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近二十年来,我国蔬菜种植迅速发展。由于蔬菜较高的经济价值,种植者不合理施用磷肥造成菜园土壤磷素累积,对水体环境构成极大威胁。尽管当前很多菜园土壤有效磷含量已经远远超过以往认为施用磷肥无效的水平,但在实际生产中种植者依然发现“高磷累积的土壤(菜园土壤)施用磷肥依然有显著增产效果”。针对这种现象,我们认为迫切需要研究高磷菜园土壤磷素养分的高效管理问题。本文围绕高磷菜园土壤磷素养分管理应满足蔬菜正常生长的磷素条件并避免或降低土壤磷素损失的主要目标,从以下三方面进行了探讨,结果如下:
1.苏南地区菜园土壤磷素肥力状况、养分管理及环境风险
通过对苏南地区菜园土壤的调查,比较了露地菜园、保护地菜园和稻麦田土壤磷素肥力、养分管理及其潜在的环境风险,结果表明:蔬菜收获后大部分菜园土壤处于高磷水平,土壤Olsen-P高于60 mg kg-1的露地菜园占78.2%,保护地菜园占97.3%,而稻麦田仅占9.26%;60.7%露地菜园和84.9%保护地菜园的土壤Olsen-P高于90 mg kg-1,但稻麦田土壤有效磷含量均低于该值。问卷调查的结果显示:露地和保护地蔬菜种植平均每季磷肥(P)投入量分别为72.9和87.8kg ha-1,磷肥盈余量分别为40.6和55.5 kg ha-1,对附近水体构成潜在威胁。
2.蔬菜生长介质磷素条件及其与土壤磷素环境阈值间的关系
采用盆栽试验,在高磷菜园土(Olsen-P为117 mg kg-1)上种植小白菜和苋菜,施用0、21.8、43.7、87.3和175 mg kg-1磷肥(P),研究了高磷土壤施用磷肥对小白菜和苋菜产量及肥料利用率的影响。结果表明:与不施用磷肥相比,在高磷土壤上施用21.8、43.7和87.3 mg kg-1磷肥(P)没有提高小白菜和苋菜产量,施用175 mg kg-1磷肥(P)对小白菜有显著增产效果,但对苋菜没有增产效果;施用175 mg kg-1磷肥(P)处理小白菜和苋菜地上部磷积累量均最高,且分别显著高于对应的不施用磷肥处理;种植小白菜各施磷肥处理间磷肥利用率没有统计上的差异,施用21.8 mg kg-1磷肥(P)处理的磷肥利用率为6.70%,种植小白菜其它处理和种植苋菜的所有处理磷肥利用率均低于5%;随着磷肥施用量的增加,小白菜体内P利用效率有下降的趋势;与不施磷肥处理相比,各施磷肥处理没有改变苋菜体内磷素利用效率。
通过在Olsen-P为14.7,23.8,45.3,54.6,74.2,101和117 mg kg-17种土壤上种植苋菜,且分施磷肥与不施磷肥处理。研究了苋菜产量、土壤Olsen-P和CaCl2-P三者之间的关系,也比较了苋菜生长所需磷素条件与环境阈值间的差异。结果表明苋菜产量与Olsen-P存在显著相关;土壤Olsen-P与CaCl2-P存在极显著正相关,随着Olsen-P的增加CaCl2-P也增加,在盆栽试验和田间调查结果中,当Olsen-P分别在53.8和55.9 mg kg-1以上时土壤CaCl2-P快速增加,这两点即磷素的突变点;获得苋菜最高产量85%和95%分别要求土壤Olsen-P为91.2 mg kg-1和101 mg kg-1,当土壤Olsen-P为74.2 mg kg-1时施用175 mg kg-1磷肥(P)仍然有显著增产效果,表明苋菜生长所需外界磷素条件高于环境风险阈值(Olsen-P为53.8或55.9 mg kg-1)。离子耗竭试验结果表明苗龄21天苋菜的Cmin加为1.55μmolL-1 P,远高于其它作物,可更好地解释苋菜正常生长的磷素条件超过土壤磷素淋失环境阈值的原因。理解苋菜磷素营养农艺要求与磷素淋失环境阈值间的关系有助于更好地管理高磷菜园土壤磷素养分。
3.高磷菜园土壤生物降磷
通过盆栽试验,比较了14种供试作物降低高磷菜园土壤(Olsen-P为117 mgkg-1土或CaCl2-P为9.38 mg kg-1土)有效磷/水溶性磷的能力。结果表明,种植黑麦草的土壤Olsen-P的降幅最大,达到51.1 mg kg-1;种植玉米处理降磷量为35.5 mgkg-1;而蔬菜中降磷量最高的苋菜处理,降磷量仅为15.1 mg kg-1,显著低于种植黑麦草和玉米处理。种植黑麦草处理土壤CaCl2-P含量最低,为0.610 mg kg-1;种植玉米处理土壤CaCl2-P为0.804 mg kg-1,均远低于对照土壤9.38 mg kg-1。种植苋菜后的土壤CaCl2-P含量在所有蔬菜处理中最低,为6.88 mg kg-1;虽显著低于对照及大部分种植蔬菜处理,但远高于种植黑麦草和苋菜处理。黑麦草吸磷量最高,显著高于种植其它作物处理;其次是玉米,也显著高于所有蔬菜处理;而苋菜吸磷(P)量在所有蔬菜处理中最高,仅为33.7 mg/盆,分别是黑麦草和玉米的14.5%和37.5%。当作物磷带走量增加时,土壤Olsen-P和CaCl2-P下降,从而使土壤磷素的环境风险降低。土壤CaCl2-P与Olsen-P呈显著相关,表明随土壤Olsen-P含量增加,土壤CaCl2-P含量也增加,导致磷素的环境风险加大。由上可得,筛选磷带走量高的作物并合理种植是进行高磷土壤降磷成效与否的关键。当前,甜玉米作为一种蔬菜在市场上极受青睐,不仅具有较好的经济价值,而且降磷效果显著,可考虑用于高磷菜园降低土壤有效磷/水溶性磷含量的管理。
通过土壤培养试验,探讨了微生物固磷机制降低高磷菜园土壤有效磷的作用。结果显示,高磷土壤添加柠檬酸钠盐调节土壤C:P比例大于300,土壤微生物活性显著增强,这为微生物固磷提供了可能。然而,本研究高磷土壤添加柠檬酸钠盐没有降低反而显著提高了土壤有效磷含量。通过土壤生物作用进行降磷的机制研究尚待深入进行。