,随机选取16个黑土数据采用系数直接代入法、系数间接代入法、提取率拟合法、最小二乘法拟合法和两种二阶拟合法共6个换算方程,拟合和建立不同温度下Olsen法有效磷与Olsen-P的量化关系,通过剩余的8个黑土数据对换算方程验证对比,获得将Olsen-P换算成任意温度下土壤Olsen法有效磷含量的方程。结果表明,Olsen法有效磷均随提取温度的升高而显著增加,温度每升高1℃,Olsen法提取的土壤有效磷增加量为0.2～5.4 mg/kg;土壤Olsen-P含量越高,Olsen法提取有效磷的增量越大。不同温度下Olsen法提取有效磷的相对提取率也随温度升高而增加,10、15、20、30和35℃下的平均提取率分别为69.8%、76.1%、87.5%、113.7%和138.7%;并受Olsen-P含量的影响。构建的Olsen法提取有效磷量与提取温度和Olsen-P含量的双因素换算方程,通过方程预测值与实测值的决定系数(R2)、残差均方根(RMSE)和相对误差(RE)3个主要指标判断,并考虑简单易行,对比明确了系数直接代入法的换算方程[PT=(0.019×P25+0.170)×T+0.545×P25-3.247]最优,其R2、RMSE和RE分别为0.996、6.18和1.28(n=48)。该方程可用于土壤Olsen-P在 4～280 mg/kg范围内,10～35℃不同温度下,进行土壤Olsen-P与Olsen法有效磷含量间的换算。     

短期翻耕和有机物还田对东北暗棕壤物理性质和玉米产量的影响

构建适宜作物生长的耕层是解决农田土壤耕层"变浅、变薄、变硬"和透气透水性差的重要技术途径之一,对于土壤黏粒含量较高的土壤来说,更是如此。该研究以黑龙江省较为典型的农田暗棕壤为研究对象,在黑河市爱辉农业示范园区设置不同耕层构建模式试验,分析不同翻耕深度（15、35 cm）和不同有机物还田（秸秆和牛粪）对暗棕壤物理性质、玉米产量及产量构成因素的影响。田间试验包括：1）对照处理：常规浅翻15 cm,无有机物还田（T15）;2）深翻35 cm,无有机物还田（T35）;3）浅翻15 cm,秸秆浅混还田（T15+S）;4）深翻35 cm,秸秆深混还田（T35+S）;5） 免耕秸秆全覆盖（NT+SM1）;6）免耕秸秆条覆盖（NT+SM2）;7）深翻35 cm,有机肥深混还田（T35+OM）;8）深翻35 cm,有机肥加秸秆深混还田（T35+S+OM）,秸秆和有机肥的还田量分别为10 000和30 000 kg/hm2。2019年和2020年试验结果表明,不同耕作和有机物还田对土壤物理性质影响较大,与T15处理相比,T35+S、T35+OM和T35+S+OM处理可显著减少土壤容重,增加土壤孔隙度、饱和含水量、田间持水量和>0.25 mm水稳性团聚体比例,优化土壤三相比;T15+S处理对0～15 cm耕层的土壤容重、总孔隙度、饱和含水量、土壤三相比和>0.25 mm水稳性团聚体影响显著,而T35+S、T35+OM和T35+S+OM处理可显著改善15～35 cm亚耕层的土壤物理性质。不同耕层构建模式对玉米产量和收获指数也产生影响,且在不同降水年型间存在差异：与T15处理相比,在降水正常年（2019年）,T35+S、T35+OM和T35+S+OM处理玉米产量差异均不显著（P>0.05）;在丰水年（2020年）,T15+S和T35+S+OM处理玉米产量和收获指数增加最显著,分别增加了27.6%～37.0%和22.75%～28.57%（P<0.05）,免耕可导致玉米减产。翻耕配合有机物还田通过增加玉米穗长和行粒数,减少秃顶长,是玉米增产的主要影响因素。综合分析认为,深翻配合秸秆或有机肥还田能显著改善土壤物理结构,优化土壤三相比,增加玉米产量和收获指数,在东北北部暗棕壤地区构建适宜作物生长的耕层具有一定的指导意义和应用价值。     

河北省典型土壤磷库状况及对长期施磷和秸秆还田的响应

通过大面积田间土壤养分测定及与1978年第二次土壤普查结果比较,系统研究了河北省不同农业生态类型区典型褐土、潮土、水稻土土壤磷素状况及其演变规律,并基于肥料定位试验系统研究了河北省典型褐土、潮土上长期施用磷肥、秸秆还田对土壤各形态磷库的影响。结果表明:河北省主要农业生态类型区土壤全磷、无机磷总量、Olsen-P含量均表现为太行山山麓平原褐土区海河冲积低平原潮土区冀东滨海平原水稻土区。1978年二次土壤普查至2014年的36年间,褐土、潮土、水稻土土壤全磷分别增加66.5%、32.8%、23.2%;Olsen-P分别增加了444.9%、533.4%和171.8%,有效磷占全磷的比重呈逐渐增加趋势。太行山山麓平原典型褐土上连续7年施用P2O575~210 kg/hm2,与P1相比,土壤Olsen-P占全磷比重以及Ca2-P、Ca8-P占全磷、无机磷的比重均随磷用量的增加呈增加趋势,O-P占无机磷比重随磷肥用量的增加呈降低趋势。山麓平原典型潮土中小麦秸秆还田22年,土壤全磷、无机磷总量、Olsen-P无显著增加,土壤无机磷中Ca2-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca10-P均无显著变化,Ca8-P显著增加。     

过磷酸钙对石灰性土壤有效磷及无机磷组分的影响

为研究水溶性磷肥在石灰性土壤中的转化,采用室内土壤培养的方法,在土壤中分别添加过磷酸钙0、6.25、12.5、25、50和100 mg/kg干土(即P0、P6.25、P12.5、P25、P50和P100处理),保持土壤湿度为田间持水量的70%～80%,在25℃恒温培养箱中培养120 d。培养期间在第1、3、7、15、30、60和120 d连续采样,测定土壤Olsen-P、CaCl2-P和各无机磷组分的含量。结果表明,在石灰性土壤中施用过磷酸钙能显著增加土壤Olsen-P和CaCl2-P含量,在一定的培养时间内,过磷酸钙转化为土壤Olsen-P和CaCl2-P的比例不随施肥量的变化而变化。随着培养时间的延长,土壤有效磷含量逐渐下降,尤其是培养前期(前7 d)土壤有效磷含量显著下降,之后下降速率减缓。施入土壤中的过磷酸钙主要转化为Ca2-P和Ca8-P(两者之和约占90%),其次是Al-P和Fe-P(两者之和约占10%),在短期内O-P和Ca10-P相对较为稳定。随着培养时间延长,Ca2-P逐渐向Ca8-P转化,在培养的前30 d转化速率较快,之后速率减缓。随着磷肥施用量的增加,Ca2-P转化为Ca8-P所需的时间逐渐延长。Olsen-P和CaCl2-P含量均与土壤无机磷组分中的Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量呈显著正相关,通过逐步回归分析表明,其中Ca2-P是土壤Olsen-P和CaCl2-P的主要来源。     

秸秆还田稻田土壤生物有效性磷及水稻磷吸收

基于生物有效性的土壤磷（biologically-based P,BBP）分级方法从植物根际介导的磷吸收机制的4个方面,即根截获、有机酸螯合、酶水解和质子分泌产生的酸化来对土壤磷进行分级,能够更便捷地评价土壤磷的有效性状况。以我国亚热带典型双季稻田为研究对象,田间试验设置秸秆未还田且间歇淹水（S0W1）、秸秆还田且间歇淹水（S1W1）、秸秆未还田且长期淹水（S0W2）和秸秆还田且长期淹水（S1W2）4个处理,采用BBP法测定4种生物有效性磷,即氯化钙溶液浸提的磷（CaCl₂—P）、酶溶液浸提的磷（Enzyme—P）、柠檬酸溶液浸提的磷（Citrate—P）和盐酸溶液浸提的磷（HCl—P）,测定了水稻磷含量并计算磷吸收量,旨在探讨秸秆还田和水分管理对稻田土壤生物有效性磷组分和水稻磷吸收的影响。结果表明：早稻季,秸秆还田处理较相应秸秆未还田处理显著增加土壤CaCl₂—P、Enzyme—P和Citrate—P,长期淹水较间歇灌溉增加CaCl₂—P和Citrate—P;晚稻季,秸秆还田处理较相应秸秆未还田处理显著增加Enzyme—P和Citrate—P,长期淹水较间歇灌溉增加CaCl₂—P。秸秆还田配合间歇灌溉及秸秆未还田配合长期淹水在早晚稻季均较对应处理（S0W1）降低HCl—P。土壤有效磷与Enzyme—P和Citrate—P呈显著正相关,表明稻田有效磷主要来源于Enzyme—P和Citrate—P。秸杆还田处理较相应的秸秆未还田处理相比较显著降低早稻籽粒磷总吸收量,尤其长期淹水条件下,早稻磷总吸收量最低;而晚稻季秸秆还田处理水稻籽粒和秸秆磷吸收量高于秸秆未还田处理,且水分管理影响不显著。生物有效性磷含量（除HCl—P外）与水稻磷含量呈显著正相关,与早稻磷总吸收量呈负相关,而与晚稻磷总吸收量呈正相关。稻田土壤Citrate—P含量仅次于HCl—P,表明土壤Citrate—P对水稻磷吸收起主要贡献。综合来看,双季稻田秸秆还田有利于提高土壤磷素有效性和水稻磷素利用率。     

长期秸秆还田对潮土土壤各形态磷的影响

基于黄淮海低平原区潮土上33年长期肥料定位试验,采用蒋柏藩―顾益初的石灰性土壤无机磷分级方法,研究冬小麦―夏玉米轮作中长期不同氮磷用量下秸秆还田对土壤全磷、有效磷(Olsen-P)及各形态无机磷的影响。结果表明:黄淮海低平原区潮土上冬小麦―夏玉米轮作中P2O5用量0~240 kg hm~(-2),随磷肥用量的增加,土壤全磷、Olsen-P、无机磷总量及无机磷中Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P均显著增加,O-P和Ca10-P无显著变化;当土壤输入磷量低于作物输出磷量时,无论秸秆还田与否,土壤全磷、无机磷总量、Olsen-P和无机磷中除Ca8-P外的其他各形态磷均无显著变化;当土壤输入磷量高于作物输出磷量时,随秸秆用量的增加土壤全磷、Olsen-P和无机磷中的Ca2-P、Ca8-P、Al-P均显著增加,其中以Olsen-P增幅最大,无机磷中以Ca2-P增幅最大,其次为Ca8-P,再次为Al-P;土壤磷素盈余和亏缺量与土壤中各磷形态含量均呈显著正相关关系。     

有机无机外源磷素长期协同使用对潮土磷素有效性的影响

【目的】 施入外源磷素是提升土壤有效磷的重要途径,不同磷源在土壤中的化学行为和存在形态对土壤磷素有效性起决定作用。研究有机无机外源磷素长期配合使用的协同关系及其对潮土磷素有效性的影响,可为合理减少磷肥施用,提高磷肥利用率和科学管理土壤磷素资源提供理论依据。 【方法】 本研究基于25年肥料定位试验,选取不施磷肥 (P0)、单施化肥 (FP)、化肥与有机肥配施 (FP+M)、化肥与秸秆配施 (FP+S) 四个处理,分析了化肥、有机肥、秸秆作为主要外源磷素长期协同使用对作物可持续生产能力、磷肥利用效率、施肥后效及潮土磷素形态和有效性的影响。 【结果】 连续处理25年后,P0、FP、FP+M、FP+S处理小麦产量变异系数分别为 49.0%、14.8%、17.2%、15.4%,玉米产量变异系数分别为 28.7%、27.1%、24.4%、23.2%,产量的稳定性均比不施磷提升,尤其是小麦产量稳定性显著增加;P0、FP、FP+M、FP+S处理产量的可持续性指数小麦依次为 0.23、0.62、0.60、0.64,玉米依次为0.45、0.47、0.53、0.52,施磷对小麦产量的可持续指数影响比玉米更大。FP、FP+M、FP+S处理的磷素累积生理效率分别为188.3、163.2和177.6 kg/kg,平均后效分别为1.30%、0.71%和1.16%,单施化肥磷素的效果高于磷肥配施有机肥、秸秆。长期不施磷肥,土壤无机磷各组分含量均降低,且主要消耗了土壤中无效态的O-P,P0处理减少的O-P占无机磷减少量的41.3%。长期投入化学磷素,降低了无效态磷的比例,但土壤对化学磷素的固定作用仍较强,FP处理Ca₈-P含量由12.0%提升到21.1%,无效态的O-P和Ca₁₀-P由77.7%减少为62.9%(占比仍超过60%),土壤Olsen-P由6.4 mg/kg提升到20.7 mg/kg。化学磷素与有机肥磷素协同使用可促使无效态磷向有效态磷及缓效态磷转化,提升土壤磷素有效性,FP+M处理Ca₂-P占比由2.0%提升到5.4%,缓效态的Al-P、Ca₈-P、Fe-P占比增加25.6个百分点,无效态的O-P和Ca₁₀-P占比减少29.0个百分点,土壤Olsen-P含量由6.3 mg/kg提升到51.8 mg/kg。秸秆磷素增加了具有缓冲作用的Ca₈-P含量,降低了无效态磷含量,提升了土壤潜在供磷能力,与FP相比,FP+S处理Ca₈-P占比增加7.9个百分点,Ca₁₀-P占比减少6.5个百分点,土壤Olsen-P含量由6.3 mg/kg提升到21.7 mg/kg。 【结论】 投入外源磷素均可显著提高作物产量、提升产量稳定性和产量可持续性指数。在小麦玉米轮作体系下,磷肥加秸秆最有利于维持土地的可持续生产能力。单施磷肥,磷素的后效和累积生理效率最高,但在土壤中的固定也高;有机无机磷协同使用可快速提升土壤磷素的有效性,对维持磷素组分结构和土壤质量作用显著;无机磷素与秸秆磷素协同使用对土壤磷素具有较强的激发效应,可减弱土壤对磷素的固定作用,提升土壤潜在供磷能力。      

不同有机培肥方式对红壤性水稻土磷素的影响

基于红壤性水稻土有机肥长期定位试验,分析了红壤双季稻种植模式下,不施肥、NPK、紫云英+猪粪+化肥、紫云英+猪粪+秸秆+化肥、紫云英+秸秆+化肥处理耕层土壤全磷、Olsen-P、磷素有效性和磷素利用率35年的变化特征,以及Olsen-P与水稻产量的响应关系。结果表明:不施肥处理土壤全磷含量显著降低,有效磷含量及磷素有效性略微下降。配施猪粪显著提高全磷、Olsen-P含量和磷素有效性,但显著降低磷肥利用率,增加磷的环境污染风险。化肥配合紫云英及稻草还田处理土壤全磷、有效磷含量以及磷素有效性保持稳定,但显著提高磷肥利用率。Olsen-P的产量农学阈值为16.36 mg kg-1。