弱酸性森林土壤有效磷的測定方法比較1)

方玉鳳 劉文環(huán) 崔琳 戴建軍

(黑龍江省森林與環(huán)境科學(xué)研究院，齊齊哈爾，161005) (東北農(nóng)業(yè)大學(xué))

土壤有效磷是指能被當(dāng)季植物吸收利用的磷量，對于評價土壤供磷水平意義重大，是土壤分析中經(jīng)常測定的項目[1]。酸性土壤有效磷的測定方法較多，浸提劑、浸提時間及后期所用還原劑溶液均有不同[2-3]。其中，Mehlich3法是1984年正式發(fā)表的用于提取酸性、中性及石灰性土壤中多種元素或離子的通用方法[4]。因不同方法對有效磷的評價指標(biāo)不同，故不能單一地根據(jù)不同測定方法的試驗結(jié)果進行盲目評判。在這一點上，不同性質(zhì)的土壤應(yīng)用Mehlich3法就具有優(yōu)勢，此方法雖在多國推廣使用[5-6]，但在我國仍未廣泛實際應(yīng)用，大量的研究還只局限于實驗室與其他方法的對比試驗[7-8]。對于目前我國仍然普遍使用的其他方法，包括文獻[9]、[10]、[11]中出現(xiàn)的方法,如Olsen-P使用0.5 mol/L NaHCO3浸提，適用于中性、石灰性及弱酸性土壤，普遍意義上指的是酸性水稻土，浸提時間均為30 min，但在后期測定過程中存在不同。一種方法是用酸堿調(diào)二硝基酚指示劑的微黃色，另一種方法是用NaHCO3浸提劑補充濾液至10 mL，不用調(diào)節(jié)酸堿；這是因為鉬銻抗法要求的顯色液中酸(H2SO4)H+濃度為0.45～0.65 mol/L，而省去中和步驟后，顯色液酸濃度仍在合適的范圍內(nèi)[9-10]。雙酸法浸提劑是HCl 0.050 mol/L、H+0.025 mol/L，浸提時間均為5 min。后期測定一種方法是加入抗壞血酸和硫酸-鉬酸銨配制的工作溶液；另一種方式仍是用酸堿調(diào)節(jié)二硝基酚指示劑的微黃色。Bray1法雖然浸提劑均為NH4F—HCl，但方法較多，分別浸提30、5 min，均用酸堿調(diào)節(jié)二硝基酚指示劑的微黃色；第三種方法是搖動1 min，使用氯化亞錫作為還原劑[9-11]。相對酸性土壤，堿性土壤有效磷的測定方法就顯得單一了，行業(yè)中最常用的是Olsen-P法[12]，經(jīng)過大量試驗驗證，被選定為我國土壤有效磷測定的唯一方法。針對土壤有效磷的研究很多，但大部分是關(guān)于Olsen-P法的比較分析，重點研究該法的影響因素，酸性土壤的研究又基本圍繞水稻土與南方紅壤類酸性土，很少有關(guān)于我國北方弱酸性土壤有效磷的研究，針對林下土壤的研究更是少之又少。

筆者采用林下弱酸性土壤進行不同測定方法的比較試驗，旨在探究不同測定方法在土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)上的差異性，以期確定一種或幾種數(shù)據(jù)較為集中的分析方法，為大批量實驗分析提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

根據(jù)土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低水平，可分為2個研究地區(qū)，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的土樣為黑龍江省訥河市新江林場的樟子松林下土壤，地理坐標(biāo)為東經(jīng)124°22′30″、北緯47°58′30″，林場位于嫩江平原中游左岸，土壤類型以沖積沙土和黑鈣土為主；質(zhì)量分?jǐn)?shù)中、低的兩個土樣來自黑龍江省齊齊哈爾市龍江縣的錯海林場，地理坐標(biāo)為東經(jīng)122°51′、北緯47°27′，林場地處大興安嶺東坡余脈，東西狹長，東部為丘陵漫崗區(qū)，西部為低山區(qū)，土壤以暗棕壤為主，試驗土樣均為青山楊林下土壤。

2 材料與方法

2.1 材料

在2個研究地區(qū)的大批量土樣中，預(yù)先測定土壤pH值，并用Bray1法進行了土壤有效磷的測定后,根據(jù)土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、中、低的3個指標(biāo)，從中選取了3個具有代表性的土壤樣品。試驗所用土樣的取樣深度均為0～20 cm土層。3個土樣的編號分別為H、M、L，作為區(qū)分有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低水平，土壤pH值及有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1。

表1 供試土壤的pH值及有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)12個處理，處理方案見表2，因文獻[10]在Olsen-P方法中提到用NaHCO3補充溶液至10 mL，在省去中和步驟的情況下顯色液的酸濃度仍在合適的顯色酸濃度范圍內(nèi)[13]。為了對比原試驗方法、文獻[11](即只用酸堿調(diào)節(jié)顯色液酸濃度)與補加NaHCO3溶液至10 mL在結(jié)果上的差異，特設(shè)Olsen-P法4個處理；Bray1法的3種浸提方法分別來自于文獻[9]、[11]、[10]。土樣H、M、L分別吸取浸提后濾液2.5、8.0、10.0 mL，對于有效磷低質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用Olsen-P法的只需要兩種處理方法，不需要再補加至10 mL，故共計34個處理，每個處理3次重復(fù)。處理5使用抗壞血酸、硫酸-鉬酸銨工作溶液、處理12采用SnCl2作為還原劑，具體操作步驟見文獻[10]，其他處理均設(shè)中和步驟與不中和直接加鉬銻抗顯色劑顯色處理。定容后保持25 ℃，于規(guī)定時間內(nèi)比色，比色采用721分光光度計，于700 nm、1 cm光徑比色皿比色。

表2 試驗方法

2.3 回收率試驗

加標(biāo)回收試驗是向溶液中加入1 mL 5 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，比色后計算加標(biāo)回收率。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007統(tǒng)計軟件及SPSS 17.0數(shù)據(jù)分析軟件進行數(shù)據(jù)處理，差異性分析采用one-way ANOVA，Duncan檢驗，相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)性雙側(cè)檢驗。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同處理方法對弱酸性土壤有效磷的影響

表3顯示的是不同處理方法，包括浸提劑、浸提時間及比色前操作對弱酸性森林土壤有效磷的影響。將高中低3種磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)進行分開比較，方便直觀地進行差異性分析。

表中第1列數(shù)字表示的是高等磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同測定方法對其影響?？芍?，Olsen-P的4種方法中，只有處理3與其他3種方法之間存在1%極顯著性差異，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定值為87.92 mg/kg；其他3種方法之間無差異性，且數(shù)據(jù)相差很小，分別為23.02、21.41、21.89 mg/kg；處理3加NaHCO3至10 mL、不調(diào)黃的有效磷數(shù)值達到其他3個處理的4倍之多。雙酸法中加工作溶液法與其他兩種方法存在1%極顯著性差異，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.57 mg/kg，其他兩種方法之間無差異性，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為24.84、24.33 mg/kg。Bray1法3種不同浸提方法中，浸提30 min與浸提5 min的4個處理方法并沒有差異性，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于39.79～41.59 mg/kg，均與搖動1 min以SnCl2為還原劑的處理之間存在1%極顯著性差異；但就有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)來看，差異并不十分大，以SnCl2為還原劑的處理有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48.22 mg/kg。

表中第2列數(shù)字表示的是中等磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同測定方法對其影響。處理1、處理2的Olsen-P調(diào)節(jié)酸堿性之間不存在差異性，與不調(diào)節(jié)酸堿性處理之間存在1%極顯著性差異，在不進行中和步驟情況下，NaHCO3添加與否的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為35.71、20.33 mg/kg，遠(yuǎn)大于處理1、處理2的8.52、7.95 mg/kg。雙酸法加工作溶液與其他兩個處理之間存在5%顯著性差異，為10.34 mg/kg，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)略低于處理6、處理7，且這兩個處理無差異。Bray1法的3種浸提方法之間存在1%極顯著性差異，但浸提30 min與浸提5 min自身的兩種測定方法之間無差異性，浸提30 min處理的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.99、22.23 mg/kg，而浸提5 min處理的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.66、20.03 mg/kg，相差并不大，搖動1 min以SnCl2為還原劑的處理有效磷高達28.41 mg/kg。

表中第3列數(shù)字表示的是低等磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同測定方法對其影響。Olsen-P法的處理1與處理2調(diào)節(jié)酸堿性不存在差異性，分別為4.48、4.55 mg/kg；處理3與處理4不調(diào)節(jié)酸堿性也不存在差異性，分別為13.68、12.77 mg/kg，但中和步驟的進行與否存在1%極顯著差異性。雙酸法3種測定方法之間無差異性，有效磷在5.33～5.36 mg/kg。Bray1法浸提30 min與浸提5 min的4種測定方法不存在差異性，有效磷介于8.82～9.66 mg/kg，處理12的有效磷為18.23 mg/kg，與其他4種方法存在1%極顯著性差異。

綜合這3種磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同測定方法進行分析，可以確定：Olsen-P的處理1、處理2，即調(diào)節(jié)了酸堿性，加不加NaHCO3至10 mL對有效磷的最終結(jié)果并沒有影響，而不調(diào)節(jié)酸堿性會明顯影響有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使其變化不穩(wěn)定，在實際操作過程中可能會因此而影響結(jié)果的真實性。這與秦懷英等[14]所得到的結(jié)果不同，可能是土壤性質(zhì)導(dǎo)致的差異。雙酸法的處理6、處理7，即是否進行中和對有效磷的最終結(jié)果沒有影響，加工作溶液法對磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定影響，但不大，若實際操作中僅用這一種方法來測定有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)，仍可以根據(jù)結(jié)果判定磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低。Bray1法浸提30 min與浸提5 min皆可用于實際操作中，且中和步驟對結(jié)果沒有影響，處理12雖與其他4種方法的結(jié)果相差較大，但搖動1 min以SnCl2為還原劑的測定方法與其他方法的評價標(biāo)準(zhǔn)不同，3～7 mg/kg為低質(zhì)量分?jǐn)?shù)，7～20 mg/kg為中質(zhì)量分?jǐn)?shù)，>20 mg/kg為高質(zhì)量分?jǐn)?shù)。因此，不可與其他方法一起比較，實際操作若只采用這種方法，仍然可以做分級分析。

表3 不同測定方法對酸性土壤有效磷的影響

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同大寫字母表示達到1%極顯著性差異，不同小寫字母表示達到5%顯著性差異。

3.2 Olsen-P法對弱酸性土壤有效磷加標(biāo)回收率的影響

由于Olsen-P法對弱酸性土壤有效磷的結(jié)果差異較大，故做了加標(biāo)回收試驗以驗證試驗的可信度(見表4)。試驗中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)是在5 g土壤、100 mL NaHCO3浸提劑下得到的結(jié)果。若加標(biāo)回收率控制在95%～105%為最佳，綜合分析，可以將不同土樣的處理3、處理4兩種測定方法舍棄。

宋春麗等[15]采用Olsen-P法、Mehlich3法、Bray1法、交換性樹脂法對南方典型紅壤有效磷方法的研究中發(fā)現(xiàn)：相同土樣采用不同方法進行測定，得到的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在較大差異，且以O(shè)lsen-P法得到的結(jié)果最低。

吳海英[16]在南寧赤紅壤上用7種不同方法測定有效磷做的對比試驗表示：Olsen-P法使用的浸提劑NaHCO3對磷酸根離子的交換實質(zhì)是利用其OH-進行的，它可以代換吸附在Ca、Fe、Al膠體表面的磷酸根離子；但在酸性土壤上，OH-主要進行了土壤酸性的中和作用，還有Na+代換下來的部分H+，因此降低了NaHCO3對Fe、Al膠體表面的磷酸根離子的代換作用。這應(yīng)該是導(dǎo)致Olsen-P法與其他方法相比，測定結(jié)果偏低的根本原因。但有效磷的數(shù)值只是一個相對指標(biāo)，既不能代表土壤中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的真正數(shù)值，又不能僅以一種方法的評價指標(biāo)做對比分析[17]。

表4 Olsen-P法對弱酸性土壤有效磷加標(biāo)回收率的影響

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

將不同分析方法的土壤有效磷評價等級列表(見表5)。

表5 不同分析方法的土壤有效磷評價等級

張守敬[18]指出：以酸性水稻土為研究對象，任何一種測定方法的相關(guān)系數(shù)都很好，這是因為土壤中無機磷存在的形式有多種，其中以磷酸鋁的表面活性最強，其次是磷酸鐵，而磷酸鈣最低；酸性水稻土中磷酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)極少，因此無論用何種浸提方法，都不會對最終的結(jié)果產(chǎn)生較大影響。這說明，即使采用適用于中性和石灰性土壤的Olsen-P法測定含磷酸鈣極少的酸性水稻土，仍然可以得到理想的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)。但根據(jù)有效磷測定值與無機磷形態(tài)之間的相關(guān)性試驗認(rèn)為，不同有效磷測定方法之間的相關(guān)性仍然受測定方法同無機磷形態(tài)之間的相關(guān)性影響，而Olsen-P法對土壤中無機磷種類的作用范圍更廣[19]。但本試驗所用黑龍江省西部地區(qū)森林土壤條件狀況不同于酸性水稻土，應(yīng)用Olsen-P法測得的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能并不理想。且供試土壤所含磷酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)是否較少，無機磷形態(tài)是否以Fe-P、Al-P為主，仍需要進一步試驗探究。

3.3 不同測定方法之間的相關(guān)性分析

表6表示的是不同測定方法之間相關(guān)性，其中n=18。Olsen-P法用到的是處理1、處理2；雙酸法包括處理6、處理7；Bray1-30、Bray1-5分別表示的是Bray1法浸提30 min的處理8、處理9，浸提5 min的處理10、處理11。由相關(guān)性系數(shù)可以看出，對于偏酸性土壤中有效磷的測定，各個方法之間皆存在著極顯著性正相關(guān)關(guān)系，6種方法之間可以相互替換應(yīng)用。卜玉山等[19]對紐約州23個供試土壤應(yīng)用10種國內(nèi)未普及的方法進行土壤有效磷的測定，結(jié)果表明：大部分土壤有效磷測定值之間存在0.01水平的顯著相關(guān)性，除0.1 mol/L NaOH提取法外，其他9種方法存在良好的相互替代性。

表6 不同測定方法之間的相關(guān)系數(shù)

注：** 表示差異極顯著(P<0.01)。

4 討論

Olsen-P法用到的浸提劑是pH值為8.5的NaHCO3溶液，堿性較大，容易將土壤中的腐殖質(zhì)溶解出來，尤其是有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的土壤，因而Olsen-P法的濾液易呈現(xiàn)黃色，所以加入了無磷處理的活性炭以吸附溶液顏色，方便后期用二硝基酚輔助中和步驟的進行。若有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，濾液仍有一定程度的黃色，就給調(diào)節(jié)酸堿增大了難度，使操作人員不易掌握變色點。秦懷英等[14]認(rèn)為Olsen-P法用NaHCO3補充吸液量至10 mL，在省去中和步驟的情況下顯色液的酸濃度仍在合適的顯色酸濃度范圍內(nèi)。有關(guān)于活性炭對有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響分析認(rèn)為，市面所售無磷活性炭仍然對磷有一定的吸附作用，建議不使用活性炭進行脫色，以提高分析的準(zhǔn)確性[13]。因此，本試驗針對每種浸提方法在原始操作基礎(chǔ)上，均設(shè)計了不進行中和處理，用以試驗不同吸樣量情況下，不調(diào)節(jié)酸堿對有效磷最終數(shù)據(jù)的影響。結(jié)果證明，Olsen-P法不進行中和處理不適用于弱酸性森林土壤，處理3、處理4的操作方法可以舍棄，其余方法不調(diào)節(jié)酸堿操作均可用于酸性森林土壤有效磷的測定分析。

關(guān)于中性及石灰性土壤Olsen-P法的研究較多，大家已知以抗壞血酸作為還原劑，適用范圍廣、受干擾離子影響較小，顯色較穩(wěn)定，但對浸提時間、浸提溫度、活性炭加入量、顯色溫度等都有較嚴(yán)格的規(guī)定[20-21]，一般研究認(rèn)為，顯色溫度在25～30 ℃時，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大，但在10、15 ℃時，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為25 ℃時的1/2，說明低溫對Olsen-P法有效磷的顯色有一定抑制效果[22-23]。這就限定了實驗條件，使實驗具有一定局限性。

張少若等[24]在對海南島磚紅壤有效磷的研究中得到雙酸法受土壤類型影響最小，與Mehlich3法、Bray1法存在顯著相關(guān)性，可以進行相互換算和比較。而本試驗也認(rèn)為雙酸法的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較好，對于有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同等級的弱酸性森林土壤來說，中和與否對有效磷數(shù)值皆沒有影響，但其評價指標(biāo)跨度較大。如本試驗中，高中低3種磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的土壤用雙酸法測定結(jié)果分別為24.2～27.9、10.2～11.4、5.2～5.6 mg/kg；根據(jù)其評價指標(biāo)，則有效磷等級為中、低、低，在指導(dǎo)施肥及合理化建議中判定不明確。

采用Bray1法進行酸性土壤有效磷的測定時，溫度和環(huán)境對測定結(jié)果沒有明顯影響[25]，認(rèn)為25 ℃以下是Bray1法適宜顯色溫度，且Bray1法較Olsen-P法受溫度影響較小，測定結(jié)果也更穩(wěn)定[26]。本試驗中Bray1法的兩種浸提時間得到的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖然有顯著性差異(P<0.01)，但數(shù)值上相差不大，且二者具有顯著相關(guān)性(P<0.01)；酸堿調(diào)節(jié)對測定結(jié)果也沒有影響；高中低3種磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的土壤測定結(jié)果分別為39.5～42.7、19.3～22.4、8.6～9.8 mg/kg，質(zhì)量分?jǐn)?shù)皆在評價分級的范圍內(nèi)。因此，在大批量實際操作中，建議選用此方法作為酸性土壤有效磷的測定方法，若土樣較多，可以選擇浸提5 min，省略中和步驟。

普遍認(rèn)為處理12以SnCl2作為還原劑存在的缺點是顯色快、顏色不穩(wěn)定，需要在5～15 min內(nèi)進行比色，且該實驗方法對鉬酸銨試劑的加入量要求十分準(zhǔn)確。因為顯色溶液的體積較小，酸度容易受到鉬酸銨試劑的影響，從而影響顯色[10]。評價等級為>20 mg/kg即為高，本試驗用此方法，最低測定值為18.0 mg/kg，最高測定值為50.3 mg/kg，可能不適用于本地區(qū)酸性土壤有效磷的測定。

除去Olsen-P法的處理3、處理4外，各測定方法之間存在1%極顯著正相關(guān)性，可以相互替代。但在實際操作中，因每種測定方法的評價指標(biāo)不同，故一批土樣的測定只能選擇一種方法，在有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)指導(dǎo)分析中才具有意義。