刘志平^1,2, 武雪萍^,1, 李若楠³, 郑凤君¹, 张孟妮¹, 李生平¹, 宋霄君¹1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081
2 山西省农业科学院农业资源环境研究所,太原 030031
3 河北省农林科学院农业资源环境研究所,石家庄 050051

Effect of Applying Chicken Manure and Phosphate Fertilizer on Soil Phosphorus Under Drip Irrigation in Greenhouse

LIU ZhiPing^1,2, WU XuePing^,1, LI RuoNan³, ZHENG FengJun¹, ZHANG MengNi¹, LI ShengPing¹, SONG XiaoJun¹1 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081
2 Institute of Agricultural Resource Environment, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030031
3 Institute of Agricultural Resource Environment, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051

通讯作者: 武雪萍,E-mail：wuxueping@caas.cn

责任编辑: 李云霞
收稿日期:2019-05-30接受日期:2019-08-21网络出版日期:2019-10-16

基金资助:

国家重点研发计划.2018YFE0112300 国家重点研发计划.2018YFD0200408 国家863课题.2013AA102901 国家科技支撑计划课题.2015BAD22B03 中国农业科学院基本科研业务费专项.1610132018024

Received:2019-05-30Accepted:2019-08-21Online:2019-10-16
作者简介 About authors
刘志平,E-mail：lzp.19881006@163.com。









摘要
【目的】 针对温室土壤磷素积累的问题,定位研究滴灌条件下施用鸡粪和磷肥对土壤磷素积累的影响。【方法】 以中国华北平原日光温室为研究对象,采用滴灌方式灌溉,设置不施肥（CK）、单施磷肥（P₁）、单施鸡粪（OM）、鸡粪和减量磷肥配合施用（OM+P₁）、鸡粪和习惯量磷肥配合施用（OM+P₂）共5个处理,研究不同施肥方式对黄瓜土壤无机磷各形态的转化积累、不同生育时期在土壤垂直剖面的运移分布及其有效性的影响。【结果】 鸡粪和磷肥配施显著增加了土壤中的全磷、有效磷（Olsen-P）及无机磷的积累和残留。在0—20 cm土层中,全磷含量随着黄瓜生育时期的推进呈下降趋势,苗期最高,产瓜末期最低。不同施肥处理下,土壤全磷含量明显不同,各生育时期顺序均为OM+P₂处理>OM+P₁处理>P₁处理>OM处理>CK处理;土壤剖面各层次有效磷含量差异很大,苗期0—20 cm土层有效磷含量范围为44.43—86.08 mg·kg ^-1,20—40 cm土层含量范围为6.51—10.05 mg·kg ^-1,40 cm以下土层黄瓜各个生育时期有效磷含量差异很小。在温室滴灌条件下水分对磷的运移影响较小,土壤有效磷主要集中在0—20 cm土层,各生育时期0—20 cm土层有效磷占土壤剖面0—100 cm土层有效磷的68.76%—87.78%。与CK相比,其他施肥处理均提高了有效磷占全磷的比重,提高范围为1.23%—2.47%。0—20 cm土层中不同形态无机磷的含量为Ca₁₀-P>Ca₈-P>O-P>Ca₂-P>Al-P>Fe-P,其中,Ca-P所占比例最大,为79.55%—83.35%。随着磷肥用量增加,磷的积累量也增加,Ca₈-P、Ca₂-P、Al-P、Fe-P和Ca₁₀-P含量均比不施磷的处理显著提高,以Ca₈-P增加最多,其次是Ca₂-P、Al-P和Fe-P;磷肥施入土壤后很快会经由Ca₂-P转化为Ca₈-P,而以缓效态累积在土壤中,各形态无机磷中以Ca₈-P积累最多,Al-P和Fe-P也有一定量的积累。【结论】 传统过量施肥造成磷素以Ca₈-P、Al-P和Fe-P等形态残留于土壤中,造成了土壤磷素的积累和磷肥的浪费。在30 000 kg·hm ^-2鸡粪的基础上增施磷肥并无显著增产效应,却显著增加了土壤磷素的残留积累量。如果只施鸡粪,用量不宜超过30 000 kg·hm ^-2;如果配施无机磷肥,则鸡粪减量,且无机磷肥在300 kg·hm ^-2的基础上减量,具体施肥量及配施比例有待进一步研究探讨。
关键词： 黄瓜;日光温室;鸡粪;磷肥;无机磷分级;磷的富集和转化;有效磷

Abstract
【Objective】 Aiming at the problem of phosphorous accumulation in greenhouse soil, the effects of applying chicken manure and phosphorus fertilizer on phosphorus accumulation in soil under drip irrigation were studied.【Method】 The solar greenhouse in North China Plain using drip irrigation was taken as research object. Five treatments were designed, including no fertilizer (CK), single phosphate (P₁), single chicken manure (OM), chicken manure and reduced phosphate fertilization (OM+P₁), chicken manure and habitual phosphate fertilization (OM+P₂), to reveal the enrichment and transformation, migration and distribution in vertical section of soil at different growth stages and availability of inorganic phosphate form in soil.【Result】 The results showed that the combination of chicken manure and phosphate fertilizer significantly increased the accumulation and residue of total phosphorus, available phosphorus (Olsen-P) and inorganic phosphorus in soil. In the soil layer of 0-20 cm, total phosphorus content decreased with the development of cucumber growth period, highest in seeding stage and lowest in late fruiting stage period. Under different fertilization treatments, total phosphorus contents were significantly different, and the sequence of each growth period was OM+P₂ treatment>OM+P₁ treatment>P₁ treatment>OM treatment>CK treatment. The Olsen-P contents at different levels in the soil profile varied greatly. In seedling stage, the range was 44.43-86.08 mg·kg ^-1 at soil of 0-20 cm, 6.51-10.05 mg·kg ^-1 at soil of 20-40 cm, and there was very little variability in soil layer lower than 40 cm. The effect of water on the movement of phosphorus was slight under the condition of drip irrigation in greenhouse. So Olsen-P mainly concentrated in the soil layer of 0-20 cm, which accounted for 68.76-87.78% of the available phosphorus in soil profile of 0-100 cm in each growth period. Compared with CK, the other treatments increased the proportion of Olsen-P in total phosphorus by 1.23%-2.47%. The sequence of inorganic phosphorus content of different forms in soil layer of 0-20 cm was Ca₁₀-P>Ca₈-P>O-P>Ca₂-P>Al-P>Fe-P, among which, the proportion of Ca-P was the highest (79.55%-83.35%). As the amount of phosphorus fertilizer increased, so did the accumulation of phosphorus. The contents of Ca₈-P, Ca₂-P, Al-P, Fe-P and Ca₁₀-P under fertilization treatments were all significantly higher than that under CK, with Ca₈-P increased the most, followed sequentially by Ca₂-P, Al-P and Fe-P. Phosphate fertilizer would be converted into Ca₈-P through Ca₂-P soon after it was applied into the soil, which accumulated in the soil in a slow manner. Among all forms of inorganic phosphorus, Ca₈-P accumulated the most, Al-P and Fe-P also accumulated to a certain extent.【Conclusion】 Traditional excessive fertilization caused phosphorus remaining in the soil in the forms of Ca₈-P, Al-P and Fe-P, resulting in the accumulation of soil phosphorus and waste of phosphorus fertilizer. On the basis of 30,000 kg·hm ^-2 chicken manure, adding phosphate fertilizer had no significant effect on increasing yield but obviously increased the residual accumulation of phosphorus. If only chicken manure was applied, the dosage should not exceed 30 000 kg·hm ^-2. If inorganic phosphate fertilizer was combined, the amount of chicken manure should be reduced, while the inorganic phosphate fertilizer rate should be less than 300 kg·hm ^-2. The specific amount and proportion of fertilizer application need further study and discussion.
Keywords：cucumber;greenhouse;chicken manure;phosphate fertilizer;inorganic phosphate fraction;phosphate accumulation and transformation;available phosphorus


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本文引用格式
刘志平, 武雪萍, 李若楠, 郑凤君, 张孟妮, 李生平, 宋霄君. 温室滴灌条件下施用鸡粪和磷肥对土壤磷素的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(20): 3637-3647 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.014
LIU ZhiPing, WU XuePing, LI RuoNan, ZHENG FengJun, ZHANG MengNi, LI ShengPing, SONG XiaoJun. Effect of Applying Chicken Manure and Phosphate Fertilizer on Soil Phosphorus Under Drip Irrigation in Greenhouse[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2019, 52(20): 3637-3647 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.014

0 引言

【研究意义】磷素是作物生长不可或缺的营养元素之一,磷肥施入土壤后,很快转化为各种形态的磷酸盐,大多以难溶形态固定于土壤中,因此,磷的当季利用率仅有10%—25% ^[1,2]。随着现代种植技术的成熟,我国蔬菜大棚迅速发展,有效地解决了北方冬季蔬菜的供应问题,成为一些地区的主要产业之一。但是,农民由于受经验施肥观念及短期经济利益的驱使,盲目过量施肥现象普遍存在,实际施肥量远远超过了蔬菜对养分的需求量,施用氮磷钾的比例与蔬菜需求比例有很大差距,造成肥料浪费及环境超重负荷,使得土壤出现了不同程度的盐害和酸化问题^[3,4]。研究表明,山东济南日光温室P₂O₅的年均投入量为1 965 kg·hm^{-2 [5]}。山东寿光等地日光温室 P₂O₅的年均投入量为3 656 kg·hm^-2,而土壤养分利用率仅为8%^[6]。据张彦才等对河北省8县大棚施肥状况调查表明,在大棚蔬菜施肥中,有机肥的施入量占施肥总量的60.77%—87.62%^[7];杨凌、安塞和靖边年平均有机肥投入量（烘干基）分别为54.0、44.7和21.0 t·hm^{-2 [8]}。而且农民习惯大量施用的新鲜鸡粪磷素含量较高,过多的磷蓄积在土壤中后,增加了磷素的损失,造成了水体富营养化^[9]。针对这一问题,研究温室土壤磷的积累、转化及不同形态磷的有效性对合理指导施肥意义重大,特别是随着滴灌技术的日益推广,温室菜地如何合理施用磷肥以提高磷肥的利用率,是一项亟待解决的问题。【前人研究进展】近年来国内外****对土壤无机磷形态、分布与有效性的关系做了许多补充和完善。对菜地磷肥转化的研究中发现,低磷、中磷、高磷土壤中无机磷含量最多的形态分别为：Ca₈-P、Ca₂-P和Ca₂-P,3种土壤磷肥的累积利用率分别为41.3%、19.4%和21.2% ^[10]。哈尔滨地区黑土上的研究表明蔬菜保护地土壤的无机磷组分以Ca-P的含量最高,其次为Al-P、Fe-P、O-P ^[11]。土壤磷的形态和不同分级磷的含量与土壤的性质、环境条件及管理因素都有关^{[12,13,14,15]}。满足我国蔬菜作物生长的土壤Olsen-P阈值为58.0 mg·kg^-1[16],《中国主要作物施肥指南》中给出适宜黄瓜生长的耕层土壤Olsen-P含量为60—100 mg·kg^{-1 [17]} 。合理施肥,既可以保障农作物对磷素的需求,又可以避免磷素超过农学阈值,造成残留和浪费^[18,19]。【本研究切入点】有关磷的分级及其有效性的研究报道多是大田条件下,而针对温室菜地不同磷形态的转化、积累及其有效性尚缺乏系统的研究。【拟解决的关键问题】本研究以华北平原日光温室菜地为研究对象,采用蒋柏藩和顾益初对石灰性土壤无机磷的分级方法,对温室滴灌条件下菜地土壤无机磷形态的积累、转化及其有效性进行了探讨,具体包括（1）温室滴灌条件下不同施肥方式（不施肥、单施鸡粪、单施磷肥、鸡粪与习惯量磷肥配合施用、鸡粪与减量磷肥配合施用）对土壤全磷及有效磷含量的影响;（2）黄瓜整个生育期不同施肥方式下各形态无机磷在土壤垂直剖面的分布、转化及其有效性;（3）不同处理对黄瓜产量的影响。通过以上研究,为温室菜地磷肥的合理施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试温室位于河北省辛集市马庄试验站,该地区属于暖温带半湿润大陆季风气候,供试土壤为壤质石灰性潮土。长期定位试验始于2008年2月,春茬种植黄瓜。种植前对温室土壤0—20 cm土层的基础养分及0—20、20—40、40—60、60—80、80—100 cm土层基础土壤容重和田间持水量进行检测,结果如表1和表2所示。

Table 1
表1
表1温室0—20 cm土层基础养分含量
Table 1Content of basic nutrient in 0-20 cm layer of soil in greenhouse

pH	有机质 SOM (g·kg-1)	硝态氮 NO-3-N (mg·kg-1)	铵态氮 NH4+-N (mg·kg-1)	速效钾 NH4OAC-K (mg·kg-1)	全磷 TP (g·kg-1)	有效磷 Olsen-P (mg·kg-1)
8.1	15.0	5.5	19.4	60.0	1.0	40.2

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Table 2
表2
表2基础土壤各层次土壤容重和田间持水量
Table 2Bulk densities and field capacity of the original soil

土壤深度 Soil depth (cm)	土壤容重 Soil bulk density (g·cm-3)	田间持水量 Field capacity (%)
0-20	1.35	19.11
20-40	1.52	16.87
40-60	1.48	22.04
60-80	1.36	23.02
80-100	1.42	20.18

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1.2 试验设计与田间管理

试验小区面积为1.8 m×6. 0 m=10.8 m²,各小区周围用3 mm厚的PVC板隔开,埋深100 cm,衔接处用万能胶封好,其上缘高出土面5 cm。周围用相应层次的土回填镇压,然后用泥土填紧微区内边缘。供试作物为黄瓜,品种为博美11号,于2018年1月12日播种育苗,2月16日定植,拉秧时间为7月5日。每个小区种植黄瓜3行,行距0.60 m,株距0.30 m,每个小区60株。供试大棚为10年棚龄。

试验共设5个处理,每个处理设3次重复,养分含量如表3所示。磷肥为过磷酸钙（16% P₂O₅）,氮肥为尿素（46% N）,钾肥为硫酸钾（60% K₂O）。有机肥为发酵鸡粪,其养分含量为有机质249.81 g·kg^-1,全氮13.49 g·kg^-1,全磷（P₂O₅）30.2 g·kg^-1,全钾（K₂O）20.7 g·kg^-1;用量根据当地农民的习惯,设置为30 000 kg·hm^-2。鸡粪随播前翻地撒施,化肥中将20%氮肥、100%磷肥、40%钾肥作为基肥,剩余肥料根据黄瓜生育期需肥规律分10次随水追施,滴灌施肥一体化进行。

Table 3
表3
表3试验处理及施肥方案
Table 3Experimental treatments and fertilization schedule

处理 Treatment	无机肥 Inorganic fertilizer (kg·hm-2)				鸡粪 Chicken manure (kg·hm-2)				总养分 Total nutrient (kg·hm-2)
	P2O5	N	K2O		P2O5	N	K2O		P2O5	N	K2O
CK	0	0	0		0	0	0		0	0	0
P1	300	600	525		0	0	0		300	600	525
OM	0	600	525		906	405	621		906	1005	1146
OM+P1	300	600	525		906	405	621		1206	1005	1146
OM+P2	675	600	525		906	405	621		1581	1005	1146

P₂ was phosphorus fertilizer quantity that local farmers used to apply to cucumber in greenhouses, and P₁ was reduced phosphorus fertilizer quantity
P₂为当地农民大棚黄瓜习惯施磷量,P₁为减量磷肥

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灌水采用膜下滴灌方式,每次灌溉水量参考文献中对黄瓜不同生育时期适宜土壤田间持水量和黄瓜根系生长分布范围而设计^[20,21],在黄瓜的苗期、产瓜初期、产瓜盛期、产瓜末期分别保持土壤田间持水量的75%—90%、80%—95%、80%—95%、75%—90%,如表4所示。根据TDR实测含水量计算每次的灌水量,用水表定量灌溉,总灌溉量为4 170 m³·hm^-2,定苗期和缓苗期水量的单次水量为240—360 m³·hm^-2,之后从第一次菜瓜开始,每5—7 d灌溉一次,单次水量为120—180 m³·hm^-2,全生育期灌溉19—23次。

Table 4
表4
表4黄瓜不同生育时期土壤水分控制状况
Table 4Moisture control at different growth stages of cucumber

生育时期 Growth period	土壤深度 Soil depth (cm)	田间持水量的百分数 Percentage of field capacity (%)
苗期Seedling stage	0-20	75-90
产瓜初期 Early fruiting stage	0-40	80-95
产瓜盛期Vigorous fruiting stage	0-60	80-95
产瓜末期Late fruiting stage	0-60	75-90

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1.3 样品采集与测试分析

分别于黄瓜苗期（3月14日）、产瓜初期（4月14日）、产瓜盛期（5月24日）和产瓜末期（7月5日）采集土样,按照0—20、20—40、40—60、60—80、80—100 cm分层采集,土样风干后分别测定土壤全磷、有效磷和无机磷组分含量。测定方法均采用鲁如坤编著的《土壤农业化学分析方法》^[22]进行。其中,pH采用酸度计检测;土壤容重采用环刀法;田间持水量采用压力板法;全磷采用酸溶-钼锑抗比色法;有效磷为碳酸钠法;土壤无机磷的分级测定采用蒋柏藩和顾益初关于中性、石灰性土壤无机磷形态的分级测定方法进行^[23]。

1.4 数据处理与统计方法

采用Microsoft Excel和Sigmaplot进行数据、图表整理,利用SPSS16.0软件进行方差分析（ANOVA）,用最小差数法（LSD）进行差异显著性检验。

2 结果

2.1 不同施肥处理对土壤pH的影响

土壤pH通常会影响土壤的物理化学及微生物的性质,图1显示,随着黄瓜生育时期的推进,土壤pH呈现下降趋势,有机无机配施的处理较其他3个处理下降明显,其中OM+P₂处理的土壤pH下降最为显著。

图1

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图1不同施肥处理对土壤pH的影响

Fig. 1Effects of various fertilization treatments on soil pH

2.2 不同施肥处理对土壤全磷含量的影响

土壤全磷是土壤中各种形态磷素的总和,能反映土壤磷库大小和潜在的供磷能力。图2表明,在0—20 cm土层中,全磷含量随着黄瓜生育时期的推进呈下降趋势,以苗期土壤全磷含量最高,产瓜末期最低。不同施肥处理下,土壤全磷含量明显不同,其顺序为OM+P₂处理>OM+P₁处理>P₁处理>OM处理>CK处理,且不同生育时期均呈现此规律,苗期各施肥处理土壤全磷含量分别比CK增加了269.2、205.0、102.5和85.8 mg·kg^-1;直到产瓜末期各施肥处理土壤仍然有较高的磷素残留,OM+P₂、OM+P₁、P₁、OM 4个处理与CK相比,土壤全磷含量增加了232.9、158.7、142.5和87.9 mg·kg^-1。经方差分析,5个处理间差异均达到显著水平,以鸡粪和无机磷肥配施的处理全磷含量较高。

图2

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图2不同施肥处理对0—20 cm土层全磷含量的影响

Fig. 2Effect of various fertilization treatments on the total amount of P in 0-20 cm layer of soil

2.3 不同施肥处理对黄瓜各个生育时期土壤有效磷含量的影响

图3结果表明,不同施肥处理对土壤有效磷含量有明显的影响,0—20 cm土层各处理间差异最大,其含量范围为44.43—86.08 mg·kg^-1（苗期）;其次是20—40 cm,其含量范围为6.51—10.05 mg·kg^-1（苗期）;40 cm以下土层各个生育时期有效磷含量差异很小,在1.02—3.55 mg·kg^-1范围内细微变化。由此可见,土壤剖面各层次有效磷含量差异很大,其中各生育时期0—20 cm土层有效磷含量最高,占土壤剖面0—100 cm土层有效磷的68.76%— 87.78%。

图3

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图3不同施肥处理对土壤有效磷含量的影响

Fig. 3Effect of various fertilization treatments on the amount of Olsen-P in soil



不同施肥处理下,有效磷的含量在苗期和产瓜初期的顺序为OM+P₂处理>OM+P₁处理>P₁处理>OM处理>CK处理;在产瓜盛期和产瓜末期,施鸡粪的处理中土壤有效磷含量也都保持较高水平,而单施化肥的处理,土壤有效磷含量明显下降,在产瓜盛期单施鸡粪的处理比CK中有效磷的含量提高了32.27 mg·kg^-1,比单施磷肥的处理提高了19.72 mg·kg^-1。鸡粪和磷肥配施的OM+P₂和OM+P₁处理与单施鸡粪相比,有效磷含量分别提高了6.04和2.05 mg·kg^-1;与单施化肥的处理相比,有效磷含量分别提高了25.76和23.71 mg·kg^-1,各处理有效磷含量的顺序为OM+P₂处理>OM+P₁处理>OM处理>P₁处理>CK处理。与CK相比,各施肥处理均提高了有效磷占全磷的比重,提高范围为1.23%—2.47%。

2.4 不同施肥处理对土壤无机磷组分的影响

图4结果表明,石灰性壤质潮土不同形态无机磷的含量为Ca₁₀-P>Ca₈-P>O-P>Ca₂-P>Al-P>Fe-P,其中,Ca-P所占比例最大,为79.55%—83.35%。在Ca-P组分中,Ca₁₀-P含量最多,占Ca-P总量的45.62—59.48%;其次,Ca₈-P含量占Ca-P总量的35.58—45.82%;含量最少的Ca₂-P所占Ca-P总量的4.44—9.38%。Ca₁₀-P、Ca₈-P、O-P、Ca₂-P、Al-P、Fe-P分别占无机磷总量的36.44—48.59%,28.67%— 37.75%,7.33%—8.73%,3.65%—7.54%,5.15%—6.33%,3.24%— 6.67%。

图4

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图4不同施肥处理对0—20 cm土层不同形态无机磷含量的影响

不同字母表示同一生育时期不同处理之间在0.05水平差异显著。下同
Fig. 4Effects of various fertilization treatments on different forms of inorganic P content of the 0-20 cm layer of soil

Different letters above the bars indicate a significant difference (P<0.05) among treatments at the same growth stage. The same symbols were used in the following figures


与CK相比,有机无机配施普遍提高了不同组分无机磷的含量及总量,以Ca₈-P增加最多,其次是Ca₂-P、Al-P、Fe-P,处理间差异达到显著水平;OM+P₂处理土壤无机磷的总量最高,变化趋势为OM+P₂处理>OM+P₁处理>OM处理>P₁处理>CK处理,与土壤有效磷含量变化趋势一致。O-P在产瓜盛期和产瓜末期有所增加,而Ca₁₀-P含量在各个处理间变化甚微,保持在340.0— 349.8 mg·kg^-1。

不同生育时期土壤无机磷组分的变化趋势表现为：Ca₂-P的含量随着生育时期的推进逐渐下降,Ca₈-P和Al-P则在产瓜盛期之前呈现增加趋势,之后则又下降,Fe-P略有下降趋势,O-P含量和Ca₁₀-P变化不明显。说明当季作物主要吸收利用的磷素形态为Ca₂-P、Ca₈-P、Al-P和Fe-P,而O-P和Ca₁₀-P很少被作物吸收利用。

2.5 不同施肥处理对黄瓜产量的影响

图5结果表明,不同施肥处理下,黄瓜总产量为OM+P₂处理>OM+P₁处理>OM处理>P₁处理>CK处理,LSD多重比较结果表明,4个施肥处理与对照（CK）间差异达显著水平,P₁处理与OM+P₂、OM+P₁、OM 3个处理间也达到显著水平,而OM+P₂、OM+P₁、OM 3个处理间差异不显著,由此可见,在施用30 000 kg·hm^-2鸡粪的基础上增施磷肥,虽然显著增加了土壤磷素的积累量,但是并无显著增产效应。

图5

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图5不同处理下黄瓜产量（t·hm^-2)

Fig. 5Cucumber yields under the various treatments (t·hm^-2)

2.6 土壤无机磷与有效磷的相关性

有效磷是土壤磷库中对作物最有效的部分,这部分磷能够被植物吸收利用。一般来说,土壤有效磷是指用特定的方法检测到的土壤磷素,与无机磷的不同组分在含量上存在一定的交叉^[24],本研究对有效磷和无机磷组分进行了相关性分析,结果表明（表5）,Ca₂-P含量与土壤有效磷含量相关性最高,各生育时期相关系数均达到极显著水平,其次是Al-P各生育时期相关系数达到显著或极显著水平,再次是Ca₈-P,除苗期外各生育期相关系数均达到显著水平。

Table 5
表5
表5土壤不同形态无机磷含量与有效磷的相关系数（r）
Table 5Correlation coefficients (r) between the content of inorganic P in different forms and Olsen-P

生育时期 Growth period	Ca2-P	Ca8-P	Ca10-P	Al-P	Fe-P	O-P
苗期Seedling stage	0.974**	0.699	0.835	0.991**	0.859	0.319
产瓜初期 Early fruiting stage	0.992**	0.974**	0.691	0.973**	0.862	0.964*
产瓜盛期Vigorous fruiting stage	0.962**	0.911*	0.695	0.929*	0.696	0.696
产瓜末期Late fruiting stage	0.929**	0.919*	0.672	0.945*	0.781	0.845

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2.7 有效磷及各形态无机磷对黄瓜产量的影响

土壤有效磷及某些形态的无机磷均会影响农作物产量。本研究中,土壤Olsen-P和无机磷组分与黄瓜产量的相关性分析结果表明（表6）,黄瓜各生育时期0—20 cm土层中Olsen-P含量与黄瓜产量显著相关,其中产瓜盛期达到了极显著水平（r=0.963**）,苗期、产瓜初期和产瓜末期达到了显著水平（r分别为0.887*、0.933*、0.897*）;无机磷组分中,Ca₂-P和Al-P的含量与黄瓜产量之间的差异达到了显著或极显著水平,相关性最好。

Table 6
表6
表6不同生育时期土壤有效磷及无机磷与黄瓜产量的相关系数（r）
Table 6Correlation coefficients (r) between Olsen-P and inorganic P in soil and cucumber yield at different growth stages

生育时期Growth period	Olsen-P	Ca2-P	Ca8-P	Ca10-P	Al-P	Fe-P	O-P
苗期Seedling stage	0.887*	0.906*	0.691	-0.313	0.934*	0.595	0.482
产瓜初 Early fruiting stage	0.933*	0.912*	0.86	0.007	0.918*	0.759	0.989**
产瓜盛期Vigorous fruiting stage	0.963**	0.999**	0.886*	-0.03	0.985**	0.695	0.607
产瓜末期Late fruiting stage	0.897*	0.973*	0.774	0.472	0.931*	0.475	0.738

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3 讨论

3.1 在滴灌条件下施用鸡粪对土壤磷素残留和积累的影响

大量研究表明,有机无机配施可以显著提高Olsen-P占全磷的比例^[25],本研究结果也显示,鸡粪和无机磷肥配施显著提高了Olsen-P占全磷的比例,与CK相比提高了1.23%—2.47%。但是,大量施用鸡粪和磷肥会引起土壤磷素的积累,本试验结果表明,施肥显著增加温室菜地0—20 cm土层全磷和无机磷的残留和积累,尤以鸡粪和磷肥配施处理下,在整个生育期磷素积累均最多,特别是进入产瓜盛期（5月份）以后,温室气温已达30℃以上,同时灌水量也在增加,这时温度和湿度促进了鸡粪的矿化分解,造成磷素累积。

鸡粪能够通过自身作用改善土壤磷素营养,降低土壤对磷素的吸附作用,增加磷素的解吸,从而使土壤中的Olsen-P含量增加。大量研究表明,施用有机物料有利于土壤难溶态磷转化为可溶态磷的过程是通过矿化、络合溶解、酸溶、还原等作用实现的。有机酸根离子可以与磷酸根离子竞争土壤吸附位点。有机肥能明显增加土壤中有机酸根的含量,有机物腐解产生的草酸、乙酸等对钙磷有一定的效果。多数有机酸对土壤中的Ca₂-P、Ca₈-P、Al-P、Fe-P都有活化作用。除了施用有机物料和调节土壤pH,使用菌根及旱田改水田等措施,也可以在有限的磷肥投入后,提高Olsen-P的含量^[26,27]。

尽管磷素的化学性质使其在土壤中不易移动,但在施用量过大的情况下,不仅0—40 cm土层各形态磷素有大量积累,40—100 cm土层中也有一定程度的积累^[28,29]。施用畜禽粪便后,土壤剖面中有效磷的含量增加,并促进了磷的迁移^[30,31]。可能是因为长期施肥导致表层土壤对磷的吸收达到饱和状态,水溶性磷通过土壤孔隙向下转移;也可能是因为粪肥矿化产生的有机酸对土壤本身的磷有活化作用,降低了土壤对磷的吸附能力^[32]。研究表明,相对于化肥而言,在等量磷素投入下,有机肥对土壤磷素的积累,尤其是活性态磷的积累贡献更大^[33]。

YAN等研究指出,在中国基于瓜果菜产量的土壤Olsen-P阈值为58.0 mg·kg^{-1 [16]},《中国主要作物施肥指南》中给出适宜黄瓜生长的耕层土壤Olsen-P含量为60—100 mg·kg^{-1 [17]},本研究P₁、OM、OM+P₁及OM+P₂ 4个施肥处理中,耕层土壤Olsen-P含量在此范围内。可见,鸡粪与磷肥的施入虽然显著增加了全磷含量,但并未使有效态磷超出农学阈值范围,而是以缓效态或无效态残留于土壤中,造成磷素的累积与一定程度上的浪费。

3.2 不同形态土壤无机磷的转化和积累

本研究中石灰性壤质潮土无机磷的含量为Ca₁₀-P>Ca₈-P>O-P>Ca₂-P>Al-P>Fe-P,不同施肥处理均比CK提高了Ca₈-P、Ca₂-P、Al-P、Fe-P和Ca₁₀-P的含量,以Ca₈-P增加最多,其次是Ca₂-P、Al-P、Fe-P,处理间差异达到显著水平,而Ca₁₀-P含量处理间变化甚微。据宋付朋^[34]对长期施磷石灰性土壤无机磷形态的研究结果为耕层土壤Ca₁₀-P>Ca₈-P>Al-P>Fe-P>O-P>Ca₂-P;据郭智芬等^[35]对石灰性旱地土壤不同形态无机磷研究结果为Ca₁₀-P>O-P>Fe-P>Ca₈-P>Al-P>Ca₂-P,以上结果与本试验地土壤不同形态磷含量顺序略有不同。姚炳贵等^[36]研究指出,津郊潮土磷素磷的组成以磷酸钙最多,其次是闭蓄态磷酸盐,而磷酸铝盐与所占比例很少,其研究结果与本研究结论一致。

不同生育时期土壤无机磷组分的变化趋势表现为：土壤Ca₂-P含量随着生育时期的推进逐渐下降,Ca₈-P和Al-P则在产瓜盛期之前呈现增加趋势,之后则又下降。Fe-P略有下降趋势,O-P含量和Ca₁₀-P变化不明显。可见,磷肥加入土壤后很快会由Ca₂-P转化为Ca₈-P,而以缓效态累积在土壤中,各形态无机磷中以Ca₈-P积累最多,缓效态Al-P和Fe-P也有一定量的积累。前人研究发现,对石灰性土壤投入磷素时,小麦根际土壤中Ca₂-P、Ca₈-P、Al-P、Fe-P的含量会在短时间内迅速增加,而Ca₁₀-P和O-P的含量几乎没有变化^[37];盐土施用有机肥后,土壤中Ca₂-P、Ca₈-P的含量会快速增加,其他形态变化不大;土壤施用无机磷肥时,磷素会首先向Ca₂-P转化,之后向Ca₈-P、Al-P、Fe-P、Ca₁₀-P、O-P转化^[38]。大量研究表明,土壤pH会影响营养元素的有效性。磷在pH 6.5以下时,随着pH的降低,其有效性降低;在pH 7.5以上时,随着pH的升高,其有效性也会降低^[25]。本研究的试验偏碱性,随着生育时期的推进,pH逐渐趋向于中性,可能会导致Al-P、Fe-P等形态含量增加。

从各形态土壤无机磷对黄瓜产量的影响及与有效磷的相关性可以看出,不同形态无机磷对黄瓜的有效性顺序是Ca₂-P>Al-P>Ca₈-P>Fe-P,即二钙磷和铝磷是黄瓜的有效磷源。研究表明,二钙磷是作物的有效磷源,铝磷、八钙磷、铁磷是缓效磷,十钙磷是潜在磷源^[39,40],这与本研究结论一致。

3.3 不同处理对黄瓜产量的影响

本试验中OM、OM+P₁和OM+P₂ 3个处理对黄瓜产量的影响并不显著,在施用30 000 kg·hm^-2鸡粪的基础上,增施磷肥并无显著的增产效应,却显著增加了土壤磷素的积累量。由此可见,鸡粪和无机磷肥配施虽然能保证黄瓜前期有效磷的供给,有利于产瓜盛期充足的养分保障,但是同时会带来产瓜末期土壤磷的残留积累,尤其是OM+P₂处理,0—20 cm土层磷积累量显著增加,在产瓜末期Olsen-P含量仍然高达61.61 mg·kg^-1,单施磷肥和单施鸡粪的处理分别为44.28 mg·kg^-1、48.31 mg·kg^-1。据张彦才等^[7]对河北省8县市的大棚番茄、黄瓜、甜椒施肥状况调查表明,温室大棚氮、磷肥平均用量都远远超出了推荐施肥量,平均施磷量是推荐施肥量的l0.7倍,最高达37倍。菜农多施用复合肥和有机肥,其中磷酸二铵和三元复合肥在土表面撒施也占有较大比例,从而造成磷钾资源浪费。对河北省95个大棚黄瓜调查的结果表明,有机肥施入量占施肥总量的60.77%—87.62%,施用有机肥多为新鲜或经简单处理的鸡粪,其中所含的P₂O₅平均量为2 493.0 kg·hm^-2,最高达5 157.0 kg·hm^-2。因此,鸡粪和磷肥用量偏高是造成土壤磷素积累及养分不平衡的主要原因。

4 结论

在温室滴灌条件下,土壤磷主要集中在0—20 cm土层。鸡粪和磷肥配施会显著提高磷的有效性,随着磷肥用量的增加,磷的积累量也增加。磷肥施入土壤后经由Ca₂-P转化为Ca₈-P,而以缓效态累积在土壤中,各形态无机磷中以Ca₈-P积累最多,缓效态Al-P和Fe-P也有一定量的积累。在施用30 000 kg·hm^-2鸡粪基础上增施磷肥并无显著的增产效应,却显著增加了土壤磷素的残留积累量,造成肥料浪费。因此,如果只施鸡粪,用量不宜超过30 000 kg·hm^-2;如果配施无机磷肥,则鸡粪减量,且无机磷肥在300 kg·hm^-2的基础上减量。

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<P><FONT face=Verdana>【目的】揭示温室栽培条件下磷肥施用量大,但利用率低的原因,探明磷素养分淋溶损失的主体成分,为合理施用磷肥、提高磷肥利用率、减少环境污染提供依据。【方法】以辽宁沈阳地区具有代表性的温室为研究对象,通过对不同使用年限温室土壤剖面全磷及无机磷各组分含量的分析测定,探讨温室栽培条件下土壤无机磷的累积、迁移特点。【结果】(1)温室土壤全磷、无机磷、速效磷的含量均较露地土壤有明显增加,且耕层(0—20 cm)的累积量最高,平均含量分别为露地土壤的3.1倍、3.3倍、3.6倍,无机磷占全磷含量的92.1%,速效磷仅占全磷含量的16.6%。(2)温室土壤各无机磷组分的含量及其相对组成均较露地土壤变化明显,Ca8-P、Al-P、Ca2-P、Fe-P、O-P、Ca10-P的平均含量分别为露地土壤的10.2、5.9、5.0、3.1、2.7、1.5倍,温室土壤无机磷各组分占全磷含量的比例表现为Al-P(26.1%)＞Fe-P(18.1%)＞O-P(17.6%)＞Ca10-P(14.4%)＞Ca8-P (10.5%)＞Ca2-P(5.6%)。其中Ca2-P的有效性最高,但累积量最低;O-P、Ca10-P的有效性低,但累积量高,从而导致土壤磷素的利用率降低。(3)温室土壤中,Al-P和Fe-P是耕层土壤(0—20 cm)磷素养分的主要累积形态,两者可占无机磷总量的49.8%;O-P、Ca10-P是底层土壤磷素养分的主要累积形态,两者在20—100 cm土层的累积量可达无机磷总量的46.6%—78.2%,且该比例随土层深度的增加而有所增加。【结论】温室栽培条件下,土壤磷素养分虽有大量累积,但其迁移、转化的主要存在形态均以有效性较低的Ca10-P、O-P、Fe-P为主,如何提高这部分磷源的生物有效性,降低其环境风险,是温室土壤磷素养分管理的关键。<BR></FONT></P>
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<DIV>采用盆栽方法进行了不同施磷（P<SUB>2</SUB>O<SUB>5</SUB>）水平下，日光温室番茄产量、不同生育期番茄磷素分配、干物质积累、土壤速效磷含量和酶活性研究，并确定了适宜番茄生长的最佳施磷量与土壤速效磷含量。结果表明，随着磷肥施用量的增加，土壤速效磷含量及番茄各组织含磷量相应增加；当施用P<SUB>2</SUB>O<SUB>5</SUB>达到0.53 g/kg（处理5），土壤速效磷含量在60～77 mg/kg时，较适宜番茄生长，番茄产量和单果重达最高，根系和茎叶干物质积累也达到最好水平。当施磷量超过0.53 g/kg时，造成土壤和植株磷累积过高，易引起土壤盐害，降低土壤酶活性，从而降低干物质积累和番茄产量，影响土壤的可持续利用。</DIV>
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[本文引用: 1]

[28] 叶会财, 李大明, 黄庆海, 柳开楼, 余喜初, 徐小林, 周利军, 胡惠文, 王赛莲 . 长期不同施肥模式红壤性水稻土磷素变化
植物营养与肥料学报, 2009,21(6):1521-1528.
[本文引用: 1]

YE H C, LI D M, HUANG Q H, LIU K L, YU X C, XU X L, ZHOU L J, HU H W, WANG S L . Variation of soil phosphorus under long-term fertilization in red paddy soil
Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2009,21(6):1521-1528. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[29] 张田, 许浩, 茹淑华, 苏德纯 . 不同有机肥中磷在土壤剖面中累积迁移特征与有效性差异
环境科学, 2017,38(12):5247-5255.
[本文引用: 1]

ZHANG T, XU H, RU S H, SU D C . Distribution of phosphorus in soil profiles after continuous application of different fertilizers
Environmental Science, 2017,38(12):5247-5255. (in Chinese)
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[30] LOURENZI C R, CERETTA C A, CERINI J B, FERREIRA P A A, LORENSINI F, GIROTTO E, TIECHER T L, SCHAPANSKI D E, BRUNETTO G . Available content, surface runoff and leaching of phosphorus forms in a typic hapludalf treated with organic and mineral nutrient sources
Revista Brasileira de Ciênciado Solo, 2014,38(2):544-556.
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[31] SHARPLEY A N, MCDOWELL R W, KLEINMAN P J A . Amounts, forms, and solubility of phosphorus in soils receiving manure
Soil Science Society of America Journal, 2004,68(6):2048-2057.
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[32] 赵晓齐, 鲁如坤 . 有机肥对土壤磷素吸附的影响
土壤学报, 1991,28(1):7-13.
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ZHAO X Q, LU R K . Effect of organic fertilizer on phosphorus adsorption in soil
Acta Pedologica Sinica, 1991,28(1):7-13. (in Chinese)
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[33] REDDY D D, RAO A S, RUPA T R . Effects of continuous use of cattle manure and fertilizer phosphorus on crop yields and soil organic phosphorus in a vertisol
Bioresource Technology, 2000,75(2):113-118.
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[34] 宋付朋 . 长期施磷石灰性土壤无机磷形态特征及其有效性研究
[D]. 安: 山东农业大学, 2006.
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SONG F P . Characteristics and availability of inorganic phosphate fractions in calcareous soils under long-term fertilization
[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2006. ( in Chinese)
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[35] 郭智芬, 涂书新, 李晓华, 潘勇, 张宜春 . 石灰性土壤不同形态无机磷对作物磷营养的贡献
中国农业科学, 1997,30(1):26-32.
Magsci [本文引用: 1]
应用蒋-顾石灰性土壤无机磷分级法、以原子反应堆和放射化学标记合成的Ca#-2- #+（32）P、Ca#-8-#+（32）P、Al-#+（32）P、Fe-#+（32）P盐直接标记石灰性旱地灰潮土壤中相应的磷酸盐的方法，评价了石灰性土壤中不同形态无机磷的有效性及对植物磷素营养的贡献。特别是对在石灰性土壤上，以往被人们忽视的Fe-P盐的有效性及贡献有了新的认识。研究表明，非晶质Fe-P盐的有效性与Al-P盐基本相当；不同形态无机磷酸盐有效性顺序为Fe-P≈Al-P>Ca#-2-P>Ca#-8-P；对植物磷营养的贡献大小顺序则为Al-P>Ca#-8-P>Ca#-2-P。二钙型磷酸盐有效性虽高于八钙型磷酸盐，但由于其含量少，对植物磷营养总的贡献却低于八钙型磷酸盐。至于石灰性旱地土壤中Fe-P盐对植物磷营养的贡献，非晶质Fe-P的有效性高，其贡献较大，而晶质磷酸铁盐的有效性及对植物磷营养的贡献还需进一步探讨。
GUO Z F, TU S X, LI X H, PAN Y, ZHANG Y C . Contribution of different forms of inorganic phosphates in calcareous soils to phosphorus nutrition of crops
Scientia Agricultura Sinica, 1997,30(1):26-32. (in Chinese)
Magsci [本文引用: 1]
应用蒋-顾石灰性土壤无机磷分级法、以原子反应堆和放射化学标记合成的Ca#-2- #+（32）P、Ca#-8-#+（32）P、Al-#+（32）P、Fe-#+（32）P盐直接标记石灰性旱地灰潮土壤中相应的磷酸盐的方法，评价了石灰性土壤中不同形态无机磷的有效性及对植物磷素营养的贡献。特别是对在石灰性土壤上，以往被人们忽视的Fe-P盐的有效性及贡献有了新的认识。研究表明，非晶质Fe-P盐的有效性与Al-P盐基本相当；不同形态无机磷酸盐有效性顺序为Fe-P≈Al-P>Ca#-2-P>Ca#-8-P；对植物磷营养的贡献大小顺序则为Al-P>Ca#-8-P>Ca#-2-P。二钙型磷酸盐有效性虽高于八钙型磷酸盐，但由于其含量少，对植物磷营养总的贡献却低于八钙型磷酸盐。至于石灰性旱地土壤中Fe-P盐对植物磷营养的贡献，非晶质Fe-P的有效性高，其贡献较大，而晶质磷酸铁盐的有效性及对植物磷营养的贡献还需进一步探讨。

[36] 姚炳贵, 姚丽竹, 王苹, 张玺, 王德芳 . 津郊潮土磷素组成及其演变规律的定位研究
土壤学报, 1997,34(3):286-294.
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YAO B G, YAO L Z, WANG P, ZHANG X, WANG D F . Long-term experimental study on components and changes of phosphorus in fluvo-aquic soil of Tianjin suburbs
Acta Pedologica Sinica, 1997,34(3):286-294. (in Chinese)
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[37] 介晓磊, 杨先明, 黄绍敏, 刘芳, 刘世亮, 宝德俊, 化党领, 李有田 . 石灰性潮土长期定位施肥对小麦根际无机磷组分及其有效性的影响
中国土壤与肥料, 2007(2):53-58.
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JIE X L, YANG X M, HUANG S M, LIU F, LIU S L, BAO D J, HUA D L, LI Y T . Effects of long-term localized fertilization of calcareous tidal soil on the composition and availability of organic phosphorus in rhizosphere of wheat
Soil and Fertilizer Sciences in China, 2007 ( 2):53-58. (in Chinese)
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[38] 汤炎, 赵海涛, 封克, 汪晓丽, 盛海君 . 施磷对滨海盐土无机磷组分的动态影响
土壤通报, 2007,38(1):77-80.
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TANG Y, ZHAO H T, FENG K, WANG X L, SHENG H J . Dynamic effects of phosphorus application on inorganic phosphorus components in coastal saline soil in China
Chinese Journal of Soil Science, 2007,38(1):77-80. (in Chinese)
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[39] 李新平, 张亚林, 魏玉奎, 魏迎春 . 杨凌地区大棚土壤无机磷形态及有效性研究
水土保持学报, 2009,23(4):195-199.
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LI X P, ZHANG Y L, WEI Y K, WEI Y C . Study on forms of inorganic phosphates and its validity in Yangling area
Journal of Soil and Water Conservation, 2009,23(4):195-199. (in Chinese)
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[40] 陈永亮 . 不同氮源对黑松幼苗根-土界面无机磷形态转化及有效性的影响
林业科学, 2012,48(3):51-57.
DOI:10.11707/j.1001-7488.20120309Magsci [本文引用: 1]
<p>用根垫－冰冻切片法研究不同氮源对石灰性潮土中黑松幼苗根－土界面无机磷形态转化及有效性的影响。结果表明: 铵态氮(NH₄⁺-N)处理后幼苗根－土界面pH值较对照处理明显降低,而硝态氮(NO₃^--N)处理后幼苗根－土界面pH值较对照处理升高,不同氮源引起的幼苗根－土界面pH值变动的幅度取决于氮源的质量分数。铵态氮处理明显降低了幼苗根－土界面Ca₂-P,Fe-P 和Al-P质量分数,100,200和400 mg&middot;kg^-1的铵态氮处理后,距根表0~1 mm处Ca₂-P较土体亏缺率分别为37.1%,45.9%和57.7%,Fe-P较土体亏缺率分别为23.4%,29.1%和38.2%,Al-P较土体亏缺率分别为25.1%,28.0%和33.2%; 硝态氮处理增加了幼苗根－土界面Ca₂-P,Fe-P 和Al-P质量分数,但不显著。铵态氮与硝态氮处理后幼苗根－土界面Ca₈-P的亏缺程度较对照分别加大或降低,但不明显。铵态氮与硝态氮处理后幼苗根－土界面Ca₁₀-P和O-P质量分数较对照处理变化很小。铵态氮引起的黑松幼苗根－土界面pH值的降低,促进了幼苗根－土界面处无机磷的形态转化,提高了根－土界面无机磷的生物有效性,显著增加了根系对磷的吸收。</p>
CHEN Y L . Effects of different nitrogen sources on transformation and availability of inorganic phosphorus in the root-soil interface of Pinus thunbergii seedlings
Scientia Silvae Sinicae, 2012,48(3):51-57. (in Chinese)
DOI:10.11707/j.1001-7488.20120309Magsci [本文引用: 1]
<p>用根垫－冰冻切片法研究不同氮源对石灰性潮土中黑松幼苗根－土界面无机磷形态转化及有效性的影响。结果表明: 铵态氮(NH₄⁺-N)处理后幼苗根－土界面pH值较对照处理明显降低,而硝态氮(NO₃^--N)处理后幼苗根－土界面pH值较对照处理升高,不同氮源引起的幼苗根－土界面pH值变动的幅度取决于氮源的质量分数。铵态氮处理明显降低了幼苗根－土界面Ca₂-P,Fe-P 和Al-P质量分数,100,200和400 mg&middot;kg^-1的铵态氮处理后,距根表0~1 mm处Ca₂-P较土体亏缺率分别为37.1%,45.9%和57.7%,Fe-P较土体亏缺率分别为23.4%,29.1%和38.2%,Al-P较土体亏缺率分别为25.1%,28.0%和33.2%; 硝态氮处理增加了幼苗根－土界面Ca₂-P,Fe-P 和Al-P质量分数,但不显著。铵态氮与硝态氮处理后幼苗根－土界面Ca₈-P的亏缺程度较对照分别加大或降低,但不明显。铵态氮与硝态氮处理后幼苗根－土界面Ca₁₀-P和O-P质量分数较对照处理变化很小。铵态氮引起的黑松幼苗根－土界面pH值的降低,促进了幼苗根－土界面处无机磷的形态转化,提高了根－土界面无机磷的生物有效性,显著增加了根系对磷的吸收。</p>