化肥優(yōu)化減施杧果園磷鉀養(yǎng)分平衡與環(huán)境風(fēng)險

吳 昊，葛梅紅，王爍衡，范聲濃，王 瑞，林一凡，林 電

(1.海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院，海口 570228；2.中國熱帶科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所，海口 570228)

【研究意義】目前，海南省是全國第二大杧果種植與生產(chǎn)省份[1]，且杧果樹的種植面積居海南省水果第一位，占全省水果種植面積的30.12%[2]。果農(nóng)為了提高經(jīng)濟(jì)效益，追求高質(zhì)高產(chǎn)，盲目過量施肥，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分大量盈余、增加了農(nóng)業(yè)面源污染的隱患。因此,為貫徹海南省生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展理念，探討杧果園養(yǎng)分平衡情況及養(yǎng)分流失的環(huán)境風(fēng)險具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】何翠翠等[3-4]對海南島杧果園施肥現(xiàn)狀及氮素盈余狀況進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，磷肥過量施用占調(diào)查樣本比例90%以上。海南島杧果園整體存在氮素盈余情況，盈余率高達(dá)91.04%。鉀肥投入存在明顯不足現(xiàn)象，50%以上低于“合理”水平，缺少對環(huán)境風(fēng)險量化方面的研究。萬煒等[5]對山東省蘋果主產(chǎn)區(qū)果園環(huán)境風(fēng)險做了研究，氮、磷盈余量均超過環(huán)境風(fēng)險閾值，分別對應(yīng)中風(fēng)險和高風(fēng)險范圍。李發(fā)林等[6]對福建省平和縣蜜柚園土壤磷環(huán)境風(fēng)險研究表明，50%以上蜜柚園磷素流失等級為高風(fēng)險。姜遠(yuǎn)茂等[7]研究表明，河北、山東、陜西、山西4省果園的磷肥利用率僅為5.4%。林英等[8]研究發(fā)現(xiàn)，中國北方90% 桃園鉀素過剩，其中72.23% 桃園鉀素盈余量在0～1000 kg/hm2，17.78% 桃園鉀素盈余量大于1000 kg/hm2，總體平均盈余量為625.05 kg/hm2。研究表明,磷肥輸入過量會導(dǎo)致土壤中積累的可溶磷隨地表徑流或降水淋溶進(jìn)入江河湖泊，造成嚴(yán)重的環(huán)境危害[9]。鐘曉英等[10-11]對全國多地不同土壤類型的磷素流失風(fēng)險研究顯示，有效磷含量超過一定值后,土壤水溶性磷濃度會突然增加,造成徑流磷流失加劇的現(xiàn)象,引起水體富營養(yǎng)化，且不同土壤類型磷素環(huán)境風(fēng)險臨界值也存在較大差異。王新軍等[12]在河北平原菜地研究也表明,當(dāng)有效磷含量超過50 mg/kg時,土壤水溶性磷含量會明顯增加,帶來污染隱患?！颈狙芯壳腥朦c】目前關(guān)于養(yǎng)分資源綜合管理，提高肥料利用率等研究較多，主要集中在小麥、水稻、玉米等農(nóng)田糧食作物及氮素養(yǎng)分上，熱帶果園磷鉀養(yǎng)分平衡相關(guān)研究較少，尤其是環(huán)境風(fēng)險影響方面鮮有報道。近年來，果農(nóng)由于缺乏科學(xué)的施肥技術(shù)及管理經(jīng)驗，為了增收，不僅使氮肥施用過量，同樣使磷鉀肥也存在過量施用問題，磷作為杧果樹生長發(fā)育過程中不可缺少的營養(yǎng)調(diào)控元素，參與植物體內(nèi)的多種代謝途徑，對維持生態(tài)系統(tǒng)平衡有重要作用[13-15]。但是磷易被土壤吸附固定，造成局部富集，帶來環(huán)境風(fēng)險[16-17]。鉀同樣是果樹生長發(fā)育過程中必需的營養(yǎng)元素之一。它與代謝過程密切關(guān)聯(lián),作為多種酶的活化劑,參與糖和淀粉的合成、運輸?shù)冗^程[18]。同時，速效鉀作為可溶性養(yǎng)分，在土壤中具有較強(qiáng)的流動性，隨降水、灌溉極易帶來淋失風(fēng)險?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究根據(jù)養(yǎng)分平衡收支模型，通過田間施肥試驗、凋落物和修剪枝葉的收集、地表徑流試驗，多方面量化輸入項和輸出項的磷鉀養(yǎng)分情況，探討不同施肥模式下杧果園磷鉀養(yǎng)分平衡情況，確定相對合理的施肥模式和施肥量，通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗，確定養(yǎng)分投入和土壤環(huán)境風(fēng)險臨界值，為防止農(nóng)業(yè)面源污染，科學(xué)施用磷鉀肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及土壤狀況

試驗時間為2020年6月至2021年7月，地點選在海南省樂東黎族自治縣佛羅林場杧果基地(108°39′E,18°24′N)，年平均溫度25 ℃，年降雨量1600 mm，光照充足，雨量充沛，干季和雨季分明，適宜杧果生長。佛羅林場杧果基地土壤屬于海相沉積燥紅土，質(zhì)地為砂壤土。坡度<5°，近于平坦。試驗地土壤基本肥力見表1。

表1 土壤基礎(chǔ)肥力情況Table 1 Soil basic fertility

1.2 供試材料及試驗設(shè)計

1.2.1 田間試驗 (1)施肥試驗。果園供試果樹品種為臺農(nóng)一號，株行距約為4 m×5 m，樹齡20年，供試肥料主要為尿素(N 46.4%)、磷酸二氫鉀(P2O552%，K2O 34.5%)、硫酸鉀(K2O 52%)，有機(jī)肥為馕播王生物有機(jī)肥(N 1.53%、P2O54.42%、K2O 2.05%)，田間試驗設(shè)置7個處理，分別是不施肥(NF)、僅施有機(jī)肥底肥(CF)、化肥常量溝施(A)、有機(jī)-無機(jī)配施溝施(OS)、水肥常量溝施(IWF)、水肥減量30%溝施(RA)、有機(jī)—無機(jī)配施水肥溝施(OWF)，在催梢期、催花期、果實膨大期分別施入催梢肥、催花肥和壯果肥， CF、OS、OWF處理的有機(jī)肥在催梢期一次性施入。每個施肥時期的水肥處理，按施肥量分 2 次施入，每次施水肥的灌水量均保持一致。在果樹滴水線范圍內(nèi)，對角線挖固定長50 cm，寬 30 cm，深20 cm 的施肥溝2個?；侍幚?A)、僅施有機(jī)肥底肥處理(CF)、生物有機(jī)肥替代 20% N處理(OS)直接將肥料施在施肥溝內(nèi)并混勻覆土。具體施肥量如表2所示。各處理設(shè)置 3 次重復(fù)，每個重復(fù) 5棵樹，處理之間設(shè)立保護(hù)行。

表2 田間試驗施肥方案Table 2 Field trial fertilization scheme (kg/hm2)

(2)凋落物收集。 每個處理選取3株相連且樹體大小及長勢相近的杧果樹作為試驗對象。在樹下鋪設(shè)孔隙較密的尼龍網(wǎng)，開花后收集花、梗、落果、采收果、修剪葉、修剪枝 的樣品。稱重、取樣、殺青、烘干、粉碎后待用。

1.2.2 地表徑流試驗 果園地表徑流試驗點均選在生草覆蓋均勻、不施肥的保護(hù)行之間，因為施肥溝面積占果樹投影面積的比例較小，所以未考慮地表徑流養(yǎng)分損失在不同施肥模式下的影響。根據(jù)果園所處的樂東縣近五年氣象局降雨監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過原位試驗分析果園的產(chǎn)流條件，試驗果園在大雨強(qiáng)度以下不會產(chǎn)生徑流，每年大雨強(qiáng)度10次、暴雨強(qiáng)度7次，大暴雨強(qiáng)度3次，比較接近真實情況，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)資料反映，每次降雨強(qiáng)度設(shè)為3 h為宜。參考高小葉等[19]的試驗設(shè)計，采用模擬自然降雨的方式，根據(jù)降水強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計大雨、暴雨、大暴雨共3種不同降雨強(qiáng)度處理。降雨量分別為10、16、32 mm/h，持續(xù)10 min，用水量分別為1.67、2.67、5.33 L。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每個重復(fù)1個小區(qū)，共9個小區(qū)，每個小區(qū)面積設(shè)計為1 m2(1 m × 1 m)。小區(qū)三面垂直嵌入擋板，入土10 cm，一面開口，挖深度為10 cm的向一側(cè)微傾斜的弧形凹槽，鋪上導(dǎo)流板，和土壤表面貼緊壓實，導(dǎo)流板一側(cè)再挖一個土坑以僅能放入徑流液收集桶為宜，模擬降雨結(jié)束后，收集匯集在桶內(nèi)的徑流液，用量筒測量徑流量，分取適量樣液帶回實驗室用于磷、鉀含量測定。

1.2.3 環(huán)境風(fēng)險評價試驗 通過確定磷鉀養(yǎng)分投入風(fēng)險臨界值和土壤磷鉀環(huán)境風(fēng)險臨界值的形式對土壤磷鉀養(yǎng)分環(huán)境風(fēng)險作出評價，土壤磷鉀環(huán)境風(fēng)險臨界值是指當(dāng)土壤磷素和鉀素投入超過一定含量(臨界值)時,土壤水溶性磷和速效鉀含量突然增大,導(dǎo)致磷鉀流失風(fēng)險增加，此時土壤的有效磷和速效鉀含量即為土壤磷鉀環(huán)境風(fēng)險臨界值，磷鉀養(yǎng)分投入量即為養(yǎng)分投入風(fēng)險臨界值。本文參考李發(fā)林等[6]的方法，采用室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗的土壤化學(xué)方法來測定土壤磷鉀環(huán)境風(fēng)險臨界值。在果園不施肥的保護(hù)行之間，隨機(jī)選擇3個采樣點，采樣深度40 cm，取混合土樣約2 kg自然風(fēng)干混勻。設(shè)置10個濃度梯度水平，2個重復(fù)，重復(fù)1和重復(fù)2分別對應(yīng)A1、A2,每個重復(fù)取50 g過2 mm篩的風(fēng)干土放入100 mL燒杯，調(diào)節(jié)濕度至約50%的田間持水量，每個水平分別加入10 mL不同濃度梯度的KH2PO4溶液，磷濃度分別為0、0.439、0.877、1.755、2.632、3.510、4.387、5.265、6.581、8.774 g/L，使土壤加入磷量達(dá)到0、20、40、80、120、160、200、240、300、400 mg/kg水平，按照前述田間施肥溝設(shè)計方案和果園土壤容重指標(biāo)換算后，相當(dāng)于土壤施入化肥磷素(P2O5) 0、7.66、15.33、30.66、45.99、61.32、76.65、91.98、114.97、153.29 kg/hm2；根據(jù)溶液中磷鉀的比例，加入鉀量達(dá)到0、25.16、50.32、100.64、150.96、201.28、251.60、301.93、377.41、503.21 mg/kg水平，按照前述田間施肥溝設(shè)計方案和果園土壤容重指標(biāo)換算后，相當(dāng)于土壤施入化肥鉀素(K2O) 0、5.07、10.15、20.29、30.44、40.59、50.74、60.88、76.11、101.47 kg/hm2。在恒溫培養(yǎng)箱25 ℃下培養(yǎng)4 d后,取出風(fēng)干。然后加水至田間持水量的1/2左右，培養(yǎng)4 d后再風(fēng)干，此過程(加水-培養(yǎng)-風(fēng)干)重復(fù)進(jìn)行3次，確保土壤充分完成干濕交替。土壤風(fēng)干后過2 mm篩,測定有效磷、可溶性磷和速效鉀。

1.3 測定項目及方法

測定項目及方法如表3所示。

表3 養(yǎng)分分析方法Table 3 Nutrient analysis method

1.4 杧果園磷鉀養(yǎng)分平衡理論與方法

本研究參考李書田等[20]的養(yǎng)分平衡理論方法，將果樹與土壤視為一個系統(tǒng)，系統(tǒng)中磷鉀養(yǎng)分的投入總量減去磷鉀養(yǎng)分的支出總量得到磷鉀養(yǎng)分的盈虧量。杧果園磷鉀養(yǎng)分輸入項可分為：肥料投入量、大氣沉降量、灌溉水輸入量，由于大氣沉降和灌溉水輸入進(jìn)果園的磷鉀養(yǎng)分很小[19]，所以本研究輸入項僅考慮肥料投入量。輸出項可分為：果樹凋落物攜出量、果實攜出量、徑流損失量、土壤淋溶損失量。

杧果園磷素平衡量化模型為：

TP=(OIP+CIP)-(LOP+BOP+FOP+ROP)

(1)

式中，OIP為有機(jī)肥磷素輸入量；CIP為化肥磷素輸入

量；LOP為凋落物磷素攜出量；BOP為修剪枝葉磷素攜出量；FOP為果實磷素攜出量；ROP為地表徑流磷素?fù)p失量；TP為磷素平衡總量，在本研究中包括大氣沉降量、灌水輸入量、土壤淋溶損失量。

同理，杧果園鉀素平衡量化模型為：

TK=(OIK+CIK)-(LOK+BOK+FOK+ROK)

(2)

式中，OIK為有機(jī)肥鉀素輸入量；FIK為化肥鉀素輸入量；LOK為凋落物鉀素攜出量；BOK為修剪枝葉鉀素攜出量；FOK為果實鉀素攜出量；ROK為地表徑流鉀素?fù)p失量；TK為鉀素平衡總量，在本研究中包括大氣沉降量、灌水輸入量、土壤淋溶損失量。

1.5 數(shù)據(jù)整理

數(shù)據(jù)的處理和方差分析分別用Excel 2019和SPSS 26 完成，圖表的制作主要由GraphPad Prism 8 完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷鉀養(yǎng)分平衡

2.1.1 磷素養(yǎng)分平衡 從表4～5可知，不同施肥處理磷素養(yǎng)分盈余量和盈余率從大到小排序為：A>IWF>OS>OWF>RA>CF，不施肥對照處理(NF)表現(xiàn)為磷素養(yǎng)分虧缺?；食Ａ繙鲜┨幚?A)的磷盈余量和盈余率顯著高于其他處理，達(dá)67.04 kg/hm2、63.36%，有機(jī)—無機(jī)配施處理OWF、OS磷盈余量和盈余率低于化肥處理IWF、A，其中OWF、OS、IWF處理間差異不顯著。水肥減量30%溝施處理(RA)和僅施有機(jī)底肥處理(CF)盈余量和盈余率顯著低于處理OS、OWF、A、IWF，說明RA、CF處理磷素投入量相比其他施肥處理不易引起因磷素盈余帶來的環(huán)境風(fēng)險。其中僅施有機(jī)底肥處理(CF)盈余量和盈余率最低，分別僅為7.22 kg/hm2、15.55%。杧果園磷素養(yǎng)分徑流損失量10.74 kg/hm2占各施肥處理磷素養(yǎng)分投入的比值范圍是10.15%～23.14%，其中占RA處理和CF處理磷素養(yǎng)分投入的比值較大，分別為14.50%、23.14%。如采用RA、CF處理的施肥模式，應(yīng)加強(qiáng)水土保持工作，降低因徑流引起磷的損失。不施肥處理(NF)磷素養(yǎng)分表現(xiàn)為虧缺，虧缺量達(dá)35.23 kg/hm2,與其他處理差異顯著,應(yīng)增施磷肥。

表4 不同施肥模式下磷素養(yǎng)分P2O5盈虧量Table 4 Surplus content of phosphorus nutrient P2O5 under different fertilization patterns (kg/hm2)

表5 不同施肥模式下磷素養(yǎng)分P2O5盈余率Table 5 Surplus rate of phosphorus nutrient P2O5 under different fertilization patterns (%)

輸出項結(jié)果顯示，磷素輸出量和輸出占比排序為修剪枝葉>地表徑流>凋落物>采收果。

2.1.2 鉀素養(yǎng)分平衡 從表6～7可知，鉀素盈余量從大到小排序為A>IWF>OS>OWF>RA，對照處理NF和CF表現(xiàn)為鉀素嚴(yán)重虧缺。化肥常量溝施處理(A)盈余量和盈余率最高，分別達(dá)142.96 kg/hm、49.49%，有機(jī)—無機(jī)配施水肥處理(OWF)和水肥減量30%溝施處理(RA) 盈余量和盈余率顯著低于化肥常量溝施處理(A)，其中水肥減量30%溝施處理(RA) 盈余量和盈余率最低，分別為68.72 kg/hm2、33.99%，從環(huán)境角度，說明這種施肥模式鉀素投入量相比其他處理更加合理，不易引起鉀素盈余帶來的環(huán)境風(fēng)險。有機(jī)—無機(jī)配施水肥處理(OWF)盈余量和盈余率顯著低于水肥常量處理(IWF)，有機(jī)—無機(jī)配施處理(OS)盈余量和盈余率顯著低于化肥常量溝施處理(A)，可能是因為OWF、OS處理采收果和修剪枝葉鉀素養(yǎng)分帶出量更多，造成總的鉀素養(yǎng)分輸出量多于A、IWF處理，導(dǎo)致盈余量和盈余率顯著低于A、IWF處理。反映了有機(jī)—無機(jī)配施處理果樹枝葉生長和果實發(fā)育吸收的鉀素養(yǎng)分顯著多于僅施化肥處理，側(cè)面說明配施有機(jī)肥處理相比僅施化肥處理顯著促進(jìn)了果樹對鉀素養(yǎng)分的吸收，建議A、IWF處理配施有機(jī)肥，降低化肥鉀素投入比例，提高果樹對鉀素養(yǎng)分的吸收。僅施有機(jī)底肥的對照處理(CF)和不施肥對照處理(NF)鉀素虧缺量分別高達(dá)123.34、133.09 kg/hm2，與其他施肥處理差異極顯著，說明CF、NF處理鉀素投入遠(yuǎn)不夠果樹正常生長需求，需增施鉀肥。水肥減量30%溝施處理(RA)采收果鉀素帶出量顯著低于有機(jī)—無機(jī)配施處理OS、OWF，主要原因是產(chǎn)量低導(dǎo)致的。佛羅果園鉀素養(yǎng)分徑流損失量8.86 kg/hm2，占各施肥處理鉀素養(yǎng)分投入的比值較小(對照處理NF、CF鉀素養(yǎng)分0投入或投入遠(yuǎn)小于正常果樹生長對鉀素養(yǎng)分的需求量，因此未參與比較)。

表6 不同施肥模式下鉀素養(yǎng)分K2O盈余量 Table 6 Surplus content of phosphorus nutrient K2O under different fertilization patterns (kg/hm2)

表7 不同施肥模式下鉀素養(yǎng)分K2O盈余率 Table 7 Surplus rate of phosphorus nutrient K2O under different fertilization patterns (%)

輸出項結(jié)果顯示，鉀素輸出量和輸出占比排序為采收果>修剪枝葉>凋落物>地表徑流。

2.2 不同施肥模式下杧果園環(huán)境風(fēng)險評價

2.2.1 磷素投入風(fēng)險臨界值和土壤磷素風(fēng)險臨界值的確定 對果園土壤取樣, 并進(jìn)行土壤添加磷素的室內(nèi)培養(yǎng)試驗,測定土壤可溶性磷和有效磷的變化，確定土壤磷素淋失臨界值。從圖1可知，土壤可溶性磷隨土壤有效磷含量增加而增加,當(dāng)土壤有效磷含量增加超過一定值時，土壤可溶磷含量增速明顯加快,圖中兩根分段斜線A1、A2均有 1處明顯的突變點(拐點),當(dāng)土壤磷素添加量達(dá)120 mg/kg對應(yīng)的有效磷含量分別為101.30、106.25 mg/kg時，斜率K值明顯變大，每增加1 mg/kg有效磷，可溶性磷含量分別多增加0.103、0.106 mg/kg，此時對應(yīng)的土壤可溶磷含量分別為5.03、5.24 mg/kg。說明當(dāng)土壤有效磷含量達(dá)到一定值后，土壤中可流失的磷素會急劇增加，造成土壤磷素的較大淋失。這個拐點對應(yīng)的土壤有效磷含量,即可定義為土壤磷素環(huán)境風(fēng)險臨界值。因此，可將有效磷含量101.30 mg/kg和106.25 mg/kg的平均值103.78 mg/kg確定為土壤磷素環(huán)境風(fēng)險臨界值。土壤磷素添加量120 mg/kg相當(dāng)于水肥磷素P2O5投入45.99 kg/hm2，即單次施肥P2O5投入量超過45.99 kg/hm2，會造成磷素流失風(fēng)險。45.99 kg/hm2可定義為磷素投入風(fēng)險臨界值。該值與各施肥處理采收果、凋落物、修剪枝葉和地表徑流磷素攜出量之和相當(dāng)(表4)，一定程度上說明杧果樹對磷素養(yǎng)分的需求較小。

圖1 杧果園土壤有效磷與可溶性磷含量關(guān)系Fig.1 Relationship between soil available P and soluble P content in mango orchard

2.2.2 杧果園土壤磷素環(huán)境風(fēng)險等級劃分 土壤磷素環(huán)境風(fēng)險臨界值是土壤可溶性磷含量開始激增所對應(yīng)的土壤有效磷含量,大于該含量,就會出現(xiàn)較大的磷素流失,小于該含量,磷素流失量會明顯變小。因此,為了評價不同施肥模式下土壤磷素環(huán)境風(fēng)險,結(jié)合園地土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)(試行)，把果園土壤磷素環(huán)境風(fēng)險分為3個級別(表8)，土壤有效磷含量小于適宜標(biāo)準(zhǔn)上限30 mg/kg時，定為低風(fēng)險; 土壤有效磷含量大于豐富標(biāo)準(zhǔn)下限30 mg/kg且小于土壤磷素環(huán)境風(fēng)險臨界值時, 因磷素流失量較小，定為中風(fēng)險；土壤有效磷含量大于土壤磷素環(huán)境風(fēng)險臨界值時，存在磷素大量流失,定為高風(fēng)險。

表8 杧果園土壤磷素環(huán)境風(fēng)險分級Table 8 Environmental risk classification of soil phosphorus in mango orchard (mg/kg)

2.2.3 不同施肥處理土壤磷素環(huán)境風(fēng)險評價 從表9可知，除不施肥處理NF含量基本不變以外，其余施肥處理NF含量均明顯增加，土壤有效磷盈余量從大到小排序為 IWF>A>OWF>OS>RA>CF>NF，不施肥處理(NF)和僅施有機(jī)底肥處理(CF)土壤有效磷盈余量顯著低于其他施肥處理，水肥常量溝施處理(IWF)土壤有效磷盈余量顯著高于水肥減量30%溝施處理(RA)，土壤處理IWF、A土壤有效磷盈余量高于OWF、OS處理，但差異不顯著。參照風(fēng)險分級(表8)可知，施肥前，A處理屬于低風(fēng)險范圍，其他處理屬于中風(fēng)險范圍，經(jīng)過一年施肥管理后， CF、RA、NF處理仍屬于中風(fēng)險范圍， A、IWF、OS、OWF處理變?yōu)楦唢L(fēng)險等級，說明CF、RA施肥處理相比A、IWF、OS、OWF施肥處理環(huán)境風(fēng)險更小。

表9 不同施肥處理土壤有效磷含量變化Table 9 Changes of soil available phosphorus content under different fertilization treatments (mg/kg)

2.2.4 鉀素投入風(fēng)險臨界值和土壤鉀素淋失臨界值的確定 對果園進(jìn)行土壤取樣, 進(jìn)行添加鉀素的室內(nèi)培養(yǎng)試驗,分析土壤鉀素添加量和速效鉀的變化,確定土壤鉀素淋失臨界值。從圖2可知，土壤速效鉀隨土壤鉀素添加量的增加而增加,當(dāng)土壤鉀素添加量增加超過一定值時,土壤速效鉀含量增速明顯加快，圖中兩根分段斜線A1、A2均有 1處明顯的突變點(拐點)，當(dāng)土壤鉀素添加量高于100.64 mg/kg時，斜率K值明顯變大，每增加1 mg/kg鉀素，速效鉀含量分別多增加0.998、0.886 mg/kg，此時對應(yīng)的土壤速效鉀含量分別為145.72、 142.23 mg/kg說明當(dāng)土壤鉀素添加量達(dá)到一定值后，土壤中的速效鉀會急劇增加，造成土壤鉀素的較大淋失。這個拐點對應(yīng)的土壤速效鉀含量，即可定義為土壤鉀素淋失臨界值。因此，可將拐點速效鉀含量142.23和145.72 mg/kg的平均值143.98 mg/kg確定為土壤鉀素環(huán)境風(fēng)險臨界值。土壤鉀素添加量100.64 mg/kg相當(dāng)于水肥K2O投入20.29 kg/hm2，即單次施水肥K2O投入量超過20.29 kg/hm2，會造成鉀素流失風(fēng)險，20.29 kg/hm2可定義為鉀素投入風(fēng)險臨界值。該值遠(yuǎn)低于各施肥處理采收果、凋落物和修剪枝葉的鉀素攜出量(表6)，一定程度上說明果園土壤保持鉀肥能力較差。要滿足杧果樹對鉀素養(yǎng)分的需求，需少量多次施鉀肥。

圖2 杧果園土壤鉀素添加量與速效鉀含量關(guān)系Fig.2 Relationship between the amount of potassium added in the soil of mango orchard and the content of available K

2.2.5 杧果園土壤鉀素環(huán)境風(fēng)險等級劃分 土壤鉀素淋失臨界值是土壤鉀素添加量達(dá)到一定值后，土壤的速效鉀含量激增,大于該含量,就會出現(xiàn)較大的鉀素流失，小于該含量，鉀素流失量會明顯變小。因此，為評價不同施肥模式下土壤鉀素環(huán)境風(fēng)險, 結(jié)合園地土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)(試行)，把果園土壤鉀素環(huán)境風(fēng)險分為3個級別(表10)，土壤速效鉀含量小于適宜標(biāo)準(zhǔn)上限120.00 mg/kg時,定為低風(fēng)險；土壤速效鉀含量大于豐富標(biāo)準(zhǔn)下限120.00 mg/kg 且小于土壤鉀素環(huán)境風(fēng)險臨界值時, 因鉀素流失量較小，定為中風(fēng)險；土壤速效鉀含量大于土壤鉀素淋失臨界值時，存在鉀素大量流失,定為高風(fēng)險。

表10 杧果園土壤鉀素淋失風(fēng)險分級Table 10 Risk classification of potassium leaching from mango orchard soil (mg/kg)

2.2.6 不同施肥處理土壤鉀素環(huán)境風(fēng)險評價 從表11可知，經(jīng)過催梢期、催花期、果實膨大期的施肥后，除不施肥處理(NF)、僅施有機(jī)肥處理(CF)土壤速效鉀含量有所下降以外，其余施肥處理含量均明顯增加。有機(jī)—無機(jī)配施處理(OS)、有機(jī)—無機(jī)配施水肥處理(OWF)鉀素盈余量分別顯著低于A、IWF處理的情況下，土壤速效鉀盈余量卻高于化肥常量溝施處理(A)、水肥常量溝施處理(IWF),雖然差異不顯著，但說明有機(jī)—無機(jī)配施處理OS、OWF不僅促進(jìn)了果樹鉀素養(yǎng)分的吸收，也提高了土壤鉀素有效性。僅施化肥處理A、IWF可能由于保水保肥能力較弱，投入的速效鉀濃度高導(dǎo)致隨降水發(fā)生淋溶下滲，造成土壤速效鉀含量低于配施有機(jī)肥處理的結(jié)果。參照表7風(fēng)險分級可知，施肥前，NF、CF、A、OS、RA、OWF處理屬于低風(fēng)險范圍， IWF處理屬于高風(fēng)險等級；經(jīng)過一個生產(chǎn)周期施肥管理后， NF、CF、A、RA處理仍屬于低風(fēng)險范圍，但NF、CF處理土壤速效鉀盈余量為負(fù)數(shù)，養(yǎng)分平衡也表現(xiàn)為虧缺(表6)，應(yīng)增加鉀肥投入， OWF處理變?yōu)橹酗L(fēng)險等級， IWF、OS處理為高風(fēng)險等級。說明OWF、OS處理施肥模式導(dǎo)致土壤速效鉀含量偏高存在鉀素流失風(fēng)險。而IWF處理由于土壤本底值過高導(dǎo)致風(fēng)險等級居高不下，建議大幅降低化肥鉀素投入。A、RA處理土壤速效鉀盈余量差異不顯著，但A處理鉀素養(yǎng)分平衡表現(xiàn)為盈余量和盈余率最高，顯著高于RA處理，綜合來看水肥減量30%溝施處理(RA)相比其他處理鉀素投入量更合理。

表11 不同施肥處理土壤速效鉀含量變化Table 11 Changes of soil available potassium content under different fertilization treatments (mg/kg)

3 討 論

近年來，果農(nóng)為了提高經(jīng)濟(jì)效益，追求高產(chǎn)，盲目過量施用化肥，很少施用有機(jī)肥，由于缺乏科學(xué)的施肥及管理知識，產(chǎn)量不增反降，土壤磷鉀養(yǎng)分大量盈余，不僅增加了農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險，也破壞了正常的土壤結(jié)構(gòu)，果樹高產(chǎn)更難實現(xiàn)。

化肥優(yōu)化減施模式下，磷素養(yǎng)分P2O5盈余量在7.22～67.04 kg/hm2，盈余率在15.55%～63.36%，結(jié)果明顯低于劉曉霞[21]山東蘋果主產(chǎn)區(qū)不同種植年限蘋果園P2O5平均盈余量416.28 kg/hm2、盧樹昌等[22]河北省調(diào)查果園P2O5平均盈余量269.5 kg/hm2和萬煒等[5]棲霞市蘋果園磷肥盈余量和盈余率分別達(dá)484.75 kg/hm2、85.12%的研究結(jié)果。說明，化肥優(yōu)化減施模式相比傳統(tǒng)果園施肥磷素養(yǎng)分盈余風(fēng)險明顯更小。 A、IWF、OS、OWF處理磷素養(yǎng)分盈余率為54.32%～63.36%，土壤有效磷含量卻已經(jīng)超過環(huán)境風(fēng)險臨界值，存在較大的風(fēng)險。這與有些專家認(rèn)為的與氮肥相比，磷肥具有較高的后效性，磷肥的盈余率允許超過80%[23-24]結(jié)論不符。鄧蘭生等[25]研究水肥一體化模式下，不同質(zhì)地土壤中有效磷的移動性和磷濃度對磷移動距離的影響中發(fā)現(xiàn)，移動性大小順序為：砂壤土>輕壤土>重壤土，而佛羅果園土壤質(zhì)地為砂壤土，相比其他質(zhì)地的土壤，磷素流失風(fēng)險可能更大。

鉀素輸出量和輸出占比為采收果最高，說明果實對鉀的需求量大，這與程寧寧[26]對金煌、紅金龍杧果樹不同器官養(yǎng)分積累研究結(jié)果基本一致。而磷素輸出量和輸出占比為采收果最小，則與其研究結(jié)果相反，分析原因可能是品種之間，果實對磷素養(yǎng)分需求存在較大差異。

有機(jī)—無機(jī)配施處理OS、OWF相比僅施化肥處理顯著促進(jìn)了果樹對鉀素養(yǎng)分的吸收，這與廖逸寧等[27]對板栗園土壤肥力及根系功能性狀研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)無機(jī)配施處理不僅提高了土壤速效養(yǎng)分含量，還有效提高了吸收根比例，促進(jìn)了果樹對養(yǎng)分的吸收結(jié)論相符合。可能因為配施有機(jī)肥改變了土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)，提高了土壤酶活性[28-30]，改善了土壤物理結(jié)構(gòu)所致[31]。

董艷紅等[32]研究發(fā)現(xiàn)：降雨量較大時，鉀素淋溶量大小的主要決定因素是速效鉀，降雨量較小時，鉀素淋溶量大小的主要決定因素是土壤質(zhì)地，砂粒含量越多，K+淋溶量越大。本文A、IWF處理由于僅施水肥且鉀素投入量大，IWF處理土壤速效鉀本底值高，加上果園土壤質(zhì)地為砂壤土，保水保肥能力較弱，大量鉀素養(yǎng)分很可能隨降水發(fā)生淋溶下滲，造成土壤速效鉀含量低于配施有機(jī)肥處理的結(jié)果。

周煒等[33]對沼液配施有機(jī)肥發(fā)現(xiàn)，稻田磷鉀徑流損失量研究結(jié)果與本文果園磷鉀地表徑流損失量結(jié)果近似。與李發(fā)林等[34]對坡地果園磷素徑流損失量研究結(jié)果存在較大差異，這可能與降雨條件、土壤性質(zhì)、坡度有關(guān)[35-36]。

鐘曉英等[10-11]對全國多地不同土壤類型的磷素流失風(fēng)險研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤類型磷素環(huán)境風(fēng)險臨界值存在較大差異，其中海南?？诖u紅壤有效磷含量超過80.69 mg/kg 臨界值時, 土壤可溶性磷含量會迅速增大，李發(fā)林等[6]對福建蜜柚山地果園養(yǎng)分流失風(fēng)險研究結(jié)果顯示磷素環(huán)境風(fēng)險臨界值為96.3 mg/kg，與本文土壤磷素風(fēng)險臨界值近似。

胡小璇等[37]研究認(rèn)為，綜合考慮杧果產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤肥力及經(jīng)濟(jì)效益，化肥減施33%情況下，配施約 12 600 kg/hm2生物有機(jī)肥處理表現(xiàn)最佳，未涉及環(huán)境風(fēng)險研究。本研究顯示，配施生物有機(jī)肥的OWF、OS處理磷素養(yǎng)分盈余量和土壤有效磷含量比僅施化肥處理低。加上杧果樹對磷素養(yǎng)分需求較小，建議選用含磷量低的生物有機(jī)肥。

本文研究確定的單次施肥磷鉀投入風(fēng)險臨界值和土壤磷鉀環(huán)境風(fēng)險臨界值是基于水肥的施肥方式和質(zhì)地為砂壤土的杧果園，未涉及其他施肥模式和土壤類型，環(huán)境風(fēng)險臨界值適用范圍較為局限，值得進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié) 論

(1)有機(jī)肥配施化肥可以提高土壤鉀素有效性，并促進(jìn)果樹對鉀素養(yǎng)分的吸收。

(2)佛羅果園磷素養(yǎng)分比鉀素養(yǎng)分更易流失，應(yīng)做好水土保持工作，防止磷素養(yǎng)分流失造成面源污染。

(3)從磷鉀養(yǎng)分平衡和環(huán)境風(fēng)險評價角度綜合來看，水肥減量溝施處理(RA)磷鉀養(yǎng)分投入最均衡，在保障果樹養(yǎng)分正常供應(yīng)的前提下，環(huán)境風(fēng)險最小，但仍有優(yōu)化空間，如采用有機(jī)無機(jī)配施的施肥模式，可能促進(jìn)果樹對鉀素養(yǎng)分的吸收，提高產(chǎn)量。

(4)采用本研究的溝施模式，每次化肥磷素投入量不超過45.99 kg/hm2為宜。杧果樹果實對鉀素養(yǎng)分需求較大，每次化肥鉀素的投入不能超過20.29 kg/hm2，可以采用少量多次的形式供給養(yǎng)分。