不同種植年限設(shè)施菜地土壤微生物量磷變化特征及相關(guān)性分析

　　摘要:針對(duì)設(shè)施菜地磷肥過(guò)量施用，以便為設(shè)施蔬菜土壤磷肥施用限量標(biāo)準(zhǔn)制定及磷肥增效調(diào)控方法建立提供數(shù)據(jù)支撐，以山東壽光設(shè)施蔬菜土壤為研究對(duì)象，調(diào)查并采集150個(gè)設(shè)施蔬菜溫室，其中種植年限0－4年50個(gè)(樣本n=50)、4－9年40個(gè)(n=40)、9年以上60個(gè)(n=60)，每個(gè)樣點(diǎn)共采集土壤剖面(0～30cm，30～60cm，60～90cm)3層土壤樣品，分別測(cè)定土壤全磷、有效磷、水溶性磷及微生物量磷及水溶性碳、微生物量碳、有機(jī)質(zhì)含量，并分析其相關(guān)性。結(jié)果表明，隨種植年限增加，剖面深度在0～30cm，30～60cm土壤全磷、有效磷、水溶性磷均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，而微生物量磷則呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì);隨土壤剖面土層的加深，各年限土壤全磷、有效磷、水溶性磷、微生物量磷含量均呈降低趨勢(shì)，但種植年限9年以上設(shè)施土壤0～90cm土壤剖面中微生物量磷約為20mg/kg，且在各土層間差異不顯著，表明多年種植后深度為30～60cm，60～90cm土壤微生物量磷含量有增加趨勢(shì);相關(guān)性分析表明，種植年限0－4年，4－9年時(shí)設(shè)施土壤有效磷與微生物量磷含量顯著正相關(guān)，且呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系;而種植年限在9年以上時(shí)二者呈二項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系。結(jié)果表明，集約化設(shè)施蔬菜土壤隨著種植年限增加土壤磷素累積增加，深層土壤微生物量磷含量呈增加的趨勢(shì)，且磷素淋洗風(fēng)險(xiǎn)隨種植年限增加而增強(qiáng)。

　　關(guān)鍵詞:種植年限;土壤剖面;全磷;水溶性磷;微生物量磷

　　據(jù)FAO數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)已成為世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，2015年蔬菜種植面積占到整個(gè)農(nóng)作物種植總面積的12．9%［1］。截至2014年，設(shè)施蔬菜種植面積達(dá)467萬(wàn)hm2，保障了農(nóng)民增收和蔬菜供應(yīng)［2］。磷是作物的糧食，是支撐作物生產(chǎn)、保障糧食安全的基本物質(zhì)基礎(chǔ)。而據(jù)全球農(nóng)田磷素養(yǎng)分平衡狀況分析，我國(guó)是土壤磷盈余最嚴(yán)重的國(guó)家之一［3］;2003－2011年，全國(guó)設(shè)施菜地磷盈余達(dá)到527．0kg/hm2，大量磷素盈余導(dǎo)致土壤磷素累積高，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)突顯［4］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)施菜地有效磷含量達(dá)179mg/kg，有些設(shè)施土壤有效磷含量甚至高達(dá)400mg/kg，遠(yuǎn)超過(guò)土壤磷素環(huán)境閾值46～58mg/kg［5］。越來(lái)越多研究證明，化肥或有機(jī)肥長(zhǎng)期過(guò)量投入，可能部分甚至完全導(dǎo)致土壤磷吸附量達(dá)到飽和，進(jìn)而改變土壤中磷素轉(zhuǎn)化的化學(xué)平衡，降低了土壤對(duì)磷的固持能力，導(dǎo)致磷素易隨雨水和灌溉水流失，造成水體污染［6－8］。而傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，磷在土壤溶液中擴(kuò)散速率較慢，且施入土壤的活性磷較短時(shí)間內(nèi)被土壤顆粒吸附或者通過(guò)結(jié)合態(tài)磷被土壤固定，導(dǎo)致磷素移動(dòng)性較差，不易從農(nóng)田土壤中損失。如何挖掘設(shè)施土壤累積態(tài)磷高效活化及循環(huán)利用潛力，提高設(shè)施土壤累積態(tài)磷利用率，是實(shí)現(xiàn)國(guó)家戰(zhàn)略－“雙減”目標(biāo)的有效途徑。

　　1材料和方法

　　1．1樣品采集

　　本研究以山東設(shè)施蔬菜主產(chǎn)市－壽光為研究區(qū)域，于2017年1－2月調(diào)查并采集150個(gè)設(shè)施蔬菜溫室土壤樣品，種植年限0－4年樣本50個(gè)(n=50)、4－9年40個(gè)(n=40)、9年以上60個(gè)(n=60)。所采集的樣品包括不同種植年限的設(shè)施菜地土樣共150個(gè)，按照蔬菜種類進(jìn)行布點(diǎn)，每10hm2布置1～2個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣，取樣位置位于垅上，且在設(shè)施作物中間。每個(gè)樣點(diǎn)用土鉆取0～30cm，30～60cm，60～90cm土壤。

　　1．2樣品處理

　　采集土壤樣品一部分于4℃下保存，預(yù)處理后用于土壤微生物量碳、磷分析，一部分風(fēng)干過(guò)2mm篩后保存，用于土壤全磷、有效磷、水溶性磷及微生物量磷以及水溶性碳、微生物量碳、有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定。

　　2結(jié)果與分析

　　2．1種植年限對(duì)設(shè)施蔬菜土壤不同剖面全磷含量的影響

　　圖1-A結(jié)果表明，在0～30cm土壤中，種植年限0－4年全磷含量為0．53～1．61g/kg，均值為1．11g/kg，47．62%土壤樣本全磷含量＞1．00g/kg;種植年限4－9年土壤全磷含量為0．67～2．81g/kg，均值為1．58g/kg，58．82%土壤樣本全磷含量＞1．00g/kg;種植年限在9年以上土壤全磷含量為1．29～3．09g/kg，均值為2．17g/kg，100%樣本全磷含量＞1．00g/kg。隨著種植年限增加，設(shè)施蔬菜0～30cm耕層土壤全磷含量不斷增加，種植年限9年以上的耕層土壤全磷較0－4年與4－9年含量普遍達(dá)顯著水平(P＜0．05)。

　　2．2種植年限對(duì)設(shè)施蔬菜土壤不同剖面有效磷含量的影響

　　從圖2-A可以看出，0～30cm土壤剖面土層中，隨著種植年限增加，土壤有效磷含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但是在種植年限4－9年與種植年限9年以上時(shí)土壤有效磷含量無(wú)顯著性差異;種植年限0－4年土壤有效磷變化為32．74～215．07mg/kg，均值為99．39mg/kg;種植年限4－9年土壤有效磷含量變化為70．99～332．63mg/kg，均值為172．84mg/kg;種植年限9年以上土壤有效磷變化為85．66～279．71mg/kg，均值為179．01mg/kg。

　　3討論與結(jié)論

　　集約化設(shè)施蔬菜土壤磷肥施用限量標(biāo)準(zhǔn)的制定是從源頭上控磷，在滿足作物養(yǎng)分需求的基礎(chǔ)上最大程度上減少土壤磷素的進(jìn)一步累積。本研究表明，山東壽光設(shè)施蔬菜土壤隨著種植年限增加，土壤耕層磷素大量累積，由于淋洗作用導(dǎo)致底層土壤磷含量呈增加趨勢(shì)。種植年限9年以上在深度0～30cm土壤中全磷含量高達(dá)2．17g/kg，100%樣本全磷含量＞1．00g/kg，全部樣本達(dá)到極高水平。而有效磷含量隨著種植年限的增加卻呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，結(jié)果表明，如果肥料投入量不變，化學(xué)循環(huán)中起著舉足輕重的作用，其生命活動(dòng)直接影響土壤磷素周轉(zhuǎn)及肥力水平。土壤磷轉(zhuǎn)化與周轉(zhuǎn)相關(guān)的功能微生物在有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷之間的轉(zhuǎn)化和有效性中起著重要作用，微生物是增強(qiáng)土壤磷活化和利用的“發(fā)動(dòng)機(jī)”［20］。在本研究中，隨種植年限增加耕層土壤微生物量磷含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。種植年限0－4年，4－9年的土壤微生物量磷變幅較大。在30～60cm，60～90cm土壤中，種植年限0－4年土壤微生物量磷低于種植年限4－9年，9年以上時(shí)，無(wú)顯著性差異。上述結(jié)果從側(cè)面進(jìn)一步論證了隨著種植年限的增加，土壤細(xì)菌數(shù)量先上升后下降，放線菌數(shù)量先迅速升高后保持相對(duì)穩(wěn)定，而真菌數(shù)量呈持續(xù)增加的趨勢(shì)［11］，表明隨種植年限增長(zhǎng)，設(shè)施菜地土壤微生物區(qū)系發(fā)生紊亂的理論。種植年限分別在0－4年，4－9年時(shí)其土壤微生物量磷含量隨土壤深度增加呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，但種植年限9年以上時(shí)整個(gè)剖面土壤其微生物含量在20mg/kg，在各土層間差異不顯著，表明多年種植后土壤剖面30～60cm，60～90cm中土壤微生物量磷含量有增加趨勢(shì)。通過(guò)上述結(jié)果可以推測(cè):在深層土壤中，累積的氮磷鉀含量達(dá)到適宜微生物生長(zhǎng)繁殖的濃度范圍時(shí)，將導(dǎo)致土壤微生物量磷呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。而本研究結(jié)果也表明，種植年限為0－4年，4－9年時(shí)土壤有效磷與土壤微生物量磷含量具有顯著正相關(guān)性，且呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系;而種植年限為9年以上時(shí)呈現(xiàn)二項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系。

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《不同種植年限設(shè)施菜地土壤微生物量磷變化特征及相關(guān)性分析》

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