不同年限紫云英配施减量化肥对土壤磷吸附解吸特征的影响

doi:10.11686/cyxb2023300

草业学报 ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (7): 41-52.DOI: 10.11686/cyxb2023300

不同年限紫云英配施减量化肥对土壤磷吸附解吸特征的影响

张成兰¹(), 刘春增¹(), 吕玉虎², 李本银¹, 张琳², 丁丽², 杜光辉², 张香凝¹, 郑春风¹, 张济世¹, 李敏³, 曹卫东⁴

^1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州 450002
^2.信阳市农业科学院，河南信阳 464000
^3.安徽省农业科学院土壤肥料研究所，安徽合肥 230031
^4.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081

收稿日期:2023-08-29 修回日期:2023-10-17 出版日期:2024-07-20 发布日期:2024-04-08
通讯作者: 刘春增
作者简介:E-mail： liucz321@aliyun.com
张成兰（1990-），女，河南项城人，助理研究员，硕士。E-mail： 616704053@qq.com
基金资助:
国家重点研发计划项目(2021YFD1700203);国家绿肥产业技术体系项目(CARS-22);河南省农业科学院科技创新团队项目(2023TD24);河南省中央引导地方科技发展资金项目(Z20221341071)

Effects of Chinese milk vetch combined with reduced chemical fertilizer on soil phosphorus adsorption and desorption characteristics in different years

Cheng-lan ZHANG¹(), Chun-zeng LIU¹(), Yu-hu LYU², Ben-yin LI¹, Lin ZHANG², Li DING², Guang-hui DU², Xiang-ning ZHANG¹, Chun-feng ZHENG¹, Ji-shi ZHANG¹, Min LI³, Wei-dong CAO⁴

^1.Institute of Plant Nutrition，Agriculture Resources and Environment Sciences，Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China
^2.Xinyang Academy of Agricultural Sciences，Xinyang 464000，China
^3.Soil and Fertilizer Research Institute，Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei 230031，China
^4.Institute of Agriculture Resources and Regional Planning，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China

Received:2023-08-29 Revised:2023-10-17 Online:2024-07-20 Published:2024-04-08
Contact: Chun-zeng LIU

摘要/Abstract

摘要：

为明确不同年限紫云英配施减量化肥对土壤磷吸附解吸特征的动态影响。本研究依托于河南省信阳市长期定位试验，设不施肥（CK）、单施化肥（CF）、22500 kg·hm^-2紫云英+80%化肥（G+80% CF）、22500 kg·hm^-2紫云英+60%化肥（G+60% CF）、22500 kg·hm^-2紫云英+40%化肥（G+40% CF）共5个处理，分析2011、2016、2020年土壤磷吸附解吸特征变化趋势及其与土壤理化性质之间的关系。结果表明：Langmuir等温吸附方程能较好地拟合土壤磷的吸附特征（R²为0.9804~0.9949，P<0.01）。随种植年限的增加，不同处理各参数变化并不相同。G+80% CF、G+60% CF、G+40% CF处理土壤磷最大吸附量（Q_max）随种植年限的增加呈降低趋势，磷吸附常数（K）和磷最大缓冲容量（MBC）随种植年限的增加呈增加趋势，其中2020年较2011年，Q_max分别降低了11.30%、12.95%、15.47%，K分别增加了20.73%、22.50%、27.27%，MBC分别增加了8.63%、6.43%、6.28%；CF处理与之相反，土壤磷的Q_max随年限的增加呈增加趋势，K和MBC随年限的增加呈降低趋势，与2011年相比，2020年土壤磷的Q_max增加了8.80%，K降低了12.20%，MBC降低了2.97%；各处理土壤磷吸附饱和度（DPS）随种植年限的增加无规律性变化。CK和CF处理土壤磷的平均解吸率随年限的增加呈降低趋势，G+80% CF和G+40% CF呈先降低后增加趋势，G+60% CF处理呈降低趋势。相同年份，紫云英配施减量化肥较CK降低了土壤磷的Q_max、增加了土壤磷的K、MBC、DPS及平均解吸率。相关性分析表明，Q_max与土壤阳离子交换量（CEC）呈极显著正相关，MBC与CEC呈极显著负相关，DPS与碱解氮（AN）、有效磷（AP）呈极显著正相关，解吸率（DR）与速效钾（AK）呈极显著负相关，与pH呈显著负相关。冗余分析结果表明，CEC、AP、AK是影响土壤磷吸附解吸特征的主要因素，贡献率分别为26.7%、18.5%、16.2%（P<0.05）。综上，土壤对磷的吸附解吸主要受土壤阳离子交换量、有效磷、速效钾的影响。长期紫云英配施减量化肥可降低土壤对磷的吸附，增加土壤对磷的解吸，长期单施化肥效果则相反。综合考虑土壤磷吸附解吸特性及土壤理化性质，以减量20%~40%化肥配施22500 kg·hm^-2紫云英效果较好。本研究为豫南稻区合理施肥提供了理论依据。

关键词: 土壤磷, 吸附解吸, 特征参数, 冗余分析

Abstract:

The aim of this study was to clarify the dynamic effects of Chinese milk vetch coupled with reduced chemical fertilizer on soil phosphorus adsorption and desorption characteristics in different years. This long-term field study was conducted in Xinyang， Henan province. The experimental design consisted of a control （no fertilizer， CK） and four treatments： fertilizer only （CF）， 22500 kg·ha^-1 Chinese milk vetch+80% fertilizer （G+80% CF）， 22500 kg·ha^-1 Chinese milk vetch+60% fertilizer （G+60% CF）， and 22500 kg·ha^-1 Chinese milk vetch+40% fertilizer （G+40% CF）. We determined the change trends of soil phosphorus adsorption and desorption characteristics， as well as their relationships with soil physicochemical properties in 2011， 2016， and 2020. The results showed that the Langmuir isothermal adsorption equation provided a good fit for the adsorption characteristics of soil phosphorus （R²=0.9804-0.9949， P<0.01）. The maximum phosphorus adsorption capacity （Q_max） of soil samples from the G+80% CF， G+60% CF， and G+40% CF treatments decreased from 2011 to 2020， whereas the phosphorus adsorption constant （K） and maximum phosphorus buffer capacity （MBC） increased over the same time period. Compared with their respective values in 2011， the Q_max of the G+80% CF， G+60% CF， and G+40% CF treatments had decreased by 11.30%， 12.95%， and 15.47%； K had increased by 20.73%， 22.50%， and 27.27%； and the MBChad increased by 8.63%， 6.43%， and 6.28% in 2020. In contrast， in the CF treatment， the Q_max of soil phosphorus increased with increasing age， whereas K and MBC decreased with increasing age. Compared with their respective values in 2011， the Q_max of soil phosphorus had increased by 8.80%， K had decreased by 12.20%， and MBC had decreased by 2.97% in 2020. In all treatments， the soil phosphorus adsorption saturation （DPS） did not show any consistent changes over the experimental period. The average desorption rate of soil phosphorus decreased during the experimental period in the CK and CF treatments， initially decreased and then increased in the G+80% CF and G+40% CF treatments， and showed a decreasing trend in the G+60% CF treatment. Compared with CK， the application of reduced chemical fertilizer coupled with Chinese milk vetch decreased the Q_max of soil phosphorus and increased the K， MBC， DPS， and average desorption rate of soil phosphorus in the same year. The results of correlation analysis showed that Q_max was significantly positively correlated with soil cation exchange capacity （CEC）， MBC was significantly negatively correlated with CEC， DPS was significantly positively correlated with alkali-hydrolyzed nitrogen （AN） and available phosphorus （AP）， and the desorption rate （DR） was significantly negatively correlated with available potassium （AK） and pH. The results of a redundancy analysis revealed that CEC， AP， and AK were the primary factors affecting soil phosphorus adsorption and desorption characteristics， with contribution rates of 26.7%， 18.5%， and 16.2%， respectively （P<0.05）. In summary， our results indicate that the adsorption and desorption of soil phosphorus are mainly affected by the soil CEC， AP， and AK. Long-term application of Chinese milk vetch coupled with reduced chemical fertilizer decreased P adsorption and increased P desorption in soil， while the long-term application of fertilizer alone had the opposite effect. Considering the adsorption and desorption characteristics of soil P and soil physical and chemical properties， the best effects were obtained by reducing chemical fertilizer usage by 20%-40% combined with 22500 kg·ha^-1 Chinese milk vetch. Our findings provide scientific guidance for reasonable fertilization in the rice-growing area of south Henan province.

Key words: soil phosphorus, adsorption and desorption, characteristic parameters, redundancy analysis

张成兰, 刘春增, 吕玉虎, 李本银, 张琳, 丁丽, 杜光辉, 张香凝, 郑春风, 张济世, 李敏, 曹卫东. 不同年限紫云英配施减量化肥对土壤磷吸附解吸特征的影响[J]. 草业学报, 2024, 33(7): 41-52.

Cheng-lan ZHANG, Chun-zeng LIU, Yu-hu LYU, Ben-yin LI, Lin ZHANG, Li DING, Guang-hui DU, Xiang-ning ZHANG, Chun-feng ZHENG, Ji-shi ZHANG, Min LI, Wei-dong CAO. Effects of Chinese milk vetch combined with reduced chemical fertilizer on soil phosphorus adsorption and desorption characteristics in different years[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(7): 41-52.

图/表 7

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年份Year	处理 Treatments	Langmuir方程 Langmuir equation	R²	土壤磷最大吸附量 Maximum buffer capacity （Q_max， mg·kg^-1）	吸附亲和力常数 Adsorption constant （K）	土壤磷最大缓冲容量Maximum buffer capacity of soil P （MBC， mg·kg^-1）	土壤磷吸附饱和度 Degree of phosphorus saturation （DPS， %）
2011	CK	C/Q=0.0006C+0.0888	0.9907	1617.92a	0.0076a	11.27a	0.2967b
	CF	C/Q=0.0007C+0.0848	0.9934	1477.21a	0.0082a	11.80a	0.5321a
	G+80% CF	C/Q=0.0007C+0.0812	0.9928	1432.88a	0.0082a	11.35a	0.5318a
	G+60% CF	C/Q=0.0007C+0.0857	0.9917	1482.96a	0.0080a	11.67a	0.4071ab
	G+40% CF	C/Q=0.0007C+0.0872	0.9927	1517.49a	0.0077a	11.46a	0.4624ab
2016	CK	C/Q=0.0007C+0.0841	0.9910	1443.15a	0.0086a	11.89a	0.2831b
	CF	C/Q=0.0007C+0.0851	0.9949	1512.98a	0.0081a	11.75a	0.4718a
	G+80% CF	C/Q=0.0007C+0.0822	0.9911	1375.88a	0.0090a	12.16a	0.4700a
	G+60% CF	C/Q=0.0007C+0.0822	0.9915	1364.41a	0.0091a	12.16a	0.5458a
	G+40% CF	C/Q=0.0007C+0.0845	0.9912	1387.58a	0.0086a	11.83a	0.4433a
2020	CK	C/Q=0.0007C+0.0843	0.9884	1394.34ab	0.0086a	11.86a	0.3470c
	CF	C/Q=0.0006C+0.0873	0.9941	1607.17a	0.0072a	11.45a	0.5366ab
	G+80% CF	C/Q=0.0008C+0.0811	0.9853	1271.01b	0.0099a	12.33a	0.6366a
	G+60% CF	C/Q=0.0008C+0.0805	0.9890	1290.88b	0.0098a	12.42a	0.4456bc
	G+40% CF	C/Q=0.0008C+0.0821	0.9804	1282.67b	0.0098a	12.18a	0.5084b
P值P value			**	*	NS	NS	*

年份Year	处理 Treatments	Langmuir方程 Langmuir equation	R²	土壤磷最大吸附量 Maximum buffer capacity （Q_max， mg·kg^-1）	吸附亲和力常数 Adsorption constant （K）	土壤磷最大缓冲容量Maximum buffer capacity of soil P （MBC， mg·kg^-1）	土壤磷吸附饱和度 Degree of phosphorus saturation （DPS， %）
2011	CK	C/Q=0.0006C+0.0888	0.9907	1617.92a	0.0076a	11.27a	0.2967b
	CF	C/Q=0.0007C+0.0848	0.9934	1477.21a	0.0082a	11.80a	0.5321a
	G+80% CF	C/Q=0.0007C+0.0812	0.9928	1432.88a	0.0082a	11.35a	0.5318a
	G+60% CF	C/Q=0.0007C+0.0857	0.9917	1482.96a	0.0080a	11.67a	0.4071ab
	G+40% CF	C/Q=0.0007C+0.0872	0.9927	1517.49a	0.0077a	11.46a	0.4624ab
2016	CK	C/Q=0.0007C+0.0841	0.9910	1443.15a	0.0086a	11.89a	0.2831b
	CF	C/Q=0.0007C+0.0851	0.9949	1512.98a	0.0081a	11.75a	0.4718a
	G+80% CF	C/Q=0.0007C+0.0822	0.9911	1375.88a	0.0090a	12.16a	0.4700a
	G+60% CF	C/Q=0.0007C+0.0822	0.9915	1364.41a	0.0091a	12.16a	0.5458a
	G+40% CF	C/Q=0.0007C+0.0845	0.9912	1387.58a	0.0086a	11.83a	0.4433a
2020	CK	C/Q=0.0007C+0.0843	0.9884	1394.34ab	0.0086a	11.86a	0.3470c
	CF	C/Q=0.0006C+0.0873	0.9941	1607.17a	0.0072a	11.45a	0.5366ab
	G+80% CF	C/Q=0.0008C+0.0811	0.9853	1271.01b	0.0099a	12.33a	0.6366a
	G+60% CF	C/Q=0.0008C+0.0805	0.9890	1290.88b	0.0098a	12.42a	0.4456bc
	G+40% CF	C/Q=0.0008C+0.0821	0.9804	1282.67b	0.0098a	12.18a	0.5084b
P值P value			**	*	NS	NS	*

年份 Year	磷浓度 Concentration of P （mg·L^-1）	CK	CF	G+80% CF	G+60% CF	G+40% CF	P值P value
2011	5	3.32ab	4.09a	2.54b	2.77b	2.31b	*
	10	3.54a	3.20ab	2.76bc	2.56c	2.70bc	*
	20	5.52a	5.59a	5.92a	5.14b	5.72a	*
	40	8.28b	9.71ab	9.46ab	10.29a	10.85a	*
	60	9.81b	11.36a	11.84a	10.88ab	11.42a	*
	80	11.98a	10.91a	11.97a	11.39a	11.61a	NS
	100	11.27c	11.63bc	13.23a	13.54a	13.00ab	*
	均值 Average	7.67a	8.07a	8.25a	8.08a	8.23a	NS
2016	5	2.58ab	2.83a	1.98ab	2.43ab	1.74b	*
	10	1.93b	3.20a	1.80b	2.54ab	2.10b	*
	20	4.48bc	4.24c	5.10a	4.97ab	4.98ab	*
	40	8.05b	6.97b	9.53a	10.13a	9.75a	*
	60	9.90b	10.53b	10.41b	10.55b	11.59a	*
	80	11.41a	10.91a	10.76a	11.04a	11.27a	NS
	100	11.03a	11.14a	11.93a	12.07a	11.83a	NS
	均值Average	7.05b	7.12ab	7.36ab	7.68a	7.61ab	*
2020	5	2.62ab	2.83a	1.88ab	2.07ab	1.64b	*
	10	1.80b	2.48a	2.50a	2.63a	2.00b	*
	20	4.41bc	4.17c	5.29a	4.79ab	4.95ab	*
	40	8.31a	8.13a	9.81a	9.30a	10.50a	NS
	60	9.47a	9.89a	10.68a	10.76a	11.05a	NS
	80	11.41ab	10.37b	11.78ab	11.41ab	12.00a	*
	100	11.00ab	10.63b	11.64ab	11.90ab	12.13a	*
	均值Average	7.00ab	6.93b	7.65ab	7.55ab	7.75a	*

年份 Year	磷浓度 Concentration of P （mg·L^-1）	CK	CF	G+80% CF	G+60% CF	G+40% CF	P值P value
2011	5	3.32ab	4.09a	2.54b	2.77b	2.31b	*
	10	3.54a	3.20ab	2.76bc	2.56c	2.70bc	*
	20	5.52a	5.59a	5.92a	5.14b	5.72a	*
	40	8.28b	9.71ab	9.46ab	10.29a	10.85a	*
	60	9.81b	11.36a	11.84a	10.88ab	11.42a	*
	80	11.98a	10.91a	11.97a	11.39a	11.61a	NS
	100	11.27c	11.63bc	13.23a	13.54a	13.00ab	*
	均值 Average	7.67a	8.07a	8.25a	8.08a	8.23a	NS
2016	5	2.58ab	2.83a	1.98ab	2.43ab	1.74b	*
	10	1.93b	3.20a	1.80b	2.54ab	2.10b	*
	20	4.48bc	4.24c	5.10a	4.97ab	4.98ab	*
	40	8.05b	6.97b	9.53a	10.13a	9.75a	*
	60	9.90b	10.53b	10.41b	10.55b	11.59a	*
	80	11.41a	10.91a	10.76a	11.04a	11.27a	NS
	100	11.03a	11.14a	11.93a	12.07a	11.83a	NS
	均值Average	7.05b	7.12ab	7.36ab	7.68a	7.61ab	*
2020	5	2.62ab	2.83a	1.88ab	2.07ab	1.64b	*
	10	1.80b	2.48a	2.50a	2.63a	2.00b	*
	20	4.41bc	4.17c	5.29a	4.79ab	4.95ab	*
	40	8.31a	8.13a	9.81a	9.30a	10.50a	NS
	60	9.47a	9.89a	10.68a	10.76a	11.05a	NS
	80	11.41ab	10.37b	11.78ab	11.41ab	12.00a	*
	100	11.00ab	10.63b	11.64ab	11.90ab	12.13a	*
	均值Average	7.00ab	6.93b	7.65ab	7.55ab	7.75a	*

处理 Treatments	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	碱解氮 Alkaline nitrogen （mg·kg^-1）	有效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）	pH	阳离子交换量 Cation exchange capacity ［cmol（+）·kg^-1］
CK	22.49±0.13b	157.12±1.80b	4.38±0.26c	85.24±3.01ab	6.59±0.10a	19.28±0.26a
CF	23.59±0.64ab	194.88±9.07a	7.77±0.40a	88.90±3.08a	6.42±0.09ab	19.42±0.24a
G+80% CF	24.14±0.46a	204.41±3.86a	7.25±0.46ab	83.98±0.70ab	6.07±0.07b	19.03±0.22a
G+60% CF	24.86±0.29a	195.04±9.76a	6.39±0.54b	83.73±1.66ab	6.08±0.14b	18.61±0.42a
G+40% CF	23.89±0.51ab	189.88±3.72a	6.50±0.20ab	80.74±0.82b	6.11±0.16b	18.91±0.15a

不同年限紫云英配施减量化肥对土壤磷吸附解吸特征的影响

Effects of Chinese milk vetch combined with reduced chemical fertilizer on soil phosphorus adsorption and desorption characteristics in different years

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图/表 7

参考文献 39

相关文章 13

编辑推荐

Metrics

项目Item	SOM	AN	AP	AK	pH	CEC
Q_max	-0.338	-0.225	-0.027	0.173	0.240	0.649**
K	0.318	0.251	-0.061	-0.481	-0.231	-0.363
MBC	0.289	0.162	0.021	0.022	-0.158	-0.665**
DPS	0.370	0.763**	0.934**	0.124	-0.399	-0.193
DR	0.470	0.255	0.235	-0.722**	-0.587*	0.141

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