全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
农业系统中磷肥残效及磷循环研究 作物吸
磷
、
磷肥残效及土壤有效磷变化
’
沈善敏 殷秀岩 张 璐 冲国科学院沈阳应用生态研究所
, 沈阳 ,
摘要 在碳酸盐褐色土上的 年试验表明 , 总施肥量相同情况下 , 年一次大剂量和每年小剂量
两种施磷方式的作物增产效果相似而以后者略高 , 但后者在提高土壤有效磷方面明显优 于 前 者
在碳酸盐褐色土上一次施磷的残效至少可持续 年以上 , 虽然大剂量施 磷 第 年的 利 用 率 仅 为
, 但 年累加利用率可达 土壤中残留肥料磷进入速效库的比例以每年小剂量处理较 高 ,
施肥第 年该比例为 一次大剂量施肥后 年只有 的残留肥料磷进入速效库
关键词 磷 残效 磷循环
,
,
, , 们 一 , , 一
。
一一
,
,
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, 、
,
, ,
引 言
农业系统中磷循环研究的发展颇不平衡
对于作物吸磷量 、 作物对 当季磷肥 的 利 用 率
等 , 本世纪早期以来便有广泛的试验研究 关
于磷肥残效 , 则直至 。年代方材一批 田间试验
先后发表了各自的研究结果 〔’一 “
’ ’“ 对于磷
在食物消费和饲养环中的损失 、 残留肥料磷在
土壤中的有效性转化等 , 虽有一些研究 , 但依
然所知甚少 ‘ ’
自 年起 , 一组有关磷肥残效和磷循环
荟 国家“ 七 五 ”科技攻关项 口《 旱 农 》子课 题 。
本文于 。。 年 月 日收到
研究的中长期试验在辽宁省喀左县的中国科学
院沈阳应用生态研究所下河套工作站进行 , 至
年已完成第 个施肥周期的试验研究 本
篇为该项研究的首篇报道 , 着重报告不同施肥
制度下的作物吸磷量 、 磷肥残效和残效迭加效
应以及不同施肥制度下土壤有效磷库发展变化
等
’
研究结果
试验地点自然条件
喀左县的平均年降水 量 约 , 干燥
度 二, 属半湿润一半干旱过渡地带 。 试验地位
于河流冲积阶地 , 土壤为碳酸盐褐色土 耕作
,
期 沈善敏等 农业系统中磷肥残效及磷循环研究
层土 壤 有 机 质 含 量 , 全 , 全
, 速效 , 代换 ,
, 质地为重壤 年以前 , 这里从 未 施
过化学磷肥
研究方法
门 田间试验
田间试验自 年开始 , 设计为中长期试 验 , 以
观测不同施肥处理的中长期效应并借以研究磷 及其他
营养元素在不同施肥制度下的 循 环 规 律 设 个 处
理 对照 , 不施磷 磷肥 小 剂 量 , 每 年 施
用 , 年施量为 磷肥大剂量 , 每
年施用 次 , 年首次施用 , 一次施量
丁 磷肥用量同处理 , 同时 , 本处理每年收获
籽实的 和大豆 、 玉米秸秆的全部经粉碎后分别用
以喂猪和垫圈 , 猪粪经堆腐后于翌年春季作基肥 返回
本处理 因此 , 本处理自 年起每年施用猪 圈肥
重复 次 , 分别种植大豆 铁丰 号 、 玉米 丹
玉 号 和高粱 辽宁
一
号 , 并以此顺序 轮 作 小 区
面积。
供试磷肥为南京永利化肥厂产过磷酸钙 , 经 实测
含 为使每年用肥的质量相 同 , 试 验区
的每年用肥均来自同批产品
除大豆外 , 个处理的玉米 、 高粱每年均追 施氮
肥 尿素 , 用量
干早年份 , 试验沟灌补水 试验期间 , 玉 米 、 高
粱生长正常 , 惟大豆 自 年以后每有不同程度 根腐
病发生 , 处理 尤为严重 , 影响产量
各小区籽实及秸秆产量均分别计重 另选 取代表
株用于测定籽实及秸秆养分含量 大豆收割时叶 片已
大部凋落 , 故大豆秸秆产量中未包括落叶 量
分析方法
土壤全 一一凯氏法 全 一一 融熔 , 铂
锑抗还原比色法 全 一一 融熔 , 火焰光度法 ,
代换 一一 浸提 , 火焰光度法 , 速效 一一
浸提 , 铂兰 比色 法 植 物 全 一一凯氏
法 , 全 一一硫 酸消解 , 钥兰比色法 , 全 一一三 酸
消解 , 火焰光度法
结果与讨论
作物产量
一 年 , 个处理 种作物的每年
平均产量和每种作物的 年平均产量分别列于
表 与 。 前者在于比较不同施肥处理每年的
作物产量差异 , 后者着重观察 种作物分别对
磷肥和猪 圈肥的反应 。
由表 与 可见 在土壤速效磷含量
为 一 情况下 , 磷肥对 种作物均具 有
极好的增产作用 年平均增产 上下 表
, 高粱和玉米的增产幅度又 高 于 大 豆 表
若以每公斤肥料磷 增产籽实 的 公斤
数表示 , 则处理 五 的 年平均为大豆 、 玉米
、 高粱 这一数字远高于一般肥料试验
的结果 , 它显然包括了磷肥的残效 。 每年
小剂量 处理 卫 和 年 次大剂 量 处理 皿 两
表 不同施肥处理 种作物平均风干产皿
卜 一 介 加
产品 处理号 施肥处理 年 份 平 均
即 到
。
匀
以对照为
籽实 对 照
。 ·
每 年
每 年 嫂 ,
每年猪圈肥幻
对照
·
每 年 ‘ 吨
每 年 ,
每年猪圈肥
口
枯秆
丁
,
,
。
,
应 用 生 态 学 报 卷
祠。卜﹄口月
山工口咬
平均年收获磷量
的﹄口卜风。叻净卜记月山
年收获磷量年 份
尸日祠招甸白处理号
了 。 。 了 。
· · · · · · · 兀 ·
。。 。 。 吸。 。 。 。 一
。 了 了 。
表 一 年不同施肥处理作物籽实及秸秆平均含
确浓度
一
处理号 大豆 玉米 高粱
一 籽实 桔秆 籽实 枯秆 籽实 秸秆
。
八任,土‘孟山
⋯
︸︺
种磷肥施用方式在碳酸盐褐色土上的作物平均
增产效果几乎相似 , 虽然每年小剂量的施用效
果更好一些一次大剂量施磷在头 年中作物产
表 一 年不 同施肥处理大豆 、 玉米 、 离粱 年平
均风干产 带
一
吕一 ·
处理号 大豆 玉米 高粱
一 籽实 秸秆 籽实 秸秆 籽实 秸秆
。
了 ‘
了
餐 风干大豆 、 玉米 、 高粱的烘千率分别为 籽实 , 。 。、
了、 , 秸秆 , 、 、
量明显高于每年小剂量的 , 但以后逐渐为每年
小剂量所超越 从试验中可以清楚看出一次施
磷后极持久的残效 即使在施磷后的第 年 ,
较不施磷对照依然有明显的增产效果 施
用化肥配合猪圈肥回田 处理 , 在 年中获
得了最高的籽实产量 玉米超过 , 高粱
接近 , 大豆也超过了 。 犬豆在本试
验的后期因每年染病而产量下降 对照区近
年的大豆产量不过 一 磷肥处理
产量可上升至 一 处理 产量则
可达 一 , 病情明显轻于其他处
理 。 本试验设计了较低的磷肥用量 , 平均
年施用量不过 或每亩不足
但 种作物 年平 均 产 量 以处理 五为
例 玉米 、 高粱 , 均达到了高 产 水
平 大豆产量 年平均 , 也达到 了 丰
产水平 , 如后期无病 , 产量不难超过
上述结果表明 , 就这一地区农田的磷肥用量而
言 , 每年不低于 , 大致可保证 作物
高产的需磷要求 , 如同时每年施用农家肥 , 磷
肥用量还略可减少
作物吸磷量
根据作物收获产量 、 收获产品的干率以及
产品的含磷浓度 , 便可算得作物收获磷量 本
节讨论的作物吸磷量不包括作物残茬和根系中
的磷 在本试验中 , 收获产品分为籽实和秸秆
两部分 , 后者包括茎 、 叶 、 穗皮 、 豆荚等 由
于大豆收获时已落叶 , 因此收获磷量要比大豆
地上部分的含磷量约低 不过由于每处理
的 个小区中大豆只 占一区 , 且大豆的收获磷
量又显著低于玉米 、 高粱 , 因此对于计算这
种作物平均收获磷量不会带来太大差误
由表 可见 , 各处理收获磷量之间的差异
与产量之间的差异 表 是相似的 , 不过前者
的差异程度远较后者为大 例如 , 处理 卫平均
年收获磷量是处理 工 对照 的 表 , 但
产量仅为对照的 表 处理 平 均 年
收获磷量为对照的两倍 , 但产量仅 为 对 照 的
说明作物籽实产量的增长与磷的 消 费
是不等比例的 每一成籽实产量的增长 , 需要
消费一成以上的磷量 , 这是因为磷供应状况的
改善提高了作物产量的同时 , 也提高了产品中
磷浓度的缘故 表
表 不同施肥处理作物收获产品中含磷皿
。
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万
比较作物之间的年收获磷量 表 , 则玉
,
切 沈善敏等 农业系统中磷肥残效及磷循环研究
表 飞 一 年不同施肥处理大豆 、 玉米 、 离粱平均年收获确
, 一 ·
大 豆 玉 米 高 粱
处理号
。
籽实 秸秆 合计 籽实 秸秆 合计
〕、〕
籽实 秸秆 合计
。
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⋯
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孟︸峡内八‘月‘山
⋯
,
二通八乙。
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米和高粱是相似的 , 在高产情况下 , 平均每年
一 大 豆 产 量 低得多 , 年 收 获
磷量即使在高产情况下也不过是玉米 、 高粱的
当产量为中等水平时 , 只及玉 米 、 高 粱
的一半 大豆茬具有较高肥力 , 通常认为是由
于大豆改善了土壤的氮素供应状况 现从大豆
收获磷量显著低于玉米 、 高梁这一情况判断 ,
豆茬土壤的供磷状 况也可能优于玉 米 和 高 粱
茬 。
磷肥利用率 、 磷肥残效和残效迭加
严格地说 , 计算磷肥利用率应先测定并计
算出作物的吸磷量 , 后者除收获磷量外 , 还应
包括作物残茬及根系的磷 不过从 研 究 农 田
养分收支的角度来说 , 以收获养分量计算农 田
养分移出量和肥料利用率 , 既有其方便之处 ,
又切合研究农 田养分循环平衡的本意 因此 ,
本文计算磷肥利用率 , 是 以表 中的作物收获
磷量为根据 , 结果如表 所示
表 不同施肥处理肥料确的表观利用率
处 理号
一
年 份 平均或累加
—
。
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。 苦
。 肠芳
‘
百且开
年平均值 , 井份 年累加值 。
表 中处理 是以每年磷肥用量
为计算基数 , 处理 、 是以 年第
次施磷量 为计算基数 对于
处理 , 这一计算方法有其不合理之处 , 因为
通过饲养 一堆腐环而循环再利用的磷并非 全 部
来 自肥料 , 其中约 的磷来白土壤 , 但通过
处理 皿 、 比较 , 也可看出收获产品中的养分
如能得 以循环再利用 , 对于提高系统中养分的
利用效率是何等地具有重要意义 。
比较表中处理 且 、 皿 的磷肥利用率还可看
出以下几点 作物对磷肥的利用显然与磷
肥的施用量有关 , 在本试验中 , 施用量少则利
用率高 , 用量仅为 的当季利用率
可高达 以上 反之则低 , 施量为
的当季利用率仅为 这一结 果 与 其
他许多实验的结果是一致的 从历年磷肥
利用率的发展变化 , 也可看出磷肥在供试土壤
上的明显残效和残效迭加效应 例如处理 皿 自
年一次性施磷后 , 每年仍有占施入磷量
一 的磷被作物吸收 , 表明磷肥残效在这一
土壤上的持续性 处理 兀随磷肥使用年限延长 ,
当季磷肥的表观利用率有不断增长趋势 , 可以
证明多次施磷的残效有着不断迭加的作用 , 这
与某些长期试验的结果 相一致 〔‘ ’ 通 常
由于只往意磷肥 当年的利用率 , 因此在人们的
印象中磷肥利用率极低 , 但如考虑到磷肥的残
效 , 则磷肥的总利用率其实并不很低 。 在本试
验中 , 两种不 同施肥方式的磷肥利用率 年平
均或累加可达 上下 , 如试验的年数延长 ,
利用率还会进一步提高 。
土壤速效磷变化及残留肥料磷在土 壤 中
的有效性转化
表 列出了各处理试验开始前 、 第一次施
用磷肥后 当年以及历年作物收获后耕层土壤的
,
加 应 用 生 态 学 报
裹 不同施肥处理耕层土坡 一 速效礴含 变化
卷
处理号 年 份
。 。 。 。 。 。 。
。
。
。
。
一﹄厅‘勺性丁
速效磷含量 衡的影响 每年施用小剂量磷肥 处理 五 年
试验地过去每年施用农家肥和氮肥 , 但从 中土壤速效磷浓度有了明显提高 , 平均每年约
未施用过磷肥 由于每年施用农家肥 , 该土壤 增长 , 至 年已上升至 每
保持了低水平的速效磷浓度 , 属于缺磷但并非 年一次大剂量施磷的方法虽然在作物产量方面
严重贫磷 仅略较每年小剂量逊色 , 但对于建立土壤速效
不 同施肥处理经若干年后 , 土壤速效磷含 磷库显然远不如每年小剂量 一次大剂量施磷
量有了明显变化 对照处理在连续几年只施用 配合每年施用猪 圈肥可显著改善土壤的速效磷
氮而不施磷肥情况下土壤速效磷含 量 不 断 下 浓度 , 其平均效果可优于每年小剂 量 磷 肥 处
降 , 下降速率约每年 , 年 以 后 理 。
降至 以下 , 接近严重贫磷状态 , 这一情 根据磷肥用量 、 作物收获磷量以及土壤速
况可以说明通过施用农家肥而维持的低水平速 效磷库在 年中的增减量 , 便可估算土壤中残
效磷库十分脆弱 , 经不起长时间磷素收支不平 留肥料磷的有效性转化 表 。
表 一 年两种确肥施用方法耕层土坡中残留肥料确转化
年中耕层土壤速效磷库增减 年中残留肥料磷进入土壤迟效磷库
占残留肥 料磷 占残留肥料磷
一 。 ,
二
一
为 吕 一
八‘洲罗﹀年作物吸磷量︵工﹄鸳
山工口,叫的。国
耕层土壤残留肥料磷
汽闷,己口为以公︶一
白工祠自口州洲目已为
年作物吸肥料磷
·口月山切国
闰记祠。口山
山。﹃工
年磷用量之祠口山日招卜白处理号
。
。
。
。
。
。
。
。 。
。
。 十
。
。
百且
土壤迟效磷库是指土城速效磷以外的磷贮 量 。
由表 可见 , 每年小剂量磷肥处理 年总
计施磷 , 其中 为作物所利
用 , 留存耕层土壤之中 , 根据耕 层 土
壤速效磷库增长情况可估算出有 进入
了速效磷库 , 占残留量的 , 其余则进入了
迟效磷库 同样可计算得一次大剂量施磷经过
年之后 , 残留肥料磷中仅 进入了
速效库 , 其余绝大部分均进入了迟效库 可见
肥料磷在这一土壤中留存的时间愈长 , 进入速
效库的比例也就愈小 。 〔“ 了 总结 洛
桑试验站的一些短期和长期试验结果后认为 ,
短期施肥后可有较高比例的肥料残磷进入速效
库 如 年 , 但长期施肥该比例 明 显下
降 , 两者的规律是相同的
,
期 沈善敏等 农业系统中磷肥残效及磷循环研究
结 论
连续 年的田间试验表明 , 磷肥在一缺磷
但并非严重贫磷的碳酸盐褐色土上具有极好的
增产作用 年累计 , 每公斤肥料磷 可增
产大豆 或玉米 或高粱 , 远高
于一般的试验结果 。 这是因为连续多年试验包
含了磷肥残效在内之故
本试验设计的磷肥用量为 低 量 , 平
均每年仅 , 约相当于一季丰产作物
的收获磷量 这一磷肥用量 , 在每年配合施用
氮肥但不施用有机肥情况下 , 基本可维持作物
丰产高产需要 , 年玉米平均产量 达 ,
高粱 , 大豆 同时 , 耕 层 土 壤
的速效磷状况在 年中也不断有所改善 。
磷肥在本供试土壤上的残效至少可 持 续
年以上 如果计算进磷肥的残效 , 磷肥的利
用率并非如通常认识的那样低 , 例 如 本 试 验
中 一 次 大 剂量磷肥的当年利用率仅为 ,
但 年总利用率则可达 连续多年施用磷
肥 , 则由于残效的迭加作用 , 可使 当季磷肥的
表观利用率逐渐提高 , 例如本试验中每年小剂
量磷肥的当季利用率开 始 几 年 为 上下 ,
、 年之后可提高至 。
由于磷肥在本类土壤上持多的 残 效 , 每
年小剂量和 年一次大剂量两种施磷方式的作
物增尸效果十分近 似 , 而以每年小剂量略好
但对于改善土壤速效磷状况 , 则以每年小剂最
施磷优于 年一次大剂量
。 初步的估测表明 , 在短期施肥 情 况下 ,
土壤中残留肥料磷也只有少部分转 入 速 效 磷
库 , 时间愈久 , 这一比例愈小 在本试验中 ,
连续 年每年小剂量施磷时 , 有 的残磷进
入速效库 , 一次犬剂量施磷 年后 , 只有
的残磷进入速效库 。
今 考 文 做
沈善敏 。 。 论我国磷肥生产与应用对策 。 土坡通
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