3种磷肥与褐煤配施对苗期玉米磷吸收的影响

李友伟,杨依彬,冯紫荟,丘智晃,张承林

华南农业大学资源环境学院,广东广州 510642)

磷在土壤中极易被固定,转化为难于被植物吸收利用的难溶态磷[1]。过量施用磷会随着地表径流流失,造成水体富营养化[2]。研究发现,我国缺磷耕地土壤达74%,当季磷肥的利用率仅为10%～20%[3]。

如何提高磷肥利用效率一直是研究的热点问题[4]。目前提高磷肥利用效率的方法很多,如磷肥集中施用,施在根层土壤,与有机物料、有机肥混施等方法[5]。研究表明,有机物与磷肥混合施用,既能改善土壤物理性状,又可以显著提高磷肥的利用效率[6]。

褐煤富含游离的腐殖酸,而腐殖酸具有比表面积大的特点,拥有非常发达的孔隙结构及丰富的含氧官能团,这些结构特点使其对一些离子有较高的吸附能力[7]。褐煤结构疏松,直接施入土壤中可以改良土壤,促进作物生长[8]。褐煤也可提高肥料利用率,具有较好的开发利用价值[9]。

因此,使用褐煤与磷肥混施,使褐煤吸附较多的磷酸根而减少土壤对磷的固定,从而提高磷肥利用率。笔者选择玉米为供试作物,通过盆栽试验,探讨褐煤与3种不同磷肥配合施用后磷的吸收利用情况,旨在为褐煤在提高磷肥效果方面开发新的应用途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试作物为玉米(郑单958)。供试土壤为赤红壤,土壤基本性质:pH 5.23,EC 195 μS/cm,有机质2.96 g/kg,碱解氮29 mg/kg,有效磷2.25 mg/kg,速效钾20.3 mg/kg,属严重缺磷土壤。

供试肥料:农用磷酸一铵(含N 11%,P2O544%,简称MAP)、农用磷酸二铵(N 18%,P2O546%,简称DAP)、过磷酸钙(含P2O512%,简称SSP)、氯化钾(K2O 60%)、硫酸铵(N 21%)、褐煤(购自山西晋丰生物科技有限公司,含C 65%,H 4.7%,O 25%,干基36.28%,湿基25.60%,水分29.45%,挥发成分45%。简称L)

1.2 试验设计试验于2021年4月2日至5月7日在华南农业大学资源环境学院温室内进行。试验处理:不施磷肥(CK)、褐煤(L)、褐煤+磷酸一铵(L+MAP)、磷酸一铵(MAP)、褐煤+磷酸二铵(L+DAP)、磷酸二铵(DAP)、褐煤+过磷酸钙(L+SSP)、过磷酸钙(SSP)8个处理。每盆装3 kg风干土壤。磷用量按P2O50.59 g/kg土换算,则每盆依次施用MAP、DAP和SSP 4.0、3.8和14.7 g。褐煤施用量为50 g/盆。氮肥的用量按上述纯磷量施用时肥料中氮含量最高的DAP为标准,不足的氮用(NH4)2SO4补足。钾肥每盆用量为1 g KCl。除L处理与CK不施磷肥外,其余各处理各养分施用量保持一致。每个处理4个重复。

将硫酸铵和氯化钾与土壤充分混匀。再向塑料盆中装入一定量的混好后的土壤,在盆中央插上有刻度的木棒(底部为0 cm),将褐煤与3种磷肥混合后集中放置于0 cm处,每盆分别覆土至木棒的5 cm处,以木棒为基点,水平方向5 cm处播3粒种子,覆土3 cm。灌水至田间持水量的80%。待玉米长至三叶期时间苗,保留1株,出苗35 d后收获。

1.3 测定项目与方法根系数据:收获植株地上部的同时取整盆土进行冲洗,洗去根际土,多次清洗获得完整根系,将洗净的根系样品用根系扫描仪(MICROTEK ScanMaker i800plus)进行扫描,获取根系图像,然后采用WinRhizo软件分析,根系扫描后的总根长、根表面积、平均直径、根体积可以通过图片分析直接获得[10]。

干重:将植株鲜样于105 ℃杀青30 min,在75 ℃下烘干至恒重后称量,分别记录地上部和地下部干重。

植株磷含量:植株干样粉碎后采用浓H2SO4-H2O2进行消煮,测定消煮上清液中的全磷含量。植株全磷含量采用钼锑钪比色法测定[11]。

植株(器官)磷吸收量=植株(器官)磷含量×植株(器官)生物量;磷利用率=(施磷处理地上部与地下部吸磷总量-不施磷处理地上部与地下部吸磷总量)/施磷量×100%。

1.4 数据分析采用 WPS Office 2019软件对数据进行整理、计算,采用SPSS 25.0软件对数据进行差异性分析,采用Origin 2019软件作图。

2 结果与分析

2.1 3种磷肥与褐煤配施对苗期玉米地上部干重的影响由图1可知,由于土壤严重缺磷,不施磷肥玉米苗几乎不生长。施磷各处理的地上部干重均显著高于不施磷处理。对比单独施同种磷肥处理,3种磷肥与褐煤配施的地上部干重均增加,其中L+SSP干重最高且增加了89%,L+MAP增加了48%,L+DAP增加了18%。但3种磷肥与褐煤配施后地上部干物重无显著差异,肥效一致。

注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments(P<0.05).图1 各处理对玉米苗期地上部干重的影响Fig.1 Effects of different treatments on dry weight of shoots in maize seedling stage

2.2 3种磷肥与褐煤配施对苗期玉米根部生长的影响各处理对苗期玉米根部生长的影响见表1。由表1可知,施磷各处理的地下部干重、根表面积均显著高于不施磷处理。对比单独施同种磷肥处理,添加褐煤处理后地下部干重均表现为增加效果,其中L+MAP增加了75%,L+DAP增加了31%,L+SSP增加了110%。对根表面积而言,L+SSP与SSP存在显著差异,相比增加了62%。其他2种磷肥间并未存在显著差异。L+MAP和L+SSP的总根长显著高于单独施磷肥处理MAP和SSP,分别增加了35%和60%,而DAP和L+DAP处理间无显著差异。

表1 不同处理对苗期玉米根部生长的影响

2.3 3种磷肥与褐煤配施对苗期玉米地上和地下部磷吸收量的影响不同处理对玉米苗期地上部磷吸收量的影响不同(图2)。添加褐煤的3个处理间无显著差异,但均显著高于单独施磷肥处理。同种磷肥处理对比表明,L+MAP磷吸收量增加了209%,L+DAP增加了100%,L+SSP增加了313%。说明在同种磷肥间对比,过磷酸钙与褐煤配施增加量最高,MAP与褐煤配施次之。由图3可知,根系磷吸收规律与地上部类似。添加褐煤的3个处理间无显著差异,对比单独施用磷的处理,均存在显著差异。与单独施磷肥相比,L+SSP增加了410%,L+MAP增加了293%,L+DAP增加了71%。

注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments(P<0.05).图2 各处理对玉米苗期地上部磷吸收量的影响Fig.2 Effects of different treatments on aboveground phosphorus uptake at maize seedling stage

注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different letters on the column indicate significant differences among treatments(P<0.05).图3 各处理对玉米苗期地下部磷吸收量的影响Fig.3 Effects of each treatment on the absorption of phosphorus in the underground part of maize at the seedling stage

2.4 3种磷肥与褐煤配施对苗期玉米磷肥利用率的影响从图4可以看出,各磷肥处理对苗期玉米磷利用率的影响存在显著差异。与褐煤配施的处理均显著高于单独施磷处理。与褐煤配施后3种磷肥处理间的磷利用率无显著差异。与单独施磷肥比较,L+SSP磷的利用率增加了153%,L+MAP增加了147%,L+DAP增加了59%。

注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different letters on the column indicate significant differences among treatments(P<0.05).图4 各磷肥处理对苗期玉米磷肥利用率的影响Fig.4 Effects of each phosphate fertilizer treatment on the utilization rate of phosphate fertilizer for maize at seedling stage

3 讨论

该试验结果表明,3种磷肥与褐煤配施均比单独施用效果好。混施后地上部和地下部干重、根表面积、总根长、磷的吸收量均明显增加。磷肥与褐煤混施减少了磷与土壤黏粒表面的直接接触,从而减少了土壤对磷的固定,土壤有效磷显著提高,这与林小妹等[12]的研究结果一致。

研究表明,褐煤施入酸性土壤中可减轻铝毒的危害,增加土壤透气性,促进根系发育,进而促进了根系对营养元素的吸收,起到提升磷肥利用率的效果[13]。该试验中褐煤与磷肥配施后提高磷的吸收并促进生长的可能原因:①褐煤中含有较高的有机质,有机质能够和磷酸根竞争铁铝氧化物的吸附位点,进而增加了土壤中的活性磷含量,使得作物根系更加容易对其进行解吸利用[7]。②褐煤中存在大量的腐殖酸,而腐殖酸具有较强的吸附性,能够吸附土壤中的磷素,从而减少磷素被土壤固定[14]。③腐殖酸是一种有机胶体,能有效增加土壤微生物的活性,进而对土壤中难溶性磷化合物进行活化[15]。

3种不同类型磷肥与褐煤配施所表现出的肥效相似,说明褐煤与这3种磷肥搭配使用均有增效作用。其中过磷酸钙与褐煤配施促生长效果最好。过磷酸钙在该试验的3种磷肥中价格最低,生产工艺简单[16],使用褐煤与过磷酸钙配施能为农户创造更大的经济效益。我国已被发现且探明的褐煤保有储量为1 300亿t,占我国煤炭总储量的13%左右[17],因此使用褐煤与过磷酸钙配施或两者结合生产新型肥料等方式,对提高磷肥肥效、节省磷肥资源具有现实意义。

4 结论

(1)在赤红壤上施用褐煤对于苗期玉米根部的生长发育有显著作用;在相同的氮磷钾用量下,褐煤与磷肥混施能有效促进玉米苗期生长发育,在干重、磷吸收量、磷利用率上均比单独施磷显著增加。

(2)3种磷肥与褐煤配施在干重、根表面积及磷吸收量、磷肥利用率上并无显著差异。

(3)褐煤与过磷酸钙配施与单独施过磷酸钙比较,地上部干重增加89%,地下部干重增加110%,地上部磷吸收量增加313%,地下部磷吸收量增加410%,磷肥利用率增加了153%。考虑到经济效益和对玉米苗期生长效果,过磷酸钙与褐煤配合施用是经济有效的施用方法。