陳波浪,盛建東*,蔣平安,劉永剛

(1新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊830052;2新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,新疆昌吉831100)

磷是棉花生長發(fā)育必需的植物營養(yǎng)元素之一,也是新疆棉花高產(chǎn)的養(yǎng)分的第二大限制因子[1]。植物吸收利用的是土壤中的有效磷,因此土壤有效磷的消長取決于土壤磷素的收支狀況,而其消長速度取決于土壤性質(zhì)。為了獲得作物持續(xù)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),必須建立起一個有效的土壤磷庫,使土壤肥力逐步提高,保持土壤有效磷的供應(yīng)能力,而施用磷肥是建立土壤有效磷庫的主要措施。

科學(xué)施用磷肥是提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的主要施肥措施之一。關(guān)于磷肥用量的估算,國內(nèi)外近年應(yīng)用較多的方法有[2-15]:1)土壤有效磷肥力指標(biāo)法,即根據(jù)土壤有效磷測定值的分級標(biāo)準(zhǔn)決定磷肥用量;2)磷指標(biāo)法(PFI法),按土壤磷的容量和強度測定得出磷肥指數(shù),計算不同土壤的磷肥用量;3)肥效函數(shù)法(FEF法),依據(jù)磷肥肥效函數(shù)求出最高產(chǎn)量和最佳產(chǎn)量的磷肥用量;4)土壤磷素等溫吸附曲線法,由土壤磷素等溫吸附方程估算磷肥用量;5)土壤的磷酸吸收系數(shù)法(PAC),根據(jù)磷酸吸收指數(shù)決定磷肥用量。然而將多種磷肥用量估算法運用到同一作物同一土壤的研究還少有報道,因此,本文通過田間試驗和室內(nèi)模擬試驗將上述2)至5)4種磷肥用量估算法在棉田土壤上進行綜合比較,以期獲得一個簡便易行、精確度又高的磷肥施用量估算方法,為棉田磷肥的合理施用和磷肥利用率的提高提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在新疆呼圖壁縣二十里店的兩種不同質(zhì)地(壤質(zhì)和砂壤質(zhì)土壤)的棉田土壤上進行,棉花品種為新陸早24號,2007年4月22日播種,5月中上旬間苗,基本苗定為195000株/hm2。棉田土壤的基本理化性狀見表1。試驗在砂壤質(zhì)和壤質(zhì)土上分別設(shè)6個施磷處理,為P2O50 kg/hm2(P0)、75 kg/hm2(P1)、150 kg/hm2(P2)、300 kg/hm2(P3)、600 kg/hm2(P4)、1200 kg/hm2(P5)。小區(qū)面積為8 m2,重復(fù)3次隨機區(qū)組排列。氮肥用尿素,用量600 kg/hm2,鉀肥用硫酸鉀,用量(K2O)120 kg/hm2,磷肥用三料磷肥,氮肥50%作基肥,50%作追肥,磷肥和鉀肥全部作基肥施用。用于進行土壤磷素等溫吸附曲線法和土壤磷酸吸收系數(shù)法估算磷肥用量的土壤為播種前0—20 cm耕層的風(fēng)干土,用于進行土壤磷指標(biāo)法估算磷肥用量的土壤是將播種前0—20 cm耕層土壤按各施肥處理(不種棉花)培養(yǎng)30 d后采集的風(fēng)干土壤。

表1 供試土壤的基本理化性狀Table 1 Some basic chemical and physical properties of soil in experiment

1.2 測定方法

1.2.1 磷素等溫吸附 稱取過0.5 mm篩的風(fēng)干土樣2.500g若干份,分別放入100 mL三角瓶內(nèi),然后分別向其中加入 0、5.0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0、80.0、160.0 mg/L 磷標(biāo)準(zhǔn)液各 50.0 mL(磷標(biāo)準(zhǔn)溶液含0.01mol/L CaCl2),并加甲苯數(shù)滴防止微生物生長,塞上橡皮塞振蕩2 h,然后放入25℃的恒溫箱中存放24 h,其間每隔12 h振蕩一次,每次 30 min,然后4000 r/min離心8 min,吸取適量上清液進行磷的測定,吸附磷量為加入磷量與殘留磷量之差。以吸磷量對平衡液濃度作圖,即得到磷的恒溫吸附曲線。

1.2.2 土壤的磷酸吸收系數(shù)(PAC) 土壤的磷酸吸收系數(shù)(PAC)是指土壤吸收的磷換算成1 kg土所吸收的P2O5的mg數(shù),表示土壤對磷的吸持能力的大小[15]。測定方法為:稱取過1 mm篩的風(fēng)干土樣1.0 g,加入pH為7.0的2.0%磷酸銨標(biāo)準(zhǔn)溶液2 mL,恒溫 25℃培養(yǎng) 24 h,加 0.5 mol/L的NaHCO35mL,25℃下恒溫間歇振蕩1h,過濾,吸濾液1 mL稀釋50倍后,再吸取1 mL用鉬銻抗法測濾液中的磷,由加入土壤中的磷量減去殘留在濾液中的磷量得土壤吸收的磷量,換算成每1 kg土所吸收的P2O5的mg數(shù),即為PAC。

1.3 分析項目與方法

土壤有效磷用0.5mol/L NaHCO3提取—鉬銻抗比色法測定;土壤全磷用H2SO4-H2O2消化—鉬銻抗比色法測定;土壤有機質(zhì)用硫酸重鉻酸鉀外加熱法測定;土壤全氮、全鉀、堿解氮、有效鉀測定均用常規(guī)分析方法;土壤pH值用水浸提(水土比為1∶1),電位法測定;以上均參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法》[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉田土壤磷素吸持特性及需磷量

與氮和鉀相比,磷在土壤中的移動性弱且易固定,磷的吸持特性主要是土壤對磷的吸附與解吸過程,本文運用平衡法研究土壤體系對磷的吸附,根據(jù)磷等溫吸附實驗的結(jié)果進行磷等溫吸附方程擬合,其磷吸附等溫線符合 Langmuir吸附等溫線、Freundilch吸附等溫線和Temkin吸附等溫線方程,其擬合結(jié)果見表2。從表2可以看出,三個等溫吸附方程擬合程度均達極顯著水平,相關(guān)系數(shù)在0.8413～0.9949之間,尤以Freundlich方程的擬合度最好,相關(guān)系數(shù)均在0.99以上。

土壤吸附等溫線法是一種常見的土壤磷飽和吸附法,也可作為土壤需磷量估算的一種方式,Fox等人研究認為,土壤溶液中平衡磷濃度能維持在0.2 mg/L時,一般旱地作物的生長量即可達到最高生長量的92%～98%。故可把平衡溶液中磷濃度保持在0.2mg/L時,土壤對磷的吸附量稱為“標(biāo)準(zhǔn)需磷量(SPR)”[12]。從不同質(zhì)地棉田土壤三種等溫吸附方程的擬合度來看,以Freundlich吸附等溫線最高,本文采用此方程來估算土壤需磷量,結(jié)果見表2。由表2可知,砂壤質(zhì)棉田需磷量為 P2O5172.97 kg/hm2,壤質(zhì)棉田需磷量為P2O5160.19 kg/hm2。

表2 供試土壤磷的恒溫吸附對幾個等溫式的擬合情況Table 2 Fitting of phosphate isothermal adsorption date of the differently treated soils with the three adsorption equations

2.2 棉田磷素效應(yīng)函數(shù)及需磷量

生物效應(yīng)的肥效函數(shù)法是平衡施肥中經(jīng)典而可靠的方法。本試驗設(shè)計6個不同磷素水平,各處理子棉產(chǎn)量見表3。由表3可知,各施磷處理子棉產(chǎn)量均顯著高于對照。由于P2O51200 kg/hm2處理磷肥用量過高,不利于肥料效應(yīng)函數(shù)方程的模擬,本文只選取前5個處理使用Excel和DPS統(tǒng)計軟件,回歸分析施磷量與產(chǎn)量之間的關(guān)系,它們之間的數(shù)量關(guān)系用肥料效應(yīng)函數(shù)表示如下:Y砂壤土=4627.12+1.0683P-0.0036P2(R2=0.9967);Y壤土=4875.16+1.0764P-0.0039P2(R2=0.9955)。求得砂壤土棉田子棉最高產(chǎn)量為4706.25 kg/hm2時,P2O5的施用量為148.37 kg/hm2,壤土棉田子棉最高產(chǎn)量為4949.27 kg/hm2時,P2O5的施用量為138kg/hm2。這與上述土壤吸附等溫線法估算的磷肥用量相接近,也與張炎[1]運用肥料效應(yīng)函數(shù)法推薦的新疆棉田磷肥施用量P2O5157.5 kg/hm2和李俊義[7]在速效磷含量低于15 mg/kg的棉田上進行的田間肥效試驗計算的最佳磷肥施用量P2O5160.8 kg/hm2相當(dāng)。

2.3 棉田土壤的磷肥指數(shù)及適宜磷肥用量

所謂磷肥指數(shù)(PFI),即每增加單位土壤有效磷含量(mg/kg)所需施入的磷肥(P2O5)數(shù)量(kg)。以土壤速效磷含量為自變量,施磷量為依變量,求方程式,直線方程的斜率即為磷肥指數(shù)。由于新疆回春比較慢,4月份的氣溫不高,土壤有效磷含量相對穩(wěn)定時間較長,本試驗在施入不同量的磷肥30 d后取樣,用Olsen法測定土壤速效磷含量,結(jié)果見表4。從表4可看出,施磷量(Y)與土壤速效磷含量(X)呈極顯著的線性正相關(guān),Y砂壤土=10.48X-65.16(R2=0.9181),Y壤土=17.76X-257.64(R2=0.9714)。據(jù)方程求得砂壤土棉田和壤土棉田的磷肥指數(shù)分別為10.48和17.76。

磷臨界值是指當(dāng)某一土壤速效磷含量超過某一值時,作物增產(chǎn)效果不明顯或下降,此時的土壤速效磷含量即為磷臨界值。本試驗將肥料效應(yīng)函數(shù)方程估算的磷肥施用量代入上述磷肥指數(shù)方程即得到砂壤土棉田和壤土棉田的磷臨界值分別為20.37和22.3 mg/kg。

表4 不同處理棉田土壤速效磷含量(mg/kg)Table 4 Soil available P concentration on cotton field in different treatment

有了磷肥指數(shù)和磷臨界值,即可根據(jù)下式計算土壤施磷量:Q=PFI×(K-Po)[6],式中:Q為施磷量;PFI為磷肥指數(shù);K為土壤磷臨界值(mg/kg);Po為實測土壤有效磷含量(mg/kg)。由此估算砂壤土棉田和壤土棉田適宜磷肥用量分別為P2O5149.97和172.48 kg/hm2。這一結(jié)果在數(shù)值上與前兩種方法估算的結(jié)果差別不大,只是兩種質(zhì)地棉田的需磷量與前兩種結(jié)果不一致,即壤土棉田需磷量大于砂壤土棉田,這還需進一步研究。

2.4 棉田土壤的磷酸吸收系數(shù)(PAC)及需磷量

土壤溶液中的磷酸鹽是作物根系容易吸收利用的活性磷,但由于施入土壤中的磷酸鹽不同程度地被化學(xué)固定或吸附,降低了磷的有效性。不同土壤因理化特性不同,對磷酸的吸收能力有很大的差異,因此往一定量土壤中加入磷酸鹽達到吸附平衡后,不同土壤中殘留在土壤溶液中的磷酸鹽濃度是不同的,因而可通過測定土壤的磷酸鹽的吸收系數(shù)(見表5)來探討不同土壤的磷肥合理用量。土壤磷酸吸收系數(shù)法(PAC)因不同地區(qū)和不同作物種類而異,本文依試驗數(shù)據(jù)將PAC的0.2%、0.3%、0.5%和2%計算的施磷量列于表5,與前3種磷肥估算量相比較。從表5可以看出,以PAC的0.3%計算的施磷量最為相近。由此可估算出砂壤土棉田和壤土棉田適宜磷肥用量分別為P2O5168.49和153.08 kg/hm2。

表5 棉田土壤的磷酸吸收系數(shù)(PAC)及需磷量Table 5 Phosphate adsorption coefficient and phosphate application in cotton field

3 討論與結(jié)論

土壤需磷量是研究磷肥利用率的關(guān)鍵指標(biāo),其估算可以通過土壤有效磷肥力指標(biāo)法、肥料效應(yīng)函數(shù)和土壤磷的飽和吸附法。土壤有效磷肥力指標(biāo)法因各地區(qū)有效磷肥力指標(biāo)各異和精確度低而很難被廣泛運用,生物效應(yīng)的肥效函數(shù)法是磷肥用量研究中最經(jīng)典、最可靠的方法,本試驗由磷肥效應(yīng)函數(shù)法估算的砂壤土棉田和壤土棉田需磷量為 P2O5148.37 kg/hm2和138 kg/hm2,與張炎運用肥料效應(yīng)函數(shù)法推薦的新疆棉田磷肥施用量P2O5157.5 kg/hm2和李俊義在速效磷含量低于15 mg/kg的棉田上進行的田間肥效試驗計算的最佳磷肥施用量P2O5160.8 kg/hm2相當(dāng)。土壤磷飽和吸附法主要包括土壤吸附等溫線法、土壤磷酸吸收系數(shù)法和磷肥指標(biāo)法,土壤吸附等溫線法是一種常見的土壤磷飽和吸附法,本試驗運用土壤吸附等溫線法估算砂壤土棉田和壤土棉田的標(biāo)準(zhǔn)需磷量為P2O5172.97 kg/hm2和160.19 kg/hm2,略高于肥料效應(yīng)函數(shù)法估算的結(jié)果,兩者相差每公頃不超過30 kg。土壤磷酸鹽吸收系數(shù)法是一種簡便易行的土壤需磷量估算方法,日本將PAC作為例行分析項目,并以其2%～5%計算施磷量。我國由于磷肥資源短缺且多數(shù)地區(qū)生產(chǎn)水平不高,大部分地區(qū)尤其是河北、山西、陜西等北方石灰性土壤以PAC的0.5%計算施磷量,更為具體的是提出春麥以 PAC的0.2%、玉米以PAC的 0.3%、冬麥以 PAC的 0.5%計算施磷量[15-17],棉花上的運用還未見報道。本文運用PAC法并與肥效函數(shù)法的結(jié)果作比較,發(fā)現(xiàn)以PAC的0.3%估算的砂壤土棉田和壤土棉田需磷量與肥效函數(shù)法的估算的結(jié)果最為相近,即為 P2O5168.49 kg/hm2和153.08 kg/hm2,由此PAC的0.3%也可以作為棉花運用PAC法計算施磷量的一個參數(shù)。磷指標(biāo)法既有土壤磷素等溫吸附曲線法的嚴(yán)密性,又有土壤有效磷肥力指標(biāo)法的簡易直觀性,而且在土壤速效磷含量低于臨界值時,磷指數(shù)法是定量地估算磷肥用量的簡便方法,其精度不低于田間試驗效應(yīng)函數(shù)法,而高于土壤速效磷分級法[3]。本試驗供試土壤速效磷含量均低于臨界值,根據(jù)磷指標(biāo)值計算砂壤土棉田和壤土棉田的磷肥建議施用量分別為P2O5149.97和172.48 kg/hm2,此結(jié)果與前三種估算方法在數(shù)量上差別不大,但對兩種質(zhì)地棉田的大小順序則相反,即壤土棉田需磷量大于砂壤土棉田。

綜合比較4種磷肥施用量估算方法的試驗結(jié)果,可知兩種質(zhì)地棉田土壤需磷量差異不大,砂壤土在P2O5148～173 kg/hm2之間變動,壤土在138～172 kg/hm2之間變動,將各種估算方法測得施磷量進行比較,其每公頃用量相差不超過37.5 kg,但磷指標(biāo)法對兩種質(zhì)地的估算結(jié)果與前三種方法估算結(jié)果不一致,這說明此法在本試驗兩種質(zhì)地的運用還需要進一步的探討,肥料效應(yīng)函數(shù)法和土壤吸附等溫線法與土壤磷酸鹽吸收系數(shù)法相比,操作過程復(fù)雜,尤其是肥料效應(yīng)函數(shù)法需要整個生育期的田間試驗,相對而言,土壤磷酸鹽吸收系數(shù)法操作簡便且精度與肥料效應(yīng)函數(shù)法相當(dāng),此方法的運用對當(dāng)?shù)氐牧追释扑]工作具有簡便易行的指導(dǎo)作用和實踐意義。

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