紫色土旱坡地减磷配施有机肥的磷肥效应及磷素迁移特征

李 杰，王 帅*，韩晓飞*，谢德体，左志中

(1.重庆市农业技术推广总站, 重庆 401121; 2.西南大学资源环境学院, 重庆 400715; 3. 重庆市巫山县农业委员会, 重庆 404700)

紫色土旱坡地减磷配施有机肥的磷肥效应及磷素迁移特征

李 杰1，王 帅1*，韩晓飞1*，谢德体2，左志中3

(1.重庆市农业技术推广总站, 重庆 401121; 2.西南大学资源环境学院, 重庆 400715; 3. 重庆市巫山县农业委员会, 重庆 404700)

【目的】本文探索了长江上游紫色土旱坡地麦玉轮作系统减少农田磷素流失和有效提高磷肥利用率的最佳施肥模式，以期降低磷对水体富营养化的影响。【方法】2011-2015年，以紫色土旱坡地典型农作冬小麦和夏玉米为材料，在西南大学试验农场进行田间定点试验。试验采用随机区组设计，共设置7个田间小区试验，依次为不施用磷肥(P0)、优化施肥(P)、倍量施磷肥(2P)、优化施肥+秸秆还田(SP)、优化施肥+猪粪有机肥(MP)、优化施肥量磷肥减量20 %+猪粪有机肥(MDP)、优化施肥量磷肥减量20 %+秸秆还田(SDP)。测定了各处理土壤基础性质，以及0～20、20～40、40～60 cm土层土壤全磷和有效磷含量，调查不同生育期冬小麦和夏玉米各主要生长指标和产量。【结果】冬小麦季和夏玉米季都以2P处理作物磷吸收量为最高，但是磷素表观利用率却不高。小麦季SDP和MDP处理分别比P处理磷肥表观利用率高5.9 %和4.2 %。玉米季有机无机肥配施处理磷肥表观利用率也显著高于单施化肥处理(P<0.05)。坡上除了P0和P处理全磷含量有所减少外，其他各处理全磷含量都呈增加趋势；坡中、坡下的增长幅度要大于坡上。除了P0处理土壤有效磷含量降低外，其他处理坡上、坡中、坡下土壤中有效磷含量都呈增加趋势。【结论】紫色土旱坡地冬小麦和夏玉米适当减磷配施有机肥可以显著提高作物对磷肥的吸收利用，提高磷肥的利用率，秸秆和猪粪有机肥还田对土壤磷素有活化效果，可以促进磷素在土壤中的迁移，猪粪有机肥促进作用较强。

减磷配施有机肥；磷素利用率；磷素迁移

【研究意义】磷肥不合理施用是导致农业面源污染和水体富营养化的重要原因之一。磷肥施入农田容易被土壤固定，当季利用率仅为10 %～25 %左右，人们为了追求持续高产稳产，逐年提高向土壤中施加化学磷肥与生物有机肥的用量，每年每季投入农田中的磷肥在当季作物收获后会有相当数量的磷残留在土壤中，长期之后，土壤耕层中磷素就大量累积，结果造成了资源的浪费和潜在的生态环境风险[1-5]。2015年，农业部提出到2020年化肥使用量零增长行动，通过化肥减量增效和提高有机肥资源利用实现农业生态环境保护与可持续发展[6]。【前人研究进展】国内外对磷素在土壤中的循环、迁移、转化及其污染控制进行了较多研究[7-11]，有机无机肥料配合施用对土壤磷素行为的影响也越来越被广大研究者的关注[12-13]。减磷配施不同种类有机肥对紫色土旱坡地原位土壤磷素迁移流失的影响还未见有全面深入的研究[14]。小麦玉米轮作制度是三峡库区旱坡地较为典型的种植制度，旱坡地大多分布于15°的缓坡地带。【本研究切入点】本研究以三峡库区常见紫色土旱坡地为研究对象，通过连续定位监测试验，对不同磷水平以及减磷配施不同有机肥条件下紫色土旱坡地土壤磷素流失进行了原位定点监测，研究了秸秆和猪粪有机肥配施化肥条件下紫色土旱坡地磷素迁移规律，探讨了施用有机肥对土壤磷素流失的影响。【拟解决的关键问题】本研究对制定三峡库区坡耕地施磷消减优化方案和评价有机肥还田的生态效应具有重要的指导意义，同时也为控制此区域农田面源污染和农业生产节本增效提供了科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验地点设在重庆市西南大学试验农场内。属于紫色土丘陵区，年均气温18.4 ℃，日照1276.7 h，全年平均降水1105.5 mm，其中5-9月降雨量占全年总量的70 %以上，为亚热带季风气候。试验土壤为侏罗系沙溪庙组紫色泥页岩发育形成的紫色土，中性紫色土亚类，灰棕紫泥土属。三峡流域坡耕地多分布于此类土壤。土层60 cm左右，中等肥力水平。供试土壤基本理化性质(表1)。

试验小区坡度为15°(紫色丘陵区旱坡地常见坡度)，每个小区面积为32 m2(8 m×4 m)，坡向为东西向。小区采用紫色土坡耕地常见的“冬小麦-夏玉米”轮作种植模式。试验设7个处理，3次重复，随机区组排列。分别为①不施磷肥(P0)；②优化施肥(P)；③倍量施磷肥(2P)；④优化施肥+秸秆还田(SP)；⑤优化施肥+猪粪有机肥(MP)；⑥优化施肥量磷肥减施20 %+猪粪有机肥(MDP)；⑦优化施肥量磷肥减施20 %+秸秆还田(SDP)。冬小麦：优化施肥为当地种植小麦推荐施肥量(每公顷纯N、P2O5、K2O分别为225、75、150 kg)其中30 %氮肥作为底肥，60 %拔节期追肥，10 %孕穗期追肥，磷肥全部作为基肥，钾肥70 %做底肥，30 %拔节期追肥。夏玉米：优化施肥指当地推荐施肥(每公顷纯N、P2O5、K2O分别为188、90、150 kg)其中全部磷肥、钾肥和1/3氮肥作底肥，2/3的氮肥作为追肥。处理中倍量施磷肥就是冬小麦、夏玉米磷肥在优化施肥的基础上施用加倍，其他施肥量和施肥方法不变。施用处理中优化施肥量磷减20 %就按当地种植相应作物所推荐每公顷P2O5施用量减少20 %，N和K2O不变。处理所用氮、磷、钾化肥分别为尿素、过磷酸钙、氯化钾，其中N、P2O5和K2O含量分别为46.4 %、12 %和60 %。M为猪粪有机肥，氮、磷、钾含量分别为1.34 %、1.3 %、0.8 %，每年施用22 500 kg/hm2；S为秸秆翻压还田，氮、磷、钾含量分别为0.49 %、0.18 %、0.75 %，每年施用7500 kg/hm2。有机肥均作为底肥施用。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 土壤样品的采集与分析 2011年3月夏玉米种植前和2015年8月夏玉米收获后分别采集各小区0～20、20～40、40～60 cm土样，且根据坡面上(U)、中(M)、下(B)不同位置分别采集，2次采集方法和采样点均相同，分别采用S形多点采样法，相同层次的土样均匀混合，每个层次混合样取1 kg，带回实验室风干、过筛，然后测定其全磷和有效磷含量。土壤基本理化性质按常规方法测定[15]，土壤pH采用2.5∶1水土比pH计法；土壤全氮采用半微量开氏法；土壤碱解氮采用碱解扩散法；土壤全钾采用氢氧化钠熔融-火焰光度法；速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度计法；土壤有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法；土壤全磷采用碳酸钠熔融法；土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法。

表1 供试土壤基本理化性质

1.2.2 植株样品的采集与分析 测定冬小麦、夏玉米各生育期的株高、叶面积、干重，作物收获后，各小区作物均按照单打单收实测产。植株地上部分营养体及籽粒分别经杀青、烘干粉碎后采用H2SO4-H2O2消化-钒钼黄比色法测定其全磷含量。

1.3 计算方法及数据分析

作物磷素吸收量=秸秆产量×秸秆磷含量+籽粒产量×籽粒磷含量。磷肥利用率=(施肥区磷吸收量-不施磷区吸收量)/施磷量×100 %。 数据采用Microsoft Excel 2007软件进行分析处理，用SPSS 19.0进行差异显著性分析，各处理均值多重比较采用LSD法，显著性水平0.05。

2 结果与分析

2.1 施肥处理对作物生长发育的影响

选取影响小麦、玉米营养生长的最重要指标株高和叶面积作为研究对象，研究不同施肥对冬小麦和夏玉米生长发育的影响。从表2可以看出，小麦在越冬之前， 2P处理株高最高，达到了13.57 cm，但是与P、SP、MP处理之间差异不显著(P<0.05)。处理P0最低。SDP和MDP处理处于中间梯度，但是与处理P0之间差异也达到了显著水平(P<0.05)。但是随着小麦生育期的往后推移，减量化学磷肥配施有机肥的处理SDP和MDP小麦株高与全量化肥处理的已无差异。甚至在孕穗期SDP处理小麦株高比P处理高出4 %，说明有机肥作为缓效肥料，施入土壤过后能够缓慢释放出养分供作物吸收利用。

从表3可以看出，玉米主要的生育期不同施肥处理之间株高变化规律与小麦有相似之处，在玉米生长发育后期，减量无机化肥配施有机肥处理表现出比单施化肥更大的优势。玉米主要的生育期各施肥处理单株叶面积表现为处理P、2P、SP、MP、SDP和MDP都比不施磷肥(P0)高，且与其之间的差异达到了显著水平(P<0.05)。但是他们处理之间差异不显著。

2.2 不同施肥处理对作物产量和磷吸收利用的影响

从不同施肥措施对冬小麦-夏玉米产量影响结果(表4)可以看出，与不施磷肥(P0)相比，其他各施肥处理对冬小麦和夏玉米的产量增加都有一定的促进效果，但是他们增产效应存在一定的差异。小麦季倍量施磷肥(2P)处理增产效果最佳，比常规优化施肥(P)处理(371 kg/hm2)增产17 %，但是与其他处理间差异不显著。值得注意的是，处理SDP和MDP也分别比P处理增产2 %和1 %。玉米季处理SP和MP处理对产量的增加最为显著。减磷配施有机肥处理与常规施肥处理对玉米的产量影响不明显。

表2 不同施肥处理冬小麦生长性状比较

注：同列中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note：Different letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level. The same as below.

表3 不同施肥处理夏玉米生长形状比较

从表4可以看出，不管是冬小麦季还是夏玉米季都以倍量施磷肥(2P)处理作物磷吸收量为最高，但是磷素表观利用率却不高。小麦季处理SDP和MDP分别比P处理磷肥表观利用率高5.9 %和4.2 %。玉米季有机无机肥配施处理磷肥表观利用率也显著高于单施化肥处理(P<0.05)。

以上结果说明，尽管倍量施磷肥(2P)处理可以增加作物对磷素的吸收量，但是经济效益和利用率却大大降低，会导致肥料资源的浪费和环境的污染。有机无机肥配施可以显著提高作物对磷肥的吸收利用。紫色土旱坡地冬小麦和夏玉米适当减磷配施有机肥可以在不减产的前提下提高磷肥的利用率。

2.3 不同施肥处理对紫色土旱坡地土壤磷含量的影响

2.3.1 紫色土旱坡地坡上、坡中、坡下表层土壤磷素的变化 冬小麦-夏玉米轮作种植季结束后，施用磷肥处理的土壤中全磷和有效磷含量有了不同程度的增加。各处理小区全磷和有效磷增长趋势较为一致。坡面下部磷素增长量较上、中部较大，说明坡位对土壤磷素的分布有一定的影响作用，土壤磷素多在坡中、坡下富集，可能与坡面水土流失有关。

表4 不同施肥措施对作物产量和磷素吸收利用的影响

表5 不同处理剖面土壤全磷、有效磷含量

从图1可以看出，坡上除了不施磷肥(P0)和优化施肥(P)处理全磷含量有所减少外，其他各处理全磷含量都呈增加趋势，坡中、坡下的增长幅度要大于坡上，其中坡下处理优化施肥+猪粪有机肥(MP)比种植季前增加了0.400 g/kg。

整体增长量大致趋势是，处理MP>SP>MDP>SDP>2P>P>P0。说明有机无机肥配施能够减缓土壤磷素的流失。

从图2可以看出，种植季结束后，除了不施磷肥(P0)处理土壤有效磷含量降低外，其他各个小区处理坡上、坡中、坡下土壤中有效磷含量都呈增加趋势。其中坡中、坡下土壤中有效磷含量增加幅度要高于坡上。各处理土壤有效磷增加量大致表现为，处理MP>SP> MDP>SDP>2P>P>P0。说明有机无机肥配施可以增加土壤中磷素的有效性。整体来看，有效磷变化幅度要比全磷变化大，说明有机无机肥协同施肥对有效磷的影响要大于全磷。

2.3.2 不同施肥处理对紫色土坡耕地不同深度土壤磷含量的影响 从表5可以看出，不同施肥处理过后土壤全磷和有效磷含量产生了差异。具体为0～20 cm土层，土壤全磷含量趋势为，处理MP>SP≈MDP>2P>P>SDP>P0。其中2P、SP、MDP、MP、P之间差异不显著，处理SDP与P之间差异也不显著(P<0.05)。处理SP与SDP之间差异显著，且施肥处理与不施磷肥处理间差异均达到显著水平(P<0.05)。在20～40和40～60 cm土层，各处理间全磷变化幅度不大，基本没有差异。

图1 试验前后坡上、坡中、坡下土壤全磷含量变化Fig.1 Total phosphorus content changes of top slope, middle slope and bottom slope before and after the test

有效磷含量在各处理间差异也较为明显。各层土壤有效磷含量均为施肥处理高于不施磷处理。0～20 cm土层，处理MP的有效磷含量最高，为22.71 mg/kg，不施磷肥处理的有效磷含量为10.31 mg/kg。SP处理有效磷的含量为21.34 mg/kg。SDP和MDP处理土壤中有效磷含量也都高于P处理。20～40 cm土层，MP、SP、MDP与P处理之间有效磷含量差异显著(P<0.05)。40～60 cm土层，SDP与MP、SP和P处理间差异显著(P<0.05)。以上结果表明，秸秆和猪粪有机肥还田对土壤磷素有活化效果，可以促进磷素在土壤中的迁移，猪粪有机肥促进作用较强。。

3 讨 论

作物减量施肥应在综合考虑作物生长发育和需肥规律的前提下，以土壤肥力状况为基础，做到养分供需平衡，从而减少肥料的浪费[16-17]。本试验研究结果表明，减磷配合施用不同生物有机肥与常规施肥处理相比，对作物产量并未造成显著影响。但从各施肥处理作物对磷的吸收和利用情况来看，小麦季减少施用20 %化学磷肥同时配合秸秆和猪粪有机肥还田分别比常规施肥处理磷肥表观利用率高5.9 %和4.2 %。玉米季有机无机肥配施处理磷肥表观利用率也显著高于单施化肥处理(P<0.05)。李恩尧等[18]在对洞庭湖区红壤旱坡地玉米减磷的研究也发现，磷肥适量减少后玉米产量没有显著降低，肥料利用率却有所增加。韩晓飞等学者研究对比了长江流域水稻磷肥减量配施有机肥与常规施肥的效果，发现化学磷肥减量可以减少土壤中磷素的流失，同时配施有机肥可以明显提高土壤磷素的迁移，改善土壤磷素供肥特性，促进作物对磷素的吸收利用，所以在综合考虑农业节本增效和控制区域面源污染的情况下，可以采取减量化肥配施有机肥的施肥模式[19-20]。

图2 试验前后坡上、坡中、坡下土壤有效磷含量变化Fig.2 Available phosphorus content changes of top slope, middle slope and bottom slope before and after the test

可见，肥料减量化且与有机肥合理配合施用是兼顾经济和环境效益的一种较好的生产方式。根据植物需肥特征和土壤供肥规律，合理的减少化学肥料的施用量，实行有机无机肥配合施用的施肥模式既能降低农业生产成本同时又能保护环境，从而更好的实现农业的可持续发展。

4 小 结

小麦季倍量施磷肥(2P)处理增产效果最佳，比常规优化施肥(P)处理(371 kg/hm2)增产17 %，但是与其他处理间差异不显著。值得注意的是，处理SDP和MDP也分别比P处理增产2 %和1 %。玉米季处理SP和MP处理对产量的增加最为显著。减磷配施有机肥处理与常规施肥处理对玉米的产量影响不明显。各施肥处理作物对磷的吸收和利用情况可以看出，不管是冬小麦季还是夏玉米季都以倍量施磷肥(2P)处理作物磷吸收量为最高，但是磷素表观利用率却不高。小麦季处理SDP和MDP分别比P处理磷肥表观利用率高5.9 %和4.2 %。玉米季有机无机肥配施处理磷肥表观利用率也显著高于单施化肥处理(P<0.05)。尽管倍量施磷肥(2P)处理可以增加作物对磷素的吸收量，但是经济效益和利用率却大大降低，会导致肥料资源的浪费和环境的污染。有机无机肥配施可以显著提高作物对磷肥的吸收利用。紫色土旱坡地冬小麦和夏玉米适当减磷配施有机肥可以在不减产的前提下提高磷肥的利用率。

紫色土旱坡地冬小麦和夏玉米适当减施无机磷肥同时配施有机肥可以显著提高作物对磷的吸收利用，提高磷肥的利用率。秸秆和猪粪有机肥还田对

土壤磷素有活化效果，可以促进磷素在土壤中的迁移，猪粪有机肥促进作用较强。

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PhosphorusEffectofPurpleSoilSlopingFieldinConditionofReducedPhosphorusFertilizerCombiningOrganicFertilizersandPhosphorusMigrationCharacteristics

LI Jie1, WANG Shuai1*, HAN Xiao-fei1*, XIE De-ti2, ZUO Zhi-zhong3

(1.Chongqing Agricultural Technology Extension Station, Chongqing 401121,China; 2. College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China; 3.Wushan Agriculture Committee, Chongqing 404700,China)

【Objective】The paper aimed to explore the optimum fertilization model for the reducing the loss of phosphorus in purple soil sloping field and improve the utilization ratio of phosphate fertilizer in the Yangtze River Basin to reduce the threat to the water quality of the Yangtze River. 【Method】Seven plot experiments were conducted consecutively in five years. The tests were designed with the amount of applied fertilizer (2P), optimum fertilization (P), optimization fertilization+pig manure organic fertilizer (MP), optimization fertilizer + straw (SP), optimum amount of fertilizer phosphorus minus 20 % pig manure organic fertilizer (MDP), optimization of fertilizer phosphorus reduced 20 % straw (SDP) and No application of phosphate fertilizer (P0). Soil basic properties and the total phosphorus and available phosphorus contents at 0-20, 20-40, 40-60 cm soil layers were measured, and the yield and components of winter wheat and summer maize at critical growth stages were investigated.【Result】During winter wheat season and summer maize season, the absorption of the plants with the amount of phosphorus fertilizer (2P) were the highest, but the phosphorus element on utilization rate was not high. Winter wheat optimal phosphorus fertilizer + straw(SDP) and optimum amount of fertilizer phosphorus reduction 20 %+pig manure organic fertilizer (MDP), the utilization rate of which respectively was 4.2 % and 5.9 % higher than that with the conventional optimal fertilizer (P) treatment of phosphate fertilizer. The apparent utilization rate of fertilizer application in maize season was also significantly higher than that of single fertilizer application (P<0.05). The content of total phosphorus increased on the top slope except for the treatment of P0 and P; Besides, the growth rate in the middle slope and the bottom slope was greater than that in top slope. Except for the decrease of available phosphorus in soil treated with P0,the available phosphorus contents in all the slope soils increased.【Conclusion】Purple soil sloping field in condition of reduced phosphorus fertilizer combining organic fertilizers could remarkably increase the absorption of phosphorus from soil, suppress the decreasing of P fixation and enhance P mobility and P use efficiency, and the pig manure promoting effect was bigger than the rice straw.

Reduced phosphorus fertilizer combining organic fertilizers; Phosphorus utilization ratio; Phosphorus migration

1001-4829(2017)10-2297-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.10.023

2017-01-20

农业部测土配方施肥项目；国家国际科技合作专项项目(2013DFG92520)

李 杰 (1960-)， 男， 重庆璧山人，研究员，长期从事土壤肥料方面的技术研究与推广，E-mail：530718713@qq.com， *为通讯作者，E-mail：hanxiaofei55@126.com。

S147;S158.3

A

(责任编辑 陈 虹)