张皓禹，黄志华，王 娟，张 君，孟超然，危常州

（石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832003）

新疆由于其地理位置和气候条件，大多数土壤为石灰性土壤，具有较高的pH值（7.5～8.5）和碳酸钙含量，导致磷在土壤中的移动性弱，易被固定，降低其有效性［1-2］。在土壤中施用酸化剂，可降低土壤pH值［3-4］，但不同的酸化剂其机理不同，例如，硫酸铵可通过利用植物的代谢产生分泌酸，在植物根际产生酸化效果，提高土壤中有效磷含量［5］，而磷酸脲可通过其酸性直接酸化土壤。大量研究表明低分子量有机酸、酸性物质（磷酸二氢铵、硫磺等）和生理酸性肥料等施入土壤后，均可通过影响土壤的pH值，对土壤养分有效性产生影响［6-7］。由于土壤自身具有较强的缓冲作用，对施入的酸化剂起到钝化的作用，大面积的改善土壤需投入大量的酸化剂才可实现，应用于实际生产中的成本较高，经济上不可行。滴灌是一种高频次，局部供水的灌溉技术，结合施肥，能将灌溉水和肥液同时输入到农作物根系附近的土壤中［8-9］。因此，滴灌条件下施用酸化剂，可降低酸化剂的用量和成本，可能是一种提高石灰性土壤有效性的途径。

本试验以滴灌为背景少量多次施用酸化剂，研究其对石灰性土壤养分有效性及对玉米磷养分吸收的影响，以期对实际生产中提高石灰性土壤中滴灌施肥的酸化技术和提高石灰性土壤磷素有效性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2015年在新疆天业农科所试验田进行，供试土壤为灌耕灰漠土，质地为壤土，供试土壤基础肥力为：pH值 8.57，有机质11.27 g/kg，碱解氮77.63 mg/kg，有效磷 12.45 mg/kg，速效钾 317 mg/kg。

1.2 试验设计

试验共设5个处理，采用磷酸脲和硫酸铵作为土壤酸化剂，包括（1）CK（磷酸一铵，P2O5=120 kg/hm2）；（2）化学酸性酸化剂（磷酸脲，相当于P2O5=60 kg/hm2的等价酸），记作 UP60；（3）化学酸性酸化剂（磷酸脲，相当于P2O5=120 kg/hm2的等价酸），记作UP120；（4）生理酸性酸化剂（硫酸铵+氯甲基吡啶，相当于P2O5=60 kg/hm2的等价酸），记作AS60；（5）生理酸性酸化剂（硫酸铵+氯甲基吡啶，相当于P2O5=120 kg/hm2的等价酸），记作AS120。各处理通过滴灌系统稀释后追施的方式施入土壤，其中硫酸铵处理加入氯甲基吡啶是为了抑制硝化作用，保持N形态为NH4+。施肥量参照常规大田种植，各处理均施氮肥N 300 kg/hm2，磷肥 P2O5120 kg/hm2，钾肥 K2O 90 kg/hm2，肥料品种为尿素（N 46%）、磷酸一铵（P2O561%）和硫酸钾（K2O 54%）。

具体追肥方案为：酸化剂全部用于追施，20%的氮肥和全部钾肥做基肥，其余随水滴施，磷肥全部用作追肥，酸化剂全部用于追施，由于磷酸脲和硫酸铵含量有氮磷养分，不足的磷素用磷酸二氢铵补足，不足的氮素用尿素补足。

酸化剂施用量计算方法：假定磷酸在土壤中释放2个H+，将施肥量折算成P mol数乘以2为酸化剂mol数，相应硫酸铵的等价酸即以此mol数换算成硫酸铵的数量即为硫酸铵的施肥量。硫酸铵只有被作物吸收后释放的H+，才具备（根际）酸化作用。假定硫酸铵的利用率为50%，基于等酸量原则确定硫酸铵的施用量为对应理论酸mol数的2倍。本研究中以P2O5=60 kg/hm2为基础，计算相当于磷酸的mol数，并换算为相当于磷酸脲或硫酸铵的mol数。在此基础上确定各处理的酸化剂用量。具体为：UP60、UP120、AS60、AS120试验采用完全随机设计，各处理重复3次，共计15个小区，每个小区面积 16 m×2 m=32 m2。供试作物玉米，品 种 SC 704（Zea mays L.）。 玉 米 株 距 为 20 cm，株行距配置40-60-40 cm，一膜一管两行，理论株数为9×104株/hm2。全生育期灌水10次，总灌水量为5 400 m3/hm2。灌溉时期、灌量及追肥用量如表1所示，其它田间管理按当地栽培措施进行管理。

表1 灌溉时期、灌量及追肥用量

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤样品

于第3次施肥和第6次施肥后在距滴灌带滴头10 cm处不同土层深度（0～10，10～20，20～40 cm）进行取样测定（取至少5点进行混合）。

土壤pH值：1∶2.5的土水比，震荡3 min，静置，用pH仪测定。

土壤中有效磷测定：用pH=8.5的0.5 mol/L NaHCO3浸提土样，钼锑抗比色法。

1.3.2 植株样品

于苗期、抽雄期和成熟期取各小区代表性植株5株；分茎、叶、穗轴、籽粒、苞叶5个部分，植株鲜样于 105 ℃杀青 30 min，80℃烘干 72 h 后称重，粉碎待测。

植株磷的测定：称取各器官一定量植株样品，用H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法测磷。

生物学产量：每次取植株样后，分不同器官烘干至恒重称重，测定生物量。

产量和产量结构：在玉米成熟后，选取6.67 m2对各处理进行测产，测定其穗行数，行粒数，穗粒数，千粒重，理论产量和实测产量。

1.3.3 相关指标计算

作物磷素累积量（kg/hm2）= 植株磷含量（%）×单位面积干物质重（kg/hm2）

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2003对数据进行处理和绘图，采用SPSS 17.0对数据进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同类型酸化剂对土壤pH值的影响

施用酸化剂可显著降低土壤pH值（图1）。第3次施肥后，各处理土壤pH值随着土层的增加而上升。在0～10 cm土层中，与CK相比，各处理土壤pH值均显著降低，分别降低0.1、0.04、0.11和0.07个单位，同时比较高浓度和低浓度酸化剂土壤pH值大小依次为：UP120＜AS120、UP60＜AS60；在10～20 cm土层中各处理差异不显著；在20～40 cm土层中UP60、AS60和UP120处理与CK相比差异不显著，AS120处理较CK相比显著降低；第6次施肥后，0 ～10 cm土层中，较CK相比，UP60、UP120和AS120处理土壤pH值显著降低，分别降低了0.12、0.13和0.07个单位，等酸量间化学酸化效果优于生理酸化；在10～20 cm土层中各处理的土壤pH值与CK相比差异不显著；在20～40 cm土层中生理酸化优于化学酸化的效果，但差异不显著。

图1 不同类型酸化剂对土壤pH值的影响

2.2 不同类型酸化剂对土壤有效磷的影响

施用酸化剂可以显著增加土壤有效磷含量，随着土层深度的增加土壤有效磷含量减少（图2）。第3次施肥后，0～10 cm土层中，UP60、AS60、UP120和AS120处理较CK土壤有效磷含量均显著增加，分别增加了 4.90、8.62 、12.78 和 17.68 mg/kg，较CK分 别 提 高 了15.55%、27.35%、40.54%和56.08%；10 ～20 cm土层中土壤有效磷含量表现为AS120>UP120>AS60>UP60>CK，AS60和UP60处理差异不显著；20～40 cm土层中UP60和AS60处理与CK相比差异不显著，AS120处理土壤有效磷含量最高，达35.87 mg/kg。第6次施肥后，在0～20 cm土层中酸化处理土壤有效磷含量显著高于CK处理，0～40 cm土层中化学酸化处理土壤有效磷含量显著高于生理酸化处理。比较第3次施肥后与第6次施肥后土壤有效磷含量，化学酸化处理和生理酸化处理土壤有效磷含量呈降低趋势，原因可能与玉米生育中后期对磷素的吸收较大有关。

图2 不同类型酸化剂对土壤有效磷含量的影响

图3 不同类型酸化剂对玉米干物质积累量的影响

2.3 不同类型酸化剂对玉米干物质积累量的影响

由图3可知，随着生育天数的增加，玉米干物质积累量呈增加趋势。在出苗后37 d时，各处理间干物质积累量差异不显著；在出苗后68 d，UP60、AS60、UP120和AS120处理分别较CK增加了 1.59、3.52、3.25和 9.94 t/hm2，分别提高了12.62%、27.98%、25.87%和78.96%；出苗后120 d UP120和AS120处理干物质积累量显著高于CK、UP60和AS60处理。

2.4 不同类型酸化剂对玉米磷素积累量的影响

由图4可知，玉米磷素积累量与玉米干物质积累呈现一致的规律。出苗后37 d处于玉米拔节期，该时期玉米吸磷量较少，同时由于没有投入酸化剂，因此各处理间磷素积累量差异不显著；在出苗后68 d，AS120处理磷素积累显著高于其他处理，UP60较CK差异不显著；在出苗后120 d，AS120处理磷素积累量与AS60处理差异不显著，但显著高于其他处理，表明施入高浓度的酸化剂能够促进玉米对磷素的吸收。

图4 不同类型酸化剂对玉米磷素积累量的影响

2.5 不同类型酸化剂对玉米产量及产量构成因素的影响

由表2可知，UP60和AS60与CK处理的实测产量差异不显著；UP120处理显著高于UP60，但与AS120、AS60和CK处理无显著差异；AS120处理显著高于CK处理，较CK增产了8.30%。从产量构成因素看，各处理间千粒重与行粒数差异不显著，UP60处理的穗行数显著低于其他处理，但与AS60处理无显著差异。

表2 不同类型酸化剂对玉米产量及产量构成因素的影响

3 讨论

相关研究已表明酸性物质的施入使土壤pH值显著降低，是提高土壤养分有效性及作物吸收的主要原因［10-12］。本研究结果表明，酸化剂投入的酸化效果主要集中在表层土壤中，随着土层深度的增加，酸化效果越弱，磷酸脲主要在0～10 cm土层酸化效果较为显著，在10～40 cm土层中土壤pH值下降，但酸化效果较对照相比差异不显著，而硫酸铵在0～10 cm 土层中具有较佳的酸化效果，在20～40 cm同样存在一定的酸化作用，并且随着酸化剂投入浓度的增高酸化效果越明显，但本文没有进行最适浓度的探索，亟需进一步研究，为酸化剂在实际生产中推广提供理论依据；同时两种酸化剂的施用与CK处理相比可以提高土壤有效磷含量，投入酸化剂后土壤0～10 cm 土层pH值下降了0.04～0.11个单位，但对于土壤有效磷含量却增加4.90～17.68 mg/kg，表明在土壤pH值小幅度的降低，就可以使土壤中磷素的活化程度加剧；土壤缺磷属于典型的非生物逆境［13-14］，本研究中施入两种类型的酸化剂均能够促进玉米对磷素的吸收，等养分用量投入下，酸化处理植株吸磷量均优于CK处理，其中以AS120处理植株吸磷量最佳，较CK提高了26.75%，表明酸化剂通过活化土壤养分，提高土壤有效磷含量进而影响玉米对磷素的吸收，提高玉米产量。从生产实践角度来说，如今增肥不增产的现象严重，过量施用磷肥会使磷素在土壤中大量富集，导致磷素面源污染［15］，因此在可以保障产量的基础上减少肥料的投入量，提高肥料利用率，减少土壤环境的污染是解决这一问题的关键。硫酸铵和磷酸脲本身就是肥料，通过肥料品种的选择来优化施肥效果，提高肥料增产作用并活化土壤养分，是减肥增效的最佳方法之一。

土壤pH值是影响石灰性土壤养分有效性的主要原因之一，而石灰性土壤的基本特征为pH值较高，基本保持在7.5～8.5之间，主要是由于碳酸钙的缓冲作用造成［16-17］，研究表明酸性物质的施入使土壤pH值显著降低，是提高养分有效性及产量的主要原因［18-19］，张莉等研究表明施入磷酸脲使土壤pH值下降2.69个单位，减轻碱胁迫对菠菜生长的抑制作用，提高了菠菜的生物量［20］；刘健等研究发现磷酸脲在水中呈酸性，随水施入土壤，可以提高植物对肥料的利用率，与尿素配施可减少氮的挥发损失［21］；汪以等研究发现硫酸铵与过磷酸钙配合施用提高小麦产量36%左右［22］；马红红等研究发现硫酸铵使土壤酸化，明显提高饲料玉米产量和促进养分吸收［23］；杨玉珍研究表明，施用硫酸铵相比磷酸脲更利于降低土壤pH值，增加水溶性钙含量，施用磷酸脲利于果实钙素吸收和脐腐病防治［24］。赵红华研究发现在棉花大田中施用硫酸、磷酸脲和硫酸铵+氯甲基吡啶3种酸化剂中，硫酸铵表现出最强的酸化效果［10］。本试验中两种酸化剂都在滴灌条件下施入土壤，均具有局部酸化作用，但硫酸铵的酸化作用强于磷酸脲，第3次施肥后，AS120和UP120处理在0～10 cm土层的pH值分别为8.15和8.13，两者差异不明显，但AS120和UP120处理的土壤有效磷含量分别为49.21和44.30 mg/kg，AS120处理的土壤有效磷含量明显高于UP120处理，并且AS120处理的玉米植株干物质量、玉米磷素累积量和产量均高于UP120处理。原因可能是铵态氮需要经过作物吸收和转化后才能起到酸化效应，其作用比化学酸性更为持久。因此实际生产中合理的选择酸化剂类型是活化土壤养分并提高石灰性土壤上农田养分资源高效利用的又一重要途径。

4 结论

滴灌条件下，磷酸脲的酸化效果主要存在于0～10 cm土层中，UP60及UP120两个处理的pH值较CK处理分别下降了0.1和0.11个单位。硫酸铵的酸化效果存在于0～40 cm土层中，总体看，硫酸铵的酸化效果优于磷酸脲的酸化效果，且投入酸化剂量越大，土壤酸化强度越大。滴灌条件下，酸化剂的投入可以显著提高土壤有效磷的含量，并提高玉米对磷素的吸收，其中以AS120效果最佳。在等养分量投入下，相当于P2O5=120 kg/hm2等价酸的化学酸化剂和生理酸化剂均提高玉米产量，增产率为8.3%。