高碳有機(jī)物料對(duì)設(shè)施菜田土壤速效磷累積的影響

石寧 李彥 宮志遠(yuǎn) 孫澤強(qiáng) 劉盛林

摘要：設(shè)施菜田施用有機(jī)糞肥是改善土壤質(zhì)量的重要手段，但是常年持續(xù)過(guò)量施用糞肥極易造成土壤磷的累積和淋失。本研究在持續(xù)施用鴨糞的設(shè)施大棚中投入不同C/N有機(jī)物料，研究其對(duì)西葫蘆生長(zhǎng)和土壤速效磷累積的影響。試驗(yàn)以鴨糞為習(xí)慣施肥處理，高碳有機(jī)物料分別是沼渣、菌渣、泥炭土、生物炭和麥秸，所有處理碳投入量相同。結(jié)果表明，常年施用鴨糞導(dǎo)致0～100 cm土層中速效磷嚴(yán)重累積，且向深層土壤運(yùn)移現(xiàn)象明顯;高碳有機(jī)物料的投入不僅實(shí)現(xiàn)了西葫蘆穩(wěn)產(chǎn)，而且增加了磷吸收量，有效緩減土壤中速效磷向深層土壤的遷移，改善土壤微生境從而促進(jìn)土壤微生物生長(zhǎng)，進(jìn)而增加土壤磷有效性，提高其利用效率。

關(guān)鍵詞：糞肥;有機(jī)物料;設(shè)施菜田;磷

中圖分類號(hào)：S627：S141? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A? 文章編號(hào)：1001-4942（2020）11-0020-05

Effects of High-Carbon Organic Materials on Available Phosphorus

Accumulation in Greenhouse Vegetable Field

Shi Ning， Li Yan， Gong Zhiyuan， Sun Zeqiang， Liu Shenglin

（Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences/

Key Laboratory of Agro-Environment of Huanghe-Huaihe-Haihe Plain， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/

Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Non-Point Source Pollution Control and Prevention/Scientific

Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation （Shandong），

Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China）

Abstract Organic manure application in greenhouse vegetable fields is important to improve soil quality， but continuous excess input can easily lead to the accumulation and leaching of soil phosphorus （P）. The experiment was conducted in greenhouse with continuous application of duck manure to study the effects of organic materials with different C/N value on growth of summer squash and available P accumulation in soil. Duck manure was set as the custom fertilization treatment， and biogas residue， mushroom residue， peat soil， biochar and wheat straw were selected for the high-carbon organic material treatments. The carbon input of all treatments were uniform. The results showed that continuous application of duck manure led to serious accumulation of available P in 0～100-cm soil layer and obvious migration to deep soil layer. High-carbon organic material input achieved stable yield and increased P absorption of summer squash， reduced the migration of available P to deep soil layers， improved soil micro-habitat to promote the growth of soil microorganisms， so the availability of P was improved， and its use efficiency was increased.

Keywords Manure; Organic material; Greenhouse vegetable field; Phosphorus

目前設(shè)施菜田化肥投入量逐漸降低，施用比例越來(lái)越合理[1]，但有機(jī)肥投入量越來(lái)越大，尤其施用糞肥，已經(jīng)成為設(shè)施菜田生產(chǎn)常態(tài)。糞肥中含有較多水溶態(tài)及有機(jī)態(tài)磷，極易在土壤中移動(dòng)，因此，在設(shè)施菜田頻繁灌溉的條件下，磷元素的累積和淋失嚴(yán)重[2，3]?？茖W(xué)合理施用有機(jī)肥能夠改善土壤環(huán)境質(zhì)量，但常年過(guò)量投入，不僅造成養(yǎng)分浪費(fèi)和環(huán)境污染，而且降低土壤C/N值和微生物多樣性，反而使土壤質(zhì)量下降。有機(jī)肥的降解主要依靠土壤中的微生物來(lái)完成，其對(duì)不同C/N值有機(jī)肥的分解效率存在很大差異，C/N和C/P值適宜的土壤能增加微生物的生物量庫(kù)容，加強(qiáng)對(duì)土壤磷養(yǎng)分的固持[4]，減少土壤中磷的累積，降低磷的淋溶風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明，C/N值較高的有機(jī)肥投入能夠增加土壤有機(jī)碳含量，改善土壤微生物環(huán)境，促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收和生長(zhǎng)[5]。

針對(duì)當(dāng)前設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中盲目大量使用糞肥導(dǎo)致的磷素累積和遷移等問(wèn)題，本試驗(yàn)基于常年施用單一鴨糞的設(shè)施菜田，設(shè)置不同C/N值有機(jī)物料（鴨糞、沼渣、菌渣、泥炭土、生物炭和麥秸）投入，研究基施有機(jī)碳含量相同的不同有機(jī)物料再追施相同用量水溶肥的條件下，設(shè)施西葫蘆產(chǎn)量、土壤磷素累積以及土壤微生物量磷的變化，旨在為設(shè)施蔬菜清潔生產(chǎn)中合理使用有機(jī)肥、降低土壤磷素累積及淋失風(fēng)險(xiǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年11月20日至2018年5月25日在山東省淄博市臨淄區(qū)東科蔬菜大棚合作社的設(shè)施大棚中進(jìn)行。所選大棚長(zhǎng)105 m，寬14 m，種植年限為5年，一直施用鴨糞作為有機(jī)肥;試驗(yàn)期種植作物為西葫蘆，畦寬1.7 m，一畦兩行，每行20株西葫蘆，株距75 cm;統(tǒng)一使用膜下滴灌灌水方式，西葫蘆整個(gè)生育期共灌水8～9次。

試驗(yàn)選用的有機(jī)物料為生物碳（BC，炭化原料為小麥秸稈）、小麥秸稈（WS）、泥炭土（PS）、沼渣（BR）、菌渣（MR），以鴨糞（DM）作為習(xí)慣施肥對(duì)照。試驗(yàn)開始前，測(cè)定各有機(jī)物料的有機(jī)碳和養(yǎng)分含量，具體見表1。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，每小區(qū)面積50 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。有機(jī)物料施用量分別為DM 36.5 t·hm-2，BC 22.1 t·hm-2，WS 25.4 t·hm-2，PS 21.9 t·hm-2，BR 46.1 t·hm-2，MR 19.8 t·hm-2，化肥（水溶性復(fù)合肥，氮磷鉀養(yǎng)分15-15-15）投入總量分別為N 375 kg·hm-2、P2O5 165 kg·hm-2和K2O 810 kg·hm-2。其中，有機(jī)物料和一半化肥作為基肥在作物移栽前施入，剩余化肥作為追肥分4次施入，并采用隨水微灌。

1.2 樣品采集與測(cè)定方法

記錄西葫蘆采收階段每個(gè)小區(qū)的果實(shí)產(chǎn)量。在盛果期采集西葫蘆樣品，烘干后測(cè)定果實(shí)養(yǎng)分含量。待成熟期收獲整株作物，105℃殺青 30 min，60℃烘至恒重，稱取干重。通過(guò)硫酸-過(guò)氧化氫消煮，鉬銻抗比色法測(cè)定果實(shí)和植株樣品的全磷。

在西葫蘆拉秧后隨機(jī)取5鉆0～100 cm土壤，每20 cm一層制備混合樣，用于測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。采集的鮮土用2 mol·L-1 KCl溶液（土水比1∶5）浸提，并通過(guò)氮素連續(xù)流動(dòng)分析儀（TRAACS 2000，Bran and Luebbe，Norderstedt，Germany）測(cè)定硝態(tài)氮含量;土壤全氮采用凱氏定氮法測(cè)定;土壤pH值采用5∶1的水土比懸液酸度計(jì)法測(cè)定;土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-濃硫酸氧化（外加熱法）、硫酸亞鐵溶液滴定法測(cè)定;速效磷（Olsen-P）含量采用0.5 mol·L-1 碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定;微生物量碳（MBC）含量采用氯仿熏蒸、K2SO4浸提后用碳氮流動(dòng)分析儀測(cè)定;微生物量磷（MBP）含量采用氯仿熏蒸、NaHCO3浸提后用分光光度儀測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖，采用SPSS 20.0進(jìn)行多因素方差分析，多重比較采用Duncans法，顯著性水平0.05。

土壤C/N采用土壤有機(jī)碳和全氮的比值;土壤C/P采用土壤有機(jī)碳和速效磷的比值;土壤速效磷累積率=（P2-P1）/P1，式中，P2和P1分別表示收獲后和種植前土壤速效磷含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)物料投入對(duì)西葫蘆產(chǎn)量和土壤pH值的影響

按照有機(jī)碳含量相同折算出不同種類有機(jī)物料的使用量并投入土壤后，不同有機(jī)物料處理對(duì)西葫蘆產(chǎn)量未產(chǎn)生顯著影響（圖1A），但菌渣處理的西葫蘆磷吸收量顯著高于鴨糞處理，其它有機(jī)物料處理對(duì)磷吸收量的影響與鴨糞處理沒(méi)有顯著差異（圖1B）。投入有機(jī)物料后0～20 cm表層土壤pH發(fā)生了顯著變化，其中，菌渣處理的土壤pH值最高，為7.63，顯著高于其它處理;鴨糞常規(guī)處理的pH值最低，為6.89，與其它處理差異顯著;其它有機(jī)物料處理的土壤pH值在6.89～7.35之間，處理間差異不顯著（圖2）。

2.2 有機(jī)物料投入對(duì)不同土層速效磷含量及累積率的影響

從西葫蘆收獲后0～100 cm土層中速效磷的分布可以看出，所有處理均有嚴(yán)重的速效磷累積現(xiàn)象，且隨著土層加深而降低。在表層土壤中，沼渣處理的速效磷含量達(dá)到了307 mg·kg-1 ，顯著高于其它處理（188～223 mg·kg-1 ）。即使在80～100 cm的深層土壤中，各處理速效磷含量也均在30 mg·kg-1 以上，其中沼渣處理高達(dá)79 mg·kg-1，顯著高于其它處理（圖3A）。

在西葫蘆收獲后，不同有機(jī)物料處理速效磷在不同土層中均以累積為主，但是累積率變化各不相同。隨著土層的加深，沼渣處理的速效磷累積率逐漸升高，在60～80 cm土層中達(dá)到最高值，在80～100 cm土層中又有所降低;鴨糞的速效磷累積率呈波動(dòng)變化，40～60 cm土層累積率最高;菌渣和生物炭處理的磷累積率隨土層加深呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，分別在20～40、40～60 cm土層中達(dá)到最高;泥炭土和麥秸處理在20～40 cm中磷累積率最高，在深層（60～100 cm）土壤中磷累積率很低（圖3B）。

2.3 有機(jī)物料處理對(duì)表層土壤C/N、C/P以及MBC、MBP的影響

由圖4可以看出，習(xí)慣施肥（DM）處理的表層土壤C/N值顯著低于其它有機(jī)物料處理，僅為7.41，其它物料處理間差異不顯著;泥炭土和生物炭處理的表層土壤C/N值較高，分別達(dá)到9.37和9.10;沼渣處理表層土壤C/N值也高于鴨糞處理，達(dá)到了8.5（圖4A）。有機(jī)物料處理對(duì)表層土壤C/P的影響較大，其中，生物炭和泥炭土處理的表層土壤C/P值較高，分別為134和115，顯著高于其它處理;其次是菌渣和秸稈處理，分別為91和88;沼渣和鴨糞處理的表層土壤C/P值較低，分別只有53和66，顯著低于其它處理（圖4B）。

如圖5所示，菌渣處理的表層土壤微生物量碳（MBC）含量顯著高與其它處理，達(dá)到305 mg·kg-1;鴨糞處理的表層土壤MBC含量最低，只有68 mg·kg-1 ，顯著低于其它處理;其余有機(jī)物料處理的表層土壤MBC含量在138～179 mg·kg-1 之間，差異較小。鴨糞處理的表層土壤微生物量磷（MBP）含量顯著高于其它處理，達(dá)到161 mg·kg-1 ;C/P比較低的沼渣處理表層土壤MBP含量（75 mg·kg-1 ）顯著低于鴨糞處理，但顯著高于其它C/P較高的有機(jī)物料處理;菌渣和秸稈處理的表層土壤MBP含量相當(dāng)，在36～39 mg·kg-1 之間，顯著低于沼渣處理;泥炭土和生物炭處理的表層土壤MBP含量分別為17 mg·kg-1 和18 mg·kg-1 ，顯著低于其它處理。

3 討論與結(jié)論

雷寶坤[6]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全國(guó)菜田土壤C/N值為8.6，與糧田相比降低了1.71個(gè)單位;任濤[7]對(duì)我國(guó)設(shè)施蔬菜主要產(chǎn)區(qū)土壤C/N進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，主要省市蔬菜產(chǎn)區(qū)設(shè)施菜田0～20 cm土壤C/N平均值為10.1，其中56%低于10。這主要是因?yàn)樵O(shè)施菜田投入的有機(jī)肥大多是低C/N值的雞糞、鴨糞和豬糞等對(duì)土壤有機(jī)碳貢獻(xiàn)較小的有機(jī)肥，而且過(guò)量施用的化肥也導(dǎo)致土壤全氮含量的增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)超過(guò)有機(jī)質(zhì)的提升速率，從而導(dǎo)致土壤C/N降低[7]。而土壤C/N值低，又會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)土壤微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的礦化，通過(guò)釋放氮、磷提高其有效性，進(jìn)一步增加了氮、磷的淋失風(fēng)險(xiǎn)。在本試驗(yàn)中，自身C/N值較低的有機(jī)物料短期內(nèi)也會(huì)提高表層土壤的C/N，這可能是因?yàn)槌Ｄ晔┯螟喖S的設(shè)施菜田土壤中已經(jīng)形成了較穩(wěn)定的土著微生物菌群，投入新的有機(jī)物料，即使C/N值較低，也會(huì)對(duì)土著微生物的繁殖生長(zhǎng)產(chǎn)生一定影響，造成短期內(nèi)土壤C/N值提高[8，9]。

土壤微生物特性對(duì)土壤基質(zhì)的變化非常敏感[10]。土壤C/P也是影響MBP動(dòng)力學(xué)的重要因素，由于受碳的限制，土壤C/P較低時(shí)，MBP也會(huì)降低[11]。本試驗(yàn)中，鴨糞處理的表層土壤MBP含量較高，主要是因?yàn)樵O(shè)施菜田前期一直施用鴨糞，繼續(xù)投入低C/N值的鴨糞不會(huì)對(duì)土壤微生物群落的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，表層土壤中仍保持較低MBC含量和相對(duì)較高M(jìn)BP含量的狀態(tài)。而其它有機(jī)物料的投入必然會(huì)影響土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)，抑制其中的優(yōu)勢(shì)微生物[12]，同時(shí)又會(huì)激發(fā)非優(yōu)勢(shì)群落的微生物或者帶入新的微生物群落，并使其在短時(shí)間內(nèi)成為優(yōu)勢(shì)群落，從而增加了土壤MBC含量。有研究發(fā)現(xiàn)，在熟化程度較高的土壤中，土壤微生物的數(shù)量較多，細(xì)菌比例較高，而干旱及難分解物質(zhì)含量較多的土壤中微生物總數(shù)較少[13]。Diacono和Montemurro[14]認(rèn)為有機(jī)肥料的質(zhì)量和數(shù)量是影響土壤微生物生長(zhǎng)的重要因素。本試驗(yàn)中所用的菌渣已經(jīng)過(guò)腐熟，自身微生物含量比較豐富，其MBC含量顯著高于其它處理。同時(shí)，微生物活性的增加也導(dǎo)致了土壤P釋放的增加，而隨著作物根部對(duì)P的吸收及P向深層土壤的淋溶，土壤中的P含量快速下降，進(jìn)而有機(jī)物料處理的C/P升高。在土壤不同養(yǎng)分的循環(huán)系統(tǒng)中，速效磷的周轉(zhuǎn)受土壤pH、有機(jī)質(zhì)及C/N、C/P等因素的影響，有效養(yǎng)分在微生物養(yǎng)分周轉(zhuǎn)中也處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，之間存在相互制約和影響。有研究表明，施用牛糞和秸稈調(diào)節(jié)土壤C/N，會(huì)降低土壤總氮含量和硝態(tài)氮的淋失量[15]，英國(guó)洛桑試驗(yàn)站的長(zhǎng)期研究結(jié)果也表明，土壤C/N值與土壤pH值呈顯著正相關(guān)性，這說(shuō)明通過(guò)投入有機(jī)肥調(diào)控土壤C/N進(jìn)而影響氮、磷有效養(yǎng)分的周轉(zhuǎn)是可行的。

綜上所述，在常年施用同一種有機(jī)糞肥的設(shè)施菜田中，0～100 cm土體中磷養(yǎng)分發(fā)生了嚴(yán)重的累積并已經(jīng)向深層土壤發(fā)生運(yùn)移;高C/N、C/P的有機(jī)物料投入會(huì)減緩?fù)寥乐兴傩Я紫蛏顚油寥赖倪w移，并會(huì)通過(guò)改善土壤C/N和C/P調(diào)控土壤微生物生長(zhǎng)，增加土壤磷養(yǎng)分的有效性，提高其利用效率。

參 考 文 獻(xiàn)：

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