中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (14): 2805-2820.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.14.008
郭斗斗1,2(), 张珂珂1,2, 黄绍敏1,2,*(
), 宋晓1,2, 张水清1,2, 岳克1,2, 丁世杰1,2, 郭腾飞1,2
收稿日期:
2024-09-13
接受日期:
2025-02-09
出版日期:
2025-07-17
发布日期:
2025-07-17
通信作者:
联系方式:
郭斗斗,E-mail:guodoudou_822@163.com。
基金资助:
GUO DouDou1,2(), ZHANG KeKe1,2, HUANG ShaoMin1,2,*(
), SONG Xiao1,2, ZHANG ShuiQing1,2, YUE Ke1,2, DING ShiJie1,2, GUO TengFei1,2
Received:
2024-09-13
Accepted:
2025-02-09
Published:
2025-07-17
Online:
2025-07-17
摘要:
【目的】通过长期试验分析施肥对潮土磷素吸附-解吸特性的作用,揭示不同施肥措施如何影响磷素有效性,以期为磷素的高效利用提供理论依据。【方法】基于“国家潮土肥力与肥料效益长期定位试验基地”,对连续试验31年的7个典型施肥处理(只施氮肥(N2)、只施氮钾肥(N2K)、低量氮肥+磷钾肥(N1PK)、中量氮肥+磷钾肥(N2PK)、高量氮肥+磷钾肥(N4PK)、氮磷钾肥+有机肥(N2PK+M)、氮磷钾肥+玉米秸秆还田(N2PK+S))的土壤进行等温吸附-解吸试验,通过Langmuir方程分析施肥对磷素吸附-解吸特性参数的影响,并用冗余分析(RDA)中的层次分割(HP)模型量化土壤理化属性对关键参数的影响程度。【结果】随外源磷量增加,土壤磷吸附量上升而吸附率下降。只施化肥处理土壤磷吸附率(Ar)高于有机无机配施处理。吸附亲和力常数(Ka)以不施磷肥处理最高,长期化肥处理次之,有机无机配施处理最低。土壤最大吸附磷量(Qm)和最大缓冲容量(MBC)均以N2PK处理最高,与之相比,N2PK+M、N2PK+S、N2和N2K处理的Qm分别减少13.7%、16.0%、22.8%和21.5%,以无磷处理最低;MBC分别减少26.8%、28.4%、15.6%和11.7%,以有机无机配施处理最低。N2PK+M处理磷素吸附饱和度(DPS)达到21.3%,显著高于其他处理,其次为N4PK和N2PK+S处理。磷解吸量随溶液磷浓度的增加而上升,解吸率则下降。N2PK+M处理的磷解吸能力远高于其他处理,其最大解吸磷量(Dm)、解吸率(Dr)和易解吸磷量(RDP)均最高。N2K处理Dm值最低,而N1PK处理Dr和RDP值最低。基于层次分割模型的理化因子排序结果显示,TP、Olsen-P、ExCa、CaCO3和SOM是影响磷吸附参数的前5个因素,贡献率分别为18.0%、16.0%、12.6%、11.4%和8.8%;Olsen-P、TN、ExCa、SOM和AN是影响磷解吸参数的前5个因素,贡献率分别为17.9%、12.9%、12.6%、9.8%和9.0%。【结论】长期只施氮磷钾化肥提高了潮土磷吸附强度,降低了磷素解吸能力,且氮磷比低的土壤解磷能力更低;添加有机肥可降低磷吸附能力并提高解吸能力,但过量施用可能导致磷素流失;添加秸秆可降低土壤吸磷能力,是提高磷素活性的有效措施。土壤有效磷和交换性钙是影响潮土磷吸附解吸特征的主要因素。此外,全磷的增加有助于降低磷吸附能力,而全氮的增加有助于提升磷解吸能力。
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表1
31年间不同施肥处理平均每年投入养分量"
处理 Treatment | 化肥 Chemical fertilizer (kg∙hm-2) | 有机肥 Organic fertilizer (kg∙hm-2) | 玉米秸秆 Maize straw (kg∙hm-2) | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
N | P | K | N | P | K | N | P | K | |||
N2 | 352.5 | 0.0 | 0.0 | ||||||||
N2K | 352.5 | 0.0 | 146.3 | ||||||||
N1PK | 85.3 | 77.0 | 146.3 | ||||||||
N2PK | 352.5 | 77.0 | 146.3 | ||||||||
N4PK | 388.5 | 103.0 | 195.8 | 111.8 | 68.8 | 84.2 | |||||
N2PK+M | 274.3 | 77.0 | 146.3 | 115.5 | 68.2 | 88.3 | |||||
N2PK+S | 274.3 | 77.0 | 146.3 | 77.1 | 10.9 | 166.1 |
表2
长期不同施肥处理下潮土理化性质"
处理 Treatment | 有机质 Organic matter (g∙kg-1) | 速效磷 Olsen- P (mg∙kg-1) | 全磷 Total P (g∙kg-1) | pH | 碳酸钙 CaCO3 (g∙kg-1) | 交换性钙 Exchangeable calcium (g∙kg-1) | 黏粒含量 Clay (%) | 全氮 Total N (g∙kg-1) | 碱解氮 Alkaline nitrogen (mg∙kg-1) | 速效钾 Available K (mg∙kg-1) | 全钾 Total K (g∙kg-1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
N2 | 13.5bc | 2.5e | 0.57e | 8.29a | 66.8ab | 1.79d | 18.94a | 0.72e | 69.3d | 70.5f | 16.1a |
N2K | 11.3d | 2.9e | 0.60e | 8.30a | 70.3a | 1.83d | 17.69ab | 0.84de | 82.3bc | 165.3b | 16.6a |
N1PK | 12.4cd | 30.6c | 1.07c | 8.27ab | 71.4a | 1.88d | 15.74b | 0.89d | 75.5cd | 120.1d | 16.5a |
N2PK | 14.9b | 22.5d | 0.99d | 8.22bc | 71.6a | 2.10c | 18.74a | 0.93cd | 71.1cd | 99.7e | 16.3a |
N4PK | 20.2a | 38.1b | 1.43a | 8.17cd | 59.5c | 2.59c | 17.41ab | 1.20b | 92.8ab | 109.4de | 16.5a |
N2PK+M | 21.4a | 68.8a | 1.31b | 8.15cd | 59.1c | 3.29b | 18.65a | 1.35a | 99.6a | 181.3a | 16.5a |
N2PK+S | 20.6a | 27.7c | 1.05c | 8.14d | 61.5bc | 3.41a | 17.85a | 1.06c | 92.4ab | 149.4c | 16.6a |
表3
不同施肥处理土壤磷等温吸附方程及参数"
处理 Treatment | Langmuir方程 Langmuir adsorption equation | R2 | 吸附亲和力常数 Adsorption affinity constant (Ka) | 最大吸磷量 Maximum P adsorption capacity, Qm (mg∙kg-1) | 最大缓冲容量 Maximum buffer capacity, MBC (mg∙kg-1) | 磷素吸附饱和度 Degree of P saturation, DPS (%) |
---|---|---|---|---|---|---|
N2 | C/Q = 0.00505 C+0.0329 | 0.976 | 0.153a | 198.0cd | 30.4c | 0.66e |
N2K | C/Q = 0.00513 C+0.0315 | 0.982 | 0.163a | 194.8d | 31.8bc | 0.21e |
N1PK | C/Q = 0.00415 C+0.0296 | 0.954 | 0.140ab | 240.9ab | 33.8ab | 6.64d |
N2PK | C/Q = 0.00396 C+0.0278 | 0.963 | 0.143ab | 252.3a | 36.0a | 6.42d |
N4PK | C/Q = 0.00422 C+0.0307 | 0.973 | 0.137ab | 237.2ab | 32.5bc | 9.53b |
N2PK+M | C/Q = 0.00549 C+0.0380 | 0.978 | 0.121b | 217.6bc | 26.3d | 21.23a |
N2PK+S | C/Q = 0.00472 C+0.0388 | 0.939 | 0.122b | 211.9cd | 25.8d | 7.79c |
表4
土壤磷等温解吸方程及参数"
处理 Treatment | Langmuir方程 Langmuir adsorption equation | R2 | 磷解吸常数 P desorption constant, Kd | 最大解吸磷量 Maximum P desorption amount, Dm (mg∙kg-1) | 平均解吸率 Average of P desorption rate, Dr (%) | 易解吸磷量 Readily desorption P, RDP (mg∙kg-1) |
---|---|---|---|---|---|---|
N2 | C/D = 0.03056 C+0.2375 | 0.978 | 0.129d | 30.6bc | 15.5c | 5.6bc |
N2K | C/D = 0.03411 C+0.1412 | 0.910 | 0.242bc | 29.3c | 15.6c | 4.3c |
N1PK | C/D = 0.02891 C+0.292 | 0.881 | 0.126d | 34.7ab | 14.7d | 3.0c |
N2PK | C/D = 0.03212 C+0.0624 | 0.931 | 0.515a | 31.1bc | 18.9b | 5.4bc |
N4PK | C/D = 0.02902 C+0.0971 | 0.823 | 0.299b | 34.5ab | 20.3b | 5.9bc |
N2PK+M | C/D = 0.02708 C+0.0475 | 0.874 | 0.570a | 37.4a | 30.3a | 8.3a |
N2PK+S | C/D = 0.03059 C+0.1621 | 0.866 | 0.189cd | 33.2abc | 19.6b | 7.4a |
表5
土壤理化属性对磷吸附和解吸特征参数的层次分割结果"
变量 Variable | 磷吸附 P adsorption | 磷解吸 P desorption | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
单独解释 Unique | 平均共同 解释 Average shared | 单个贡献 Individual importance | 单个贡献率 Percentage of individual importance (%) | P值 P value | 单独解释 Unique | 平均共同 解释 Average shared | 单个贡献 Individual importance | 单个贡献率 Percentage of individual importance (%) | P值 P value | ||
SOM | 0.027 | 0.051 | 0.078 | 8.84 | 0.181 | 0.006 | 0.072 | 0.0787 | 9.84 | 0.140 | |
AN | 0.008 | 0.052 | 0.060 | 6.74 | 0.326 | 0.063 | 0.009 | 0.0720 | 9.00 | 0.211 | |
Olsen-P | 0.042 | 0.099 | 0.141 | 15.95 | 0.014 | 0.091 | 0.053 | 0.1435 | 17.94 | 0.017 | |
AK | 0.003 | 0.053 | 0.056 | 6.38 | 0.319 | 0.027 | 0.017 | 0.0444 | 5.55 | 0.473 | |
TN | 0.004 | 0.073 | 0.077 | 8.69 | 0.351 | 0.036 | 0.068 | 0.1034 | 12.92 | 0.065 | |
TP | 0.070 | 0.089 | 0.159 | 18.03 | 0.012 | 0.023 | 0.043 | 0.0661 | 8.26 | 0.253 | |
TK | 0.038 | -0.014 | 0.025 | 2.79 | 0.718 | 0.018 | -0.002 | 0.0157 | 1.96 | 0.927 | |
pH | 0.024 | 0.032 | 0.056 | 6.33 | 0.381 | 0.018 | 0.051 | 0.0691 | 8.64 | 0.211 | |
Clay | 0.016 | 0.004 | 0.020 | 2.28 | 0.808 | 0.077 | -0.005 | 0.0713 | 8.91 | 0.217 | |
CaCO3 | 0.081 | 0.020 | 0.101 | 11.42 | 0.102 | 0.017 | 0.018 | 0.0351 | 4.39 | 0.608 | |
ExCa | 0.061 | 0.050 | 0.111 | 12.57 | 0.829 | 0.047 | 0.054 | 0.1010 | 12.63 | 0.072 | |
Total | 0.374 | 0.509 | 0.883 | 100.0 | 0.424 | 0.377 | 0.800 | 100.0 |
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