增值磷肥對(duì)潮土無機(jī)磷形態(tài)及其變化的影響

李志堅(jiān)， 林治安， 趙秉強(qiáng)， 袁 亮， 李燕婷， 溫延臣

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所， 耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081)

增值磷肥對(duì)潮土無機(jī)磷形態(tài)及其變化的影響

李志堅(jiān)， 林治安*， 趙秉強(qiáng)， 袁 亮， 李燕婷， 溫延臣

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所， 耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081)

增值磷肥； 潮土； 土壤培養(yǎng)； 無機(jī)磷組分

本文利用改性腐植酸、發(fā)酵海藻液、聚合谷氨酸作為增效劑，將其添加到磷酸一銨中，制備成增值磷肥試驗(yàn)產(chǎn)品，采用室內(nèi)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了增值磷肥在室內(nèi)條件下對(duì)土壤性質(zhì)及無機(jī)磷形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響，以期通過對(duì)磷肥的改性，減少磷在土壤中的固定，提高磷素的有效性，從而為磷肥高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)于2011年11月至2012年5月進(jìn)行。供試土壤采自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院德州實(shí)驗(yàn)站禹城試驗(yàn)基地連續(xù)三年以上未施用任何肥料的勻地試驗(yàn)田0—20 cm耕層土壤。土壤類型為潮土，質(zhì)地為輕壤，pH值8.36，有機(jī)質(zhì)含量為13.43 g/kg，全氮0.80 g/kg，速效磷(P2O5)10.91 mg/kg，速效鉀(K2O)86.70 mg/kg，無機(jī)磷分組中Ca2-P 為11.09 mg/kg，Ca8-P為116.25 mg/kg，Al-P為18.39 mg/kg，F(xiàn)e-P為25.80 mg/kg，Ca10-P為512.81 mg/kg。

1.2 供試肥料

將3種增效劑(改性腐植酸、聚合谷氨酸、發(fā)酵海藻液)按一定比例添加到磷酸一銨(普通磷肥，代號(hào)P，P2O5含量為61.13%)中，充分混勻、烘干、粉碎，制備成相應(yīng)的增效磷肥試驗(yàn)產(chǎn)品。增效劑添加量為：改性腐植酸(H)按固形物的2‰、 5‰、 10‰； 聚合氨基酸(G)按固形物的2‰、 5‰、 10‰，發(fā)酵海藻液(A)按固形物的0.5‰、 2‰、 5‰。其中改性腐植酸是通過用0.3%的NaOH溶液提取風(fēng)化煤中的腐植酸，腐植酸含量為10%；聚合氨基酸主要成分為谷氨酸，含量為10%；發(fā)酵海藻液主要成分為海藻酸，海藻酸的含量2.5%。供試肥料性質(zhì)見表1。

表1 供試肥料的性質(zhì)Table 1 Properties of the test fertilizers

注(Note): 1、 2和3分別表示腐植酸、海藻酸和谷氨酸的低、 中、 高三種不同添加量Suffix 1，2 and 3 represent the low，middle and high adding levels of humic acid，alginic acid and gultamic acid, respectively.

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按等量化肥磷(P2O50.30 g/kg， 土)投入原則設(shè)計(jì)試驗(yàn)，將供試肥料(P、H1-P、H2-P、H3-P、A1-P、A2-P、A3-P、G1-P、G2-P和G3-P)分別與過2 mm篩的100 g風(fēng)干供試土壤混合均勻，裝入塑料培養(yǎng)杯。重復(fù)3次，用重量法調(diào)節(jié)土壤含水量至20%，密封培養(yǎng)器，置于25 ℃人工氣候箱恒濕培養(yǎng)，在培養(yǎng)后的第3 d、14 d、42 d、60 d、97 d、120 d、150 d和180 d分別取樣，處理土壤樣品，測(cè)定土壤速效磷含量、pH和培養(yǎng)第3 d、42 d、97 d、180 d的各形態(tài)無機(jī)磷含量。試驗(yàn)以不施肥土壤作為對(duì)照(CK)。

1.4 分析方法

土壤基本理化性狀按常規(guī)分析方法進(jìn)行，速效磷測(cè)定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻鈧比色法[19]；采用顧益初和蔣柏藩土壤無機(jī)磷分級(jí)方法分別測(cè)定土壤樣品的Ca2-P、 Ca8-P、 Al-P、 Fe-P、 Ca10-P等各形態(tài)無機(jī)磷含量[20]。

磷肥在土壤中的固定指標(biāo)：

固定率(%)=(施入的P2O5-土壤有效磷增加量)×100/施入的P2O5量

其中， 有效磷增加量是指培養(yǎng)180 d后施磷肥處理與對(duì)照土壤的有效磷之差。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan新復(fù)極差法對(duì)處理間差異進(jìn)行多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 增值磷肥對(duì)土壤速效磷含量的影響

從表2亦可知，與不施磷肥的CK 相比，施用普通磷肥和增值磷肥均能明顯增加土壤有效磷含量。與普通磷肥相比，含有增效劑的增值磷肥明顯增加土壤速效磷含量，腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥處理(低、中、高3個(gè)增效劑添加量的平均值)的平均有效磷分別比普通磷肥增加12.24%、14.68%和9.17%。與普通磷肥相比，增值磷肥能明顯降低土壤對(duì)磷的固定，腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥處理(低、中、高3個(gè)增效劑添加量的平均值)的磷固定率分別比普通磷肥降低7.32%、7.13%和11.99%。

綜上所述，與普通磷肥相比，增值磷肥明顯提高土壤速效磷含量，增加磷的有效性，減少土壤對(duì)磷的固定，從而提高土壤供磷水平。

2.2 增值磷肥對(duì)土壤pH的影響

注(Note): 表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值 The data are mean of three replication. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

表3 土壤培養(yǎng)條件下增值磷肥對(duì)土壤pH的影響Table 3 Effect of different value-added phosphate fertilizers soil on pH during incubation

注(Note): 表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值 The data are mean of three replication. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

2.3 不同增值磷肥對(duì)無機(jī)磷組成變化的影響

根據(jù)蔣柏藩、顧益初關(guān)于石灰性土壤無機(jī)磷形態(tài)分級(jí)體系[14]，將石灰性土壤中的無機(jī)磷劃分為磷酸二鈣鹽類(Ca2-P)、磷酸八鈣鹽類(Ca8-P)、磷酸十鈣鹽類(Ca10-P)、磷酸鋁類(Al-P)、磷酸鐵鹽類(Fe-P)和被難溶性金屬氧化物包裹的可溶性磷酸鹽(O-P)。這一分級(jí)體系為石灰性土壤無機(jī)磷形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律研究開辟了新的途徑。經(jīng)過20余年的研究，普遍認(rèn)為Ca2-P為速效性磷源，Ca8-P、Al-P和Fe-P為緩效性磷源，可以隨著作物對(duì)磷的吸收和土壤有效磷含量的降低而逐漸釋放，而Ca10-P和O-P為無效態(tài)的潛在性磷源，短時(shí)期內(nèi)很難轉(zhuǎn)化釋放。本研究的土壤培養(yǎng)中，由于不同處理土壤Ca10-P和O-P變化甚微，本文未予討論，下面僅就不同增值磷肥對(duì)土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的影響進(jìn)行比較，為了得到磷肥在土壤中不同時(shí)間后轉(zhuǎn)化為不同形態(tài)磷的數(shù)量，把施磷肥土壤中各形態(tài)的含量分別減去對(duì)照不施磷肥的土壤中各形態(tài)含量，即為磷肥在土壤中轉(zhuǎn)化為各形態(tài)磷的含量[1]。

表4 土壤培養(yǎng)條件下不同增值磷肥對(duì)Ca2-P含量的影響 (mg/kg)Table 4 Effect of different value-added phosphate fertilizers on Ca2-P content during incubation

注(Note): 表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值 The data are mean of three replication. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

2.3.2 不同增值磷肥對(duì)土壤Ca8-P變化的影響 由表5可知，前3 d培養(yǎng)中，含腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥處理的土壤Ca8-P含量平均值分別為129.19、 126.91和170.04 mg/kg，均高于普通磷肥處理，以谷氨酸增值磷肥提高幅度最大，比普通磷肥增加了39.23%。三種增值磷肥均表現(xiàn)為增效劑高量添加量對(duì)土壤Ca8-P影響效果較中、低添加量明顯，其中以G3-P處理的土壤Ca8-P含量最高。在培養(yǎng)180 d時(shí)，腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥處理土壤Ca8-P含量平均值分別為160.25、 171.98和166.67 mg/kg，均高于普通磷肥平均值 (149.71 mg/kg)，分別比對(duì)照提高了53.35%、64.57%和59.49%。與普通磷肥相比，增值磷肥促進(jìn)土壤中Ca8-P的轉(zhuǎn)化，提高了土壤中Ca8-P的含量。腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥(低、中、高3個(gè)增效劑添加量的平均值)Ca8-P的平均轉(zhuǎn)化量分別比普通磷肥提高23.3%、49.3%和37.5%，其中以海藻酸增值磷肥提高Ca8-P的幅度最大。綜上所述，增值磷肥對(duì)土壤Ca8-P有一定的增效作用。

表5 土壤培養(yǎng)條件下不同增值磷肥對(duì)Ca8-P的影響(mg/kg)Table 5 Effect of different value-added phosphate fertilizers on Ca8-P content during incubation

注(Note): 表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值 The data are mean of three replication. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.3.3 不同增值磷肥對(duì)土壤Al-P變化的影響 由表6看出，在第42 d培養(yǎng)時(shí)，腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥處理土壤Al-P含量平均值分別為40.75、 37.79和43.07 mg/kg，均比普通磷肥的51.24 mg/kg低，以海藻酸增值磷肥降幅最大?？赡苁窃谇捌谂囵B(yǎng)中，增值磷肥促進(jìn)鋁磷向其他形態(tài)轉(zhuǎn)化。培養(yǎng)97 d后，與普通磷肥比較，增值磷肥提高了土壤中Al-P含量。到培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，三種增值磷肥處理土壤Al-P含量平均值分別為48.73、 57.19和55.55 mg/kg，均高于普通磷肥處理的平均值 (46.49 mg/kg)，分別比對(duì)照增加了37.85%、61.87%和57.14%，其中腐植酸和海藻酸增值磷肥以增效劑高添加量表現(xiàn)最佳，而谷氨酸增值磷肥以中量添加量效果最好。到培養(yǎng)42 d時(shí)，增值磷肥處理的土壤中Al-P轉(zhuǎn)化量均低于普通磷肥，而培養(yǎng)97 d后，增值磷肥處理的土壤中Al-P含量高于普通磷肥。腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥Al-P的平均轉(zhuǎn)化量(低、中、高3個(gè)增效劑添加量的平均值)分別比普通磷肥增加12.03%、41.12%和56.84%，其中以谷氨酸增值磷肥的處理效果最佳。

表6 土壤培養(yǎng)條件下不同增值磷肥對(duì)Al-P的影響 (mg/kg)Table 6 Effect of different value-added phosphate fertilizers on Al-P content during incubation

注(Note): 表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值 The data are mean of three replication. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.3.4 不同增值磷肥對(duì)土壤Fe-P變化的影響 由表7可知，在第42 d時(shí)，與普通磷肥相比，腐植酸、海藻酸和谷氨酸增值磷肥處理均提高了土壤Fe-P含量。在培養(yǎng)42 d時(shí)腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥處理土壤Fe-P含量平均值分別為48.34、 58.77和47.34 mg/kg，以海藻酸增值磷肥處理Fe-P增幅最大。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理土壤Fe-P含量呈下降趨勢(shì)。到培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，三種增值磷肥Fe-P含量平均值分別為40.16、 38.57和35.21 mg/kg，腐植酸增值磷肥比普通磷肥增加1.21 mg/kg，而海藻酸和谷氨酸增值磷肥比普通磷肥平均降低0.38 mg/kg和3.74 mg/kg。腐殖酸、海藻酸和谷氨酸增值磷肥對(duì)Fe-P轉(zhuǎn)化量的影響效果不如其他三種形態(tài)磷，腐植酸(H)和谷氨酸(G)增值磷肥(低、中、高3個(gè)增效劑添加量的平均值)Fe-P的平均轉(zhuǎn)化量低于普通磷肥，海藻酸增值磷肥(低、中、高3個(gè)增效劑添加量的平均值)Fe-P的平均轉(zhuǎn)化量略高于普通磷肥?？梢?，培養(yǎng)開始時(shí)增值磷肥增加了土壤中Fe-P含量，而到培養(yǎng)后期則表現(xiàn)為降低土壤中Fe-P含量，以谷氨酸增值磷肥表現(xiàn)最為明顯。

3 結(jié)論與討論

前人對(duì)腐植酸與磷肥復(fù)混的研究較多，本研究選用中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所最新研制的改性腐植酸增效劑，將其添加到磷肥中，制備成腐植酸磷肥。王曰鑫等[22]研究認(rèn)為腐植酸通過活化土壤中Ca8-P、Al-P和Ca10-P而減少磷的固定，提高磷的有效性；李麗等[23]研究認(rèn)為腐植酸與磷酸鹽反應(yīng)形成不易被固定的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物而減少磷的固定；Weir和Soper、Sinha、Martine[17,24-26]等的研究認(rèn)為有機(jī)物特別是腐植酸和富啡酸能溶解難溶性磷，通過形成絡(luò)合金屬元素形成腐植酸-金屬-磷酸鹽增加磷的移動(dòng)性，從而減少磷的固定。通過室內(nèi)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)研究得出，與普通磷肥比較，腐植酸增值磷肥顯著提高了土壤速效磷含量，減少土壤對(duì)磷的固定，提高土壤Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量，顯著降低土壤pH。

尚未查閱到有關(guān)海藻酸和氨基酸對(duì)磷肥改性及改性后的磷肥在土壤中形態(tài)轉(zhuǎn)化方面的研究報(bào)道，僅有的關(guān)于海藻提取物對(duì)土壤磷影響的研究，也得出了海藻提取物能提高土壤Ca2-P和 Al-P含量、降低土壤磷的固定，從而提高土壤中磷的有效性的結(jié)論。本研究結(jié)果表明，海藻酸增值磷肥和谷氨酸增值磷肥顯著提高土壤速效磷含量和土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P含量，顯著降低土壤pH。

表7 土壤培養(yǎng)條件下不同增值磷肥對(duì)Fe-P的影響 (mg/kg)Table 7 Effect of different value-added phosphate fertilizers on Fe-P content during incubation

注(Note): 表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值 The data are mean of three replication. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

[13-14]

磷酸一銨為水溶性肥料，施入土壤后肥料中的磷容易與土壤中的Al3+、Fe3+、Ca2+、Mn2+等陽離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成沉淀，降低有效磷含量，影響作物根系對(duì)磷的吸收而導(dǎo)致磷肥利用率降低。從本研究看，利用三種增效劑制備增值磷肥后，與普通磷肥相比，均能顯著提高土壤速效磷含量，減少土壤對(duì)磷的固定。其原因可能是一方面增值磷肥活化土壤中的Ca8-P和Al-P，促進(jìn)土壤中難溶性磷酸鹽的溶解，使之向其他有效性較高的無機(jī)態(tài)磷轉(zhuǎn)化，減緩Al-P向Fe-P的轉(zhuǎn)化;另一方面是增值磷肥施入土壤后，增效劑通過改善土壤環(huán)境，進(jìn)而減少了土壤對(duì)磷的固定。增效劑與磷酸一銨復(fù)混改性后，降低了土壤pH，減少磷酸根離子被土壤中的陽離子固定，提高了磷的有效性。此外，腐植酸中的羰基、羧基、醇羥基、酚羥基等多種活性官能團(tuán)或發(fā)酵海藻中的糖類特別是海藻酸具有較強(qiáng)的絡(luò)合能力，能絡(luò)合土壤中銅、錳、鎂、鐵、鈣等陽離子。

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Effectsofvalue-addedphosphatefertilizersontransformationofinorganicphosphorusincalcareoussoils

LI Zhi-jian， LIN Zhi-an*， ZHAO Bing-qiang， YUAN Liang， LI Yan-ting， WEN Yan-chen

(NationalEngineeringLaboratoryforImprovingQualityofArableLand/InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)

In this study, the value-added phosphate fertilizers were made by combining humic acid, alginic acid and glantamic acid with mono-ammonium phosphate (MAP), and the composition and transformation of inorganic phosphorus in calcareous soil were studied under laboratory incubation condition. The results show that the soil available phosphorus contents are significantly increased and soil pH is significantly decreased after 180 days’ incubation with the application of phosphate fertilizers, whether they are MAP or the value-added phosphate fertilizers. The soil available phosphorus contents are increased by 34.6 mg/kg to 41.92 mg/kg and soil pH decreased by 0.23 to 0.36 with the application of the value-added phosphate fertilizers. The value-added phosphate fertilizers decrease the P fixation obviously. Compared to the MAP treatment, the P fixation percentages of humic acid phosphate fertilizer, alginic acid phosphate fertilizers and glantamic acid fertilizers are decreased by 7.32%, 7.13% and 11.99%, respectively, and the value-added phosphate fertilizers increase the contents of Ca2-P, Ca8-P and Al-P and retard the transformation from Al-P to Fe-P.

value-added phosphate fertilizer; fluvo-aquic soil；incubation；soil inorganic phosphorus fraction

2012-12-17接受日期2013-06-04

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技本體系建設(shè)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(CARS-3-2-18)；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2011BAD11B05)；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2013-5)資助。

李志堅(jiān)(1987—)，男，江西南昌人，碩士研究生，主要從事增值肥料與肥料增效劑研究。E-mail： lizhijian200@126.com * 通信作者 E-mail: zhianlin@163.com

S153.6+1; S143.2

A

1008-505X(2013)05-1183-09