施用糞肥和沼液對設(shè)施菜田土壤磷素累積與遷移的影響

王敏鋒，嚴(yán)正娟，陳碩，高杰云，李吉進，許俊香，陳清*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京100097）

施用糞肥和沼液對設(shè)施菜田土壤磷素累積與遷移的影響

王敏鋒1，嚴(yán)正娟1，陳碩1，高杰云1，李吉進2，許俊香2，陳清1*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京100097）

針對有機蔬菜生產(chǎn)普遍施用糞肥和沼液的現(xiàn)狀，利用多年田間定位試驗，研究基施不同數(shù)量糞肥（CM1：30 t·hm-2；CM2：60 t·hm-2；CM3：90 t·hm-2）和追施相同量沼液對有機設(shè)施蔬菜產(chǎn)量、土壤磷素累積及其移動性的影響。結(jié)果表明，2011—2014年不施糞肥單施沼液處理中（CK：0 t·hm-2糞肥）累積磷素盈余量為290 kg P·hm-2，0～30 cm土層土壤中Olsen-P和磷飽和度（DPS）均超過了磷素淋失的環(huán)境閾值。糞肥配施沼液處理顯著增加了磷素盈余和磷素在土壤中的累積，試驗期間2011—2014年累積磷素盈余量為不施糞肥單施沼液處理的6～22倍。隨著糞肥施用量的增加，土壤全磷、Olsen-P、CaCl2-P、Mehlich3-P和DPS均迅速增加，當(dāng)糞肥用量達到60 t·hm-2時，顯著增加了0～60 cm土層土壤全磷、Olsen-P、CaCl2-P、Mehlich3-P含量和DPS，大量糞肥施用并配施沼液處理使表層土壤DPS接近或達到100%。有機蔬菜生產(chǎn)中盲目大量施用糞肥和沼液，顯著增加了土壤磷素累積和淋失風(fēng)險，4年連續(xù)每茬90 t·hm-2糞肥施用并配施沼液處理導(dǎo)致磷素在土壤剖面的遷移到達90 cm土層。與不施糞肥單施沼液處理相比，糞肥配施沼液顯著提高了作物產(chǎn)量，但是較多量糞肥投入并沒有繼續(xù)增加作物產(chǎn)量，而顯著增加了磷素淋失風(fēng)險。因此，在有機蔬菜生產(chǎn)中推薦施用不超過30 t·hm-2糞肥并配施沼液模式。

糞肥；沼液；磷累積；磷遷移；土壤磷飽和度；環(huán)境風(fēng)險

王敏鋒，嚴(yán)正娟，陳碩，等.施用糞肥和沼液對設(shè)施菜田土壤磷素累積與遷移的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，35（7）：1351-1359.

WANG Min-feng，YAN Zheng-juan，CHEN Shuo，et al.Effects of manure and biogas slurry applications on phosphorus accumulation and mobility in organic vegetable soil under greenhouse［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（7）：1351-1359.

有機蔬菜設(shè)施園區(qū)普遍施用糞肥和沼液來提供養(yǎng)分，糞肥中較低N/P比例與蔬菜對較高N/P比例需求不匹配，必然導(dǎo)致磷素過量投入問題［1-4］。研究表明，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，磷素的當(dāng)季利用率不足10%，由于磷素擴散速率較慢，大量磷素在菜田土壤中累積［5］。

很多人認(rèn)為磷素在土壤中易被吸附和固定，不易發(fā)生移動損失［6］，但是由于投入土壤中的糞肥和沼液中包含較多水溶態(tài)以及有機態(tài)和膠體態(tài)磷，這些形態(tài)的磷素在土壤中易發(fā)生移動［7-9］，在設(shè)施菜田大量而頻繁灌溉的條件下，磷素淋失的風(fēng)險更大。Sharpley等［10］研究表明，施用有機肥能夠明顯提高磷素在土壤中的遷移性、增加磷素的淋溶強度。Heckrath等［11］提出土壤磷素淋溶的Olsen-P“突變點”為60 mg·kg-1。嚴(yán)正娟［12］匯總分析我國不同區(qū)域菜田土壤磷素淋溶的土壤Olsen-P“突變點”在50～80 mg·kg-1之間。Leinweber等［13］研究表明，土壤磷飽和度（DPS）與土壤滲漏水中磷濃度呈顯著相關(guān)關(guān)系，它是判斷土壤磷素流失潛力的重要指標(biāo)。歐洲一些國家把DPS值的25%作為判定土壤磷流失潛能的臨界值［14］，而薛巧云［15］對我國北方和西北地區(qū)75個石灰性土壤進行研究發(fā)現(xiàn)，我國石灰性土壤DPS臨界值為28.1%。當(dāng)土壤中磷素的累積量達到并超過臨界值時，其淋失風(fēng)險急劇增加，進而污染水體。

針對當(dāng)前有機蔬菜設(shè)施栽培條件下，盲目施用糞肥和沼液可能導(dǎo)致的磷素累積和遷移等問題，本文基于北京市延慶縣長期定位試驗，研究了基施不同量的牛糞和雞糞的混合堆漚肥，再追施相同數(shù)量沼液情況下，設(shè)施菜田作物的產(chǎn)量效應(yīng)、土壤各形態(tài)磷素累積及其潛在的環(huán)境風(fēng)險，旨在為有機蔬菜設(shè)施栽培體系中有機肥的合理施用上限、降低土壤磷素累積、減少環(huán)境風(fēng)險提供理論參考。

1　材料與方法

1.1試驗地點及供試土壤

試驗設(shè)在北京市延慶縣康莊鎮(zhèn)小豐營村現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)示范基地。地處北京西北部的延懷盆地東部（115°54′E、40°24′N），位于延慶縣西南部，海拔高度500 m左右，屬溫帶與中溫帶、半干旱與半濕潤帶的過渡連帶氣候區(qū)，冬冷夏涼，年平均氣溫8℃，年平均降雨量443.2 mm，無霜期150～170 d。

試驗在土壤肥力均勻、質(zhì)地為輕壤的有機蔬菜種植溫室進行，該溫室前茬作物為青椒。供試土壤為潮褐土，試驗前為多年有機蔬菜大棚菜地，土壤肥力較高，0～20 cm土層土壤基本理化性狀見表1。

表1　2011年供試溫室0～20 cm土層土壤基本性狀Table 1 Initial soil chemical properties in 0～20 cm soil depth in the experimental greenhouse in 2011

1.2作物種植和田間管理

試驗于2011年3月至2014年10月進行，共種植10茬蔬菜。選取番茄、結(jié)球甘藍、芹菜、結(jié)球生菜作為供試作物。具體種植情況見表2。

1.3試驗處理

試驗依據(jù)糞肥的施用量設(shè)置4個水平，分別在每茬種植前施用。第1～8茬，供試糞肥為雞糞、牛糞以及土壤為原料自制的堆漚肥，4個施用水平分別是0、52.5、105、210 t·hm-2（按干重計算）；第9～10茬，供試肥料改為商品有機肥，并且調(diào)整了施用量，分別為0、30、60、90 t·hm-2（按干重計算），分別以CK、CM1、CM2、CM3表示。糞肥全部作為底肥一次性施入，然后翻耕，深度為10～15 cm，其中番茄、結(jié)球甘藍和結(jié)球生菜生育期按相應(yīng)處理施用底肥，而在芹菜生育期（第5、8茬）則沒有進行糞肥施用處理。試驗設(shè)置3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。

表2　供試作物種類及種植時間Table 2 Crop varieties and planting periods in experimental greenhouse

小區(qū)面積為25.2 m2，包括3個畦，每畦面積8.4 m2（1.4 m×6 m）。蔬菜輪作過程中，各處理小區(qū)位置保持不變。

試驗中通過滴灌追肥方式對各處理施用相同量的沼液或清水。番茄生育期內(nèi)滴灌稀釋施用沼液量為525 m3·hm-2；結(jié)球甘藍和結(jié)球生菜生育期內(nèi)滴灌稀釋施用沼液量為260 m3·hm-2；芹菜生育期內(nèi)不追施沼液。堆漚肥和灌溉用的稀釋沼液養(yǎng)分含量見表3。病蟲害防治和日常管理按照園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程進行，定植當(dāng)天滴灌清水。

表3　堆漚肥和沼液養(yǎng)分含量Table 3 Nutrient contents of the applied organic fertilizers（manure and biogas slurry）

1.4樣品采集和分析

1.4.1植株取樣與測定

在每個小區(qū)的中間畦進行產(chǎn)量測定。番茄多次采收，詳細(xì)記錄各次采摘果實的鮮重，最后將產(chǎn)量累加，將小區(qū)產(chǎn)量換算為每公頃產(chǎn)量。結(jié)球甘藍和結(jié)球生菜收獲時，記錄整個小區(qū)的產(chǎn)量，換算為每公頃產(chǎn)量。芹菜收獲時，代表性劃定1 m2采集樣品，稱重計產(chǎn)，換算為小區(qū)產(chǎn)量，最后將小區(qū)產(chǎn)量換算為每公頃產(chǎn)量。

番茄果實：盛果期在每小區(qū)取10～15個成熟待收獲的番茄果實樣品，切碎混勻，分取200 g烘干，測定果實含水量，烘干樣品粉碎后待測。番茄莖葉：拉秧后，每小區(qū)取5株有代表性番茄植株莖葉，稱鮮重，切碎混勻，分取200 g烘干，測定莖葉含水量，烘干樣品粉碎后待測。結(jié)球甘藍、芹菜和結(jié)球生菜：每小區(qū)在植株成熟時取5株有代表性植株，切碎混勻，分取200 g烘干，測定含水量，烘干樣品粉碎后待測。

植株全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮-釩鉬黃比色法測定。試驗中作物磷養(yǎng)分帶走量由下列公式計算而得：

番茄磷素帶走量=莖葉干重×莖葉磷含量+果實干重×果實磷含量（1）

結(jié)球甘藍和芹菜磷素帶走量=作物干重×植株磷含量（2）

結(jié)球生菜磷素帶走量=作物干重×單位產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量（3）

1.4.2土壤樣品采集與測定

2014年10月在作物收獲前采用1 m長的直徑2 cm土鉆采集土壤樣品，每個小區(qū)分為0～30、30～60、60～90 cm 3層取樣，取樣位置為中間小區(qū)的兩植株中間，每個小區(qū)按“S”形各取4鉆，然后分層混為一個土樣，分裝在袋子中，放入冰盒中帶回實驗室。將土樣風(fēng)干過2 mm篩，分別測定土壤Olsen-P、CaCl2-P、Mehlich3-P、土壤磷飽和度（DPS）、全磷、有機磷、pH、有機質(zhì)。

常規(guī)項目測定均采用常規(guī)農(nóng)化分析法［16］。項目測定如下：

Olsen-P用0.5 mol·L-1NaHCO3（pH=8.5）溶液提?。ㄋ帘?0：1）后采用鉬銻抗比色法測定［17］；CaCl2-P用0.01 mol·L-1CaCl2溶液（水土比5：1）浸提后鉬銻抗比色法測定［18-19］；Mehlich3浸提液提取的土壤溶液（水土比10：1）用ICP測定P（M3-P）、Ca（M3-Ca）和Mg（M3-Mg）含量［20-22］；全磷采用H2SO4-HClO4消煮-鉬銻抗比色法測定；有機磷測定采用灼燒法；水提取土壤溶液（水土比為5：1）pH用酸度計測定；有機碳采用重鉻酸鉀氧化法［23］測定。

土壤DPS的計算公式為：

DPS=M3-P/（0.039M3-Ca+0.462M3-Mg）×100%（4）

公式（4）參見薛巧云［15］對我國北方和西北地區(qū)75個石灰性土壤研究的結(jié)果，M3-P、M3-Ca和M3-Mg分別為用M3浸提液提取、ICP測定的土壤P、Ca和Mg含量（mmol·kg-1）。

1.4.3土壤磷素盈余的計算方法

土壤磷素表觀盈余的計算：

菜田土壤磷素盈余量=糞肥和沼液磷素投入量-地上部植株磷素帶走量（5）

糞肥和沼液投入的養(yǎng)分按糞肥和沼液用量以及糞肥和沼液養(yǎng)分含量計算，作物養(yǎng)分帶走量見公式（1）（2）（3）；由于第2茬和第9茬遭受蟲災(zāi)，沒有測定產(chǎn)量及養(yǎng)分含量，其對應(yīng)處理的磷素帶走量按第1、3、6茬計算得到的番茄磷素帶走量的平均值進行估算，第10茬結(jié)球生菜的磷素帶走量用其產(chǎn)量乘以相應(yīng)的系數(shù)（生菜為0.31 kg P·1000 kg-1蔬菜［12］）；第5茬和第8茬未施糞肥和沼液，第10茬施用的商品有機肥的磷素含量按第9茬測定的商品有機肥進行計算；沼液中磷素含量在第1、4、6、7、10茬沒有分析結(jié)果，按在第2、3、9茬分析結(jié)果的平均值估算。

1.5統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Microsoft Excel 2010軟件，采用IBM SPSS Statistics 21中ANOVA程序?qū)?shù)據(jù)進行單因素方差分析，5%顯著水平。

2　結(jié)果與分析

2.1蔬菜產(chǎn)量和土壤磷素盈余

2.1.1作物產(chǎn)量

與單施沼液處理相比，施用糞肥增加了作物產(chǎn)量，但是隨糞肥施用量的增加，產(chǎn)量并沒有持續(xù)增加，甚至在一些茬口出現(xiàn)減產(chǎn)情況（表4）。由此可以看出，糞肥的施用量并非越多越好，過量的糞肥施用，可能加劇了土壤中養(yǎng)分的不平衡，進而引起作物的減產(chǎn)，同時也會造成農(nóng)田環(huán)境污染。

2.1.2土壤磷素盈余特點

施用不同數(shù)量糞肥對設(shè)施菜田土壤年均磷素盈余量如表5所示。不同處理條件下，土壤磷素每年均有不同程度的盈余，表現(xiàn)為糞肥用量越多，土壤磷素盈余越多。2011—2014年磷素累積盈余量在基施不同用量糞肥（CM1：30 t·hm-2；CM2：60 t·hm-2；CM3：90 t·hm-2）配施沼液處理下為不施糞肥單施沼液處理下的6～22倍。實際上從表4發(fā)現(xiàn)，單施用沼液處理（CK）同樣可以滿足作物生長對磷素的需求。CM1處理最有利于作物生長和糞肥資源利用。CM2和CM3處理條件下，土壤中磷素盈余顯著，2011—2014年累積磷素盈余分別是CM1處理下磷素年均盈余的1.91倍和3.47倍，顯著提高了磷素在土壤中的累積。

表4　基施不同量糞肥對多年輪作蔬菜的產(chǎn)量效應(yīng)（t·hm-2）Table 4 Vegetable yield with different rate of manure applied as base fertilizer in response to rotation systems（t·hm-2）

表5　不同處理條件下每年土壤磷素盈余的年均狀況（kgP·hm-2）Table 5 Annual soil phosphorus surplus under different treatments（kg P·hm-2）

2.2土壤全磷及有機磷的累積

2.2.1土壤全磷含量的變化

連續(xù)施用糞肥條件下，在0～60 cm土層，土壤全磷含量隨著糞肥施用量的增加而增加（圖1a），且CM3處理的全磷含量在0～30 cm和30～60 cm土層分別達到了2.41、1.31 g·kg-1，顯著高于其他各處理。在60～90 cm土層，各處理間土壤全磷的含量也受到了連續(xù)施用糞肥的影響。

2.2.2剖面土壤有機磷含量及比例特點

由圖1b可以看出，在0～60 cm的土層，糞肥和沼液配施（CM1、CM2和CM3）處理與單施沼液（CK）處理相比，土壤中有機磷含量沒有差異，但隨糞肥施用的增加而增加。在0～90 cm土層，由圖1c可以看出，土壤中有機磷占全磷的比例隨著土層深度的增加而增加（除60～90 cm土層CM2處理）。由此看出，有機磷是土壤剖面磷素運移的重要形態(tài)。

2.3土壤有效磷的累積

圖1　不同處理條件下土壤全磷、有機磷的含量Figure 1 Concentrations of total and organic phosphorus in soil under different treatments

糞肥施用量對土壤有效磷含量的影響如圖2所示。與單施沼液處理（CK）相比，30 t·hm-2糞肥配施沼液處理（CM1）對0～90 cm土層土壤Olsen-P、CaCl2-P和M3-P含量均沒有顯著影響；60 t·hm-2糞肥配施沼液處理（CM2）顯著增加了0～60 cm土層土壤Olsen-P和CaCl2-P以及0～30 cm土層土壤M3-P含量。在CM2處理中，0～30 cm土層土壤Olsen-P、CaCl2-P和M3-P含量分別為363、14.8、767 mg·kg-1，分別為CK處理的2.1、3.2倍和2.2倍；在30～60 cm土層，土壤Olsen-P和CaCl2-P含量分別為154、4.1 mg·kg-1，分別為CK處理的2.2倍和5.4倍。90 t·hm-2糞肥配施沼液處理（CM3）顯著增加了0～90 cm土層土壤Olsen-P、CaCl2-P和M3-P的含量。CM3處理，在0～30 cm土層，土壤Olsen-P、CaCl2-P和M3-P含量分別為488、20.2、1190 mg·kg-1，分別為CK處理的2.8、4.3倍和3.5倍；在30～60 cm土層，土壤Olsen-P、CaCl2-P和M3-P含量分別為239.1、10.1、471.7 mg·kg-1，分別為CK處理的3.5、13.1倍和3.9倍；在60～90 cm土層，土壤Olsen-P、CaCl2-P和M3-P含量分別為62.7、0.58、78.8 mg·kg-1，分別為CK處理的2.4、3.4倍和3.8倍。由此可以看出，高量施用糞肥，明顯增加了土壤中有效磷的累積，且促進磷素向下層土壤的運移，在有機蔬菜生產(chǎn)中應(yīng)合理施用糞肥，保證作物產(chǎn)量和減低環(huán)境風(fēng)險。30～60 cm土層，CM3處理下土壤有機質(zhì)含量與其他3個處理間差異顯著，在60～90 cm土層，各處理間差異不顯著。不同處理條件下土壤Mehlich3-Ca含量在

圖2　不同處理條件下土壤有效磷的含量Figure 2 Concentration of soil available phosphorus under different treatments

2.4土壤磷素飽和度

由圖3可以看到隨糞肥施用量的增加，DPS呈逐漸升高的趨勢。在0～30 cm土層中，CK、CM1、CM2、CM3四個處理的DPS在43.7%～119.3%之間，均超過了磷素淋失臨界值28.1%，在CM3處理下，DPS甚至已經(jīng)達到100%飽和；在30～60 cm土層中，4個處理DPS在16.7%～56.5%之間，CM2和CM3兩個處理的DPS均超過了28.1%；在60～90 cm土層，CM3處理DPS為11.3%，仍然顯著高于其他處理（P＜0.05）。

2.5其他土壤理化性狀

不同糞肥和沼液處理對土壤的pH值、有機質(zhì)含量的影響不同（表6）。土壤pH值相對于2011年測定的初始值升高，但隨著糞肥施用量的增加而出現(xiàn)遞減的趨勢，最低pH值維持在7.5左右；土壤有機質(zhì)含量在0～30 cm土層隨著糞肥施用量的增加而增加，在同層土壤差異不顯著；同一處理下，隨土壤深度增加，Mehlich3-Ca含量降低，可能是有機肥的施用帶入了部分鈣，這部分鈣首先在表層累積。

圖3　不同處理條件下土壤的DPSFigure 3 Soil DPS under different treatments

表6　不同處理對土壤基本理化性質(zhì)的影響Table 6 Effects of different treatments on soil properties in the experimental greenhouse

3　討論

3.1糞肥、沼液中的磷素形態(tài)與土壤磷素累積

糞肥和沼液施用會通過帶入有機磷和無機磷化合物而增加土壤磷庫，并且也會通過帶入有機質(zhì)，影響微生物的活性，間接影響土壤磷素轉(zhuǎn)化［24］。許多研究也表明施用糞肥在土壤磷素累積上的作用［25］。相對于化肥而言，相同磷素投入下，糞肥對于磷素累積，尤其是活性態(tài)磷的累積貢獻更大［26］。養(yǎng)殖場廢物中所含磷素可分為有機和無機兩大類，其中一部分可溶于水，另一部分可與礦物結(jié)合或與有機體等形成復(fù)合體［27］。養(yǎng)殖場廢物中磷素?zé)o機態(tài)更多，有機磷占5%～40%［28-31］，施入后能夠顯著提高土壤中無機磷的累積［32］，而有機磷多以可溶或膠體態(tài)存在，這些有機形態(tài)的磷在土壤中較易發(fā)生移動［7-9］，易通過淋失進入水體對水體造成污染。本文研究結(jié)果表明，雖然土壤剖面中各土層土壤有機磷占全磷比例較低，但是隨著土層深度增加，有機磷占全磷的比例有增加的趨勢。一方面說明有機磷在土壤中較易移動，另一方面也說明隨著施入土壤中糞肥時間的延長，土壤中各形態(tài)的磷發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，有機態(tài)磷經(jīng)過長時間生物礦化作用轉(zhuǎn)化為無機態(tài)磷。

3.2糞肥、沼液施用對菜田土壤磷素淋洗的特點

采用0.01 mol·L-1CaCl2溶液提取的水溶性磷與磷素流失具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，是評價磷素?fù)p失的有效指標(biāo)［5，19，33-34］。本試驗設(shè)施土壤的初始Olsen-P含量為159 mg·kg-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出環(huán)境閾值，在此基礎(chǔ)上施用糞肥和沼液，糞肥最高施用量處理（CM3）0～90 cm土層Olsen-P的含量顯著高于其他處理，同時，表層磷素已發(fā)生高量累積，磷素更容易發(fā)生淋溶作用。這種高糞肥施用不僅浪費資源，還會對周圍環(huán)境造成危害。Sims等［35］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤中Mehlich3-P含量超過150 mg·kg-1時，農(nóng)田土壤中的磷就會對周圍的環(huán)境造成威脅。試驗中，0～30 cm土層土壤中Mehlich3-P含量全部超過了臨界值150 mg·kg-1。在30～60 cm土層，除CK處理外，其他3個處理也都超過了臨界值150mg·kg-1，但是就作物產(chǎn)量效應(yīng)而言，CM2和CM3并沒有比CM1處理下的作物高產(chǎn)，有些甚至減產(chǎn)，表明超量施用的糞肥和沼液，不僅無益于高產(chǎn)，而且極大地增加了環(huán)境風(fēng)險。

已有結(jié)果表明，過量施用糞肥明顯增加了土壤DPS，從而促進了磷素向土壤下層移動。本試驗大量施用糞肥，明顯增加了0～60 cm土層Olsen-P、CaCl2-P、全磷和Mehlich3-P的含量，說明土壤磷素已經(jīng)發(fā)生明顯的淋溶。隨著有機肥施用尤其是新鮮畜禽糞便用量的增加，土壤磷就會達到吸附飽和而發(fā)生淋溶現(xiàn)象［36］。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，隨糞肥施用量增加，土壤DPS增加明顯，在0～30 cm土層，CM3處理土壤DPS甚至達到了119.3%，形成過飽和現(xiàn)象。盡管有研究結(jié)果表明［37］，當(dāng)土壤磷DPS低于10%時，土壤磷的解吸量很少，但是在30～60 cm土層中，土壤DPS的最低值也為16.7%，超過了10%，土壤磷的解吸量會隨著土壤DPS的增加而增加。

3.3土壤理化性狀與土壤磷素淋洗

3.3.1土壤pH值

本試驗中0～30 cm土壤的pH值隨著糞肥施用量的增加而減小，但土壤中Olsen-P含量增加。CM3處理的土壤pH值甚至有些已經(jīng)接近7.5，有利于土壤磷素的活化。石灰性土壤pH值超過7.5時，磷酸就會和鈣形成磷酸鈣鹽沉淀，將磷素固定在化合物中，降低磷素的有效性。反之，則增加土壤磷素有效性［38-39］。土壤pH值與土壤有效性磷素含量具有一定的相關(guān)性，即pH值低的土壤，有效磷素含量會相對較高，可能是由于pH值降低，促進了石灰性土壤中Ca-P的溶解。在30～90 cm土層中，土壤的pH值接近8，而且隨著pH的升高，土壤溶液中的磷酸鹽被吸附數(shù)量增多，磷的吸持顯著加強，但這些土層的有效磷素含量較低。

3.3.2土壤有機質(zhì)

就有機質(zhì)對土壤磷素含量的影響而言，有機質(zhì)可以通過占據(jù)磷吸附位點，與土壤黏土礦物發(fā)生相互作用，占據(jù)部分磷的吸附位點，減弱土壤黏土礦物對磷的吸附固定強度，從而釋放出部分磷［40-41］；或者有機質(zhì)可以通過礦化作用產(chǎn)生的中間產(chǎn)物有機酸和最終產(chǎn)物CO2增加土壤酸度，降低土壤pH值，從而減少磷的固定，增加土壤溶液的磷含量［48］，使磷素容易發(fā)生淋失。如表6所示，在0～30 cm土層中，有機質(zhì)的含量隨著施肥量的增加而逐漸增加。這主要是由于糞肥的施用帶入了有機質(zhì)，從CK的21.2 g·kg-1、CM1的30.7 g·kg-1、CM2的39.7 g·kg-1，增加到CM3的53.6 g·kg-1，CM3處理的有機質(zhì)比CK處理增加了1.41倍，而有機質(zhì)的存在會通過上述過程促進土壤中磷素含量增加。在30～60 cm土層，CM3處理下的土壤有機質(zhì)含量與其他3個處理的均達到顯著性差異，說明過量施用糞肥，對土壤有機質(zhì)含量的影響已經(jīng)到達60 cm土層。而在60～90 cm土層，不同糞肥施用量條件下，土壤有機質(zhì)含量差異還不顯著。

4　結(jié)論

（1）連續(xù)施用糞肥，設(shè)施菜田土壤全磷、Olsen-P、CaCl2-P、Mehlich3-P、土壤磷飽和度等均顯著增加，且糞肥施用量越大，各形態(tài)磷累積量越大，導(dǎo)致磷的環(huán)境風(fēng)險越高，尤其在糞肥90 t·hm-2配施沼液處理條件下，各形態(tài)磷的含量甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其在土壤中發(fā)生淋溶的臨界值。

（2）連續(xù)施用糞肥對設(shè)施菜田土壤的pH值、有機質(zhì)含量均影響顯著，且促使土壤磷素活化，增加磷素淋失潛能。

（3）綜合考慮作物的產(chǎn)量效應(yīng)和土壤磷素累積的環(huán)境風(fēng)險，在有機蔬菜生產(chǎn)中推薦糞肥施用不超過30 t·hm-2配施沼液模式。

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Effects of manure and biogas slurry applications on phosphorus accumulation and mobility in organic vegetable soil under greenhouse

WANG Min-feng1，YAN Zheng-juan1，CHEN Shuo1，GAO Jie-yun1，LI Ji-jin2，XU Jun-xiang2，CHEN Qing1*
（1.College of Resources and Environmental Sciences，China Agricultural University，Beijing 100193，China；2.Institute of Plant Nutrition and Resources，Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences，Beijing 100097，China）

Applications of manure and biogas slurry are widespread in organic vegetable production.In this study，a long-term field experiment was conducted in Yanqing，Beijing，to investigate the yields of vegetable crops and the accumulation and mobility of soil phosphorus（P）under applications of different amounts of manure（CM1:30 t·hm-2manure；CM2:60 t·hm-2manure；CM3:90 t·hm-2manure）with the same amount of biogas slurry.Results showed that total P surplus from 2011 to 2014 was 290 kg P·hm-2in the treatment with biogas slurry only（CK:0 t·hm-2manure）.Both Olsen-P and degree of P saturation（DPS）in 0～30 cm soil depth exceeded the environmental threshold values of P leaching in CK treatment in 2014.Long-term applications of different amounts of manure with the same amount of biogas slurry significantly increased total P surplus and P accumulation in soil，and the total P surplus in these treatments from 2011 to 2014 was 6～22 times that in CK treatment.Applying 60 t·hm-2manure per season in CM2 treatment significantly increased soil total P，Olsen-P，CaCl2-P，Mehlich3-P and DPS in 0～60 cm soil depth，and application of 90 t·hm-2manure per season in CM3 treatment significantly increased these values in 0～90 cm soil depth，compared with the CK treatment.The soil DPS in 0～30 cm soil depth was close to or reached 100%under applications of high manure with biogas slurry.In organic vegetable production，excessive applications of manure and biogas slurry significantly increased soil P accumulation and leaching risk.Phosphorus leaching reached 90 cm soil depth after continuous 4-year applications of 90 t·hm-2manure plus biogas slurry per season.Compared with the CK treatment，applying manure with biogas slurry significantly increased vegetable yields.Higher manure applications did not get higher vegetable yields，but significantly increased the risk of P leaching.Considering crop yields and environmental risk caused by soil P accumulation，we recommend the CM1［manure（30 t·hm-2）plus biogas slurry］fertilization strategy for organic greenhouse vegetable production in this region.

manure；biogas slurry；phosphorus accumulation；phosphorus movement；degree of phosphorus saturation；environmental risk

S153.6

A

1672-2043（2016）07-1351-09

10.11654/jaes.2016.07.018

2016-03-22

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃課題（2012BAD14B04-2，2014BAD24B02-2）；北京市農(nóng)林科學(xué)院青年科研基金項目（QNJJ201413）；北京市果類蔬菜產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊項目（BAIC01-2016）

王敏鋒（1990—），男，山東泰安人，碩士研究生，從事農(nóng)業(yè)廢棄物處理和資源化利用研究。E-mail：wangminfeng@cau.edu.cn

陳清E-mail：qchen@cau.edu.cn