夏绿肥植物还田对休耕农田土壤磷素的影响

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磷(Phosphorus,P)是农作物生长所必须的营养元素之一,而由于其易被土壤吸附或者与钙、铁、铝等形成难溶性化合物,土壤有效磷素的缺乏限制了植物的生长。农业生产中常通过施加磷肥补充土壤磷素,但磷肥的低利用率以及过量磷肥施用导致的资源耗竭、水体富营养化等问题使得农田磷素管理面临困境。提高土壤中磷素的有效性对平衡磷肥减施和作物保产具有重要的作用。休耕期间种植绿肥植物是农田常用的养地措施,绿肥植物翻压及翻压后的管理措施如何影响土壤磷素有效性值得进一步探索;上海农田目前主要在夏季种植水稻,后种植冬绿肥休耕,对于需要长期休耕的农田,夏绿肥对土壤养分的影响也有待进一步研究。本研究针对上海市奉贤区普通水稻田,通过田间试验和室内控制试验,比较夏季休耕种植的黄豆(Glycine max(Linn.)Merr.)、红薯(Ipomoea batatas(L.)Lam.)、绿豆(Vigna radiata L.)、杂草(千金子(Leptochloa chinensis(L.)Nees)和水苋菜(Ammannia baccifera L.)混合)等夏绿肥植物翻压还田后的腐解规律及其对土壤磷素有效性的影响;并探究了不同水分管理模式(60%田间持水量、100%田间持水量、淹水)对这4种植物翻压的土壤磷素有效性的影响机制及对后茬作物生长的影响。通过本研究,期望为上海地区开展夏季休耕的农田管理提供一定的理论依据。主要研究结果如下:(1)田间植物腐解及翻压试验结果表明,不同植物翻压还田的腐解及养分释放规律不同,并进一步影响了土壤的磷素组成和有效性。黄豆、红薯和绿豆植株还田后均呈现出先快后慢的腐解趋势,而杂草腐解速度在实验期间相对平均,即无明显快速分解阶段。绿肥植物腐解182天后,红薯的腐解和磷释放在所有植物中最为彻底,分别达到73.44%和86.66%。植物翻压还田进一步对土壤养分产生了影响。黄豆翻压增加土壤速效磷最为有效,使土壤速效磷提高了4.42 mg/kg;绿豆翻压则最显著提高了土壤碱性磷酸酶活性。绿豆和杂草翻压对土壤磷素组成产生了较大影响,显著降低了土壤Ca2-P和Fe-P,增加了Ca8-P的累积。黄豆、红薯和杂草翻压使土壤磷素有效性维持在较高水平,而绿豆翻压则使土壤磷素有效性有所下降。(2)室内控制试验结果表明,不同土壤水分下植物翻压对土壤磷素有效性的影响及其机制不尽相同。在60%和100%田间持水量下,土壤相对好氧,随着翻压时间的增加,土壤的速效磷含量逐渐增加,有效性较低的闭蓄态磷(O-P)、Fe-P、Ca10-P比例降低,而有效性较高的Ca2-P、Ca8-P比例升高。翻压182天后,60%田间持水量土壤的Ca2-P和Ca8-P比例较高,直接增加了土壤无机磷的有效性;100%田间持水量土壤的TP、TOC及有机磷(Or-P)含量较高,增加了土壤潜在的有效磷库。在这两种水分条件下,黄豆翻压主要增加土壤Ca2-P比例;红薯由于腐解速度较快,前期快速释放有效磷素;绿豆翻压主要提升土壤有机磷含量和碱性磷酸酶活性;杂草由于腐解缓慢且较匀速,持续性地提高Ca8-P比例以及碱性磷酸酶活性。植物翻压期间持续影响土壤溶液中溶解性无机磷(DIP)浓度和土壤速效磷含量。红薯、绿豆和杂草翻压1个月左右、黄豆翻压45天左右时,土壤溶液中的溶解性无机磷达到最高。绿豆和红薯在相对好氧条件下翻压约4个月后,土壤速效磷含量都能达到最高;而杂草和黄豆翻压的土壤速效磷在100%田间持水量下于翻压约4个月后达到最高,在60%田间持水量下则在翻压4个月后还能持续提升土壤速效磷。淹水条件显著提高了土壤溶液溶解性无机磷,土壤Ca2-P、Ca8-P以及有机磷含量均较低,而难利用的闭蓄态磷(O-P)和Ca10-P比例则显著提高。豆科植物(黄豆和绿豆)在该条件下翻压超过5个月,土壤溶液中溶解性无机磷浓度有所回升;而杂草翻压则在后期提高了闭蓄态磷(O-P)比例并维持了较高的Ca10-P比例,从而固定了土壤磷素。(3)翻压期不同水分管理和植物翻压会影响后茬作物的养分吸收和生长。100%田间持水量较其他两种水分更有利于后茬作物生长及磷吸收,并有效促进豆荚的生长发育;60%田间持水量更有利于后茬作物茎叶部分的发育;淹水则主要促进后茬作物根系生长。而对不同翻压植物,黄豆翻压对后茬作物生长整体较为有利;红薯翻压有利于后茬作物豆荚发育;而杂草翻压则主要促进后茬作物根部发育。(4)以后茬作物生长情况评价土壤磷素改良效果,主成分分析结果表明,100%田间持水量下豆科植物(绿豆和黄豆)翻压的土壤有效磷素改良效果最好。三种水分下,杂草翻压的土壤有效磷素改良效果均较差,而由于杂草翻压在淹水条件下能有效固定磷素,有可能为水稻田磷素优化提供帮助,但同时也要做好后茬作物生长期间的杂草防控。
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