保护地蔬菜生产发展迅速，使用年限逐年增加，其土壤条件发生了很大变化。为了提高保护地蔬菜单产，增加效益，农民盲目加大氮肥、磷肥用量，造成土壤养分之间比例严重失调，肥料利用率降低^[1]。山东省寿光市是“中国蔬菜之乡”，大水大肥的现象非常普遍^[2]，急需保护地土壤养分资源情况的相关试验。综合寿光有关日光温室施肥的调查资料发现，平均每季养分投入化肥氮为1257 kg·hm^-2，远远超过作物的实际需求量^[3]。对山东省寿光市日光温室蔬菜的施肥现状的调查结果表明，化肥投入量高出一般推荐量的2~5倍，氮磷钾肥的当季利用率均不到10%，土壤中均含有大量的氮和难溶性磷，速效氮含量较高，而有效磷含量一般较低，土壤磷素累积严重，可供给作物利用的磷不足，制约作物的生长发育^{[4, 5]}。近几年来，活化土壤难溶性磷，增强土壤供磷能力，减少磷肥的投入，也逐渐引起人们的关注。土壤中存在大量的微生物，这些微生物能够将难溶磷转化为植物可吸收利用的有效磷。但在含氮量较高的土壤中，C/N 较低，微生物活性不高，制约了其固氮、解磷、解钾的能力。杨赵等^[6]研究表明，添加有机质能有效增加土壤全氮含量，而降低土壤有效氮含量，特别是添加小麦秸秆，有效地减少了氮素的流失量，但却增加了磷的流失量。小麦秸秆含碳量较高，农田添加小麦秸秆，可以提高土壤有机质和C/N 值，为土壤微生物的生长繁殖提供丰富的能量和环境，提高微生物的活性，从而有利于土壤中累积态难溶性磷元素的溶解和释放，减缓了氮素的流失，提高了氮素、磷素的利用率^{[7, 8, 9, 10]}。为此，本试验以寿光蔬菜保护地的0~30 cm 高氮土壤为供试材料，通过不同的氮素调控及添加秸秆提高碳氮比，研究土壤中不同供氮水平下磷素的特征变化情况及淋溶状况，从而为指导农民合理施肥及对当地水的氮磷淋溶风险提供依据。 1 材料与方法 1.1 试验时间、地点

试验于2004 年1 月—2007 年12 月在山东省寿 光市古城街道罗庄村（36°55′N，118°45′E）进行，温室 内的种植面积为84.0 m×7.8 m，已连续种植5 年番 茄。种植方式为典型的一年两季，试验开始前取0~60 cm土壤，土壤基础肥力状况如表 1 所示。

表 1 试验地土壤的基础理化性状 Table 1 Soil physico-chemical characteristics of the experimental greenhouse

表选项

2004—2007 年4 年供试番茄品种分别为“189”、 “852”、“189”、“金棚1 号”、“布鲁斯特”、“千禧樱桃”、 “布鲁斯特”、“千禧樱桃”。畦宽为1.0 m，畦间距为 0.4 m，行间距0.7 m，株间距0.35 m，每公顷种植密度 约为35 000 株，樱桃番茄的种植密度每公顷45 000 株。种植方式为典型的一年两季，即2—6 月为冬春 季、8 月至来年1 月为秋冬季，7 月份休闲。 1.3 试验设计 1.3.1 氮素调控试验

淋洗装置见图 1。

图 1 淋洗装置构造图 Figure 1 Leaching device

图选项

2004 年冬春季至2007 年冬春季连续4 年的试 验中，共设置7个处理，如下：

（1）对照（NN）：不施有机肥（主要为鸡粪）和化学氮 肥；

（2）有机肥处理（MN）：只施用有机肥，8 个生长 季节的有机肥施用量分别为8、11、8、11、5、8、8、8 t· hm^-2，均匀撒施后翻耕，不追施化学氮肥；

（3）传统氮素处理（CN）：8 个生长季基施有机肥 分别为8、11、8、11、5、8、8、12 t·hm^-2，根据当地农户调 查结果，每次追施N 120 kg·hm^-2；

（4）氮素优化处理（SN）：8 个生长季基施有机肥 分别为8、11、8、11、5、8、8、8 t·hm^-2，在综合考虑灌溉 水带入氮素、土壤氮素的基础上确定追施氮量（公式 1）；

施氮量=修正的氮素供应目标值-0~30 cm 土层硝态氮原灌溉水带入氮量（1）

氮素供应目标值因番茄茬口和生育时期而不同， 具体为冬春季番茄第一、二、三穗果膨大期追肥时的 氮素供应目标值为N 250 kg·hm^-2，第四、五穗果膨大 期则为N 200 kg·hm^-2；秋冬季番茄第一、二、三和四 穗果膨大期每次追肥时的氮素供应目标值为N 200 kg·hm^-2，第五穗果膨大期则为N 250 kg·hm^{-2 [11]}；

（5）有机肥+秸秆处理（MN+S）：2006 年秋冬季 进行裂区试验，在MN 处理的基础上添加风干小麦 秸秆2 t·hm^-2；

（6）传统氮素+秸秆处理（CN+S）：2006 年秋冬 季进行裂区试验，在CN 处理的基础上添加风干小麦 秸秆2 t·hm^-2；

（7）氮素优化+秸秆处理（SN+S）：2006 年秋冬 季进行裂区试验，在SN 处理的基础上添加风干小麦 秸秆2 t·hm^-2。

各处理每季均以底肥施入300 kg·hm^-2 P₂O₅（过磷 酸钙，12% P₂O₅）；钾肥400 kg·hm^-2 K₂O（K₂SO₄，52%）， 分次施入。试验小区两侧0~50 cm纵向埋农膜防止小 区间肥料相互渗透。 1.3.2 渗滤试验

2007 年冬春季和秋冬季间休闲时，将6 个渗漏计分别埋装于氮素优化处理和氮素优化+秸秆处理小区（图 1中用白色立方体标注），监测添加小麦秸秆对于菜田土壤磷的淋洗状况，间隔14 d左右取样。 1.4 测定项目与方法 试验前（2003 年12 月）采集0~60 cm 基础土壤 样品，之后每年秋冬季结束后取0~30 cm 表层土壤。 测定全磷（高氯酸、浓硫酸消煮-钼锑抗比色法）、速效 磷（0.5 mol·L^-1 NaHCO₃浸-钼锑抗比色法）、有机磷（高 温电炉灼烧-0.2 mol·L^-1（1/2）H₂SO₄ 浸提）以及磷的 吸收系数（磷酸二铵溶液浸提-钼锑抗比色法）。用浓 H₂SO₄-HNO₃联合消煮钼锑抗比色法测定溶液中的全 磷和有机磷含量。土壤样品和植物样品的分析测定均 按照鲍士旦主编的《土壤农化分析》标准进行^[12]。 2 结果与讨论 2.1 氮调控下土壤中磷的含量指标变化

在4年生长季中，速效磷含量变化较明显（图 2）。 2007 年NN、MN、SN+S、SN 处理的速效磷含量分别为 122.4、130.0、150.2、155.0 mg·kg^-1，比2004 年下降了 32.9%、28.7%、17.7%、15.0%。磷与氮在作物吸收、利 用方面有相互协助作用，合理的施用氮肥通常能促进 植物对磷的吸收利用，磷参与氮代谢、硝酸盐还原、氨 的同化以及蛋白质的合成。在氮肥供应过量，土壤中 含氮量过高的情况下，磷的吸收有被抑制的可能^[13]。

图 2 2004—2007 年不同调氮措施下0~30 cm 土壤速效磷含量变化 Figure 2 The content of available P in 0~30 cm soils with different N controlling from 2004 to 2007

图选项

在农民传统施肥模式下，速效磷含量逐年增加，磷肥的有效性可持续多年。不同水平的氮素调控均能减少表层土壤速效磷的含量，传统施肥模式下添加秸秆还田，在一定程度上减缓了速效磷的增加，但是添加秸秆对速效磷含量的影响不是很明显，这可能和添加秸秆的量有关系，另外试验处理在调控氮素的同时，仍然采取了基施300 kg·hm^-2 P₂O₅（过磷酸钙，12% P₂O₅），没有考虑高氮磷土壤调氮的同时调磷的影响，需要改进试验处理。

在高氮水平下减少氮素供应有利于促进累积态有机磷向无机磷转化，从而被作物吸收利用，减缓磷素累积。图 3 表明，试验结束时只有NN 处理的有机磷含量表现出明显下降趋势，下降到181.2 mg·kg^-1，下降了24.5%。其余处理的有机磷含量不同程度增加。其中增幅最大的CN+S 处理增加了38.2%，CN、SN+S、SN 分别增加了28.5%、20.6%、16.0%。各添加秸秆在一定程度上促进了无机态磷向有机态磷的转化，有机磷的增加对于土壤肥力的提高有着积极的意义，但土壤有机磷易于被淋失，CN+S 处理在试验结束时仍达到了331.4 mg·kg^-1，CN 处理为308.4 mg·kg^-1，从环境效益的角度分析，其磷素的面源污染风险仍然较大。

图 3 2004—2007 年不同调氮措施下0~30 cm土壤 有机磷含量变化 Figure 3 The content of organophosphorus in 0~30 cm soils with different N controlling from 2004 to 2007

图选项

NN 处理每季仅施入300 kg·hm^-2 的P₂O₅ 和400 kg·hm^-2的K₂O，在没有氮肥和有机鸡粪的情况下， 2007 年全磷含量为1.70 g·kg^-1（图 4），比2004 年下 降了23.2%，达到极显著水平，下降趋势较明显。表明 其仍处于肥沃水平，在高氮肥力水平保护地栽培耕作 中减少氮素供应相应有利于减缓磷素累积。MN 处理 全磷含量降低了9.6%，呈缓慢下降趋势。2007 年传 统处理全磷含量为2.49 g·kg^-1，比2004 年增加了 14.5%，达到极显著水平。

图 4 2004 —2007 年不同调氮措施下0~30 cm土壤 全磷含量变化 Figure 4 The content of TP in 0~30 cm soils with different N controlling from 2004 to 2007

图选项

土壤样品与25 g·L^-1的磷酸二铵溶液（pH=7）在一 定条件下反应，反应前后磷量的差，即土壤对磷的吸收量，换算成为每100 g土壤吸收固定磷（P₂O₅）mg 数，得到磷吸收系数。土壤中的活性铁、铝、钙等会与 磷生成不溶性物质，从而不能被植物吸收。土壤吸收 固定磷的能力被称为磷吸收力，以磷吸收系数表示， 见表 2。

表 2 土壤磷吸收能力与磷酸吸收系数的关系（P₂O₅，mg·100g^-1）[ 14] Table 2 The relationship between absorbency and absorption coefficient of phosphorus^[14]

表选项

2004 年试验初表层土壤的磷吸收系数仅为645（P₂O₅，mg·100 g^-1），吸收能力处于较弱水平。2004—2007 年氮素调控试验后进行磷吸收能力的测定，磷吸收系数（P₂O₅，mg·100 g^-1）在416~1571之间变化（图 5），其中SN+S 处理的磷吸收系数达到了1 571，增长了143.6%，吸收能力强；其次为SN、NN、MN+S，分别增长了71.2%、38.6%、12.9%。氮素调控下添加秸秆，提高了土壤的C/N、C/P，活化了土壤中的微生物，极大地促进了作物对磷的吸收。而在磷累计比较严重的情况下仍进行传统模式的施肥，CN、CN+S 的磷吸收系数下降明显，分别下降了35.5%和11.0%，磷的吸收利用率不高。

图 5 2004—2007年不同调氮措施下0~30 cm土壤 磷吸收系数变化 Figure 5 The absorption coefficient of P in 0~30 cm soils with N controlling from 2004 to 2007

图选项

有机态磷易转化，秸秆中的磷大部分呈有机态，且难分解。从图 6 中可以看出渗滤液中总磷含量SN处理略高于SN+S 处理，添加秸秆多少能减少淋出的磷总量，但是效果不是很明显。本试验基础土壤氮、磷含量均极高，而试验只对氮素进行了调控，每年都有磷肥投入，最终土壤全磷和Olsen-P的含量比较高，本季淋洗结束时渗滤液中总磷含量在2.6~12.0 mg·L^-1，污染风险较大^[15]。

图 6 2007年冬春季氮素优化措施下渗滤液中总磷含量变化 Figure 6 The content of TP in leachate with different N controlling during winter-spring season in 2007

图选项

添加秸秆处理渗滤液中有机磷浓度高于未添加秸秆的处理（图 7），呈先升高后下降的趋势，且峰值出现在前期。而SN+S 处理的土壤有机磷含量增幅大于SN 处理，二者含量吻合。添加小麦秸秆提高了土壤的C/N 比值和C/P 比值，提高了微生物活性，促进了土壤中微生物对肥料磷的生物固定，合成有机态磷，从而增大了有机磷被淋溶的可能性，而后期随着番茄进入旺盛生长季加大了对有效磷的需求，有机态磷又逐渐被矿化为无机态磷，因此，淋溶的有机磷量也随之减少。整个冬春生长季渗滤液中有机磷含量在0.4~4.1 mg·L^-1，按照水体磷酸盐（以P计算）一级标准是浓度<0.5 mg·L^-1，二级标准为<1 mg·L^{-1 [14]}，试验结束时，淋出液水质超过了安全水质标准，因此保护地富磷土壤磷素淋失问题应引起关注。添加秸秆在一定程度上降低了累积态磷被淋溶的风险，需要进一步添加秸秆，进行模拟淋洗试验。金圣爱等^[16]的研究表明，有机态磷在第3~4 d就达到了高峰，有机态磷早于无机态磷淋出，土壤中可溶性有机态磷在前期就可淋洗殆尽。但是本试验是间隔14 d取1次水样，是否存在淋溶周期过短及取样间隔期过大，有待进一步改进。

图 7 2007 年冬春季氮素优化措施下渗滤液中有机磷含量变化 Figure 7 The content of organophosphorus in leachate with N controlling in winter-spring season in 2007

图选项

秸秆还田对阻控磷素淋溶有一定的作用，但本试 验处理中将添加秸秆量固定在了小麦秸秆2 t·hm^-2， 不同的碳源，不同的添加量，对C/N 的影响是不一样 的，在以后的试验中需要进一步改进^[17]。同时，本试验 每个生长季添加的有机肥均为发酵后的鸡粪，存在不 同阶段发酵程度不一样，生物活性不一样的可能性，如 果添加商品生物有机肥，提供外源微生物菌会对高肥 力水平土壤的磷素产生怎样的影响，值得进一步探究。 3 结论

在高肥力水平下进行氮素调控，优化氮素供应量，对农民在高肥力水平模式下的施肥有明显的指导意义。不同水平的氮素供应，影响磷素含量的变化，NN、MN、MN+S 供氮水平下土壤全磷含量逐年下降，降幅NN>MN>MN+S，全磷增幅CN>CN+S>SN+S>SN。SN+S 处理速效磷含量下降了17.7%，有机磷含量增加了20.6%，但是磷吸收系数（P₂O₅，mg·100 g^-1）达到1571，增长143.6%，极大地提高了磷的吸收能力。CN、CN+S 供氮水平下土壤速效磷含量达到213.7、225.4 mg·kg^-1，有机磷含量达到了308.4、331.4 mg·kg^-1，磷素累积明显。其他供氮水平下速效磷含量逐年下降，降幅NN>MN跃MN+S跃SN+S>SN跃CN>CN+S。CN、CN+S供氮水平下磷的吸收系数出现了负增长，CN 供氮水平下达到了416（P2O5，mg·100 g^-1），下降了35.5%。整个冬春生长季渗滤液中总磷含量在2.6~12.0 mg·L^-1，有机磷含量在0.4~4.1 mg·L^-1，淋出液水质超过了安全水质标准。

由于磷与氮在作物吸收、利用方面有相互协助作 用，合理施用氮肥通常能促进植物对磷的吸收利用。 不同水平的氮素调控影响磷素含量变化，空白和有机 肥处理的土壤全磷含量有所下降，传统处理和传统加 秸秆处理的土壤全磷、速效磷含量逐渐增高，均处于 较高的肥力水平，累积明显，但添加秸秆还田处理在 一定程度上减缓了速效磷的增加。农民的传统施肥模 式下土壤磷吸收系数逐年下降明显，建议农民在以后 的种植中减少氮肥供应量及添加高碳源秸秆进行还 田，以提高肥料的利用率，减少氮磷对土壤及水体的 污染。