控释肥养分释放对坡耕地土壤磷钾损失及花生产量的影响.pdf
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1、土 壤(Soils),2023,55(3):544553 基金项目:山东省重点研发计划项目(2022SFGC0305)、国家自然科学基金项目(42007091,32202601,42077061)、山东省高等学校青创人才引育计划(水土流失过程与生态调控)、山东省自然科学基金项目(ZR2020QC163)和大学生创新创业训练计划项目(S202110452039)资助。*通讯作者()作者简介:梁舒欣(2002),女,山东日照人,本科,主要从事土壤养分管理研究。E-mail: http:/ DOI:10.13758/ki.tr.2023.03.011 梁舒欣,耿怡爽,周春雨,等.控释肥养分释放对坡耕
2、地土壤磷钾损失及花生产量的影响.土壤,2023,55(3):544553.控释肥养分释放对坡耕地土壤磷钾损失及花生产量的影响 梁舒欣,耿怡爽,周春雨,常鹏宇,孙冬然,刘前进,杨修一,耿计彪*(山东省水土保持与环境保育重点实验室,临沂大学资源环境学院,山东临沂 276005)摘 要:以沂蒙山区坡耕地花生为研究对象,探究控释肥养分释放对土壤磷钾流失特征、花生产量及磷钾利用率的影响。试验设 5 个处理,分别为全量和减量 30%控释肥(CRF1、CRF2),全量和减量 30%普通复合肥(CF1、CF2)及不施肥处理(CK)。结果表明:控释肥在田间土壤中的释放规律与花生植株磷钾吸收特征曲线相吻合,配合土
3、壤磷钾供应量,满足了不同时期花生植株养分需求。等量施肥下,控释肥处理荚果产量较普通复合肥处理显著增加 5.75%12.01%,且减量 30%控释肥处理较CF1 增产 3.75%;控释肥处理中植株磷钾吸收量分别较普通复合肥提高 11.46%11.78%和 10.44%12.38%,其中 CRF2 磷钾表观利用率最高,分别为 45.48%和 51.84%。土壤有效磷和速效钾含量均随土层深度的增加而下降,普通复合肥处理苗期0 40 cm 的表层土中有效磷含量高于控释肥处理,花针期以后趋势相反,但 40 cm 以下土层中各处理差异不显著;控释肥处理显著提高了花针期以后 0 60 cm 土层速效钾含量,
4、各处理不同时期 60 100 cm 土层速效钾差异不显著。前 3 次产流事件中,控释肥处理显著减少了地表径流水中有效磷和速效钾含量,各处理后期径流水中水溶性磷和钾含量降低且趋于稳定,处理间差异不显著。因此,控释肥能够减少坡耕地土壤有效磷和速效钾的径流和淋溶损失,提高花生养分利用率和产量,促进生态农业的可持续发展。关键词:控释肥;坡耕地;花生产量;磷钾利用率;径流损失 中图分类号:S145.6;S565.2 文献标志码:A Effect of Nutrient Release from Controlled-release Fertilizer on Phosphorus and Potassi
5、um Losses and Peanut Yield in Slope Field LIANG Shuxin,GENG Yishuang,ZHOU Chunyu,CHANG Pengyu,SUN Dongran,LIU Qianjin,YANG Xiuyi,GENG Jibiao*(Shandong Provincial Key Laboratory of Water and Soil Conservation and Environmental Protection,School of Resources and Environment,Linyi University,Linyi,Shan
6、dong 276005,China)Abstract:A field experiment was conducted on the slope field in Yimeng Mountain to explore the effects of nutrient release from controlled-release fertilizer on soil phosphorus(P)and potassium(K)losses,peanut yield and P and K use efficiency.Five treatments were set up including co
7、ntrolled-release fertilizer with full and reduced 30%of recommended fertilization rate(CRF1,CRF2),common compound fertilizer with full and reduced 30%of recommended fertilization rate(CF1,CF2),and no fertilization treatment as control(CK).The results show that the release patterns of CRFs are consis
8、tent with the absorption characteristics of P and K by peanut plants,and combined with the supply of P and K from soil,which can meet the nutrient requirements of peanut plants in different growth periods.Under the same fertilization rate,CRFs significantly increase peanut pod yields by 5.75%12.01%t
9、han CFs,meanwhile,CRF2 increases peanut pod yield by 3.75%than CF1.Compared with CFs,CRFs increase P and K uptake by peanut plants by 11.46%11.78%and 10.44%12.38%respectively,CRF2 has the highest P and K use efficiencies,which reach to 45.48%and 51.84%,respectively.The contents of soil available P a
10、nd K are decreased with the increase of soil depth,soil available P content in 040 cm is higher under CFs than CRFs at seeding stage,but opposite after pegging stage,and no significant difference is found below 40 cm among different treatments.CRF significantly increases soil 第 3 期 梁舒欣等:控释肥养分释放对坡耕地土
11、壤磷钾损失及花生产量的影响 545 http:/ available K content in 060 cm after the pegging stage,but no significant difference is found in soil available K content in 60100 cm at different stages.In the first three runoff events,CRFs significantly reduce available P and K contents in surface runoff water.Besides,wate
12、r-soluble P and K contents in runoff water are decreased and tend to be stable at the later stage under all treatments,and no significant difference is found among different treatments.Therefore,CRF can reduce runoff and leaching losses of soil available P and K,improve nutrient use efficiency and p
13、eanut yield,and thus promote sustainable development of ecological agriculture.Key words:Controlled-release fertilizer;Slope field;Peanut yield;Phosphorus and potassium use efficiency;Runoff loss 花生是我国重要的油料作物,施肥中氮肥用量较少,对磷和钾的需求较多1-2。磷是核酸、核蛋白、磷脂等的重要组分,参与花生体内的碳氮代谢过程,对花生根瘤固氮、光合作用、产量和品质形成具有重要作用3-4。合理施磷肥有
14、利于促进根系发育,增强叶片的光合性能,改善植株抗氧化特性,提高磷素利用效率5。施钾可显著提高油料作物的含油率,增加叶面积指数及净光合速率,促进蛋白质的合成与运转6-9,改善花生产量和品质10-11。但随集约化高产农业的推广应用,肥料的过量投入,易增加磷钾流失风险,导致地表水体富营养化10。沂蒙山区是北方土石山区的典型代表,坡耕地分布广泛,也是山东省的重要花生产区。坡耕地土壤抗侵蚀能力弱,保水保肥能力差,极易发生养分流失,导致土壤质量退化和生产力水平下降12,随径流损失的养分还加剧区域水体的富营养化13。控释肥可减小肥料对花生结瘤的抑制作用2,维持作物生长后期较高土壤养分含量,有利于提高养分的利
15、用效率,减少雨季磷钾的地表径流流失,降低农业面源污染14-15。关于控释肥对花生的生长发育、产量和养分积累的研究已经很多2,15-16,但对控释肥在田间土壤中的释放特征与花生养分吸收匹配程度的研究较少。因此,结合控释肥养分释放与花生养分吸收的相关性分析,研究控释肥对坡地土壤有效磷和速效钾时空迁移、地表径流水中有效磷和速效钾流失特征的影响,以期用新型肥料提高花生产量,减少农业面源污染,挖潜坡地产出率,为生态农业的可持续发展提供理论依据。1 材料与方法 1.1 试验地概况 试验地点位于山东省临沂市蒙阴县垛庄镇双河峪村,属温带大陆性季风气候,四季分明,作物生长季节的平均温度是 13.8,降水集中在
16、79 月,年降水量在800 mm以上。土壤类型以棕壤和褐土为主,坡耕地面积广大,夏季集中性降水易造成水土流失。试验土壤含70.8%的砂砾、26.1%的粉粒和0.7%的黏粒,为砂质壤土。土壤硝态氮含量 19.42 mg/kg,铵态氮 12.89 mg/kg,有效磷 14.01 mg/kg,速效钾55.67 mg/kg,有机质 8.2 g/kg,全氮 0.71 g/kg。1.2 试验设计 试验于2021年48月进行,采用随机区组设计,设置5个处理:一次基施120 kg/hm2控释复合肥(当地习惯施肥量),CRF1;一次基施减量 30%的控释复合肥(84 kg/hm2),CRF2;一次基施 120
17、kg/hm2普通复合肥,CF1;一次基施减量 30%的普通复合肥 84kg/hm2,CF2;不施肥,CK;每处理重复 3次。控释复合肥包膜材料为聚氨酯,NP2O5K2O=151515,释放周期约为 3 个月;普通复合肥NP2O5K2O=151515,水溶性强(第一天溶解率100%)。不同肥料释放周期和释放速率如图 1 所示。图 1 供试肥料在 25 静水中的释放速率 Fig.1 Release rates of different fertilizers in water at 25 试验小区长 10 m,宽 1.6 m,坡度 12,每个小区均起垄覆膜,种植两垄,垄高为 10 cm,垄宽为40
18、 cm。所有肥料均在播种前起垄时一次性条施,花生种苗在肥料一侧 5 cm 处。称量复合肥颗粒 10 g 放入长 12 cm、宽 10 cm 的尼龙网袋中。在播种行一侧10 cm 处挖一条深 10 cm、宽 14 cm 土沟,在沟底平铺 20 个肥料袋,并使网袋中的肥料颗粒均匀地分布在沟内的土壤上,覆土17。CRF1 和 CF1 处理下每垄施肥量为 0.64 kg,CRF2 和 CF2 处理下每垄施肥量546 土 壤 第 55 卷 http:/ 为 0.45 kg。小区周围用塑料隔板设置围梗,埋入地下 50 cm,出露地表 10 cm,防止小区间水分和养分发生交换。每个小区设置单独的径流池(深
19、80 cm,长和宽为 60 cm),在小区与径流池相连处,沿小区宽度方向设置集流槽,每个集流槽均设置“v”型出水口。各小区出水口高度保持一致,在集流槽的下部放置集流桶,用来收集径流水。试验过程中共有 10 次产流事件,每次降雨结束后,收集径流水。1.3 样品采集与测定方法 2021 年 4 月 26 日播种,在苗期(5 月 23 日,播种后 27 d)、开花下针期(6 月 26 日,播种后 60 d)、结荚期(7 月 24 日,播种后 88 d)和成熟期(8 月 28 日,播种后 123 d)分别取土壤、植株和肥料样品。土壤取样的位置是在花生的行间和株间各打两个点,取 4个土壤样品,充分混匀,
20、采用四分法取部分土带回实验室,进行测定。在各生育期,以 20 cm 为单位分层采取 0 100 cm 土壤样品,共 5 层样品。在不施肥处理下,植株的养分吸收主要来自土壤,因此把 CK 处理下的植株的磷素或钾素吸收总量作为土壤供磷钾量;普通复合肥施入土壤中迅速溶解于土壤内,难以区分肥料的释放量和土壤的供应量,因此将施肥后的土壤磷钾素供应量视为两者的供应总量;缓控释肥的肥料释放量采用“失重法”测定,在不同生长期挖取播种前铺设在沟底的肥料袋,每次连续取 3 个,带回实验室冲洗干净,烘干至恒重,失去的重量视为控释复合肥在土壤中的释放量,按照施肥量和释放率的乘积计算出控释复合肥在土壤中的供应量。每次采
21、集长势均匀的代表性植株 4 株,分地上和地下两部分,带回实验室后 105 杀青 30 min,然后 65 烘干至恒重。土壤和植株样品采集均在同一垄沟内,另一垄沟留作产量统计。每个小区收获一垄花生荚果,放在纱网袋中,进行晾晒、自然风干至恒重后用天平称量单株果重、饱果重、百果重和百仁重,然后计算产量。土壤有效磷测定采用 Olsen 法,速效钾采用1 mol/L NH4OAc 浸提火焰光度计法测定18。地表径流中水溶性磷采用钼蓝比色法测定,水溶性钾采用火焰光度法测定。磷(钾)养分吸收量=地上和地下部分磷(钾)含量植株量;磷(钾)养分当季利用率(%)=(施肥处理植株磷(钾)积累量不施肥处理植株磷(钾)
22、积累量)/养分投入量100。1.4 数据统计处理 使用 Microsoft Excel 2019 对数据进行预先处理,然后用 SAS 统计软件对数据进行多重比较分析,处理后的数据使用 SigmaPlot 12.5 进行制图。2 结果与分析 2.1 不同处理下氮肥的释放与利用率差异 不同施肥处理下氮素利用率存在差异(图 2),其中 CRF1 的氮素利用率为 52.34%,CRF2 的氮素利用率最高,达到了 60.47%;CF1 和 CF2 的氮素利用率分别为 37.41%和 39.66%。两个控释肥处理下的氮素利用率高于普通复合肥处理,并且 CRF 处理与 CF处理存在显著性差异(P0.05)。
23、(图中小写字母不同表示处理间差异达 PCRF1,结荚期时 CRF1 有效磷含量最高,达到 38.75 mg/kg,高于 CF2。苗期 20 40 cm 土壤中的有效磷含量高于其他时期;花针期和结荚期各处理间无显著差异;成熟期时,CRF1 处理下的有效磷含量最高。40 60 cm 土层中,结荚期CRF1CF1,其他生育期不同施肥处理下无显著差异。60 cm 以下土层的有效磷含量较低,且相对稳定,相同生育期内处理间差异不显著。第 3 期 梁舒欣等:控释肥养分释放对坡耕地土壤磷钾损失及花生产量的影响 547 http:/ 图 3 控释肥对坡耕地土壤有效磷时空变化特征的影响 Fig.3 Tempora
24、l and spatial variation characteristics of soil available P contents in slop fields under different fertilization treatments 2.3 控释肥对坡地土壤速效钾含量时空迁移特征的影响 各生育期 0 100 cm 土层速效钾含量在不施肥处理下处于最低水平,随着土层深度的增加,速效钾的含量逐渐下降。0 20 cm 土层中速效钾含量最高,20 40 cm 土层中速效钾含量迅速下降(图 4)。苗期和花针期 0 20 cm 土壤中各处理间速效钾含量无显著差异,分别保持在 77.19 8
25、8.07 mg/kg 和 58.62 63.9 mg/kg;结荚期表现为 CRFCF,CRF1 最高,为 88.47 mg/kg,CF2 最低,为 77.56 mg/kg;成熟期时为 CRF1 最高。20 40 cm 土层中,苗期时 CF1 和CF2 处理下的有效磷含量分别为 56.35 mg/kg 和53.38 mg/kg,显著高于 CRF1 和 CRF2;花针期各处理之间差异不明显;结荚期和成熟期,则表现为CRFCF。40 100 cm土层中,结荚期时 CRF1在 40 60 cm 土层中速效钾含量显著高于 CF2;其他不同生育期间相同深度下各处理间差异不显著,尤其是 60 100 cm
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