不同施肥模式对土壤氮磷含量及作物吸收特征的影响

李顺江 山 楠，3 杜连凤 安志装 张林武 赵同科*

（1 北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京 100097；2 北京市密云县农业服务中心，北京101500；3 河北农业大学资源与环境学院，河北保定 071000）

施肥是土壤养分的主要来源，是提高作物产量和质量的必要措施。但施肥不当易造成地表水和地下水污染。为追求更高的经济利益，农户往往加大肥料的投入，尤其是过量施用化学氮肥、磷肥（Chen et al.，2004；郭文龙 等，2005；Ju et al.，2006）。我国目前氮肥平均施用量高达400 kg·hm-2，已经远远高出发达国家225 kg·hm-2的施肥上限（朱兆良和孙波，2008）。肥料的不合理投入导致土壤中硝态氮及磷素富集，加大了氮、磷淋溶及流失的风险（关炎 等，2004），不仅降低了生产效益，更造成了资源浪费，而且也是土壤退化的主要原因之一。有关养分淋溶、流失及其污染负荷控制方面的研究报道已有很多（何飞飞 等，2008；朱兆良和孙波，2008），而对于化肥—有机肥配施、单施有机肥等不同施肥措施对土壤中氮、磷含量的影响及作物对养分吸收利用特征的研究相对较少。本试验采用大田试验方法，就不同施肥模式对土壤中氮、磷含量的影响，以及大白菜〔Brassica campestrisL.ssp.pekinensis（Lour）Olsson〕对养分的吸收利用特征进行了研究，旨在为提高肥料的利用率，降低土壤中氮、磷流失风险提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在2008年预备试验的基础上，2009～2011年在北京市密云县太师屯镇露地菜田进行试验，供试土壤为沙壤质褐土，基本理化性质：全氮含量0.98 g·kg-1，有机质35.24 g·kg-1，碱解氮133.83 mg·kg-1，速效磷17.08 mg·kg-1，速效钾67.73 g·kg-1，pH值7.6（水土比为1∶2.5）。

供试大白菜品种为北京4号，种子由北京市密云县农业技术推广站提供。

1.2 试验方法

2009～2011年的试验方案完全一致，每年均设置7个处理（表1）：对照（N0）、氮肥过量施用（N1）、常规施肥（当地种植习惯施肥量，N2）、氮肥减量施用（N3）、有机肥+磷钾肥（N4）、有机肥+化肥（N5）、单施有机肥（N6），4次重复，小区面积30 m2。氮肥采用尿素，磷肥采用磷酸二氢铵，钾肥采用硫酸钾。小区施肥量以纯氮折算，磷、钾肥作为基肥一次性施入。

土壤样品分4层采集：0～20 cm、20～50 cm、50～70 cm、70～100 cm，采用Z型5点混合取样法，样品风干后备用。分别在各小区中心区域随机采集大白菜2～3株，分部位烘干备用。土壤及植株全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定，土壤全磷含量及速效磷含量采用钼锑抗比色法测定，植株全磷含量采用钒钼黄比色法测定（鲍士旦，2000）

2 结果与分析

因本试验的重点是研究长期定位施肥对土壤养分含量及大白菜吸收特征的影响，故以下仅对2009年、2011年的试验结果进行了对比分析。

2.1 不同施肥模式对土壤全氮、速效磷含量的影响

不同施肥模式导致土壤中氮素累积特征亦不同。由图1可见，2009年各处理表层土（0～20 cm）全氮含量最高，在0.75～0.87 g·kg-1之间；20 cm 以下的土层中全氮含量锐减，在0.45～0.61 g·kg-1之间，各处理间土壤全氮含量差异不大，可见不同施肥措施对耕作层以下土壤中氮素含量无显著影响。不同施肥处理间进行对比，N1、N2处理和N4处理表层土全氮含量高于对照（N0），N4处理和N2处理表层土氮素累积量最高；而N3、N5处理和N6处理表层土全氮含量低于对照，但各处理间差异均未达到显著水平。

2011年不同施肥处理各土层全氮含量总体变化趋势与2009年相似（图2），表层土全氮含量最高，在0.83～1.02 g·kg-1之间；20 cm 以下出现锐减。不同施肥处理间进行对比，N3、N5处理和N6处理表层土全氮含量比对照明显升高，其中N6处理增幅最大，全氮含量最高；N1、N2处理表层土全氮含量与2009年相比变化不大，增幅低于对照和各有机肥处理。有机肥肥效缓慢，可能会影响大白菜的正常生长，造成对氮素吸收总体偏低，导致有机肥处理（N5 和N6）表层土氮素累积、总氮含量偏高。对比2009年的试验结果，2011年表层土（0～20 cm）全氮含量出现累积，比2009年增加1.0%～28.6%；20～50 cm 土层全氮含量呈上升趋势。

对2009年和2011年表层土全氮含量进行变异数分析（表2）。2009年表层土全氮含量不同处理间有所不同，但差异均未达到显著水平；而2011年表层土全氮含量不同处理间差异达显著水平，N5、N6处理全氮含量显著高于对照。说明不同施肥模式下表层土壤中氮素的累积量显著不同。

图1 2009年不同施肥模式对土壤全氮含量的影响

图2 2011年不同施肥模式对土壤全氮含量的影响

表2 不同施肥模式表层土全氮含量变异数分析（ANOVA）结果

表3 不同施肥模式对土壤速效磷含量的影响

磷素是植物生长的必需元素之一，不仅能促进植物体内蛋白质的合成，而且能增强植株的抗病能力。土壤中的有效态磷也称速效磷，是指土壤中可被植物吸收的磷组分，其含量的高低直接影响植物的正常生长。对2009年、2011年不同施肥处理0～20 cm、20～50 cm土壤中的速效磷含量进行对比（表3），2011年各处理0～20 cm 土层速效磷含量上升幅度较大，呈现富集趋势，可能与磷肥投入量偏高有关；20～50 cm 土层中有效磷含量变化不大，说明磷素垂直方向移动不明显。同时，随着氮肥施用量的增加（N1 ＞N2 ＞N3），表层土壤中速效磷含量也呈递增趋势，说明过量施用氮肥影响到作物对磷素的吸收利用。从不同处理间对比分析结果可以看出，对照0～20 cm 土层中速效磷含量明显高于其他处理，这可能与该处理没有施氮肥，导致作物生长不足，生物量下降，影响对磷素的吸收利用有关。N3处理0～20 cm 土层中速效磷含量最低，可能是因为低氮处理促进了大白菜根系的发育，扩大了根系的吸收面积，增加了大白菜对磷素的吸收量，间接导致该处理下表层土中磷素的含量偏低。

2.2 不同施肥模式对大白菜氮、磷含量的影响

由表4可知，过量施肥（N1）条件下大白菜产量有所提升，但未达到最佳效果，有机肥配施化肥（N5）处理大白菜产量增加明显，2011年产量达到最高。随着时间的推移，不同施肥处理大白菜对氮素的吸收量呈下降趋势，而且过量施肥（N1）条件下大白菜对氮素的吸收量没有明显变化。有机肥处理（N4、N5 和N6）大白菜对磷素的吸收量明显高于对照及化肥处理（N1、N2 和N3），说明施用有机肥促进了大白菜对磷素的吸收，这有利于大白菜品质及抗病害能力的提高（Chen et al.，2004）。

表4 不同施肥模式对大白菜产量及其氮、磷吸收量的影响

由图3可知，试验进行3 a后，各处理大白菜全氮含量明显下降。结合图2分析可得，过量施用氮肥并未有效提高大白菜对氮素的吸收利用，反而加剧了表层土中氮素的累积。对不同处理进行对比分析，2009年减量施肥（N3）和纯施有机肥（N6）处理大白菜全氮含量与对照相比分别提高了23%和20%，且高于其他施肥处理；2011年各处理大白菜全氮含量总体下降，并趋于相同，这可能与连续3 a 的持续施肥导致土壤中氮肥过剩、累积，供过于求有关。

磷肥作为基肥，且施用量相同，故各处理大白菜全磷含量基本相同；持续的磷肥投入，在一定程度上提高了大白菜体内磷素的含量（图4）。

图3 不同施肥模式对大白菜全氮含量的影响

图4 不同施肥模式对大白菜全磷含量的影响

3 结论与讨论

已有研究表明，长期施肥条件下可有效提高土壤中全氮、碱解氮含量（张夫道，1996）。本试验结果表明，不合理施肥导致表层（0～20 cm）土壤全氮含量显著增加，并随着时间推移累积量增加；20 cm 以下土层全氮含量迅速降低，随着施肥时间的延长，20～50 cm 土层中全氮含量呈现上升趋势，这说明长期不合理、过量施肥导致土壤中氮素出现向下淋溶的趋势（汤丽玲等，2005；吴萍萍 等，2008）。试验进行3 a后，有机肥+化肥（N5）、单施有机肥（N6）处理表层土中全氮含量最高，这与已有研究结论一致（张夫道，1996；关焱 等，2004）。本试验中减量施肥（N3）条件下也呈现类似规律，这可能与施肥量过低、有机肥肥效缓慢、有机—无机肥配施比例不合理等原因有关，导致作物前期生长不足，最终影响到作物对氮素的总体吸收利用。随着化学氮肥施用量的增加，表层土中速效磷含量也呈增加趋势，但垂直方向淋溶现象不明显（熊国华 等，2005）。

本试验结果表明，过量施肥并未有效提高大白菜对氮的吸收利用，相反造成表层土壤氮素过高累积。有机肥处理下大白菜对磷素的吸收利用明显高于对照及化学氮肥处理。有机肥处理下大白菜产量明显提高，尤其是有机肥配施化肥处理，大白菜产量最高，甚至高于化肥过量施用处理。

有机肥与化肥相比，具有提高作物产量、肥效时间长、改善土壤环境等特点，但其肥效缓慢，往往会导致作物生长关键时期供肥不足，而影响作物正常生长。有机—无机肥料配施可有效缓解这一矛盾。本试验结果表明，有机—无机肥料按1∶1 的比例配施大白菜产量最高。因此，有机—无机肥料配施应该是今后农业生产的主要方向之一，但如何针对不同种类作物调节化肥—有机肥配施比例以及化肥的施用时间，达到既能保证作物生长关键时期的养分需求，又能维持作物后期生长的养分供应的目的，需要在今后的研究中进一步加强和完善。

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