湖南不同母質(zhì)植煙土壤磷形態(tài)的研究

劉建國，羅建新*，田 飛，余 穎，周萬春，王 翔，宋 浩，王 娟，嚴(yán)紅星

1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長沙市芙蓉區(qū)農(nóng)大路1 號 410128

2. 湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，長沙市雨花區(qū)萬家麗中路三段188 號 410007

3. 醴陵市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南省醴陵市西山街道辦事處五里墩 412200

磷是植物生長的必需營養(yǎng)元素，土壤中全磷含量相對較高，而速效磷含量十分有限。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常以土壤速效磷的含量來判斷土壤磷素的豐缺，而對植物自身吸收磷的能力及土壤中磷的形態(tài)兩方面鮮有考慮。植物所需的磷主要來自土壤磷庫，土壤磷庫中磷素的形態(tài)決定有效磷的數(shù)量。土壤中的磷可分為有機(jī)磷和無機(jī)磷，其中無機(jī)磷是可供植物直接吸收利用的磷[1-4]，而有機(jī)磷可在多種酶的作用下礦化分解成無機(jī)磷被植物吸收利用[5]。土壤無機(jī)磷一般占全磷含量的60%～80%[6-8]，是土壤磷素的主體部分，其含量及各組分的比例與成土母質(zhì)關(guān)系密切。袁東海等[9]研究表明土壤無機(jī)磷各組分中以O(shè)-P（閉蓄態(tài)磷）的含量較高，各無機(jī)磷形態(tài)與成土母質(zhì)有關(guān)。紫色土中磷的研究表明，F(xiàn)e-P（磷酸鐵鹽）、Al-P（磷酸鋁鹽）是重要的磷源，并且在一定程度上決定了土壤有效磷的供應(yīng)水平，提高其比例則能增加磷素的有效性[10-13]。常采用Bowman-Cole 的分級方法[14]將土壤有機(jī)磷分為活性有機(jī)磷、中等活性有機(jī)磷、中穩(wěn)性有機(jī)磷和高穩(wěn)性有機(jī)磷。土壤有機(jī)磷各組分的含量也因母質(zhì)的不同而存在差異。李孝良等[15]研究表明不同母質(zhì)土壤有機(jī)磷總量相差較大，但均以中等活性有機(jī)磷為主，其占有機(jī)磷總量的比例為48.40%～73.88%。因此，研究不同母質(zhì)土壤無機(jī)磷、有機(jī)磷總量及各組分的狀況，對揭示土壤磷素狀況、指導(dǎo)合理施用磷肥意義重大。為進(jìn)一步明確湖南不同母質(zhì)植煙土壤磷素形態(tài)的有效性，在王娟等[16]研究基礎(chǔ)上，對湖南不同植煙土壤有機(jī)磷和無機(jī)磷各組分進(jìn)行深入分析，旨在為植煙土壤合理使用磷肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

在湖南省的衡陽、瀏陽、寧鄉(xiāng)、郴州、張家界、永州、湘西等7 個(gè)市（州）進(jìn)行取樣[16]。采用“S”形多點(diǎn)取樣法采集16 個(gè)地區(qū)具有代表性的植煙土壤樣品。每個(gè)樣品約2 kg，土樣經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過篩并充分混勻后，進(jìn)行土壤相關(guān)指標(biāo)的分析。

1.2 方法

1.2.1 常規(guī)指標(biāo)的測定

根據(jù)NaOH 熔融-鉬銻抗比色法測定土壤全磷含量[17]。稱取0.25 g 風(fēng)干土樣放入坩堝中，用3滴無水乙醇濕潤土樣后加2.00 g NaOH，混勻放入高溫電爐中加熱至750 ℃，保溫15 min。冷卻后，用80 ℃溫水洗滌、定容、過濾，進(jìn)行土壤全磷含量的測定。

采用鉬銻抗比色法測定速效磷含量[17]。用0.5 mol/L NaHCO3（pH=8.5）溶液（加無磷活性炭1勺）浸提，220 r/min 振蕩30 min，過濾后用鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量。

采用灼燒法測定有機(jī)磷含量[17]。土壤經(jīng)550 ℃灼燒后，與未經(jīng)灼燒的同一批土壤用0.1 mol/L H2SO4浸提1 h 后，再用鉬銻抗比色法測定有機(jī)磷含量。

有機(jī)磷含量=灼燒后的磷含量-未灼燒的磷含量。

無機(jī)磷含量=全磷含量-有機(jī)磷含量。

采用電位法[17]測定土壤pH，土∶水=1∶1。采用K2Cr2O7容量法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量[17]。土壤中加入0.8 mol/L（1/6 K2CrO7）和5.0 mL 濃硫酸，180 ℃下油浴，煮沸5 min。水洗后加10 滴2-羧基代二苯胺（指示劑），再用0.2 mol/L 硫酸亞鐵滴定。根據(jù)硫酸亞鐵滴定的毫升數(shù)，計(jì)算土壤有機(jī)質(zhì)含量。

采用半微量開氏法[17]測定土壤全氮含量，在混合加速劑（K2SO4∶CuSO4∶Se = 100∶10∶1）的催化下，加入濃硫酸消煮，NaOH 堿化后進(jìn)行蒸餾。用硼酸和定氮指示劑吸收蒸餾出來的氨，再用標(biāo)準(zhǔn)酸溶液進(jìn)行滴定，計(jì)算土壤全氮含量。采用NaOH 熔融-火焰光度法測定土壤全鉀含量[17]。

1.2.2 無機(jī)磷和有機(jī)磷組分的測定

根據(jù)蔣柏藩等[18]提出的石性土壤無機(jī)磷分級方法，將土壤無機(jī)磷分為Ca2-P（NaHCO3溶性磷）、Ca8-P（NH4OAc 溶性磷）、Al-P（磷酸鋁鹽）、Fe-P（磷酸鐵鹽）、O-P（閉蓄態(tài)磷）和Ca10-P（H2SO4溶性磷）。用鉬銻抗比色法測定Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P 和Ca10-P 含量[17]。

有機(jī)磷分為活性有機(jī)磷、中等活性有機(jī)磷、中穩(wěn)性有機(jī)磷和高穩(wěn)性有機(jī)磷。用鉬銻抗比色法測定4 類有機(jī)磷的含量[17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 和DPSV 7.05 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同母質(zhì)植煙土壤養(yǎng)分的基本狀況

不同母質(zhì)植煙土壤養(yǎng)分狀況見表1。石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育土壤全磷含量最高，為951.05 mg/kg；紫色板頁巖發(fā)育土壤全磷含量最低，為755.94 mg/kg；板頁巖和第四紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育土壤全磷含量介于兩者之間。第四紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育土壤速效磷含量最高，為38.71 mg/kg；板頁巖母質(zhì)發(fā)育土壤速效磷含量最低，為29.53 mg/kg。土壤的全磷含量和速效磷含量沒有直接相關(guān)關(guān)系。板頁巖母質(zhì)發(fā)育土壤全氮含量最高，為2.18 g/kg；石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育土壤全氮含量最低，為1.75 g/kg。紫色板頁巖發(fā)育土壤全鉀含量最高，為15.60 g/kg；第四季紅土母質(zhì)發(fā)育土壤最低，為7.18 g/kg。板頁巖母質(zhì)發(fā)育土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，為42.66 g/kg；紫色板頁巖發(fā)育土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，為25.84 g/kg。

表1 供試土壤主要養(yǎng)分含量①Tab.1 Contents of main nutrients in test soils

2.2 不同母質(zhì)植煙土壤無機(jī)磷的組分及其特點(diǎn)

湖南不同植煙土壤無機(jī)磷各組分的含量及比例見表2。在4 種不同母質(zhì)的土壤中，紫色板頁巖和板頁巖土壤表現(xiàn)為Ca-P＞Fe-P（Ca-P 為Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P 含量之和），而第四紀(jì)紅土和石灰?guī)r母質(zhì)土壤則表現(xiàn)為Fe-P＞Ca-P。植煙土壤無機(jī)磷各組分所占比例的排序：紫色板頁巖和板頁巖母質(zhì)土壤為O-P＞Ca-P＞Fe-P＞Al-P，第四紀(jì)紅土和石灰?guī)r母質(zhì)土壤為O-P＞Fe-P＞Ca-P＞Al-P。不同植煙土壤中Al-P 所占比例最小，在4.75%～7.56%之間。

表2 不同植煙土壤中無機(jī)磷形態(tài)及含量Tab.2 Forms and contents of inorganic phosphorus in different tobacco planting soils

Ca-P 中各組分含量及比例見表3。在不同母質(zhì)植煙土壤Ca-P 組分中，Ca10-P 含量為66.81～95.12 mg/kg，占Ca-P 總量的54.32%～64.62%，為鈣磷的主體組分；Ca8-P 和Ca2-P 分別占Ca-P 總量的11.59%～26.66%和14.43%～23.79%。不同母質(zhì)土壤間Ca2-P 的含量與比例都比較接近，但不同母質(zhì)土壤Ca8-P 和Ca10-P 的差異較大。紫色板頁巖母質(zhì)土壤Ca8-P 含量最高，為38.70 mg/kg，占Ca-P 的比例也最大，為26.66%；第四紀(jì)紅土母質(zhì)土壤Ca8-P 的含量僅為13.20 mg/kg，占11.59%。紫色板頁巖和板頁巖土壤Ca10-P 的含量與比例均高于石灰?guī)r與第四紀(jì)紅土母質(zhì)土壤。土壤母質(zhì)的不同導(dǎo)致了土壤無機(jī)磷中Ca8-P 和Ca10-P 含量與比例存在差異。

表3 Ca2-P、Ca8-P 和Ca10-P 的含量及所占比例Tab.3 Contents and proportions of Ca2-P, Ca8-P and Ca10-P

由表4 可知，Ca2-P、Fe-P、O-P 與土壤速效磷呈顯著正相關(guān)，其中Ca2-P 對速效磷的影響最大，這與韓曉日等[19]和卜玉山等[20]研究結(jié)果一致。Ca10-P 與土壤速效磷沒有顯著相關(guān)性。Ca8-P、Al-P 與土壤速效磷呈負(fù)相關(guān)，三者之間的相互影響還有待進(jìn)一步研究。

表4 各無機(jī)形態(tài)磷之間及其與速效磷的相關(guān)性①Tab.4 Correlation between inorganic phosphorus of various forms and available phosphorus

2.3 不同母質(zhì)植煙土壤有機(jī)磷的組分及其特點(diǎn)

不同母質(zhì)植煙土壤有機(jī)磷各組分的含量與比例見表5。紫色板頁巖母質(zhì)土壤：中等活性有機(jī)磷＞中穩(wěn)性有機(jī)磷＞活性有機(jī)磷＞高穩(wěn)性有機(jī)磷；板頁巖母質(zhì)土壤：中等活性有機(jī)磷＞高穩(wěn)性有機(jī)磷＞活性有機(jī)磷＞中穩(wěn)性有機(jī)磷；第四紀(jì)紅土母質(zhì)土壤：中等活性有機(jī)磷＞高穩(wěn)性有機(jī)磷＞中穩(wěn)性有機(jī)磷＞活性有機(jī)磷；石灰?guī)r母質(zhì)土壤：中等活性有機(jī)磷＞高穩(wěn)性有機(jī)磷＞活性有機(jī)磷＞中穩(wěn)性有機(jī)磷。4 種不同母質(zhì)植煙土壤有機(jī)磷均以中等活性有機(jī)磷為主體，含量在127.77～170.55 mg/kg之間，占有機(jī)磷總量的51.72%～71.16%；高穩(wěn)性有機(jī)磷含量在30.07～38.03 mg/kg 之間，占有機(jī)磷總量的10.13%～16.98%；活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷分別占有機(jī)磷總量的7.35%～11.22%和5.62%～26.93%。中等活性有機(jī)磷在石灰?guī)r母質(zhì)土壤中的比例最高，紫色板頁巖和板頁巖母質(zhì)土壤次之，第四紀(jì)紅土母質(zhì)土壤最低。紫色板頁巖土壤有機(jī)磷總量高于其他母質(zhì)土壤，其中中等活性有機(jī)磷的比例最高，高穩(wěn)性有機(jī)磷的比例最低。板頁巖、石灰?guī)r和第四紀(jì)紅土母質(zhì)土壤的活性有機(jī)磷含量和比例雖然都小于紫色板頁巖土壤，但中等活性有機(jī)磷占其有機(jī)磷總量的67.22%～71.16%，這一類型土壤的中等活性有機(jī)磷也可能成為土壤有效磷的補(bǔ)充。在4 種不同母質(zhì)植煙土壤中，活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷含量均以紫色板頁巖母質(zhì)土壤最高，分別為33.33 和79.96 mg/kg，分別占有機(jī)磷總量的11.22%和26.93%；而高穩(wěn)性有機(jī)磷和中等活性有機(jī)磷占有機(jī)磷總量的比例均最低。

表5 不同植煙土壤有機(jī)磷形態(tài)及含量Tab.5 Forms and contents of organic phosphorus in different tobacco soils

3 結(jié)論

①在湖南不同母質(zhì)植煙土壤無機(jī)磷各組分中，以O(shè)-P 含量及所占無機(jī)磷總量的比例最高；Al-P 均最小。不同母質(zhì)植煙土壤的Ca-P、Fe-P 含量差異較大，在紫色板頁巖和板頁巖中，O-P＞Ca-P＞Fe-P＞Al-P；在第四紀(jì)紅土和石灰?guī)r中，O-P＞Fe-P＞Ca-P＞Al-P。從無機(jī)磷O-P、Fe-P、Al-P、Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P 6 種形態(tài)的含量來看，不同母質(zhì)植煙土壤無機(jī)磷各組分基本表現(xiàn)為O-P＞Fe-P＞Ca10-P＞Al-P、Ca8-P＞Ca2-P。②在湖南不同母質(zhì)植煙土壤無機(jī)磷各組分中，Ca2-P、Fe-P、O-P 與土壤速效磷呈顯著正相關(guān)。③湖南不同母質(zhì)植煙土壤有機(jī)磷各組分含量差異較大，但均以中等活性有機(jī)磷為主，占有機(jī)磷總量的51.72%～71.16%。不同母質(zhì)植煙土壤有機(jī)磷各組分含量及占有機(jī)磷比例大體呈中等活性有機(jī)磷＞高穩(wěn)性有機(jī)磷＞中穩(wěn)性有機(jī)磷和活性有機(jī)磷。