不同种植年限设施菜地土壤微生物量磷变化特征及相关性分析

　　摘要:针对设施菜地磷肥过量施用，以便为设施蔬菜土壤磷肥施用限量标准制定及磷肥增效调控方法建立提供数据支撑，以山东寿光设施蔬菜土壤为研究对象，调查并采集150个设施蔬菜温室，其中种植年限0－4年50个(样本n=50)、4－9年40个(n=40)、9年以上60个(n=60)，每个样点共采集土壤剖面(0～30cm，30～60cm，60～90cm)3层土壤样品，分别测定土壤全磷、有效磷、水溶性磷及微生物量磷及水溶性碳、微生物量碳、有机质含量，并分析其相关性。结果表明，随种植年限增加，剖面深度在0～30cm，30～60cm土壤全磷、有效磷、水溶性磷均呈现增加趋势，而微生物量磷则呈现先增加后降低的趋势;随土壤剖面土层的加深，各年限土壤全磷、有效磷、水溶性磷、微生物量磷含量均呈降低趋势，但种植年限9年以上设施土壤0～90cm土壤剖面中微生物量磷约为20mg/kg，且在各土层间差异不显著，表明多年种植后深度为30～60cm，60～90cm土壤微生物量磷含量有增加趋势;相关性分析表明，种植年限0－4年，4－9年时设施土壤有效磷与微生物量磷含量显著正相关，且呈对数函数关系;而种植年限在9年以上时二者呈二项式函数关系。结果表明，集约化设施蔬菜土壤随着种植年限增加土壤磷素累积增加，深层土壤微生物量磷含量呈增加的趋势，且磷素淋洗风险随种植年限增加而增强。

　　关键词:种植年限;土壤剖面;全磷;水溶性磷;微生物量磷

　　据FAO数据统计显示，我国已成为世界上最大的蔬菜生产国和消费国，2015年蔬菜种植面积占到整个农作物种植总面积的12．9%［1］。截至2014年，设施蔬菜种植面积达467万hm2，保障了农民增收和蔬菜供应［2］。磷是作物的粮食，是支撑作物生产、保障粮食安全的基本物质基础。而据全球农田磷素养分平衡状况分析，我国是土壤磷盈余最严重的国家之一［3］;2003－2011年，全国设施菜地磷盈余达到527．0kg/hm2，大量磷素盈余导致土壤磷素累积高，环境风险突显［4］。据统计，设施菜地有效磷含量达179mg/kg，有些设施土壤有效磷含量甚至高达400mg/kg，远超过土壤磷素环境阈值46～58mg/kg［5］。越来越多研究证明，化肥或有机肥长期过量投入，可能部分甚至完全导致土壤磷吸附量达到饱和，进而改变土壤中磷素转化的化学平衡，降低了土壤对磷的固持能力，导致磷素易随雨水和灌溉水流失，造成水体污染［6－8］。而传统观点认为，磷在土壤溶液中扩散速率较慢，且施入土壤的活性磷较短时间内被土壤颗粒吸附或者通过结合态磷被土壤固定，导致磷素移动性较差，不易从农田土壤中损失。如何挖掘设施土壤累积态磷高效活化及循环利用潜力，提高设施土壤累积态磷利用率，是实现国家战略－“双减”目标的有效途径。

　　1材料和方法

　　1．1样品采集

　　本研究以山东设施蔬菜主产市－寿光为研究区域，于2017年1－2月调查并采集150个设施蔬菜温室土壤样品，种植年限0－4年样本50个(n=50)、4－9年40个(n=40)、9年以上60个(n=60)。所采集的样品包括不同种植年限的设施菜地土样共150个，按照蔬菜种类进行布点，每10hm2布置1～2个点进行采样，取样位置位于垅上，且在设施作物中间。每个样点用土钻取0～30cm，30～60cm，60～90cm土壤。

　　1．2样品处理

　　采集土壤样品一部分于4℃下保存，预处理后用于土壤微生物量碳、磷分析，一部分风干过2mm筛后保存，用于土壤全磷、有效磷、水溶性磷及微生物量磷以及水溶性碳、微生物量碳、有机质含量测定。

　　2结果与分析

　　2．1种植年限对设施蔬菜土壤不同剖面全磷含量的影响

　　图1-A结果表明，在0～30cm土壤中，种植年限0－4年全磷含量为0．53～1．61g/kg，均值为1．11g/kg，47．62%土壤样本全磷含量＞1．00g/kg;种植年限4－9年土壤全磷含量为0．67～2．81g/kg，均值为1．58g/kg，58．82%土壤样本全磷含量＞1．00g/kg;种植年限在9年以上土壤全磷含量为1．29～3．09g/kg，均值为2．17g/kg，100%样本全磷含量＞1．00g/kg。随着种植年限增加，设施蔬菜0～30cm耕层土壤全磷含量不断增加，种植年限9年以上的耕层土壤全磷较0－4年与4－9年含量普遍达显著水平(P＜0．05)。

　　2．2种植年限对设施蔬菜土壤不同剖面有效磷含量的影响

　　从图2-A可以看出，0～30cm土壤剖面土层中，随着种植年限增加，土壤有效磷含量呈现增加趋势，但是在种植年限4－9年与种植年限9年以上时土壤有效磷含量无显著性差异;种植年限0－4年土壤有效磷变化为32．74～215．07mg/kg，均值为99．39mg/kg;种植年限4－9年土壤有效磷含量变化为70．99～332．63mg/kg，均值为172．84mg/kg;种植年限9年以上土壤有效磷变化为85．66～279．71mg/kg，均值为179．01mg/kg。

　　3讨论与结论

　　集约化设施蔬菜土壤磷肥施用限量标准的制定是从源头上控磷，在满足作物养分需求的基础上最大程度上减少土壤磷素的进一步累积。本研究表明，山东寿光设施蔬菜土壤随着种植年限增加，土壤耕层磷素大量累积，由于淋洗作用导致底层土壤磷含量呈增加趋势。种植年限9年以上在深度0～30cm土壤中全磷含量高达2．17g/kg，100%样本全磷含量＞1．00g/kg，全部样本达到极高水平。而有效磷含量随着种植年限的增加却呈现出先增加后降低的趋势，结果表明，如果肥料投入量不变，化学循环中起着举足轻重的作用，其生命活动直接影响土壤磷素周转及肥力水平。土壤磷转化与周转相关的功能微生物在有机磷和无机磷之间的转化和有效性中起着重要作用，微生物是增强土壤磷活化和利用的“发动机”［20］。在本研究中，随种植年限增加耕层土壤微生物量磷含量呈现先增加后降低的趋势。种植年限0－4年，4－9年的土壤微生物量磷变幅较大。在30～60cm，60～90cm土壤中，种植年限0－4年土壤微生物量磷低于种植年限4－9年，9年以上时，无显著性差异。上述结果从侧面进一步论证了随着种植年限的增加，土壤细菌数量先上升后下降，放线菌数量先迅速升高后保持相对稳定，而真菌数量呈持续增加的趋势［11］，表明随种植年限增长，设施菜地土壤微生物区系发生紊乱的理论。种植年限分别在0－4年，4－9年时其土壤微生物量磷含量随土壤深度增加呈现降低的趋势，但种植年限9年以上时整个剖面土壤其微生物含量在20mg/kg，在各土层间差异不显著，表明多年种植后土壤剖面30～60cm，60～90cm中土壤微生物量磷含量有增加趋势。通过上述结果可以推测:在深层土壤中，累积的氮磷钾含量达到适宜微生物生长繁殖的浓度范围时，将导致土壤微生物量磷呈现增加趋势，需要进一步验证。而本研究结果也表明，种植年限为0－4年，4－9年时土壤有效磷与土壤微生物量磷含量具有显著正相关性，且呈对数函数关系;而种植年限为9年以上时呈现二项式函数关系。

　　参考文献:

　　［1］中华人民共和国．中国统计年鉴2015［M］．北京:中国统计出版社，2015．

　　［2］中华人民共和国．中国统计年鉴2014［M］．北京:中国统计出版社，2014．

　　［3］MacdonaldGK，BennettEM，PotterPA．Agronomicphosphorusimbalancesacrosstheworld'scroplands［J］．ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica，2011，108(7):3086－3091．

　　［4］YanZ，LiuP，LiY，etal．PhosphorusinChina'sintensivevegetableproductionsystems:overfertilization，soilenrichment，andenvironmentalimplications［J］．JournalofEnvironmentalQuality，2013，42(4):982－989．

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