施用不同豆科綠肥對(duì)酸性土壤無機(jī)磷分級(jí)的動(dòng)態(tài)影響

洪繼旺等

摘 要 采用尼龍袋法，研究酸性土壤施用4種豆科綠肥（尖葉木藍(lán)、鋪地木藍(lán)、扁豆與鏈莢豆）后，在1年內(nèi)不同時(shí)間，土壤無機(jī)磷各組分含量的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明：不同綠肥對(duì)于土壤無機(jī)磷影響的效果存在顯著差異，但總體上施用豆科綠肥可顯著降低酸性土壤無機(jī)磷的總量，對(duì)于土壤無機(jī)磷各組分，施用綠肥可顯著增加土壤鐵磷（Fe-P）以及鋁磷（Al-P）的含量，但顯著降低土壤中鈣磷（Ca-P）以及閉蓄態(tài)磷（O-P）的含量；施用綠肥對(duì)于土壤無機(jī)磷的影響隨施肥時(shí)間的變化而不同。

關(guān)鍵詞 豆科綠肥；酸性土壤；無機(jī)磷；時(shí)間動(dòng)態(tài)

中圖分類號(hào) S142.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

The Dynamic Effect of Different Leguminous Green

Manures Application on the Acid Soil

Inorganic Phosphorus Fractions

HONG Jiwang1，2， XIAN Lin1，2， HUANG Dongfen2， HUANG Jiapu1，2，

LIU Guodao2 *， HUAN Hengfu2 *

1 College of Agronomy， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

2 Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Gene

Resources and Germplasm Enhancement in Southern China / Key Laboratory of Conservation and Utilization of Cassava

Genetic Resources， Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract There are common problems such as phosphorus deficiency， aluminum toxicity， high acidity and so on in the tropical acid soils， and the application of green manure is an effective measure to solve these problems. The phosphorus in the soil will be changed after the application of green manure， while the soil inorganic phosphorus， as an important phosphorus pool in the soil， maybe changed after the application of green manure. The research on the changes can provide the research reference and evidence for the scientific application of green manure in the tropical acid soil. A nylon bag method was used to research the dynamic change of the acid soil inorganic fractions content during one year period after the application of the 4 tropical green manures [Indigofera zollingeriana Miq.， Indigofera spicata Forssk， Lablab purpureus（Linn.）Sweet， Alysicarpus vaginalis （Linn.）DC.]. The result indicated that the effect of the different green manures application on the acid soil inorganic phosphorus fractions was different， but as a whole， the application of the green manure could decrease significantly the content of the soil inorganic phosphorus； And the content of the Fe-P and Al-P increased significantly due to the application of the green manures， while the content of the Ca-P and O-P decreased significantly. In addition， the result also indicated that the effect of the green manures application on the acid soil inorganic was different significantly with the application time of the green manures.

Key words Leguminous green manure； Acid soil； Inorganic phosphorus fractions； Dynam

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.08.004

中國南方熱區(qū)土壤多為紅壤、磚紅壤等酸性土壤，這些土壤普遍存在缺磷、鋁毒等制約作物生長的障礙因子。大量的研究結(jié)果表明[1-19]，施用豆科綠肥可有效緩解甚至消除這些障礙因子，為作物正常生長提供良好的生長環(huán)境。由于低磷是這些土壤中常見的主要障礙因子，因此，施用綠肥對(duì)于酸性土壤磷的影響已成為近年來重要的研究方向。而作為土壤磷庫的重要組分，無機(jī)磷包括土壤中殘存的原生磷礦物如磷灰石和次生的各種無機(jī)磷酸鹽和磷酸根離子，在土壤中的存在形態(tài)可以呈化合態(tài)，如磷酸根與各種金屬離子形成的無機(jī)磷酸鹽；也可以呈吸附態(tài)，被吸附于次生礦物或有機(jī)膠體的表面。酸性土壤中，閉蓄態(tài)磷（O-P）占無機(jī)磷總量的比例最高[20]，鐵磷（Fe-P）所占的比重較大，且隨風(fēng)化程度加深，F(xiàn)e-P含量愈高，鋁磷（Al-P）占無機(jī)磷的比例約為10%～20%，鈣磷（Ca-P）所占比例很低，且隨風(fēng)化程度的加深而減少。由于無機(jī)磷是土壤中可被植物直接吸收利用的主要磷源，因此，施用綠肥后土壤無機(jī)磷的變化已經(jīng)成為施用綠肥對(duì)土壤磷素影響的重要研究?jī)?nèi)容。目前大量研究[21-27]集中在施用磷肥或者磷肥與有機(jī)肥混施對(duì)土壤無機(jī)磷的影響，單施有機(jī)肥對(duì)土壤磷素的影響主要是集中在土壤有機(jī)磷上，而對(duì)于不同熱帶綠肥對(duì)酸性土壤無機(jī)磷的時(shí)間動(dòng)態(tài)影響方面的研究尚未見報(bào)道。因此，本研究通過田間試驗(yàn)，研究施用熱帶綠肥后酸性土壤中無機(jī)磷隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，為熱帶酸性土壤上綠肥的科學(xué)施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試綠肥 供試材料采自中國南方的4種豆科綠肥（表1）植株地上部分，所采集的綠肥鮮樣105 ℃殺青30 min后，置于75 ℃烘干24～48 h，粉碎過1 mm篩，混勻樣品。

1.1.2 供試土壤 在試驗(yàn)地取0～15 cm表土，經(jīng)風(fēng)干后過2 mm篩，備用。試驗(yàn)地土壤為磚紅壤，土壤礦物以高嶺石為主，并含有一定量的水云母及痕量的三水鋁石[28]，土壤基本理化性狀見表2。

1.1.3 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)地設(shè)在海南省儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所試驗(yàn)基地，地處熱帶北緣，北緯19°30′，東經(jīng)109°30′，海拔149 m，屬熱帶季風(fēng)氣候類型，夏、秋季節(jié)高溫多雨，冬、春季節(jié)低溫干旱，干濕季節(jié)分明。年均氣溫23.7 ℃，絕對(duì)高溫39.4 ℃，極端高溫40.0 ℃，絕對(duì)低溫6.2 ℃，極端低溫1.8 ℃，年均降水1 994.8 mm，年日照1 996.2 h。試驗(yàn)地土壤為花崗巖發(fā)育的磚紅壤，肥力較差。0～20 cm土層，pH4.3，全氮0.068%、有機(jī)質(zhì)1.38%、速效磷1.8 mg/kg、速效鉀35.0 mg/kg。

1.2 方法

試驗(yàn)過程見圖1所示，通過尼龍袋法進(jìn)行。每個(gè)參試樣品共裝18袋。每袋將風(fēng)干過2 mm篩的土與烘干粉碎過1 mm篩的植物樣品按25 ∶ 1混合均勻，裝入0.115 mm的尼龍網(wǎng)袋，并將袋口密封，將尼龍網(wǎng)袋埋入土層深約15 cm處，隨機(jī)分布，分別于埋入后的30、60、120、180、240、360 d取樣，每個(gè)參試樣品每次取3袋作為3次試驗(yàn)重復(fù)，取回風(fēng)干過篩后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的分析測(cè)定。試驗(yàn)期間試驗(yàn)地不進(jìn)行水肥管理，不種植任何作物，定期除草。

土壤基本理化性質(zhì)的分析測(cè)定參照魯如坤[29]的方法測(cè)定，土壤無機(jī)磷分級(jí)采用Chang等[30]的分組方法測(cè)定。

綠肥樣品中磷含量參照魯如坤[29]的方法，將植物樣用H2SO4-H2O2消煮后，消煮液中的磷用鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用MS-Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、處理，用SAS 8.2統(tǒng)計(jì)軟件中的方差分析程序分析各處理差異顯著性及相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用不同熱帶綠肥對(duì)酸性土壤無機(jī)磷總量的影響

在施肥360 d內(nèi)，施用4種熱帶綠肥均可顯著（p<0.05）降低土壤無機(jī)磷的總量，并且在施肥30 d內(nèi)降低的幅度最大，但在施肥30 d以后，4種綠肥對(duì)于土壤無機(jī)磷總量降低的效果隨時(shí)間的變化而有所不同（圖2）。施用30 d后鋪地木藍(lán)處理的含量顯著（p<0.05）低于另外3個(gè)處理，其它3個(gè)處理間無顯著差異（p>0.05）；施用60 d后，鏈莢豆處理的含量最低，并顯著（p<0.05）低于其它3個(gè)處理，而其它3種處理間無顯著差異（p>0.05）；施肥120 d后，4種綠肥的效果均無顯著差異（p>0.05）；施肥180 d后，鋪地木藍(lán)處理的含量最低，并顯著（p<0.05）低于其它3個(gè)處理，鏈莢豆的含量顯著（p<0.05）高于其它3個(gè)處理，而尖葉木藍(lán)處理又顯著（p<0.05）高于扁豆處理；施肥240 d后，鏈莢豆處理的無機(jī)磷含量最低，并顯著（p<0.05）低于其它3個(gè)處理，尖葉木藍(lán)處理的含量最高，并顯著（p<0.05）高于鋪地木藍(lán)處理，但與扁豆處理之間沒有顯著（p>0.05）差異，扁豆與鋪地木藍(lán)處理之間也無顯著差異（p>0.05）；施肥360 d后，扁豆處理的含量最高，并顯著（p<0.05）低于其它3個(gè)處理，其它3個(gè)處理間無顯著差異。

2.2 施用不同熱帶綠肥對(duì)酸性土壤無機(jī)磷分級(jí)的影響

結(jié)果見圖3所示。圖3表明，酸性磚紅壤中O-P所占比例最高，為83.8%；Fe-P所占比例次之，為11.4%；Ca-P較低，為3.5%；Al-P最低，為1.2%，說明酸性磚紅壤中磷的有效性很低。施用豆科綠肥后，O-P所占比例降低，Al-P、Fe-P、Ca-P所占比例均有不同程度的提高，無機(jī)磷，總量降低，說明施用豆科綠肥能增加土壤中易被作物吸收的磷素形態(tài)，減少O-P，提高磷的植物有效性。

2.2.1 施用不同熱帶綠肥對(duì)酸性土壤Fe-P的時(shí)間動(dòng)態(tài)影響 圖3-A表明，4種綠肥中，以施用鋪地木藍(lán)的效果最差，施用后對(duì)土壤Fe-P含量的影響不顯著（p>0.05）；尖葉木藍(lán)與扁豆均可顯著增加土壤Fe-P的含量，并且效果比較穩(wěn)定，但在240 d后尖葉木藍(lán)要好于扁豆；鏈莢豆在多數(shù)時(shí)間也可顯著增加土壤的Fe-P含量，但效果隨時(shí)間起伏較大，總體效果不如尖葉木藍(lán)與扁豆。4種綠肥對(duì)于土壤Fe-P的影響隨時(shí)間的變化有所不同：尖葉木藍(lán)與扁豆處理在整個(gè)施肥期均可顯著（p<0.05）增加土壤Fe-P的含量，在施肥240 d內(nèi)，二者之間沒有顯著差異（p>0.05），但240 d后，尖葉木藍(lán)處理中Fe-P含量顯著（p<0.05）高于扁豆處理；鏈莢豆處理對(duì)于土壤Fe-P含量的影響隨時(shí)間的變化呈波浪形變化，在施肥30 d后可顯著增加Fe-P的含量，但隨后又大幅下降，至60 d后，對(duì)土壤Fe-P含量影響不再顯著（p>0.05），而隨后又不斷增加，至180 d時(shí)，其對(duì)土壤Fe-P含量的增加量達(dá)到最高峰，隨后又不斷下降，至施肥240 d后，對(duì)土壤Fe-P含量影響又不顯著（p>0.05），隨后又不斷增加并與對(duì)照差異顯著（p<0.05）；鋪地木藍(lán)處理的土壤Fe-P的含量在整個(gè)期間一直保持穩(wěn)定，與對(duì)照之間沒有顯著差異（p>0.05）。

2.2.2 施用不同綠肥對(duì)土壤Al-P的時(shí)間動(dòng)態(tài)影響

施用4種綠肥后土壤Al-P含量的變化規(guī)律與Fe-P的類似（圖3-B），施用鋪地木藍(lán)的效果最差，在本研究360 d的施肥時(shí)間里，其含量均顯著低于其它3個(gè)處理，并且在施肥后的240 d內(nèi)，其土壤Al-P含量與對(duì)照間沒有顯著差異（p>0.05），而在施肥240 d后其含量不斷下降并顯著（p<0.05）低于對(duì)照；其它3個(gè)處理的含量均在施肥30 d后顯著（p<0.05）增加，隨后又不斷降低，其中以鏈莢豆處理中的變化幅度最大，在60 d后，含量快速上升，在120 d后緩慢上升，隨后又不斷降低，至施肥240 d時(shí)，其土壤Al-P的含量已經(jīng)與對(duì)照土壤間沒有顯著差異（p>0.05），但卻顯著（p<0.05）低于扁豆和尖葉木藍(lán)兩個(gè)處理，施肥240 d，其含量又大度上升，至360 d時(shí)，其含量顯著（p<0.05）高于其它3個(gè)處理在施肥；對(duì)于尖葉木藍(lán)處理，在施肥60 d后，其含量保持穩(wěn)定并一直顯著（p<0.05）高于對(duì)照，但在240 d后，其含量緩慢下降，但在360 d時(shí)，依然顯著高于除了鏈莢豆之外的2個(gè)處理與對(duì)照；施用扁豆處理的含量在施肥60 d后依然繼續(xù)下降，一直下降至180 d，此后又不斷上升，至240 d后又不斷下降，在施肥后的240 d時(shí)間里，其含量一直顯著高于對(duì)照，但在施肥360 d后，其含量與對(duì)照間沒有顯著差異（p>0.05）。

2.2.3 施用不同綠肥對(duì)土壤Ca-P的時(shí)間動(dòng)態(tài)影響

施用4種綠肥均可顯著（p<0.05）降低土壤Ca-P的含量，但不同的綠肥在不同施肥時(shí)間內(nèi)的效果存在顯著差異（圖3-C）。4種綠肥在施肥后30 d內(nèi)均大幅降低土壤Ca-P的含量，扁豆的降低幅度最小，尖葉木藍(lán)的降低幅度最大。隨后，4種處理土壤Ca-P含量隨時(shí)間的變化而有所不同，尖葉木藍(lán)處理在施用30 d后土壤中的Ca-P含量繼續(xù)降低，60 d后，處理中的Ca-P含量不斷增加，至180 d時(shí)，其含量達(dá)到最高，但依然顯著（p<0.05）低于對(duì)照，隨后，處理中的Ca-P含量又不斷降低，240 d后達(dá)到穩(wěn)定；鋪地木藍(lán)處理在施肥30 d后土壤Ca-P的含量有所回升，60 d后不斷降低，至施肥180 d后又不斷上升，但240 d后又大幅降低，至360 d后，處理中的Ca-P含量達(dá)到最低點(diǎn)，成為4個(gè)處理中含量最低的處理，并顯著低于其余3個(gè)處理與對(duì)照；施用扁豆30 d后土壤中Ca-P含量不斷降低，60 d時(shí)達(dá)到該處理Ca-P含量的最低點(diǎn)，但隨后，Ca-P的含量不斷增加，至施肥180 d時(shí)含量達(dá)到最高點(diǎn)，隨后又不斷降低，至施肥360 d后其含量依然顯著（p<0.05）低于對(duì)照，并與鏈莢豆以及尖葉木藍(lán)處理間無顯著（p>0.05）差異；鏈莢豆處理的Ca-P含量在施用30 d后大幅上升，至60 d時(shí)，含量達(dá)到最高點(diǎn)，隨后，其含量呈波浪形變化，但處理中Ca-P含量一直顯著（p<0.05）低于對(duì)照。

2.2.4 施用不同綠肥對(duì)土壤O-P的時(shí)間動(dòng)態(tài)影響

從圖3-D可見，施用4種綠肥均可顯著（p<0.05）降低土壤O-P的含量，但以鏈莢豆、扁豆的效果最好，尖葉木藍(lán)的效果次之，鋪地木藍(lán)處理的效果最差，并且均在施肥30 d內(nèi)大幅下降，但在施肥30 d后，鋪地木藍(lán)的O-P含量又不斷上升，至60 d后保持穩(wěn)定，120 d后又不斷下降，隨后又不斷上升至360 d時(shí)，其含量達(dá)到最高，并顯著（p<0.05）高于其它3個(gè)處理，但仍顯著（p<0.05）低于對(duì)照；其余3個(gè)處理間沒有顯著（p>0.05）差異，施肥30 d后，處理中的含量一直保持穩(wěn)定，并一直低于對(duì)照（p<0.05）。

3 討論與結(jié)論

磷是作物生長所需的大量元素，對(duì)于作物的生長發(fā)育有重要作用，作物所需的磷主要來自土壤，土壤磷可分為無機(jī)磷和有機(jī)磷兩部分，而無機(jī)磷是土壤中能被作物直接吸收利用的主要磷源。酸性土壤上普遍存在缺磷等障礙因子，嚴(yán)重影響了這些地區(qū)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。造成土壤磷缺乏的原因并不是土壤中磷的總量不夠，而是由于土壤中的無機(jī)磷多數(shù)被酸性土壤中存在大量的鋁等礦質(zhì)元素固定，難以為植物吸收利用。施用綠肥等有機(jī)肥是解決這一問題的有效農(nóng)藝措施。其原因在于，一方面綠肥等有機(jī)肥的施用，可直接向土壤中補(bǔ)充磷，增加土壤的含磷量，另一方面，綠肥等有機(jī)肥的施用可有效降低土壤的酸度，將土壤被固定的磷釋放，從而被植物吸收利用。薛石龍等[31]發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥后無機(jī)磷形態(tài)以Fe-P和Al-P為主，并且隨著施用有機(jī)肥量的增加土壤中Ca-P、O-P、Fe-P和Al-P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增加，說明有機(jī)肥對(duì)以上4種形態(tài)無機(jī)磷有促進(jìn)轉(zhuǎn)化作用。蘇冰瑩等[23]的研究結(jié)果表明，在長期施用N、P、K的基礎(chǔ)上增施秸稈或豬廄肥能顯著增加Ca2-P、Al-P、Fe-P的含量，且Ca2-P的含量增加最多。杜立宇等[32]發(fā)現(xiàn)，長期定位施用有機(jī)肥可顯著提高土壤Ca2-P、Ca8-P的含量，Al-P、Fe-P以及O-P、Ca10-P沒有顯著增加。而Huang等[33]研究發(fā)現(xiàn)，施用作物秸稈的土壤無機(jī)磷含量較低，而新鮮豬糞和腐熟有機(jī)肥無機(jī)磷含量大幅增加。Xu等[34]研究結(jié)果表明，在淹水的水稻土中施用有機(jī)肥可以提高土壤磷組分的含量，Al-P和Ca-P能轉(zhuǎn)化為中等活性和中穩(wěn)性的有機(jī)磷，并且能使O-P轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻€(wěn)性的有機(jī)磷，從而降低了土壤無機(jī)磷的總量。這與本研究的結(jié)果類似。本研究的結(jié)果也表明，施用綠肥后土壤O-P大幅降低，并且無機(jī)磷總量也降低，這很有可能是轉(zhuǎn)化成了有機(jī)磷。馮躍華等[35]長期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，長期施用有機(jī)肥后，隨著時(shí)間的變化，紅粘土Ca2-P、Ca10-P和Fe-P含量都有下降趨勢(shì)，而Al-P、O-P和Ca8-P含量則都有上升趨勢(shì)，此外，其研究結(jié)果表明，冬季施用綠肥可有效降低土壤的Fe-P含量。而本研究的結(jié)果表明，施用綠肥可顯著增加土壤Fe-P以及Al-P的含量，但可顯著降低土壤中Ca-P以及O-P的含量。綜合上述上面的研究結(jié)果可以看出，施用有機(jī)肥對(duì)于土壤無機(jī)磷含量的影響結(jié)果并不一致，甚至相反。這些結(jié)果說明，雖然施用的綠肥等有機(jī)肥中含有一定量的磷，但施用綠肥并不一定造成土壤磷分級(jí)各組分的增加，如本研究中僅是Al-P、Fe-P的含量增加，而O-P、Ca-P卻顯著降低，并最終造成無機(jī)磷總量降低，其原因可能在于綠肥施用后，雖然帶入土壤一定量的磷，但同時(shí)也改變土壤的理化與生物學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致土壤磷各組分的顯著變化，從而造成土壤磷各組分含量變化不一致，并且這些變化還受施用有機(jī)肥的種類、土壤類型以及施肥條件等因素的影響。

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責(zé)任編輯：趙軍明