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勤县处于石羊河流域盐分主要汇集区,也是石羊河流域土壤盐渍化最严重的区域和最需要被治理的区域。20世纪70年代以前,该区土壤盐渍化属于蒸发积盐型;70年代以后,随着地下水的开采灌溉和化肥的大量施用,人类活动成为导致土壤盐渍化的主要因素。土壤盐分以硫酸钙和硫酸钠等硫酸盐为主,其次是以氯化钠和氯化钙为主的氯化盐,整体呈弱碱性。土壤中可被植物吸收利用的养分匮乏,耕地种植条件恶化。
为缓解土壤养分不足,农业生产过程中需要施用肥料缓解养分限制。因此,民勤县化肥施用强度不断升高,且始终高于甘肃省的平均水平。化肥用量增加使作物吸收营养元素后的残留离子通过灌溉在土壤和地下水中积累,导致土壤和地下水环境恶化。同时,土壤中有机质被迅速消耗和有机肥料补充不足,造成耕地“无机化”和“生态退化”。
民勤农田土壤缺磷,化学磷肥施用可以缓解土壤磷缺乏和解除作物生长限制因素。然而,由于农田土壤盐渍化程度不同及其盐分含量存在差异,磷肥添加后作物矿物质营养反应、植株生长状况及其最终的产量、品质也明显不同。因此,本项目通过对该区磷肥施用情况和存在问题进行调查分析,并利用大田试验对不同磷肥施加后植物生长状况和根区土壤性质进行研究,其目的就是通过筛选磷肥品种、确定磷肥用量以及协调好水-肥-盐的关系,以确保农田增产增收和农业持续发展。
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存在问题
(1)磷肥施用总量过大、强度偏高且利用率偏低
为保证农田产量,磷肥施入次数增多和施用量逐年增大。目前,民勤磷肥施用量已超出磷肥推荐用量的合理范围,施用强度也已超过甘肃省平均值。磷肥大量施入后,耕层土壤中富集的盐分离子会促进磷的吸附和沉淀过程,降低磷肥当季利用率。
(2)磷肥浓度过高且土壤中微量元素补充不足
目前民勤市场中的磷肥以高浓度水溶性磷肥(磷酸二铵和磷酸一铵)为主,低浓度水溶性磷肥(过磷酸钙)市场占比越来越低。农户选择肥料时往往重视磷肥浓度而忽视农田土壤供磷强度。高浓度水溶性磷肥大量施入土壤后被迅速固定,同时土壤中微量元素补充不足,导致养分失衡。
(3)磷肥品种与土壤性质、灌溉水质不匹配
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研究结果
(1)低浓度磷肥施用后作物的生物量积累、产量与高浓度磷肥无异
施用低浓度酸性磷肥对作物生物量积累、表型结构以及产量的影响与施用高浓度酸/碱性磷肥相比无显著差异。施用高浓度磷肥并不能带来显著增产效果,反而会增加不必要的农业投入和肥料浪费。
(2)低浓度磷肥施用更有利于提升作物籽粒营养品质
低浓度磷肥——过磷酸钙中含有的硫元素在缓解土壤硫养分缺乏和保证农业硫养分供应中的作用是高浓度磷肥不能取代的。施用低浓度磷肥后种子内部和植株地上部分硫含量和积累量显著高于高浓度磷肥,有利于提高籽粒中半胱氨酸含量和提升作物籽粒营养品质。
(3)高浓度酸性磷肥更有利于作物对磷的吸收与积累
高浓度酸性磷肥施用后作物根系对土壤速效磷的吸收效率、植株地上部分的磷积累量和根系中的磷含量均高于高浓度碱性磷肥和低浓度酸性磷肥。然而,作物磷吸收与积累的增加并没有促进产量提升,反而使得土壤速效磷含量显著降低。
(4)低浓度酸性磷肥有利于提高氮/磷肥效和农学利用效率
施用低浓度酸性磷肥后产投比、氮/磷肥效、氮/磷肥利用效率显著高于高浓度酸/碱性磷肥。这表明从经济效益出发,低浓度磷肥更适合应用于民勤盐渍农田,既能保证作物产量,又能促进肥效发挥和降低肥料投入成本。
(5)化学磷肥与有机肥料、溶磷微生物菌剂等配合施用有利于提高磷肥利用效率
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对策建议
(1)合理选择磷肥种类与施用量
在盐渍农田中,建议优先选择低浓度的酸性磷肥——过磷酸钙,有助于改善土壤酸碱平衡,提升磷素利用率。施肥量需根据土壤性质进行调整,避免过量或盲目施肥,节省肥料资源和提高作物产量、品质,降低过度施肥导致的土壤污染和环境风险。
(2)科学配施有机肥与无机肥
民勤土壤有机质含量普遍极低,单纯施用化肥并不能满足盐渍农田长期地力需求。有机肥含有丰富有机质及营养元素,能够有效改善土壤结构和提升土壤保水保肥能力。将有机肥与化肥配施,推动有机肥替代部分化肥,不仅能够促进作物养分平衡,而且可以改善土壤理化性质,提高盐渍农田地力水平。
(3)促进土著耐盐溶磷微生物菌剂的研发与应用
市售的非土著解磷微生物菌剂施用后,由于外源微生物在盐渍土壤中定殖能力不佳,无法充分发挥外源微生物的溶磷效果。筛选和应用土著耐盐溶磷微生物对于提高土壤磷素利用效率、减少磷肥用量和增强作物耐盐性能至关重要。
(4)不同程度的盐渍农田应采用不同的施肥策略
在轻度盐渍化农田中,建议采用滴灌方式,配合施用水溶性酸性磷肥(如磷酸一铵),不仅可以降低根区局部土壤的pH值,帮助磷在碱性土壤中的释放,而且能够防止滴灌系统中盐类沉积,降低管道堵塞的风险。对于中度和重度盐渍化农田,建议采用漫灌方式,施用过磷酸钙,不仅能够为作物提供磷、硫、钙、镁等多种养分,而且可以提高肥料利用效率和降低农业投入。
(5)强化技术培训和农业服务体系
政府和农业科技推广部门应加强对农民的技术培训,帮助他们了解不同类型磷肥的作用机理,掌握科学施肥方法。通过提供农业服务和推广平台,确保农户获得精准高效的农业技术指导,提升民勤农业的可持续发展水平,实现高产与生态保护的双赢局面。
致谢:感谢甘肃省自然科学基金重点项目“化学磷肥减施与微生物菌剂增施对盐渍农田作物生长及根区土壤的影响研究”(项目编号:22JR5RA051)的支持。
潘 晶:中国科学院西北生态环境资源研究院助理研究员。
彭 飞:中国科学院西北生态环境资源研究院研究员。
张顺存:中国科学院西北生态环境资源研究院研究员。
黄翠华:中国科学院西北生态环境资源研究院副研究员。
尤全刚:中国科学院西北生态环境资源研究院助理研究员。
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