CN111512917A - 一种基于土壤磷农学阈值的甘蔗施磷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于土壤磷农学阈值的甘蔗施磷方法，以土壤Olsen‑P农学阈值12.1mg·kg‑1做为临界值，当土壤Olsen‑P含量<12.1mg·kg‑1，甘蔗可年施120kg P2O5·hm‑2钙镁磷肥；当12.1mg·kg‑1≤土壤Olsen‑P含量≤21.7mg·kg‑1，甘蔗可年施25.8kg P2O5·hm‑2钙镁磷肥；当21.7mg·kg‑1<土壤Olsen‑P含量，甘蔗一年新植二年宿根轮作制内，仅第一年宿根蔗施入120kg P2O5·hm‑2的钙镁磷肥。该方法能兼顾甘蔗高产与环境保护协调。
Description
【技术领域】
本发明涉及磷肥使用技术领域，涉及兼顾甘蔗高产和环境保护协调的施磷方法，具体涉及一种基于土壤磷农学阈值的甘蔗施磷方法。
【背景技术】
磷是植物生长发育必需的营养元素，是提升地力和作物产量的重要保障因子。甘蔗是广西主要的支柱产业，全区甘蔗种植面积常年稳居全国第一。广西甘蔗主要分布在赤红壤区，该类土壤有效磷含量低，磷是作物生长的主要限制因子，生产上需要大量施用磷肥确保甘蔗高产稳产。据统计，广西全区作物常年施入纯磷60万吨。然而，作物的磷肥当季利用率仅为10％-25％。大部分施入土壤中的磷被固定为钙磷，铁磷和铝磷，并随磷的流失成为农业面源污染的重要来源。因此，建立科学的施磷方法，合理施用磷肥，科学管理土壤磷素，对提高甘蔗产量和减少环境污染风险具有重要意义。
土壤Olsen-P农学阈值是评估作物产量效应和指导施磷的重要参考指标。研究认为，当土壤Olsen-P含量较低时，Olsen-P含量的增加显著增加作物产量，当土壤Olsen-P含量达到农学阈值时，Olsen-P含量增加无法继续引起作物产量的增加，相反，会引起环境磷污染。出于产量与环境保护方面考虑，提高作物产量兼顾降低环境污染风险的最佳土壤Olsen-P含量应控制在农学阈值与环境阈值之间。
目前关于土壤磷素的演变的研究主要侧重于黑土、褐土、紫色土、黑垆土、水稻土，潮土、红壤等，对于赤红壤的磷素研究局限于有效磷丰缺分级指标、磷的吸附解吸特征，酸雨或施肥下赤红壤磷素形态、淋失特征、耕层土壤磷空间变异等。针对赤红壤蔗区土壤Olsen-P农学阈值的研究未见报道。
因此，本发明利用长期定位试验建立了南方赤红壤蔗区土壤磷素的演变特征及其与土壤磷盈亏的响应关系，求算出土壤Olsen-P农学阈值，在此基础上，提出基于土壤Olsen-P农学阈值的施磷方法，为甘蔗高产与环境保护和谐提供技术参考。
【发明内容】
本发明针对现有研究中缺少赤红壤蔗区兼顾甘蔗高产与环境保护的施磷方法，提供了一种基于土壤磷农学阈值的甘蔗施磷方法，为赤红壤蔗区磷肥科学施用提供理论支撑。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于土壤磷农学阈值的甘蔗施磷方法，包括如下步骤：
1)地点及甘蔗品种选择：选择南方赤红壤范围内的蔗区，确定甘蔗品种；
2)处理方法：分为三种：
①耕作不施肥(CK)；
②优化施肥(OPT)；
③增量施磷(OPT+P)，磷肥施用量为OPT处理的1.5倍，氮钾肥施用量同OPT处理；
随机区组设计，小区四周作永久性田埂，无灌溉设施，不灌水，为自然雨养农业，每个小区外对应1个独立的径流收集池，池内设有标杆池，用于计量地表径流的产流量。径流池上盖有盖子，小区内设有凹槽联通径流收集池；
施肥处理均采用尿素、钙镁磷肥和氯化钾，甘蔗种植、施肥方法、杂草与病虫害防治与现有技术的当地甘蔗种植一致；试验种植制度为1年新植蔗-2-3年宿根蔗；
3)测定项目和方法：
甘蔗产量验收：各小区单独测产，在甘蔗收获期将各小区的甘蔗全部平地收获，脱叶，砍去尾稍，按实收株数测产蔗茎产量与蔗叶产量；
植株样品的采集与测定：在甘蔗收获前取小区生长势一致的代表性植株6株，平地收获，用H2SO4-H2O2消化，钼锑抗比色法测磷；
土壤采集与测定：每年在甘蔗收获后15d内使用直径2cm的土钻，按X方式采集0-20cm土层土壤15个点混合样，室内风干，磨细过1mm和0.25mm筛，分别用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定Olsen-P含量和碱熔-钼锑抗比色法测定土壤全磷含量；
径流水样的采集及其总磷测定参照现有技术；
4)数据处理方法：
土壤全磷增量(ΔTotal P，g·kg-1)＝Pi-P2 (1)
土壤有效磷增量(ΔOlsen-P，mg·kg-1)＝Pi-P0 (2)
甘蔗吸磷量(kg·hm-2)＝蔗茎产量(kg·hm-2)×蔗茎含磷量(％)+蔗叶产量(kg·hm-2)×蔗叶含磷量(％) (3)
当季土壤表观磷盈亏(kg P·hm-2·a-1)＝每年施入土壤磷素总量(kg·hm-2)-每年甘蔗(蔗茎+蔗叶)吸磷量(kg·hm-2) (4)
土壤累积磷盈亏(kg P·hm-2)＝∑[当季土壤表观磷盈亏] (5)
甘蔗相对产量Yr＝Yi/Ym×100
作物相对产量对土壤有效磷的响应关系通过Mitscherlich方程模拟，公式如下：
Y＝A×(1-e-bx) (6)
由方程模拟出的相对产量为最大值的90％时，土壤有效磷的含量为农学阈值；
式中，Pi表示第i年土壤磷含量；P0表示初始土壤Olsen-P含量(mg·kg-1)，P2为种植第2年土壤全磷含量(g·kg-1)；Yr为蔗茎的相对产量(t·hm-2)；Yi为每年各处理蔗茎产量(t·hm-2)；Ym为每年各处理的最大蔗茎产量(t·hm-2)；Y是预测的相对产量；A是最大的相对产量；b是产量对土壤Olsen-P的响应系数；
数据采用Excel 2007进行整理，DPS7.5软件分析，Sigmaplot软件和origin 8.0软件作图，不同处理间多重比较采用Duncan新复极差法(α＝0.05)；
5)施磷方法：
Mitscherlich模型拟合求算出土壤Olsen-P农学阈值为12.1mg·kg-1，基于施肥下的土壤磷盈余量及其与土壤Olsen-P变化量的关系；
当土壤Olsen-P含量＜12.1mg·kg-1，甘蔗可年施120kg P2O5·hm-2钙镁磷肥；
当12.1mg·kg-1≤土壤Olsen-P含量≤21.7mg·kg-1，甘蔗可年施25.8kg P2O5·hm-2钙镁磷肥；
当21.7mg·kg-1＜土壤Olsen-P含量，甘蔗一年新植二年宿根轮作制内，仅第一年宿根蔗施入120kg P2O5·hm-2的钙镁磷肥。
本发明步骤1)所述的南方赤红壤蔗区，优选广西壮族自治区蔗区代表性土壤-第四纪红土发育的赤红壤，甘蔗的品种优选当年度广西主要种植品种-新台糖22、桂糖28或桂糖29。
进一步的，步骤2)所述的处理方法：分为三种：
①耕作不施肥(CK)；
②优化施肥(OPT)；
③增量施磷(OPT+P)，磷肥施用量为OPT处理的1.5倍，氮钾肥施用量同OPT处理；随机区组设计，3次重复，小区面积24m2(长8m，宽3m)，小区四周筑40cm深水泥作永久性田埂(宽12cm，高30cm，地下埋深30cm)，无灌溉设施，不灌水，为自然雨养农业；每个小区外对应1个独立的容积为1.5m3的径流收集池(长3m，宽1m，深0.5m)，池内设有标杆池，用于计量地表径流的产流量；径流池上盖有盖子，小区内设有凹槽联通径流收集池；
施肥处理氮钾肥施入量一致，磷肥年施入120-135kg·hm-2，各处理均采用尿素(N46％)、钙镁磷肥(P2O5 18％)和氯化钾(K2O 60％)；甘蔗种植、施肥方法、杂草与病虫害防治与现有技术的当地甘蔗种植一致；试验种植制度为1年新植蔗-2-3年宿根蔗。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、在南方赤红壤区，施磷是确保作物产量的重要途径。传统的平衡施肥、测土施肥、植株营养诊断施肥、灌溉施肥等甘蔗施磷方法主要依据甘蔗的磷素需求以及磷肥的利用效率来确定施磷量，忽略了长期施磷带来的环境效应，导致土壤磷不断增加，环境磷污染风险加剧。本发明通过长期定位试验建立了土壤Olsen-P变化量和施磷量与土壤磷盈亏的关系以及土壤Olsen-P与甘蔗产量的关系，求算出土壤Olsen-P农学阈值，并此作为临界值，提出不同土壤Olsen-P含量的施磷方法。该发明可提高磷肥利用率，实现甘蔗高产与环境保护和谐。
2、在南方赤红壤区，持续施肥尤其增量施磷在提高土壤磷素累积的同时增加了地表径流磷流失风险；Mitscherlich模型拟合求算出土壤Olsen-P农学阈值为12.1mg·kg-1，基于施肥下的土壤磷盈余量及其与土壤Olsen-P变化量的关系，当土壤Olsen-P含量<12.1mg·kg-1，甘蔗可年施120kg P2O5·hm-2钙镁磷肥；当12.1mg·kg-1≤土壤Olsen-P含量≤21.7mg·kg-1，甘蔗可年施25.8kg P2O5·hm-2钙镁磷肥；当21.7mg·kg-1<土壤Olsen-P含量，甘蔗一年新植二年宿根轮作制内，仅第一年宿根蔗施入120kg P2O5·hm-2的钙镁磷肥。该方法能兼顾甘蔗高产与环境保护协调。
【附图说明】
图1是连续施磷下赤红壤蔗地土壤全磷含量变化的图。
图2是长期施磷下赤红壤蔗地土壤速效磷含量变化的图。
图3是连续施磷下土壤磷盈亏变化的图。
图4是连续增施磷肥土壤全磷变化与土壤磷累积盈亏的关系的图。
图5是连续增施磷肥土壤Olsen-P变化与磷累积盈亏的关系的图。
图6是赤红壤全磷及Olsen-P变化量与土壤磷累积盈亏的关系的图。
图7是甘蔗相对产量与土壤有效磷的响应关系的图。
图8是长期增施磷肥下地表径流磷流失量的图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施过程做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例：
一种基于土壤磷农学阈值的甘蔗施磷方法，包括如下步骤：
1)地点及甘蔗品种选择：
试验区概况：
蔗地长期肥力与地表径流定位监测试验始于2008年，地点位于广西，农业农村部华南植物营养与施肥技术科学观测实验站内(东经108°2’50.2”，北纬23°14’49.0”)，海拔高度115m。该地处于亚热带季风气候，年平均气温21.7℃，最高气温40.7℃，≥5℃积温8046℃，年均降雨量1250mm，年蒸发量892.6mm，无霜期约为346d，年均日照时数1660h，太阳辐射量为4529MJ·m-2。温、光、热资源丰富，具有广西蔗区的广泛代表性。
供试材料：
供试作物：种植的甘蔗品种2008-2010年为新台糖22，2011-2013年为桂糖28，2014-2018年为桂糖29；
供试土壤：土壤为第四纪红土发育的赤红壤，试验开始前表层土壤(0-20cm)理化性质：pH(H2O)5.68，有机质20.1g·kg-1，全氮0.85g·kg-1，铵态氮5.58mg·kg-1，硝态氮0.9mg·kg-1，速效磷9.7mg·kg-1，速效钾53mg·kg-1；
2)处理方法：分为三种：
选取长期试验的3个不同处理：
(1)耕作不施肥(CK)；
(2)优化施肥(OPT)；
(3)增量施磷(OPT+P)，磷肥施用量为OPT处理的1.5倍，氮钾肥施用量同OPT处理；
随机区组设计，3次重复，小区面积24m2(长8m，宽3m)；小区四周筑40cm深水泥作永久性田埂(宽12cm，高30cm，地下埋深30cm)，无灌溉设施，不灌水，为自然雨养农业；每个小区外对应1个独立的容积为1.5m3的径流收集池(长3m，宽1m，深0.5m)，池内设有标杆池，用于计量地表径流的产流量；径流池上盖有盖子，小区内设有凹槽联通径流收集池。
施肥处理氮钾肥施入量一致，磷肥2008-2010年和2013年施入120kg·hm-2，2011-2012年以及2014-2018年施入135kg·hm-2；各处理均采用尿素(N 46％)、钙镁磷肥(P2O518％)和氯化钾(K2O 60％)；甘蔗种植及施肥方法参见区惠平等文献，杂草与病虫害防治与当地甘蔗种植一致；
试验种植制度为1年新植蔗-2-3年宿根蔗，其中，2008年、2011年、2014和2018年为新植年份，2009、2012和2015年为第一年宿根、2010、2013和2016为第二年宿根、2017年为第三年宿根；
3)测定项目和方法：
甘蔗产量验收：各小区单独测产，在甘蔗收获期将各小区的甘蔗全部平地收获，脱叶，砍去尾稍，按实收株数测产蔗茎产量与蔗叶产量；
植株样品的采集与测定：在甘蔗收获前取小区生长势一致的代表性植株6株，平地收获。用H2SO4-H2O2消化，钼锑抗比色法测磷；
土壤采集与测定：每年在甘蔗收获后15d内使用直径2cm的土钻，按X方式采集0-20cm土层土壤15个点混合样，室内风干，磨细过1mm和0.25mm筛，分别用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定Olsen-P含量和碱熔-钼锑抗比色法测定土壤全磷含量；
径流水样的采集及其总磷测定参照区惠平等文献；
4)数据处理方法：
土壤全磷增量(ΔTotal P，g·kg-1)＝Pi-P2 (1)
土壤有效磷增量(ΔOlsen-P，mg·kg-1)＝Pi-P0 (2)
甘蔗吸磷量(kg·hm-2)＝蔗茎产量(kg·hm-2)×蔗茎含磷量(％)+蔗叶产量(kg·hm-2)×蔗叶含磷量(％) (3)
当季土壤表观磷盈亏(kg P·hm-2·a-1)＝每年施入土壤磷素总量(kg·hm-2)-每年甘蔗(蔗茎+蔗叶)吸磷量(kg·hm-2) (4)
土壤累积磷盈亏(kg P·hm-2)＝∑[当季土壤表观磷盈亏] (5)
甘蔗相对产量Yr＝Yi/Ym×100
作物相对产量对土壤有效磷的响应关系通过Mitscherlich方程模拟，公式如下：
Y＝A×(1-e-bx) (6)
由方程模拟出的相对产量为最大值的90％时，土壤有效磷的含量为农学阈值；
式中，Pi表示第i年土壤磷含量；P0表示初始土壤Olsen-P含量(mg·kg-1)；P2为甘蔗种植第2年的土壤全磷含量(g·kg-1)；Yr为蔗茎的相对产量(t·hm-2)；Yi为每年各处理蔗茎产量(t·hm-2)；Ym为每年各处理的最大蔗茎产量(t·hm-2)；Y是预测的相对产量；A是最大的相对产量；b是产量对土壤Olsen-P的响应系数；
数据采用Excel 2007进行整理，DPS7.5软件分析，Sigmaplot软件和origin 8.0软件作图，不同处理间多重比较采用Duncan新复极差法(α＝0.05)。
结果与分析：
1土壤全磷含量变化：
图1显示，各处理土壤全磷含量均与甘蔗种植年限呈极显著相关关系。CK处理土壤全磷含量随试验年限呈缓慢下降，从种植第二年(2009年含量)的0.44g·kg-1下降到2016年的0.31g·kg-1，下降幅度29.5％。施用磷肥后，土壤全P含量均随试验年限波动增加。OPT和OPT+P处理分别从试验第二年的0.40g·kg-1和0.53g·kg-1上升到2016年的0.64g·kg-1和0.92g·kg-1，增幅60.0％和73.0％。拟合分析，CK处理全磷年降低速率为0.0251g·kg-1，OPT和OPT+P处理全磷含量年增加速率分别为0.0318和0.0596g·kg-1。可见，土壤连续种植甘蔗而不施用磷肥，由于磷的耗竭，土壤磷素将变得缺乏，施用磷肥尤其增量施磷提高南方赤红壤区土壤全磷含量(参见图1连续施磷下赤红壤蔗地土壤全磷含量变化Fig.1Changeof total Pin latosolic red soil under long-term P fertilization)。
2土壤Olsen-P含量变化：
图2显示，CK处理土壤Olsen-P含量变化不规律。施肥后土壤Olsen-P含量均随种蔗年限的增加呈现波动上升趋势。其中，OPT和OPT+P处理分别从试验开始的9.7g·kg-1上升到2018年的45.8mg·kg-1和50.0mg·kg-1，增幅高达4.7倍和5.2倍。拟合分析，Olsen-P含量年增加速率分别为4.3和5.3mg·kg-1(参见图2长期施磷下赤红壤蔗地土壤速效磷含量变化Fig.2Change of Olsen-P in latosolic red soil under long-term Pfertilization)。
3土壤磷变化对土壤磷盈亏的响应：
3.1土壤磷素盈亏情况：
图3显示，CK处理11年平均土壤表观磷盈亏量和土壤磷累积盈亏量分别为-10.2kgP·hm-2·a-1和-112.1kg P·hm-2。施磷肥处理当季土壤磷表观盈亏处于盈余状态，11年平均土壤表观磷盈亏量和土壤磷累积盈亏量分别为41.3-69.2kg P·hm-2·a-1和454.7-761kg P·hm-2，以OPT+P处理显著高于OPT处理67.5％。年平均土壤表观磷盈亏量占施磷量的比例OPT和OPT处理分别为31.9％和35.6％。说明增量施磷加剧了土壤磷的盈余(图3连续施磷下土壤磷盈亏变化Fig.3Change of P balance under long-term Pfertilization)。
3.2土壤全磷与有效磷变化对土壤磷素盈亏的响应：
图4显示，土壤全磷变化量与土壤磷累积盈亏量呈显著或极显著正相关关系(p<0.01)。CK处理每亏缺100kg P·hm-2，土壤全磷含量下降0.32g·kg-1，OPT和OPT+P处理每盈余100kg P·hm-2，全磷含量增加0.06g·kg-1和0.09g·kg-1(参见图4连续增施磷肥土壤全磷变化与土壤磷累积盈亏的关系Fig.4Correlations relationship between soil totalP change and P balance under long-term P fertilization)。
CK处理土壤Olsen-P变化量与土壤磷累积盈亏量无相关关系。施肥土壤Olsen-P变化量与土壤磷累积盈亏量呈极显著正相关关系(图5，p<0.01)。OPT处理和OPT+P处理土壤每盈余100kg P·hm-2，Olsen-P浓度分别上升11.0mg·kg-1和9.1mg·kg-1。所有处理下的土壤全磷及Olsen-P变化量与土壤累积磷盈亏量的关系表明，随着土壤磷累积盈亏量的增加，土壤全磷及有效磷含量呈增加趋势，赤红壤每盈余100kg P·hm-2，全磷及Olsen-P浓度分别上升0.08g·kg-1和8.1mg·kg-1(参见图5连续增施磷肥土壤Olsen-P变化与磷累积盈亏的关系Fig.5Correlations relationship between soil Olsen-P change and P balanceunder long-term P fertilization和图6赤红壤全磷及Olsen-P变化量与土壤磷累积盈亏的关系Fig.6Correlations relationship between soil total P,Olsen-P change andP balance under all treatments)。
4蔗茎产量对土壤有效磷的响应：
磷农学阈值是指当土壤中的有效磷含量达到某个值后，作物产量不随磷肥的继续施用而增加，即作物产量对磷肥的施用响应降低。图7显示，以Mitscherlich方程拟合作物相对产量和土壤有效磷的关系获得的赤红壤蔗地土壤Olsen-P农学阈值为12.1mg·kg-1(参见图7甘蔗相对产量与土壤有效磷的响应关系Fig.7Responses of relative yield ofcane to soil Olsen-P content)。
5施肥下地表径流磷流失变化及其与土壤Olsen-P的关系：
将11年地表径流磷流失量进行平均分析，结果表明(参见图8长期增施磷肥下地表径流磷流失量Fig.8Change of P loss amout under long-term P fertilization)，与CK处理相比，施肥均显著提高地表径流磷的流失量49.5％-87.3％。施肥处理下，磷流失量OPT+P处理极显著高于OPT处理25.2％。可见施肥，尤其增量施磷提高了土壤磷通过地表径流途径流失的风险。将每年土壤地表径流磷流失量与土壤Olsen-P含量进行线性拟合，两者呈显著相关关系(P<0.05)(表1)。
表1土壤地表径流磷流失量与土壤Olsen-P的关系
Table 1Relation between P loss and Olsen-P
注(Note)：n＝3,r0.05＝0.950,r0.01＝0.990
6施肥下土壤磷素管理
农学阈值和环境阈值是土壤磷素管理的重要依据。当土壤的Olsen-P含量高于环境阈值时，应当减少磷肥用量使Olsen-P含量降低到环境阈值下；当土壤的Olsen-P含量高于农学阈值又低于环境阈值时，施磷量与作物带走磷量相当；当土壤Olsen-P含量低于农学阈值，需要施入磷肥使Olsen-P达到农学阈值。
基于第11年的土壤Olsen-P含量以及土壤磷素变化量与土壤磷盈亏的关系，参考朱晓晖等[9]在红壤蔗区获得的土壤Olsen-P环境阈值，推算得出第11年OPT和OPT+P处理Olsen P水平降到环境阈值，分别需要12年和16年(表2)。
表2施肥处理第11年土壤Olsen-P含量降至环境阈值所需的时间
Table2Time need for Olsen-P content in 11-year decrease toenvironmental threshold
7分析
7.1增施磷肥赤红壤磷素含量变化：
连续11年不施肥，由于甘蔗每年的携出，土壤磷长期亏缺(图3)，土壤全磷随甘蔗种植年限的增加而下降，并在10年后达到缺乏程度(图1)，显著影响甘蔗产量。施肥处理由于土壤磷长期盈余(图3)，造成土壤全磷和有效磷累积，且施磷量越高，土壤磷素累积量越大，这主要是在增量施磷条件下，OPT处理和OPT+P处理甘蔗带走的磷素相当，OPT+P处理土壤磷累积盈余量高(图3)。可见，磷肥的连续施用，尤其增量施用在土壤磷总贮量和磷素有效性的提升上效果更显著。
7.2磷素变化对磷盈亏量的响应：
土壤磷盈亏量决定着土壤磷素含量，土壤磷素变化量与磷盈亏量显著相关，但磷素变化量因土壤类型、种植作物、施肥制度、环境因素等有所差异。土壤累积盈余100kg P·hm-2，单施单施氮磷钾肥红壤旱地小麦玉米轮作体系土壤Olsen-P含量各处理提高3.00-5.22mg·kg-1，南方黄泥田双季稻单施化肥土壤Olsen-P提高4.5mg·kg-1，褐土、黑土、紫色土、水稻土土壤Olsen-P分别提高1.12mg·kg-1、3.76mg·kg-1、2.34mg·kg-1、5.04mg·kg-1。本发明研究结果表明，长期不施肥，由于作物对土壤磷素的消耗，土壤全磷含量变少，土壤累积盈亏100P·hm-2，土壤全磷下降0.32g·kg-1。施肥下蔗地土壤磷均处于盈余状态，土壤累积盈余100kg P·hm-2，土壤全磷含量OPT处理和OPT+P处理分别提高0.06g·kg-1和0.09g·kg-1，Olsen-P含量OPT处理和OPT+P处理分别提高11.0mg·kg-1和9.1mg·kg-1。可见，磷累积亏缺下，全磷降幅响应比磷累积盈余下全磷增幅响应大。增量施磷更能促进土壤全磷的累积。故过量施磷更容易增加磷素流失风险。
7.3土壤有效磷与作物产量、径流磷流失及土壤磷素管理：
土壤侵蚀是蔗地磷地表径流流失的一个重要机制，在同等径流条件下，土壤磷水平越高，磷流失量越大。施肥，尤其增量施磷极显著增加地表径流P流失量(图8)，这与其土壤磷水平含量较高有关。地表径流磷流失量与土壤Olsen-P含量显著或极显著相关(表2)也充分证明了这一点。由此可见，施肥提高土壤磷素水平的同时增加了磷通过地表径流流失造成环境污染的风险。故在生产上应注重土壤磷素的精准培肥，过高的土壤磷素导致磷素流失风险加剧，过低的土壤磷素又成为作物生长的限制因子。
土壤Olsen-P农学阈值是评估作物产量效应的重要参考指标。研究认为，当土壤Olsen-P含量较低时，Olsen-P含量的增加显著增加作物产量，当土壤Olsen-P含量达到农学阈值时，Olsen-P含量增加无法继续引起作物产物的增加。本发明研究采用Mitscherlich方程拟合获得甘蔗的农学阈值为12.1mg·kg-1，这与黄美福等在赤红壤以10.5mg·kg-1作为高磷水平的数据吻合，也与魏猛等在潮土小麦地获得的农学阈值(13.41mg·kg-1)相近，但低于李冬初等(2019)在红壤区获得的小麦地(21.5mg·kg-1)和玉米地Olsen-P(32.9mg·kg-1)农学阈值，这主要是作物、土壤类型以及气候环境等均是影响着作物农学阈值的因素。
出于产量与环境保护方面考虑，提高作物产量兼顾降低环境污染风险的最佳土壤Olsen-P含量控制在农学阈值与环境阈值之间。本发明研究发现连续施肥3年，土壤Olsen-P含量从试验初始的9.7mg·kg-1上升到23.0-26.0mg·kg-1，超过了土壤Olsen-P环境阈值(21.7mg·kg-1)，在第11年土壤Olsen-P含量更是高达环境阈值的2倍以上，加剧了土壤磷素通过地表径流或淋溶流失污染水体的风险。基于种植第11年(2018年)的土壤Olsen-P含量，采用不施肥方式需要12-16年时间土壤Olsen-P含量才能降至环境阈值，期间必然对作物产量造成影响。因此，需要及早地根据土壤Olsen-P含量规划施磷方法，尽可能地确保土壤Olsen-P含量处于农学阈值与环境阈值之间。
8结论：
长期不施肥降低土壤磷素水平，每累积亏缺100kg·hm-2，土壤全磷下降0.32g·kg-1。施磷尤其增量施磷增加显著土壤全磷和Olsen-P含量与地表径流磷流失量。每累积盈余100kgP·hm-2，土壤全磷和Olsen-P含量上升0.06-0.09g·kg-1和9.1-11.0mg·kg-1。Mitscherlich模型计算获得土壤Olsen-P农学阈值为12.1mg·kg-1。当土壤Olsen-P含量<12.1mg·kg-1，甘蔗可年施120kg P2O5·hm-2钙镁磷肥；当12.1mg·kg-1≤土壤Olsen-P含量≤21.7mg·kg-1，甘蔗可年施25.8kg P2O5·hm-2钙镁磷肥；当21.7mg·kg-1<土壤Olsen-P含量，甘蔗一年新植二年宿根轮作制内，仅第一年宿根蔗施入120kg P2O5·hm-2的钙镁磷肥。该方法能兼顾甘蔗高产与环境保护协调。
以上所述仅表达了本发明的实施过程，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。
Claims (4)
1.一种基于土壤磷农学阈值的甘蔗施磷方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)地点及甘蔗品种选择：选择南方赤红壤范围内的蔗区，确定甘蔗品种；
2)处理方法：分为三种：
①耕作不施肥CK；
②优化施肥OPT；
③增量施磷OPT+P，磷肥施用量为OPT处理的1.5倍，氮钾肥施用量同OPT处理；
随机区组设计，小区四周作永久性田埂，无灌溉设施，不灌水，为自然雨养农业，每个小区外对应1个独立的径流收集池，池内设有标杆池，用于计量地表径流的产流量；径流池上盖有盖子，小区内设有凹槽联通径流收集池；
施肥处理均采用尿素、钙镁磷肥和氯化钾，甘蔗种植、施肥方法、杂草与病虫害防治与现有技术的当地甘蔗种植一致；试验种植制度为1年新植蔗-2-3年宿根蔗；
3)测定项目和方法：
甘蔗产量验收：各小区单独测产，在甘蔗收获期将各小区的甘蔗全部平地收获，脱叶，砍去尾稍，按实收株数测产蔗茎产量与蔗叶产量；
植株样品的采集与测定：在甘蔗收获前取小区生长势一致的代表性植株6株，平地收获，用H2SO4-H2O2消化，钼锑抗比色法测磷；
土壤采集与测定：每年在甘蔗收获后15d内使用直径2cm的土钻，按X方式采集0-20cm土层土壤15个点混合样，室内风干，磨细过1mm和0.25mm筛，分别用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定Olsen-P含量和碱熔-钼锑抗比色法测定土壤全磷含量；
径流水样的采集及其总磷测定参照现有技术；
4)数据处理方法：
土壤全磷增量△Total P，g·kg-1＝Pi-P2 (1)
土壤有效磷增量△Olsen-P，mg·kg-1＝Pi-P0 (2)
甘蔗吸磷量kg·hm-2＝蔗茎产量kg·hm-2×蔗茎含磷量％+蔗叶产量kg·hm-2×蔗叶含磷量％ (3)
当季土壤表观磷盈亏kg P·hm-2·a-1＝每年施入土壤磷素总量kg·hm-2-每年甘蔗(蔗茎+蔗叶)吸磷量kg·hm-2 (4)
土壤累积磷盈亏kg P·hm-2＝∑[当季土壤表观磷盈亏] (5)
甘蔗相对产量Yr＝Yi/Ym×100
作物相对产量对土壤有效磷的响应关系通过Mitscherlich方程模拟，公式如下：
Y＝A×(1–e–bx) (6)
由方程模拟出的相对产量为最大值的90％时，土壤有效磷的含量为农学阈值；
式中，Pi表示第i年土壤磷含量；P0表示初始土壤Olsen-P含量mg·kg-1，P2为种植第2年土壤全磷含量g·kg-1；Yr为蔗茎的相对产量t·hm-2；Yi为每年各处理蔗茎产量t·hm-2；Ym为每年各处理的最大蔗茎产量t·hm-2；Y是预测的相对产量；A是最大的相对产量；b是产量对土壤Olsen-P的响应系数；
数据采用Excel 2007进行整理，DPS7.5软件分析，Sigmaplot软件和origin 8.0软件作图，不同处理间多重比较采用Duncan新复极差法α＝0.05；
5)施磷方法：
Mitscherlich模型拟合求算出土壤Olsen-P农学阈值为12.1mg·kg-1，基于施肥下的土壤磷盈余量及其与土壤Olsen-P变化量的关系；
当土壤Olsen-P含量<12.1mg·kg-1，甘蔗年施120kg P2O5·hm-2钙镁磷肥；
当12.1mg·kg-1≤土壤Olsen-P含量≤21.7mg·kg-1，甘蔗年施25.8kg P2O5·hm-2钙镁磷肥；
当21.7mg·kg-1<土壤Olsen-P含量，甘蔗一年新植二年宿根轮作制内，仅第一年宿根蔗施入120kg P2O5·hm-2的钙镁磷肥。
2.根据权利要求1所述的一种基于土壤磷农学阈值的甘蔗施磷方法，其特征在于：步骤1)所述的南方赤红壤蔗区，是指广西壮族自治区范围内的第四纪红土发育的赤红壤。
3.根据权利要求1所述的一种基于土壤磷农学阈值的甘蔗施磷方法，其特征在于：步骤1)所述的甘蔗的品种，选自新台糖22、桂糖28或桂糖29。
4.根据权利要求1所述的一种基于土壤磷农学阈值的甘蔗施磷方法，其特征在于：步骤2)所述的处理方法：分为三种：
①耕作不施肥CK；
②优化施肥OPT；
③增量施磷OPT+P，磷肥施用量为OPT处理的1.5倍，氮钾肥施用量同OPT处理；随机区组设计，3次重复，小区面积24m2，长8m，宽3m，小区四周筑40cm深水泥作永久性田埂，宽12cm，高30cm，地下埋深30cm，无灌溉设施，不灌水，为自然雨养农业；每个小区外对应1个独立的容积为1.5m3的径流收集池，长3m，宽1m，深0.5m，池内设有标杆池，用于计量地表径流的产流量；径流池上盖有盖子，小区内设有凹槽联通径流收集池；
施肥处理氮钾肥施入量一致，磷肥年施入120-135kg·hm-2，各处理均采用尿素、钙镁磷肥和氯化钾；甘蔗种植、施肥方法、杂草与病虫害防治与现有技术的当地甘蔗种植一致；试验种植制度为1年新植蔗-2-3年宿根蔗。
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|---|---|
| CN111512917B (zh) | 2021-09-03 |
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