防磷固定劑對(duì)土壤有效性的影響

馬慧敏，陳 亮，潘康兵，李 寧，胡林虎，陳 冰*

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆草地資源與生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052)

防磷固定劑對(duì)土壤有效性的影響

馬慧敏1,2，陳 亮1,2，潘康兵1,2，李 寧1,2，胡林虎1,2，陳 冰1,2*

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆草地資源與生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052)

【目的】研究施用不同防磷固定劑對(duì)磷在土壤中移動(dòng)深度及持續(xù)有效性的影響，以提高磷肥利用率，滿足作物對(duì)磷素的需求?！痉椒ā坎捎眠B續(xù)浸提法、室內(nèi)模擬土柱法，研究不同防固定劑(A，B，C)對(duì)水溶性磷肥(MAP)在土壤中移動(dòng)的有效深度的影響?！窘Y(jié)果】在滴灌條件下，滴施常量水溶性磷肥在土壤中很快被固定而無效，增加了施肥成本。防磷固定劑可提高水溶性磷在土壤中的移動(dòng)深度，遷移至10 cm以下，但不超過15 cm。150 d內(nèi)施用防磷固定劑可持續(xù)增加土壤的速效磷含量，凈增量是水溶性磷肥的0.88～1.29倍?！窘Y(jié)論】防磷固定劑A，B，C能防止水溶性磷肥被土壤固定，增加P素在土壤中的移動(dòng)性。

滴灌；防固定劑；磷酸一銨

【研究意義】從1980年至2000年，中國(guó)化肥消費(fèi)量約占全世界的30 %[1]。目前我國(guó)磷肥生產(chǎn)和消費(fèi)均居世界首位，磷肥消費(fèi)占世界總消費(fèi)量的34 %(FAOSTAT 2012)。磷是植物生長(zhǎng)必需的肥料要素之一，而我國(guó)有74 %的耕地土壤缺磷[2]。磷肥的當(dāng)季利用率僅有10 %～20 %[3]，磷肥利用率低造成了直接的經(jīng)濟(jì)損失，加速了水體的富營(yíng)養(yǎng)化[4]，增加了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[5]。磷肥利用率低的主要原因是在土壤中發(fā)生固定，造成水溶性磷在土壤中基本不移動(dòng)。磷肥以基施為主，然而由于滴灌方式的普遍使用，也產(chǎn)生了水肥一體化的施肥模式。因此，在滴灌條件下施用水溶性磷肥，研究其在土壤中的移動(dòng)性及持續(xù)有效性，對(duì)提高磷肥利用率有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】為提高磷肥利用率，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的核心主要集中在以下幾個(gè)方面：施肥方式、高效吸磷植物的選育、改性磷肥、VA菌根、土壤非生物磷素活化劑等[6-8]。近年來，利用非生物活化劑提高磷肥利用率的途徑越來越受到重視，活化劑具有多種較強(qiáng)的活性基團(tuán)，能顯著降低土壤對(duì)磷吸附固定能力，提高磷肥利用率[9-11]?！颈狙芯康那腥朦c(diǎn)】目前水溶性磷肥應(yīng)用滴灌進(jìn)行追肥，由于磷素的不移動(dòng)性，使其不能到達(dá)根系的密集層而不被作物利用，應(yīng)用活化劑提高水溶性磷肥的運(yùn)移距離及持久有效性。本研究以防磷固定劑為材料，采用研磨法、連續(xù)浸提法、室內(nèi)模擬土柱法，對(duì)3種防磷固定劑的效果和在土壤中磷素的運(yùn)移深度進(jìn)行研究，并通過模擬土培試驗(yàn)揭示防磷固定劑在土壤中的有效性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在滴灌條件下，防磷固定劑使水溶磷肥在土壤中能移動(dòng)到作物分布的密集層，并保持持久的有效性，以期為滴灌條件提高磷肥利用率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試防磷固定劑 防固定劑A：一種酚型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子物質(zhì)，活性基團(tuán)多；防固定劑B：主要成分有機(jī)和無機(jī)離子；防固定劑C：細(xì)度0.2 mm，主要成分腐植酸。

1.1.2 供試磷肥 磷礦粉(Phosphate rock,縮寫PR)：含磷(P2O5)20 %，細(xì)度0.16～0.20 mm；磷酸一銨(NH4H2PO4)：12-61-0(工業(yè)級(jí))。

1.1.3 供試土壤 試驗(yàn)在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草地資源與生態(tài)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。供試土壤采自呼圖壁草地生態(tài)站，地理位置為 N 44.31°、E 86.97°，海拔446 m。樣品采集表層0～15 cm 土壤，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，過2 mm 篩后備用。供試土壤屬砂壤土，有機(jī)質(zhì)9.33 g·kg-1、堿解氮33 mg·kg-1、速效磷9.2 mg·kg-1、速效鉀263 mg·kg-1、pH 8.26、電導(dǎo)率1906 us·kg-1。

1.1.4 防磷固定劑的效果 將定量的防固定劑同磷礦粉放入研缽中混勻，加入定量蒸餾水，研磨10 min使磷礦粉與防固定劑充分接觸，晾干后磨碎備用。其中磷礦粉總量為100 g，防固定劑(A，B，C)添加量(w)按磷礦粉總質(zhì)量(w)的5 %、10 % 添加，水添加量為總質(zhì)量的5 %(w)。

1.1.5 模擬土柱試驗(yàn)裝置 由內(nèi)徑71.0 mm的PVC管作為土柱，從土柱的下段至上段標(biāo)注刻度5、10、15 cm，PVC管總長(zhǎng)為25.0 cm。從下往上逐層裝土，邊裝邊墩實(shí)土樣，每根土柱裝土至15 cm刻度。用0.1 mm的雙層尼龍紗網(wǎng)封住PVC管底口，用皮筋將紗網(wǎng)扎緊固定，底端用漏斗卡住，承接滲漏液于100 mL燒杯中。

1.2 方法

1.2.1 防磷固定劑的效果 分別稱取制備的磷礦樣品0.5000 g裝入100 mL的離心管中，準(zhǔn)確加入50 mL蒸餾水，擰緊離心管蓋于速率180 r·min-1的振蕩機(jī)上振蕩30 min，然后轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)速為4000 r·min-1的離心機(jī)中離心15 min，用無磷定量濾紙過濾的濾液承接于50 mL的離心管中，即得第1次水溶浸提待測(cè)液；再次準(zhǔn)確加入50 mL蒸餾水于有殘留渣的離心管中進(jìn)行浸提，按同樣方法振蕩、離心和過濾，得到第2次水溶浸提待測(cè)液；按此方法共重復(fù)得到4次水溶浸提待測(cè)液。

1.2.2 防磷固定劑對(duì)磷素在土壤中移動(dòng)性深度的影響 試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理，每處理9次重復(fù)。即空白(CK)、磷酸一銨(CK1)、磷酸一銨與5 % 防固定劑A(A1)、磷酸一銨與10 %防固定劑A(A2)、磷酸一銨與5 %防固定劑B(B2)、磷酸一銨與10 % 防固定劑B(B2)、磷酸一銨與5 % 防固定劑C(C1)、磷酸一銨與10 %防固定劑C(C2)。其中模擬田間滴灌1次灌水450 m3·hm-2，磷酸一銨(工業(yè)級(jí))24.15 kg·hm-2，防固定劑添加量分別為磷酸一銨用量的5 % 和10 %。

由滴頭往土柱中心滴配置好的磷肥溶液，直至土柱底部有滲出液時(shí)停止滴灌，保證土壤表面無積水即可。每個(gè)PVC管滴灌時(shí)間為10 h。當(dāng)?shù)问┩炅追嗜芤汉螅胶?8 h取樣，分層取得土樣為0～5、5～10、10～15 cm，將取得的土樣風(fēng)干過1 mm篩后待測(cè)。

1.2.3 防磷固定劑對(duì)磷肥在土壤中持久性的影響 取試驗(yàn)土壤，風(fēng)干，過2 mm篩，每盆裝土500 g，防固定劑和磷酸一銨按滴灌模擬實(shí)驗(yàn)量于120 mL蒸餾水中充分混勻后澆灌，置于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)。定期稱重澆水，保持土壤田間持水量為70 %，分別于第5、15、30、60、90、120、150 天取土樣。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

有機(jī)質(zhì)：重鉻酸鉀容量法；堿解氮：堿解擴(kuò)散法；速效磷、水溶性磷：Olsen法；速效鉀：NH4OAc浸提，火焰光度法；pH值：酸度計(jì)測(cè)定(2.5∶1水土比)；電導(dǎo)率：電導(dǎo)率儀法[12]。采用EXCEL 2003和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 防磷固定劑的效果

在浸提時(shí)間、浸提溫度、肥水比等試驗(yàn)條件一致的情況下，不同防磷固定劑對(duì)磷礦粉的磷素釋放量與植物對(duì)磷素的吸收動(dòng)態(tài)變化有一定的相關(guān)性[6]。連續(xù)浸提防固定處理磷肥的水溶性磷結(jié)果如圖1所示，磷礦粉每次浸提量均處于低水平，這是磷礦粉中的磷主要以難溶性磷存在。防磷固定劑處理的水溶性磷釋放動(dòng)態(tài)曲線呈下降的趨勢(shì)，最大釋放量出現(xiàn)在第1次。從單次釋磷量看，防固定劑處理的磷釋放量顯著高于磷礦粉，防固定劑處理的磷釋放量順序是Cgt;Bgt;A。說明防固定劑處理磷礦粉釋放的水溶性磷遠(yuǎn)高于磷礦粉，連續(xù)浸提水溶性磷含量提高了1.27～6.71倍。

圖中不同小寫字母表示差異顯著(Plt;0.05)。下同Different letters mean the significant difference(Plt;0.05).The same as below圖1 防固定劑處理磷礦粉的水溶性磷含量Fig.1 The water-soluble phosphorus content of phosphorus fertilizer in anti-fixative phosphorus

2.2 防磷固定劑對(duì)磷素在土壤中移動(dòng)性的影響

從0～15 cm土壤剖面速效磷的分布(圖2)來看，使用水溶性磷肥與不使用磷肥沒有區(qū)別，水溶性磷肥進(jìn)入土壤中迅速被固定成無效態(tài)，滴施含防磷固定劑的磷肥能顯著提高土壤速效磷含量，磷素養(yǎng)分在砂壤土壤剖面各層表現(xiàn)不同程度的積累狀態(tài)。其中A，B，C處理在土層0～5 cm的土壤速效磷含量最高，與單滴施磷肥CK1相比，防固定劑處理的速效磷含量增加0.5～2.9 g·kg-1，速效磷增加量隨著土層深度的增加總體呈下降趨勢(shì)，出現(xiàn)明顯的表聚現(xiàn)象，其隨防磷固定劑添加量的增加也明顯提高。0～15 cm各層使用防固定劑處理的土壤速效磷含量均較不施肥(CK0)有所增加，說明防固定劑防止磷肥固定時(shí)也存在明顯的淋溶遷移。

滲漏液中的各處理不含速效磷，表示水溶性磷肥在土壤中的下滲深度可達(dá)10 cm以下，沒有超過15 cm。

2.3 防磷固定劑對(duì)磷素在土壤中持久性的影響

表1顯示，施磷肥處理的土壤速效磷含量較CK0都有顯著增加，但增加幅度的不同與施入磷肥的有限性有關(guān)。單施水溶性磷的速效磷含量隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸降低。施用防磷固定劑在150 d內(nèi)可持續(xù)增加土壤的速效磷含量，累積釋磷量是水溶性磷肥的0.88～1.29倍；隨著防磷固定劑施用量的增加，土壤速效磷含量顯著提高。說明防磷固定劑對(duì)維持土壤速效磷的穩(wěn)定性和持續(xù)性有重要作用。

3 討 論

生產(chǎn)實(shí)踐中，主要是通過滴灌系統(tǒng)施肥，在石灰性土壤中施入磷肥，磷素在土壤中的移動(dòng)距離一般不超過1～3 cm[14]，葉壯等采用同心圓擴(kuò)散試驗(yàn)研究磷肥在石灰性土壤的移動(dòng)性及有效性，液體磷肥大部分停留在距施肥點(diǎn)0.75～2.55 cm的土層[15]，灌溉使用的液體磷肥的移動(dòng)距離只停留在土壤表層，不能滿足作物對(duì)磷需求。如果將防固定劑與磷肥滴灌施入土壤，則可以大幅度提高磷肥的移動(dòng)距離，到達(dá)植物根系生長(zhǎng)密集層，并供給植物生長(zhǎng)所需的磷。防磷固定劑與磷酸一銨配置成溶液，其在磷酸一銨表面形成保護(hù)層相當(dāng)于緩控模式，防固定劑本身含有大量的活性基團(tuán)，可影響土壤對(duì)磷素的吸附和解析，并通過與磷競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，減少土壤對(duì)磷的吸附，進(jìn)而增加磷在土壤中的移動(dòng)性[16]。當(dāng)防固定劑與磷酸一銨滴入土壤后，土壤與磷酸一銨的接觸面積減少，磷酸一銨被土壤吸附的量減少，可移動(dòng)性增加，速效磷釋放量增大。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，防固定劑使用隨著土層深度的增加總體呈下降趨勢(shì)，與王虎等[17]具有相同的研究結(jié)果。防固定劑保護(hù)磷酸一銨隨著水淋洗往下層，其被土壤逐漸分解導(dǎo)致失去對(duì)磷酸一銨的保護(hù)能力，磷酸一銨迅速被土壤固定，導(dǎo)致下滲液沒有速效磷含量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，防固定劑對(duì)于防止磷肥被土壤固定是有效果的。

圖2 防固定劑對(duì)磷素在土壤中移動(dòng)性的影響Fig.2 Effect of anti-fixing agent on the mobility of phosphorus in soil

處理Treatments5d15d30d60d90d120d150dCK019.7±0.63f19.7±0.63g15.3±0.47g13.7±0.34f9.0±0.20g9.02±0.23g4.1±0.22fCK1195.3±2.99d155.3±0.75f121.2±0.82f114.9±0.93e103.1±1.61f103.1±1.62f68.1±0.27eA1178.9±1.02e174.1±4.12e141.7±1.06e118.6±0.74d102.8±0.65f102.8±0.65f69.7±0.95eA2197.7±0.89d193.7±3.16c156.1±0.78c132.9±0.78b115.7±0.69d115.7±0.69d71.2±0.64dB1220.9±1.02c180.5±1.36d142.6±1.25e125.3±1.42c110.3±0.36e110.3±0.36e76.1±0.27cB2236.5±2.42b194.5±1.36c152.7±1.26d133.9±0.82b120.5±1.02c120.5±1.02c81.5±0.13bC1238.9±1.02b219.3±1.17b172.4±0.61b155.7±1.22a128.4±0.41b128.4±0.41b82.9±0.41bC2251.3±1.72a232.1±1.47a177.3±0.32a153.2±1.57a133.5±0.57a133.5±0.57a87.6±0.32a

注：平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，同列數(shù)據(jù)中具有相同字母的數(shù)據(jù)表示無顯著差異(Plt;0.05)。

Note: Means±standard error. The same letter means not significant difference(Plt;0.05).

在滴灌條件下，若提高磷在土壤中的移動(dòng)性，即可提高磷肥利用率。當(dāng)然滴灌條件下還需考慮更多問題，如防磷固定劑的成本高低，防磷固定劑對(duì)水溶性磷肥的持久性以及釋磷規(guī)律的影響，解決在滴灌條件下植物缺磷需要補(bǔ)充磷素的問題。

4 結(jié) 論

(1)在滴灌條件下，滴施常量水溶性磷肥在土壤中很快被固定而無效，增加了施肥成本。

(2)防磷固定劑可提高水溶性磷在土壤中的移動(dòng)深度，遷移至10 cm以下，但不超過15 cm。

(3)施用防磷固定劑150 d內(nèi)可持續(xù)增加土壤的速效磷含量，累積釋磷量是水溶性磷肥的 0.88～1.29倍。

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(責(zé)任編輯 李山云)

EffectsofAnti-fixativePhosphorusonMobilityofSoilPhosphorus

MA Hui-min1,2,CHEN Liang1,2, PAN Kang-bing1,2,LI Ning1,2,HU Lin-hu1,2,CHEN Bing1，2*

(1.College of Pratacultural and Environmental Sciences, Xinjiang Agriculture University, Xinjiang Urumqi 830052, China; 2. Key Laboratory of Grassland Resource and Ecology of Xinjiang , Xinjiang Urumqi 830052, China)

【Objective】The effects of different phosphorus fixing agent on promoting P mobility and availability were studied in order to improve phosphorus fertilizer utilization efficiency and meet the demand for P in crops.【Method】Taking anti-fixative phosphorus A,B,C as test materials and using indoor simulated drip irrigation and continuous water extraction experiment design, the effects of anti-fixative phosphorus (A, B, C) and monoammonium phosphate(MAP) on the mobility of phosphorus in soil were explored.【Result】Under the condition of drip irrigation, the constant water soluble phosphate fertilizer was fixed and ineffective in the soil, which increased the cost of fertilizer application. At the same flow rate of dripping, phosphorus moved longer vertical distance at higher phosphorus concentrations, and available phosphorus moved vertically 15 cm (Leaks were not detected). The available phosphorus content of the soil was increased by the application of anti-fixative phosphorus in 150 days, and compared to water soluble phosphorus, the net increase of phosphorous of anti-fixative phosphorus were 0.88-1.29 times.【Conclusion】The anti-fixative phosphorus A, B and C can prevent water soluble phosphorus from being fixed in soil, and can increase the distance of P movement.

Drip irrigation; Anti-fixative phosphorus; Monoammonium phosphate

S506

A

1001-4829(2017)11-2533-04

10.16213/j.cnki.scjas.2017.11.024

2016-12-16

國(guó)家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-35-02A)

馬慧敏(1990- )，女，河南駐馬店人，碩士，研究方向?yàn)橹参餇I(yíng)養(yǎng)，E-mail：2024510626@qq.com；*為通訊作者：陳 冰(1967- )，男，四川宜賓人，副教授，研究方向?yàn)橹参餇I(yíng)養(yǎng)，E-mail：476373994@qq.com。