牛糞對黑土土壤無機(jī)磷形態(tài)的影響

史喜林，李 鶴，秦治家，高云航，婁玉杰，劉淑霞*

(1．吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，吉林 長春 130118； 2.吉林省東遼縣足民農(nóng)業(yè)站，吉林 東遼 136615；3．吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院，吉林 長春 130118)

生態(tài)養(yǎng)殖

牛糞對黑土土壤無機(jī)磷形態(tài)的影響

史喜林1，李 鶴1，秦治家2，高云航3，婁玉杰3，劉淑霞1*

(1．吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，吉林 長春 130118； 2.吉林省東遼縣足民農(nóng)業(yè)站，吉林 東遼 136615；3．吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院，吉林 長春 130118)

采用盆栽試驗(yàn)研究牛糞對黑土土壤無機(jī)磷形態(tài)的影響，探討黑土土壤無機(jī)磷形態(tài)的變化規(guī)律和供磷能力的變化，明確牛糞在提高土壤磷利用效率中的作用。結(jié)果表明，施用牛糞可增加土壤中不同形態(tài)磷的含量，隨著牛糞用量的增加，土壤中不同形態(tài)磷的含量均有所增加。鋁結(jié)合態(tài)磷酸鹽(Al-P)和鐵結(jié)合態(tài)磷酸鹽(Fe-P)的增加幅度最大，閉蓄態(tài)磷酸鹽(O-P)的增加幅度最小。施用牛糞可以改變各種無機(jī)磷占無機(jī)磷總量的比例順序，由未施牛糞的Fe-P>鈣結(jié)合態(tài)磷酸鹽(Ca-p)>AL-P>O-P，到施用牛糞的Fe-P>AL-P>Ca-P>O-P；表層土壤各種形態(tài)磷的含量高于下層土壤，而相對含量是除了AL-P外，其余各形態(tài)磷的含量均是下層土壤的高。試驗(yàn)結(jié)果說明，施用牛糞可以使土壤中無機(jī)磷的形態(tài)向AL-P轉(zhuǎn)化，增加黑土中對植物有效性高的無機(jī)磷的含量。

牛糞；黑土；無機(jī)磷形態(tài)分級；磷素有效性

磷是植物生長發(fā)育所必需營養(yǎng)元素之一，影響著植物的生長發(fā)育和品質(zhì)。而磷肥的當(dāng)季利用率一般只有10%～25%,其原因是施入土壤的磷肥很快轉(zhuǎn)化鈣結(jié)合態(tài)磷酸鹽(Ca-P)、鋁結(jié)合態(tài)磷酸鹽(Al-P)、鐵結(jié)合態(tài)磷酸鹽(Fe-P)、閉蓄態(tài)磷酸鹽(O-P)等形態(tài)無機(jī)磷被土壤固定[1]，不同形態(tài)的無機(jī)磷的有效性差異也很大，影響著作物對磷的吸收利用[2]。磷素被土壤固定，增加了磷素流失的機(jī)率，大量磷素通過徑流進(jìn)入水體，使水體中磷的含量增加。不少調(diào)查與研究結(jié)果表明，磷是大部分淡水富營養(yǎng)化的限制因子，如果水體含磷量超過20～35 μugP/L就極有可能導(dǎo)致藻類大量繁殖[3]。因此對于土壤無機(jī)磷形態(tài)的研究一直是人們比較關(guān)心的問題。

關(guān)于無機(jī)磷的形態(tài)研究始于20世紀(jì)30年代，F(xiàn)raps[4]指出了土壤中無機(jī)磷主要以Ca、 Fe、 AL的磷酸鹽形態(tài)存在，各種形態(tài)磷之間可以轉(zhuǎn)化，通過無機(jī)形態(tài)分級測定可以了解磷肥施入土壤中的變化。土壤無機(jī)磷的分級，雖有很多研究，但是比較系統(tǒng)和完整的方法是由張守敬和Jackson[5]于1957年提出的，并且在后續(xù)又進(jìn)行了許多改正。雖然該方法對于主要以磷酸鈣形態(tài)存在的石灰性土壤中無機(jī)磷的分級具有一定的缺點(diǎn)，但是到目前為止，仍然是國際上對于酸性或中性土壤研究無機(jī)磷形態(tài)組成和轉(zhuǎn)化的主要方法[6]。土壤中無機(jī)磷的形態(tài)除了受土壤類型、土壤特性等因素影響外，主要受施肥的影響，施肥可以改變土壤中不同形態(tài)磷的含量。王平等[7]進(jìn)行了長期施肥對黑壚土無機(jī)磷形態(tài)的影響研究，研究結(jié)果表明長期施肥對黑壚土無機(jī)磷各組分相對含量均有影響。張漱茗等[8]等研究結(jié)果表明，連續(xù)施用氮磷鉀化肥、化肥基礎(chǔ)上增施有機(jī)肥使土壤中Ca2-P提高6.3倍和7.69。李中陽等[9]研究結(jié)果表明，長期化肥有機(jī)肥配施增加了土壤中 Ca8- P、 Al- P和 Fe- P 等活性較高的無機(jī)磷。陳欣[10]研究結(jié)果表明長期施用有機(jī)肥顯著改變了黑土中各無機(jī)磷組分的含量，長期施用化肥配施豬糞能夠顯著增加Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的絕對含量和相對含量，同時減少Ca10-P和0-P的相對含量。牛糞是一種很好的生物質(zhì)資源，其質(zhì)地細(xì)密、含水量大、粗纖維、粗灰分以及無氮浸出物含量相對較高、重金屬含量相對最低，作為肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用[11]。近年來，隨著肉牛、奶牛等養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，牛糞產(chǎn)量日益增加，若缺乏有效處理手段，大量牛糞堆積容易造成嚴(yán)重的污染。因此本文通過盆栽試驗(yàn)，研究了不同用量牛糞對黑土土壤的無機(jī)磷形態(tài)的影響，明確牛糞在提高土壤磷利用效率中的作用，為土壤磷素的管理和合理施肥，減少土壤磷素對環(huán)境的威脅提供理論依據(jù)和技術(shù)措施。

1 材料與方法

1.1 供試土壤和牛糞

供試土壤采自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田的典型黑土，在自然狀態(tài)下風(fēng)干備用。供試牛糞采自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧基地，土壤和牛糞的主要理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤和牛糞的基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of the tested soil and cow dung

1.2 盆栽試驗(yàn)

試驗(yàn)于2012年7月開始。供試植物為白菜。選用30 cm×20 cm的塑料花盆進(jìn)行試驗(yàn)，每盆裝土12 kg。試驗(yàn)共設(shè)置8個處理(處理1～8,處理1為空白對照)，單施牛糞，分別是0 t/hm2、10 t/hm2、20 t/hm2、40 t/hm2、60 t/hm2、80 t/hm2、100 t/hm2、200 t/hm2。3次重復(fù)。9月初白菜收獲后，分層(0～5 cm和5～15 cm)采集土壤，用于土壤磷素形態(tài)的分析。

1.3 分析測定方法

土壤基本理化性質(zhì)測定采用常規(guī)測定方法[11]；不同形態(tài)無機(jī)磷的含量采用張守敬[5]采用的方法進(jìn)行測定；無機(jī)磷的相對含量采用于群英等[12]采用的計算方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel2003和SPSS18.0進(jìn)行分析處理，結(jié)果用：“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同牛糞用量對黑土無機(jī)磷各形態(tài)含量的影響

表2和表3是不同牛糞處理黑土各形態(tài)無機(jī)磷含量的變化。由表2和表3可看出，施用牛糞黑土中不同形態(tài)的無機(jī)磷含量都發(fā)生了變化。施用牛糞使土壤中各種形態(tài)的無機(jī)磷含量均有所增加，且隨著牛糞用量的增加均趨于增加。

表2 不同牛糞處理黑土各種形態(tài)無機(jī)磷的含量(0～5 cm)Table 2 Contents of various forms of inorganic phosphorus in different cow dung treatments(0～5 cm) mg/kg

注：同列肩標(biāo)小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Notes：Values with different lowercase superscripts in the same column indicate significant difference(P<0.05).The same as below.

其中，隨著牛糞用量的增加，0～5 cm 土層中Ca-P的含量的變幅為52.4～62.1 mg/kg，分別增加了1.7、4.3、4.7、5.3、6.5、7.0、9.7 mg/kg，當(dāng)牛糞施用量達(dá)到200 t/hm2時，土壤中Ca-P的含量是最高的，與低施肥處理之間差異顯著(P<0.05)，達(dá)到了62.1 mg/kg。

就Fe-P和AL-P的含量而言，表現(xiàn)出與Ca-P的一樣變化規(guī)律。隨著牛糞用量的增加，F(xiàn)e-P的含量的變幅為110.5～201.1 mg/kg，分別增加了15.1、22.3、20.5、25.0、45.2、74.9、90.7 mg/kg，當(dāng)牛糞施用量達(dá)到200 t/hm2時，土壤中Fe-P的含量是最高的，達(dá)到了201.1 mg/kg，但此時Fe-P的增加幅度卻在降低的；空白處理與高施肥量處理之間差異顯著(P<0.05)，與其他處理差異不顯著(P>0.05)。隨著牛糞用量的增加，AL-P的含量的變幅為32.1～146.1 mg/kg，分別增加了28.0、33.85、 38.4、45.6、57.7、85.3、114.0 mg/kg，當(dāng)牛糞施用量達(dá)到200 t/hm2時，土壤中AL-P的含量是最高的，達(dá)到了146.1 mg/kg。不同牛糞用量間差異顯著性分析結(jié)果表明，不同處理間差異顯著(P<0.05)。

O-P含量的變幅為11.4～19.3 mg/kg，分別增加了1.7、3.1、4.3、5.2、5.4、6.0、7.8 mg/kg，當(dāng)牛糞施用量達(dá)到200 t/hm2時，土壤中O-P的含量是最高的，與其他處理之間差異顯著(P<0.05)，達(dá)到了19.3 mg/kg。

表3 不同牛糞處理黑土各種形態(tài)無機(jī)磷的含量(5～15 cm)Table 3 Contents of the various forms of inorganic phosphorus in different cow dung treatments(5～15 cm) mg/kg

施用牛糞使5～15 cm土層中各種形態(tài)的無機(jī)磷含量表現(xiàn)出與0～5 cm 土層土壤中同樣的變化規(guī)律(見表3)。隨著牛糞用量的增加各種形態(tài)的磷含量均有所增加。不同牛糞用量間差異顯著性分析結(jié)果表明，施用牛糞對黑土中Ca-P 和O-P的影響規(guī)律相同，在低量牛糞處理下不同處理間差異不顯著(P>0.05)，但在高量牛糞處理下不同處理間差異顯著(P<0.05)；對Fe-P 和AL-P而言，不同處理間差異顯著(P<0.05)。

表4 不同牛糞處理黑土各種形態(tài)無機(jī)磷的相對含量(0～5 cm)Table 4 Relative content of the various forms of inorganic phosphorus in different cow dung treatments(0～5 cm) mg/kg

2.2 不同牛糞用量對黑土無機(jī)磷各形態(tài)相對含量的影響

表4和表5是不同牛糞處理黑土各種形態(tài)無機(jī)磷的相對含量(即各種形態(tài)的磷含量除以把四種形態(tài)磷值加到一起的和)。由表4和表5可知，沒施用牛糞的黑土中各種形態(tài)無機(jī)磷比例大小為Fe-P(53.69%和56.14%)、Ca-P(25.41%和27.22%)、AL-P (15.34%和11.37%) 、O-P(5.56%和5.28%)；施用牛糞后黑土中各種形態(tài)無機(jī)磷比例大小為Fe-P(49.56%～46.92%和51.46%～46.98%)、AL-P(23.81%～34.07%和17.34%～33.38%) 、Ca-P(21.42%～14.50%和25.68%～15.16%)、O-P(5.21%～4.50%和5.52%～4.48%)。施用牛糞使黑土中各種形態(tài)磷比例大小發(fā)生了變化，AL-P的相對含量增加，而且超過了Ca-P；Ca-P、Fe-P和 O-P的相對含量降低。隨著牛糞用量的增加，Ca-P、Fe-P和 O-P的相對含量在逐漸下降，而AL-P的相對含量在逐漸增加，但Fe-P在不同形態(tài)磷中所占的比例始終是最高的。

表5 不同牛糞處理黑土各種形態(tài)無機(jī)磷的相對含量(5～15 cm)Table 5 The relative content of the various forms of inorganic phosphorus in different cow dung treatments(5～15cm) %

2.3 不同牛糞用量對黑土無機(jī)磷各形態(tài)在土壤中分布的影響

圖1至圖4是不同形態(tài)磷在土壤中的分布情況。由圖1可見，0～5 cm 土層中的Ca-P、Fe-P、AL-P和 O-P含量高于5～15 cm土層。造成這一現(xiàn)象的原因，可能是因?yàn)榱自谕寥乐羞w移率小，不易從上層遷移到下層土壤。而對于不同形態(tài)無機(jī)磷的相對含量變化不同，其中Ca-P、Fe-P和 O-P的相對含量上層土壤的低于下層土壤，而AL-P的相對含量是上層土壤的高于下層土壤的。就Ca-P、Fe-P而言，不同處理間，牛糞用量較低時，差異不顯著，牛糞用量高時，差異顯著；而AL-P和O-P，不同處理間差異顯著。

圖1 不同牛糞處理下黑土Ca-P在土壤中的分布Fig.1 Black soil Ca-P distribution in soil in different cow dung treatments

圖3 不同牛糞處理下黑土AL-P在土壤中的分布Fig.3 Black soil AL-P distribution in soil in different cow dung treatments

圖2 不同牛糞處理下黑土Fe-P在土壤中的分布Fig.2 Black soil Fe-P distribution in soil in different cow dung treatments

圖4 同牛糞處理下黑土O-P在土壤中的分布Fig.4 Black soil O-P distribution in soil in different cow dung treatments

3 討 論

土壤中磷素狀況受到施肥的影響。長期施用有機(jī)肥能顯著的增加耕層土壤磷素的積累，耕層以下各形態(tài)磷素均顯著增加，特別是大施肥量施用牛糞時，土壤磷素的積累狀況更加突出[13]。韓曉日等[14]研究結(jié)果表明，在棕壤上長期施入有機(jī)肥,除了Ca10-P含量在耕層減少外,其它各形態(tài)無機(jī)磷含量都有所增加；李中陽等[9]研究結(jié)果表明，長期化肥有機(jī)肥配施增加了土壤中 Ca8-P、 Al-P和 Fe-P 等活性較高的無機(jī)磷。王伯仁等[15]研究結(jié)果，施用有機(jī)肥土壤中的無機(jī)磷以Al-P和Ca-P為主，其中Al-P增加幅度最大。本研究的結(jié)果表明,施用牛糞可以增加土壤中不同形態(tài)磷的含量，隨著牛糞用量的增加土壤中不同形態(tài)磷的含量均有所增加。其中，AL-P和Fe-P的增加幅度最大，O-P的增加幅度最小，并且不同牛糞處理的表層土壤各種形態(tài)磷的含量高于下層土壤，而相對含量是除了AL-P外，其余各形態(tài)磷的含量均是下層土壤的高。這與上述的研究結(jié)果是一致的。長期施用有機(jī)肥可以增加土壤中無機(jī)磷含量的主要原因是，施有機(jī)肥不但能通過自身所帶的磷的循環(huán)再利用改善磷素營養(yǎng)，畜糞有機(jī)肥料中的磷以無機(jī)磷為主，有機(jī)態(tài)磷也易轉(zhuǎn)化[16]。

長期施用肥料對土壤無機(jī)磷的相對含量有一定的影響，可以增加無機(jī)磷的有效性。陳欣[10]研究結(jié)果表明，長期施用有機(jī)肥顯著改變了黑土中各無機(jī)磷組分的含量，長期施用化肥配施豬糞能夠顯著增加Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的絕對含量和相對含量，同時減少Ca10-P和0-P的相對含量；馬艷梅[17]研究表明，長期施用有機(jī)肥白漿土中的無機(jī)磷形態(tài)主要向AL-P、Fe-P、O-P轉(zhuǎn)化；夏立忠等[18]研究表明，施用有機(jī)肥使土壤中有效性高的無機(jī)磷含量增加。本研究中,施用牛糞可改變各種無機(jī)磷占無機(jī)磷總量的比例順序，由未施牛糞的Fe-P﹥Ca-P﹥AL-P ﹥O-P，到施用牛糞的Fe-P﹥AL-P﹥Ca-P﹥O-P；一般研究認(rèn)為，在酸性土壤中AL-P和Fe-P是土壤有效磷的主要來源，在中性或石灰性土壤中AL-P是主要的有效磷源，Ca-P中的Ca2-P是有效磷源，Ca8-P有效性次之，而Ca10-P和O-P是植物的潛在磷源[19]。說明施用牛糞可以使土壤中無機(jī)磷的形態(tài)向AL-P轉(zhuǎn)化，增加黑土中對植物有效性高的無機(jī)磷的含量。這可能是有機(jī)肥與土壤無機(jī)顆粒通過鐵、鋁和鈣劍橋復(fù)合，相應(yīng)降低了土壤中鐵、鋁和鈣離子的濃度，從而減少了固定[20]，施用有機(jī)肥可以增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量,由于有機(jī)質(zhì)在分解過程中的中間產(chǎn)物及腐殖化過程中含有酚基和羧基的富里酸對Fe (OH)3的絡(luò)合作用，使 Fe- P閉蓄過程受到抑制，從而使 O- P的轉(zhuǎn)化率降低，施用有機(jī)肥能夠使積累的磷向有效態(tài)轉(zhuǎn)化[21]。

4 結(jié) 論

施用牛糞可以增加土壤中不同形態(tài)磷的含量，隨著牛糞用量的增加土壤中不同形態(tài)磷的含量均有所增加。其中，AL-P和Fe-P的增加幅度最大，O-P的增加幅度最??；施用牛糞后黑土中AL-P相對含量增加，而Ca-P 、Fe-P和 O-P的相對含量降低，隨著牛糞用量的增加表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，不同牛糞用量間差異顯著性分析結(jié)果表明，就Ca-P、Fe-P、O-P而言，不同處理間，牛糞用量較低時，差異不顯著，牛糞用量高時，差異顯著；而AL-P不同處理間差異顯著。施用牛糞后不僅提高了磷的有效性，也增加了潛在的磷源。

施用牛糞可以改變各種無機(jī)磷占無機(jī)磷總量的比例順序，由未施牛糞的Fe-P>Ca-P>AL-P>O-P，到施用牛糞的Fe-P>AL-P>Ca-P>O-P；這說明，施用牛糞可以使土壤中無機(jī)磷的形態(tài)向AL-P轉(zhuǎn)化，增加黑土中對植物有效性高的無機(jī)磷的含量。

不同牛糞處理的表層土壤各種形態(tài)磷的含量高于下層土壤，而相對含量是除了AL-P外，其余各形態(tài)磷的含量均是下層土壤的高；這說明，施用牛糞對磷在土壤表層的累積及活化有一定的作用。

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EffectofCowDungonMorphologicalCharacteristicsofInorganicPhosphorusinBlackSoil

SHI Xi-lin1,LI He1,QIN Zhi-jia2,GAO Yun-hang3,LOU Yu-jie3,LIU Shu-xia1*

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,JilinAgriculturalUniversity,ChangchunJilin,130118；2.ZuminAgricultureStationinDongliaoCounty,DongliaoJilin,136615;3.CollegeofAnimalScienceandTechnology,JilinAgriculturalUniversity,ChangchunJilin,130118)

Pot experiment was adopted to investigate the effects of cow dung on the black soil inorganic phosphorus forms,as well as the variation of black soil inorganic phosphorus forms and phosphorus supply capacity changes so as to detect the cow dung effect on improving the use efficiency of soil phosphorus.The results showed that the application of cow dung could increase the content of different forms of phosphorus in the soil,the more consumption of cow dung,the higher the different forms of phosphorus content in the soil.The maximum growth in AL-P and Fe-P,and the minimum increase of O-P were observed.The application of cow dung changed all kinds of inorganic phosphorus or proportion of the total inorganic phosphorus in the order of Fe-P﹥Ca-P﹥AL-P﹥O-P without cow dung and then Fe-P﹥AL-P﹥Ca-P﹥O-P with cow dung.The content of various forms of phosphorus in the surface soil was higher than that in subsoil,however,except for the relative content of AL-P,the content of the rest of the forms of phosphorus was high in the subsoil.It revealed that application of cow dung can help transfer soil inorganic phosphorus to AL-P,and increase the inorganic phosphorus content which is highly effective to plants in black soil.

cow dung；black soil; morphological characteristics of inorganic phosphorus; phosphorus availability

2014-04-15，

2014-05-13

吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項目(216-172);吉林省科技發(fā)展計劃項目(20110202);吉林省科技引導(dǎo)計劃項目(201205057);現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助(nycytx-38)

史喜林，男(1989-)，遼寧省阜新人，在讀研究生。主要從事植物營養(yǎng)與環(huán)境生態(tài)研究。E-mail：596886185@qq.com

*[通訊作者]劉淑霞(1969-)，女，吉林省遼源人，博士，教授，主要從事施肥與生態(tài)環(huán)境、廢棄物資源化利用和面源污染防治技術(shù)等研究。E-mail：liushuxia2005824@163.com

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1005-5228(2014)08-0072-06