施用有机肥对土壤磷流失的影响

近年来随着我国畜禽养殖业的高速发展,畜禽粪便产生磷量大幅度增长,目前已达1000万吨,相当于当年化肥投入磷素总量的90%。随着畜禽养殖产业带的发展,在我国部分农区,农田对畜禽粪尿产生磷的承载量急剧增长,对我国集约化农区100多个乡镇的调查结果显示:80年代初期耕地承载畜禽粪尿磷量约为20 kg P_2O_5/ha,而目前平均为114 kg P_2O_5/ha,一些乡镇超过600 kg P_2O_5/ha。 已有研究显示农田超量施用化学磷肥,在降雨导致农田产生径流和淋溶条件下,会导致农田磷素流失。新近的研究还显示:畜禽有机肥磷的主要成分为水溶态磷及易溶态磷,大量施用有机肥也会导致农田磷素流失。

为了解有机肥用量对不同形态土壤磷含量的影响,阐明由于施用有机肥引起土壤磷素的变化对农田磷素流失的作用,在中国农业科学院廊坊试验站(东经116°35′37″,北纬39°36′04″),设置了有机肥用量田间试验和原位人工模拟降雨试验。有机肥试验进行于2008-2009年,种植作物为春玉米-冬小麦-夏玉米,肥料为畜禽有机肥,磷用量为0(对照)、75、225 kg P/ha三个水平,重复4-6次,有机肥含磷量为4.49 g/kg,其中水溶性总磷、水溶性无机磷、水溶性有机磷、Olsen浸提剂浸提磷分别为19.9 %、18.4、1.5 %、66.1%。肥料均在玉米播种前一次性施入,表施后翻耕。田间原位模拟降雨试验于2009年8月上旬进行,设置了120mm/h,60mm/h两个雨强,分别模拟大雨造成的地表径流和持续降雨形成的渗漏两类流失过程,雨量均为120mm。 研究结果显示:随有机肥磷用量水平的提高,0-5 cm和5-20 cm土层土壤全磷、土壤全磷、水溶性总磷、水溶性无机磷、水溶性有机磷、Olsen-P含量均显著提高。 就不同形态土壤磷而言,有机肥磷用量对高水溶性土壤磷含量的影响大于对低水溶性土壤磷含量的影响。有机肥磷用量为75 kg/ha时,0-5cm土层中水溶性无机磷、土壤水溶性总磷、水溶性有机磷、Olsen-P较对照分别提高了1320.6 %、1044.2 %、631.3 %、479.4 %,其中土壤水溶性无机磷由对照的0.65 mg P/kg提高到9.24 mg P/kg,而土壤全磷仅提高了19.0 %,由对照的636.3 mg P/kg提高到757.5 mg P/kg。有机肥磷用量为225 kg/ha时,0-5cm土层中水溶性无机磷、土壤水溶性总磷、水溶性有机磷、Olsen-P较对照分别提高了3755.2 %、2536.1 %、715.7 %、1603.1 %,其中土壤水溶性无机磷提高到25.08 mg P/kg,而土壤全磷提高到1069.8 mg P/kg,较对照仅提高了68.1 %。 就两种土层而言,有机肥磷用量对表层土壤磷含量的影响显著高于对下层的影响。有机肥磷用量为75 kg/ha时,0-5 cm土层中各种形态土壤磷含量分别较对照平均增加了698.9 %,而其在5-20 cm土层中的平均增加仅为154.7 %;在0-5 cm土层中土壤水溶性总磷含量从由对照的1.09 mg P/kg提高到12.43 mg P/kg,土壤全磷含量从由对照的636.3 mg P/kg提高到757.5 mg P/kg。有机肥磷用量为225 kg P/ha时,0-5 cm土层中各种形态土壤磷含量较对照平均增加了1735.6 %,而其在5-20 cm土层中的平均增加仅为634.2 %,在0-5 cm土层中土壤水溶性总磷含量从由对照的1.09 mg P/kg提高到28.63 mg P/kg,土壤全磷含量从由对照的636.3 mg P/kg提高到1069.8mg P/kg。 田间原位人工模拟降雨试验结果显示,在土壤磷含量,特别是表层高水溶性土壤磷含量随着有机肥磷用量增加而呈高倍增加条件下,渗漏流失液中的总磷、水溶性总磷、水溶性无机磷、颗粒磷含量均显著增加,其中增加幅度最大为水溶性无机磷,当有机肥磷用量为225 kg/ha时,农田渗漏流失液中的总磷、水溶性总磷、水溶性无机磷、水溶性有机磷、颗粒磷含量分别为8.12 mg P/L、3.48 mg P/L、3.21 mg P/L、0.28 mg P/L、4.64 mg P/L,较不施肥处理的(1.18 mg P/L、0.11 mg P/L、0.06 mg P/L、0.05 mg P/L、1.07 mg P/L)增加了588.9 %、3126.6 %、5529.5 %、446.4 %、333.0 %。当有机肥磷用量为225 kg/ha时,一次模拟降雨条件下引起的农田渗漏流失的总磷、水溶性总磷、水溶性无机磷、水溶性有机磷、颗粒磷量分别为3.57 kg P/ha、1.59 kg P/ha、1.46 kg P/ha、0.12 kg P/ha、1.98 kg P/ha,较对照(0.69 kg P/ha、0.06 kg P/ha、0.03 kg P/ha、0.03 kg P/ha、0.63 kg P/ha)分别增加了414.7 %、2398.3 %、4268.4 %、312.2 %、214.6 %。 随有机肥磷用量和土壤表层高水溶性土壤磷含量的增加,径流流失液中仅总磷含量呈显著增加。当有机肥磷用量为225 kg/ha时,径流流失液总磷含量从对照的0.79 mg P/L增加到1.64 mg P/L,增幅达107.1 %,径流流失总磷量则由对照的0.58 kg P/ha增加到1.15 kg P/ha,增幅98.0 %,显著低于渗漏流失方式。模拟降雨试验中径流流失液中水溶性总磷、水溶性无机磷、水溶性有机磷、颗粒磷含量变异较大,在不同有机肥磷用量、不同土壤磷含量条件下,未能呈现显著变化。 综上所述,可以看出农田施用含高量水溶态及易溶态磷的畜禽有机肥,土壤表层水溶性磷的含量将大幅度提高,增幅可达10-49倍,有机肥用量越大,对土壤表层水溶性磷含量的影响越大。而随着土壤表层水溶性磷含量的提高,持续降雨条件下,农田水溶性磷的渗漏流失将大幅度增加,在一次模拟降雨条件下农田水溶性磷的渗漏流失量可以从0.06提升至1.59 kg P/ha,增幅达到25.0倍。为此在充分利用畜禽粪便氮磷养分资源、减少畜禽业排污的同时,还要注意科学施用畜禽有机肥,有效控制施用有机肥引起的农田磷素流失。