增碳减磷对设施菜地土壤磷素形态及磷循环功能基因的影响
1. 引言
1.1 设施菜地的特点及磷肥施用量
1.1.1 设施菜地的特点
- 设施菜地利用人工建造的设施创造良好的外部环境条件，进行集中大规模种植。
- 设施菜地突破了环境因素对农业生产的影响，实现了蔬菜的高产稳产，带来了巨大的经济效益。
- 中国温室大棚蔬菜种植面积达131万hm²，居世界设施蔬菜总产面积之首。
1.1.2 磷肥施用量
- 磷元素是植物生长发育所必需的三大元素之一，对植物的生长和发育起到不可或缺的作用。
- 磷肥的当季利用率仅为10% ~ 20%，为确保高产稳产，种植者往往会在农业生产过程中投入大量磷肥。
- 设施菜田平均每季磷素投入量为571 kg hm²，约为蔬菜需求量的13倍，是露天菜地的4.8倍。
- 山西中南部蔬菜种植日光温室的农民常规施磷量为370-620 kg hm²，是蔬菜需磷量的5-10倍。
1.2 磷素形态及其转化
1.2.1 无机磷形态
- 无机磷种类丰富，包括磷酸二钙（Ca2-P）、磷酸八钙（Ca8-P）、磷酸十钙（Ca10-P）等。
- Ca2-P极易被淋溶，容易造成环境污染。
- Fe-P、Al-P是沉积物中主要的活性磷组分，在酸性、厌氧的条件下容易被释放到水体中造成污染。
- O-P较难被淋溶，是短时间内不易被作物吸收利用的潜在磷源。
1.2.2 有机磷形态
- 土壤中的有机磷种类比较复杂，包括活性有机磷（L-OP）、中活性有机磷（ML-OP）、中稳性有机磷（MR-OP）以及高稳性有机磷（HR-OP）。
- 土壤中的有机态磷往往不能被植物直接吸收利用。
- 解磷微生物可以释放有机酸分子，将难溶性磷酸盐转化为可溶性磷，也可以分泌磷酸酶矿化有机磷，从而提高土壤中可被植物吸收利用的磷含量。
2. 材料和方法
2.1 试验概况
2.1 试验概况
- 试验在山东省寿光市蔬菜标准中心开展，属暖温带季风大陆性气候。
- 供试土壤基础理化性质如表2.1所示。
2.2 试验处理
2.2 试验处理
- 设置了粪肥（Y3.3P120D0）、粪肥增碳 (Y3.3P120D20)及粪肥增碳减磷（Y3.3P0D20）三个处理。
2.3 样品采集
2.3 样品采集
- 在每个处理中，分别采集0-20cm和20-40cm土层的土壤样品。
2.4 测定项目和方法
2.4.1 番茄产量
- 测定每个处理中番茄的产量。
2.4.2 土壤理化性质测定
- 测定土壤有机质、pH、全氮、速效磷、速效钾等理化性质。
2.4.3 土壤磷盈余量测定
- 测定土壤磷盈余量，包括土壤总磷、无机磷和有机磷含量。
2.4.4基于磷的生物有效性对磷素形态进行分组
- 将磷素形态分为CaCl2-P、Enzyme-P、HCl-P和Citrate-P。
2.4.5不同形态无机磷含量测定
- 测定CaCl2-P、Enzyme-P、HCl-P和Citrate-P的含量。
2.4.6 功能基因phoD及pqqC的定量
- 使用荧光定量PCR技术测定土壤中phoD及pqqC的丰度。
2.5 数据分析
2.5 数据分析
- 使用统计软件对数据进行分析，比较不同处理间的差异。
3. 结果与分析
3.1 不同施肥处理对番茄产量的影响
3.1 不同施肥处理对番茄产量的影响
- 不同施肥处理间番茄产量无差异。
3.2 不同施肥处理对土壤基础理化性质的影响
3.2 不同施肥处理对土壤基础理化性质的影响
- 粪肥增碳处理显著提高了土壤有机质、有效磷及全磷含量。
- 粪肥增碳减磷处理显著减少了土壤有机质、有效磷、全磷含量。
3.3 不同施肥处理对土壤磷素盈余量的影响
3.3 不同施肥处理对土壤磷素盈余量的影响
- 粪肥增碳减磷处理显著减少了土壤磷盈余量。
3.4 不同施肥处理对土壤磷素形态的影响
3.4 不同施肥处理对土壤磷素形态的影响
- 粪肥增碳减磷处理显著降低了CaCl2-P、Enzyme-P、HCl-P和Citrate-P含量。
3.5 不同施肥处理对土壤无机磷形态的影响
3.5 不同施肥处理对土壤无机磷形态的影响
- 粪肥增碳处理无机磷溶解功能基因pqqC含量最高。
- 粪肥增碳减磷处理土壤有机磷矿化功能基因phoD丰度最高。
3.6 不同施肥处理对溶磷关键功能基因的影响
3.6 不同施肥处理对溶磷关键功能基因的影响
- 无机磷溶解功能基因pqqC在粪肥增碳处理下含量最高。
- 有机磷矿化功能基因phoD在粪肥增碳减磷处理下含量最高。
4. 结论
- 增碳减磷处理对设施菜地土壤磷素形态及磷循环功能基因的影响显著。
- 增碳减磷处理可以提高土壤磷素的利用率，减少土壤磷素累积，有利于科学指导设施菜地磷肥管理。
