陜西關(guān)中冬小麥/夏玉米區(qū)土壤磷素特征

劉琳，吉冰潔，李若楠，BATBAYAR Javkhlan，張樹蘭，楊學(xué)云

陜西關(guān)中冬小麥/夏玉米區(qū)土壤磷素特征

劉琳，吉冰潔，李若楠，BATBAYAR Javkhlan，張樹蘭，楊學(xué)云

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

【】研究陜西關(guān)中冬小麥/夏玉米區(qū)土壤磷素分布特征及近30年農(nóng)田土壤有效磷變化，對(duì)維持和提高土壤質(zhì)量和土地生產(chǎn)力，合理施磷和減磷增效具有重要意義。利用2011年在陜西關(guān)中平原冬小麥/夏玉米種植區(qū)選擇的10個(gè)典型縣、區(qū)采集的458個(gè)土壤樣本，通過與1980年土壤普查土壤有效磷含量數(shù)據(jù)的比對(duì)，分析近30年來陜西關(guān)中農(nóng)田耕層土壤有效磷的變化及當(dāng)前土壤磷庫(kù)分布特征。30年來該區(qū)農(nóng)田耕層土壤有效磷含量整體呈顯著上升，寶雞市、咸陽(yáng)市和渭南市的平均有效磷含量分別為26.09、27.50和21.53 mg·kg-1，與第二次土壤普查有效磷含量結(jié)果相比，增幅分別達(dá)334.83%、276.71%和231.23%。高有效磷等級(jí)地塊的比例均有大幅度增加，其中以有效磷含量15—30 mg·kg-1的增幅最大，有效磷含量＜10 mg·kg-1的降幅最大。有效磷和無(wú)機(jī)磷總量分布呈現(xiàn)出西部（寶雞市）和中部（咸陽(yáng)市）高于東部（渭南市），而有機(jī)磷含量則相反。當(dāng)前關(guān)中地區(qū)大面積土壤有效磷含量高于農(nóng)學(xué)閾值，可滿足作物高產(chǎn)時(shí)的磷素供應(yīng)。同時(shí)，寶雞、咸陽(yáng)市土壤有效磷含量＞37 mg·kg-1的累積分布概率超過20%，水溶性磷含量＞2 mg·kg-1的累積分布概率超過22%，存在較高的水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。長(zhǎng)期集約化高強(qiáng)度種植條件下含磷肥料的過量施用顯著提高了土壤有效磷含量。從保護(hù)環(huán)境和合理利用有限的磷資源角度考慮，應(yīng)合理調(diào)控磷肥施用，做到因土施肥，因需供肥。

土壤有效磷；冬小麥/夏玉米體系；土壤有機(jī)磷；土壤無(wú)機(jī)磷; 土壤有機(jī)質(zhì)

0 引言

【研究意義】磷是作物生長(zhǎng)的必需元素，參與植物體內(nèi)多種生物化學(xué)過程，對(duì)提高作物產(chǎn)量、增強(qiáng)作物抗性和改善作物品質(zhì)有重要作用[1]。由于磷易被土壤固持，施入土壤中的磷通常以作物難利用的形態(tài)存在，而農(nóng)戶為了高產(chǎn)，往往會(huì)投入更多磷肥。就陜西關(guān)中平原而言，超過50%的農(nóng)戶磷肥施用量遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)氐耐扑]量[2]。過量的磷肥施入土壤中，往往造成當(dāng)季磷肥利用率低下，我國(guó)主要糧食作物當(dāng)季磷肥利用率僅為7.3%—20.1%[3]，導(dǎo)致磷資源浪費(fèi)。雖然我國(guó)磷鐵礦資源豐富，位居全球第二，但磷是不可再生的資源，有學(xué)者預(yù)測(cè)未來我國(guó)將成為全球磷資源危機(jī)最嚴(yán)重的國(guó)家之一[4]。此外，大量殘留的磷素也提高了土壤磷素通過地表徑流或亞地表徑流進(jìn)入水體，導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)[5-6]。因此，了解土壤磷素水平，因土制宜，對(duì)合理有效的施用磷肥，實(shí)現(xiàn)減磷增效，發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)是非常必要的。【前人研究進(jìn)展】土壤磷水平通常用全磷和有效磷來表征，前者是磷的容量指標(biāo)，但不能反應(yīng)當(dāng)季利用潛力，后者是強(qiáng)度指標(biāo)，可反映土壤中可被當(dāng)季作物吸收的磷素水平及產(chǎn)量潛力[7]。1980年全國(guó)第二次土壤普查時(shí)，全國(guó)約79%的耕地土壤磷素處于匱乏狀態(tài)，有效磷含量平均僅7.4 mg·kg-1,低于20 mg·kg-1的土壤面積約占全國(guó)耕地面積的60%。隨著磷肥的大量投入，到2006年平均土壤有效磷含量已提升到21 mg·kg-1[8]。根據(jù)作物產(chǎn)量對(duì)土壤有效磷含量的響應(yīng)關(guān)系，當(dāng)土壤有效磷含量低于一定水平，作物產(chǎn)量隨施磷量的增加而增加，當(dāng)有效磷含量高于該水平，作物對(duì)施磷無(wú)顯著響應(yīng)，這一土壤磷水平即為作物達(dá)到高產(chǎn)時(shí)土壤磷素的農(nóng)學(xué)閾值[9]，其值因作物類型、土壤類型及氣候條件的差異而變化。據(jù)報(bào)道，我國(guó)大豆、小麥和玉米達(dá)到高產(chǎn)時(shí)土壤Olsen P含量變幅分別為8.5—13.2 mg·kg-1，12.7—16.1 mg·kg-1和11.0—28.2 mg·kg-1 [10-13]。據(jù)此，了解土壤磷素狀況，根據(jù)土壤磷素水平因需施肥，既可保持作物高產(chǎn)，又可減少環(huán)境污染、節(jié)約磷資源。【本研究切入點(diǎn)】冬小麥/夏玉米是陜西關(guān)中地區(qū)的主要種植方式，其種植面積約占全省的51.68%，糧食產(chǎn)量貢獻(xiàn)約占全省的52.9%[14]，關(guān)中平原也是西北地區(qū)集約化種植強(qiáng)度最高的地區(qū)。當(dāng)前，該地區(qū)的磷素研究多集中于基于土壤養(yǎng)分豐缺和產(chǎn)量的磷肥推薦[15-17]、土壤磷素變化和形態(tài)分布[18-20]，以及局部地區(qū)土壤磷素演變[21]。缺少針對(duì)陜西關(guān)中地區(qū)較為全面完整的磷素分布特征的文獻(xiàn)資料。【擬解決的關(guān)鍵問題】本文利用1980年陜西關(guān)中地區(qū)的土壤普查數(shù)據(jù)與2011年在該地區(qū)采集的大量土壤樣本的分析數(shù)據(jù)，研究該地區(qū)近30年土壤有效磷的變化及當(dāng)前土壤磷素的分布特征，為維持土壤肥力、合理施用磷肥及實(shí)現(xiàn)減磷增效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)殛兾魇≈胁康年P(guān)中平原冬小麥/夏玉米一年兩熟區(qū)，屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，平均海拔約500 m，年均降水量約500—650 mm。主要土壤以旱耕土墊人為土為主，多為石灰性土壤，pH介于7.5—8.5之間。冬小麥于10月初播種，次年6月中旬收獲，夏玉米在小麥?zhǔn)斋@后即時(shí)播種，于當(dāng)年9月底10月初收獲。

1.2 樣品采集

土壤樣品采自2011年8—10月，采集根據(jù)地（市）小麥/玉米種植面積選擇代表性縣（區(qū)）。本研究涉及陜西關(guān)中地區(qū)3個(gè)地（市）的10個(gè)具有代表性的縣（區(qū)），每個(gè)縣（區(qū)）選擇4—18個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），每個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）選擇3—10個(gè)村，每個(gè)村選擇4—5個(gè)地塊為采樣區(qū)（點(diǎn)），每個(gè)采樣區(qū)（點(diǎn)）為0.5—0.8 hm2。各地區(qū)樣品采集分布及樣本量如表1所示。土壤樣本采集時(shí)用直徑約2.8 cm土鉆按棋盤格在采樣區(qū)（點(diǎn)）采集耕層（0—20 cm）土樣20鉆，混合均勻，裝入布袋帶回實(shí)驗(yàn)室，揀去石礫和動(dòng)植物殘?bào)w，風(fēng)干并過2 mm及100目篩備用。

1.3 樣品分析

土壤有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法[22]，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱-FeSO4滴定法[22]，土壤全磷采用H2SO4-HClO4消煮-鉬銻抗比色法[22]，土壤水溶性磷采用蒸餾水浸提-鉬銻抗比色法[22]，土壤有機(jī)磷含量采用灼燒法[23]，由灼燒后提取的土壤磷含量減去未灼燒提取的土壤無(wú)機(jī)磷含量得到，土壤無(wú)機(jī)磷含量由土壤全磷與土壤有機(jī)磷的差值得到。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

文中的陜西省第二次土壤普查耕地土壤有效磷含量數(shù)據(jù)源于《陜西省土壤普查數(shù)據(jù)》。本文在第二次普查的基礎(chǔ)上將土壤有效磷含量等級(jí)進(jìn)行合并，將其劃分為5個(gè)等級(jí)，分別為＞40 mg·kg-1、30—40 mg·kg-1、15—30 mg·kg-1、10—15 mg·kg-1、＜10 mg·kg-1。各市平均土壤有效磷含量由各地區(qū)、各級(jí)別土壤有效磷含量的中值與該級(jí)別耕地面積加權(quán)平均后得到。

式中，P為地區(qū)平均土壤有效磷含量（mg·kg-1）；P為地區(qū)土壤有效磷等級(jí)的中值（mg·kg-1）；A為地區(qū)土壤有效磷等級(jí)內(nèi)的實(shí)際面積（hm2）。各市其他磷素形態(tài)的平均含量同樣由該公式計(jì)算得到。

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010。

表1 土壤樣品采集地區(qū)分布及樣本容量

2 結(jié)果

2.1 耕層土壤有效磷含量變化

陜西關(guān)中3個(gè)代表性（地）市10個(gè)縣（區(qū)）小麥/玉米種植區(qū)耕層土壤有效磷含量近30年的變化如表2。第二次土壤普查時(shí)（1980年），寶雞、咸陽(yáng)和渭南3個(gè)（地）市土壤有效磷平均含量分別為6.0、7.3和6.5 mg·kg-1。有效磷含量＜10 mg·kg-1的土地面積最大，三地市Olsen P含量＜10 mg·kg-1的土地面積分別占其土地總面積的85.85%、83.20%和80.52%，寶雞市岐山縣該類土地分布面積最大，占97.92%；咸陽(yáng)市興平縣和渭南市臨渭區(qū)此含量的土地面積占比較小，分別占43.62%和44.00%；3個(gè)（地）市土壤Olsen P含量為10—15 mg·kg-1的土地面積占比居其次，分別占其各自總面積的9.15%、9.87%和13.13%，該含量土壤以寶雞市岐山縣面積占比最小，僅占1.38%；咸陽(yáng)市興平縣（市）和渭南市臨渭區(qū)分布面積占比較大，分別為23.3%和39.7%。3個(gè)（地）市土壤Olsen P含量高于15 mg·kg-1的土地面積比例平均分別為4.99%、6.93%和6.36%，且主要在15—30 mg·kg-1之間。2011年，寶雞、咸陽(yáng)和渭南3個(gè)（地）市平均土壤有效磷含量分別為26.09、27.50和21.53 mg·kg-1，且以15—30 mg·kg-1含量的土地面積占比最大，分別為55.00%、46.00%和57.00%，寶雞市陳倉(cāng)區(qū)，渭南市臨渭區(qū)在此區(qū)間分布面積最大，分別達(dá)64.29%和63.04%；咸陽(yáng)市武功縣較低，僅有30.19%；寶雞市岐山縣和咸陽(yáng)市三原縣在該等級(jí)面積占比提升較大，與1980年土壤有效磷分布面積相比，分別擴(kuò)大了75.4和20.8倍。寶雞市、咸陽(yáng)市和渭南市Olsen P含量＞30 mg·kg-1的土地面積分別占33.00%、36.00%和20.00%，僅次于15—30 mg·kg-1Olsen P土地面積；3個(gè)（地）市土壤Olsen P含量在10—15 mg·kg-1之間的土地面積分別為10%、16%和18%。而有效磷含量＜10 mg·kg-1的土地面積占比最小，3個(gè)代表（地）市中除渭南市占比為6%外，寶雞市和咸陽(yáng)市面積占比均低于3%，較1980年面積比例降幅分別達(dá)97.67%、96.39%和92.59%。但渭南市和其他兩市有所不同是，土壤有效磷為10—15 mg·kg-1的土地面積居其次，而寶雞市和咸陽(yáng)市均以有效磷為30—40 mg·kg-1的土地面積居其次（表2）。

表2 陜西關(guān)中地區(qū)1980年和2011年耕層土壤各等級(jí)有效磷含量面積比例及平均值

2.2 土壤全磷、有機(jī)磷、無(wú)機(jī)磷和有效磷含量及其占全磷比例

關(guān)中冬小麥-夏玉米種植區(qū)10個(gè)代表性縣（區(qū)）土壤全磷含量介于0.91—1.20 g·kg-1之間；寶雞、咸陽(yáng)和渭南3個(gè)代表性地（市）2011年土壤全磷平均含量分別為1.10、1.08和0.95 g·kg-1，以渭南市稍低（表3）。寶雞、咸陽(yáng)和渭南三市的平均有機(jī)磷含量分別為145.95、155.39和237.75 mg·kg-1，其占全磷比例分別達(dá)13.27%、14.39%和25.03%。各縣（區(qū)）土壤有機(jī)磷含量介于108.54—266.20 mg·kg-1，其占全磷比例介于9.25%—29.15%之間，且渭南市各縣（區(qū)）有機(jī)磷含量普遍高于其他縣（區(qū)）。寶雞市、咸陽(yáng)市和渭南市的無(wú)機(jī)磷含量平均分別為901.26、899.45和711.52 mg·kg-1，其占全磷比例分別為81.93%、83.28%和75.00%，與有機(jī)磷占全磷比例趨勢(shì)相反；寶雞市扶風(fēng)縣土壤無(wú)機(jī)磷含量最高，為1 065.34 mg·kg-1，占土壤全磷的90.75%；渭南市臨渭區(qū)無(wú)機(jī)磷含量最小，為646.93 mg·kg-1，其占全磷比例為70.85%。寶雞市、咸陽(yáng)市和渭南市土壤有效磷含量平均分別為26.09、27.50和21.53 mg·kg-1，占土壤全磷的比例分別為2.37%、2.55%和2.27%。

在本研究中，土壤有機(jī)磷含量與土壤全磷無(wú)相關(guān)關(guān)系，而無(wú)機(jī)磷含量與土壤全磷呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），決定系數(shù)為0.7132（圖1）。

表3 陜西關(guān)中各縣市小麥/玉米區(qū)耕層土壤全磷、有機(jī)磷、無(wú)機(jī)磷和有效磷含量及其占土壤全磷的比例

表中全磷、有機(jī)磷、無(wú)機(jī)磷和有效磷含量數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差

The data of total P, total-organic P, total-inorganic P and Olsen P content in the table were Mean±SD

2.3 土壤全磷、有效磷及水溶性磷累積分布概率

依據(jù)《中國(guó)土壤》中土壤全磷含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[24]，寶雞市、咸陽(yáng)市和渭南市土壤全磷含量為Ⅰ級(jí)（＞1.0 g·kg-1）的累積分布概率分別為74.81%、67.01%和38.24%、；Ⅱ級(jí)（0.8—1.0 g·kg-1）的累積分布概率分別為21.37%、28.35%和44.12%（圖2）。整體上，土壤全磷的高值區(qū)主要集中于寶雞市和咸陽(yáng)市。土壤適宜有效磷含量為17—37 mg·kg-1，低于17 mg·kg-1則作物對(duì)施磷肥有正效應(yīng)，但超過37 mg·kg-1將會(huì)提高環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)[12-13]?；?011年陜西關(guān)中土壤測(cè)定結(jié)果，從西向東經(jīng)由寶雞市、咸陽(yáng)市和渭南市土壤有效磷含量在17—37 mg·kg-1的累積分布概率逐漸減少，分別為60.30%、53.10%和54.51%，低于17 mg·kg-1的累積分布概率逐漸增大，分別為19.85%、25.77%和36.30%，而高于37 mg·kg-1的累積分布概率分別為19.85%、21.13% 和8.89%。水溶性磷在土壤中含量較低，其在渭南、咸陽(yáng)和寶雞三市的累積分布概率基本一致，差異較小。由長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)[13]，土壤水溶性磷含量＞2 mg·kg-1時(shí)累積量顯著上升，存在淋溶風(fēng)險(xiǎn)，基于2011年土壤測(cè)定結(jié)果，寶雞市、咸陽(yáng)市和渭南市水溶性磷含量＞2 mg·kg-1的累積分布概率分別為27.48%、21.76%和26.67%。

**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。下同 Asterisks denote 0.01 level significances (**P＜0.01) . The same as below

圖2 陜西關(guān)中地區(qū)土壤全磷、有效磷和水溶性磷的累積分布概率

土壤有效磷含量與其在土壤中存在的各形態(tài)磷素有較大關(guān)系[25]。本研究表明，有效磷和全磷、水溶性磷和全磷以及水溶性磷和有效磷之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），決定系數(shù)分別為0.1845、0.1997和0.0916（圖3）。土壤有效磷占全磷比值被稱為磷素活化系數(shù)（PAC），用于反映土壤磷素的有效性。結(jié)果顯示，10個(gè)縣（區(qū)）土壤磷活化系數(shù)均＞2，表明土壤磷素有效性較高，土壤全磷較易向土壤有效磷轉(zhuǎn)化。耕層土壤有效磷每增加1 mg·kg-1，土壤全磷和水溶性磷分別增加7.25和0.04 mg·kg-1。同樣，土壤全磷與水溶性磷呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，表明土壤水溶性磷含量隨土壤全磷的增加而增加。

圖3 土壤全磷、有效磷和水溶性磷的關(guān)系

2.4 土壤磷素與土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)關(guān)系

土壤有效磷、無(wú)機(jī)磷和土壤磷活化系數(shù)（PAC，有效磷/全磷）與土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），決定系數(shù)分別為0.0679、0.0840和0.0171（圖4）。有機(jī)質(zhì)量每增加1 g·kg-1，土壤有效磷和無(wú)機(jī)磷含量分別增加0.86和18.62 mg·kg-1，而土壤有機(jī)磷含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量無(wú)顯著相關(guān)。

3 討論

3.1 土壤有效磷變化及原因

全國(guó)第二次普查（1980年）時(shí)，我國(guó)土壤大面積缺磷，平均土壤有效磷含量?jī)H為7.4 mg·kg-1 [8]，土壤有效磷含量20 mg·kg-1即為土壤磷素養(yǎng)分豐缺的高等級(jí)[26]。關(guān)中地區(qū)也不例外，寶雞、咸陽(yáng)和渭南3個(gè)（地）市土壤有效磷平均含量分別為6.0、7.3和6.5 mg·kg-1。有效磷含量＜10 mg·kg-1的土壤分布面積最大，占總面積的80%—86%。2011年3個(gè)（地）市的平均有效磷含量分別達(dá)26.09、27.50和21.53 mg·kg-1，較1980年土壤有效磷含量分別提高了334.83%、276.71%和231.23%，其中以含量15—30 mg·kg-1等級(jí)的土地面積占比增幅最大，達(dá)到50%左右。一方面，大量的養(yǎng)分投入是導(dǎo)致該地區(qū)近30年土壤有效磷含量顯著提升的主要原因。以楊學(xué)云等[27]在扶風(fēng)縣所做調(diào)查結(jié)果為例，1997年時(shí)純P2O5投入量為178.04 kg·hm-2·a-1，年盈余量達(dá)127.63 kg·hm-2·a-1。常艷麗等[2]在關(guān)中地區(qū)所做的養(yǎng)分投入調(diào)查結(jié)果顯示，冬小麥、夏玉米純P2O5投入量分別為（183±121）kg·hm-2和（45±88）kg·hm-2，遠(yuǎn)超當(dāng)?shù)赝扑]施磷量，大體相隔十幾年的調(diào)查結(jié)果顯示出非常一致的投入量，表明該區(qū)域磷素投入一直處于大量盈余的狀態(tài)。當(dāng)磷素長(zhǎng)期盈余時(shí)，大量磷素累積在耕層土壤中，導(dǎo)致土壤全磷和Olsen P隨之升高[18,28]；此外，全國(guó)土壤有效磷含量也隨氮磷平衡施肥技術(shù)的推廣顯著提高，且仍在進(jìn)一步提高[21]。另一方面，該區(qū)域近十多年來采用大型聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)，小麥季留茬高且穎殼等多散落在地里，加之玉米季秸稈大面積還田逐步推廣，可能也是造成土壤有效磷提高的原因，因?yàn)榻斩掃€田增加了磷素投入，但肥料磷并未做相應(yīng)調(diào)整。由表3可知，關(guān)中地區(qū)土壤有效磷含量由西向東呈遞增趨勢(shì)，同樣，土壤全磷、無(wú)機(jī)磷也大體為由西向東呈遞增趨勢(shì)。不同地區(qū)磷肥用量上的差異是造成關(guān)中地區(qū)耕層土壤有效磷含量東西差異的主要原因，這與常艷麗等[2]在該地區(qū)的肥料投入調(diào)查結(jié)果也相吻合。

圖4 土壤有機(jī)磷、無(wú)機(jī)磷、有效磷及土壤磷活化系數(shù)（PAC）與土壤有機(jī)質(zhì)的關(guān)系

3.2 土壤磷形態(tài)分布

石灰性土壤磷素主要以無(wú)機(jī)磷形態(tài)存在，有機(jī)磷占比較低。農(nóng)田耕作管理措施、有機(jī)碳、碳酸鈣含量等都會(huì)不同程度的參與并影響土壤磷素的吸附-解吸、固定-礦化等過程，從而影響土壤磷素形態(tài)、含量及比例。有效磷在全磷中的比值反應(yīng)了磷素供應(yīng)強(qiáng)度和容量的關(guān)系。李學(xué)敏等[29]研究認(rèn)為土壤磷素活化系數(shù)（PAC）低于2時(shí)全磷轉(zhuǎn)化率低，磷素供應(yīng)強(qiáng)度小。本研究結(jié)果顯示，10個(gè)縣（區(qū)）土壤磷活化系數(shù)（PAC）均大于2，表明土壤磷素有效性較高，土壤全磷較易向土壤有效磷轉(zhuǎn)化，這主要與關(guān)中土耕層磷位低，土壤有效磷供應(yīng)強(qiáng)度較大有關(guān)[30]。而賈興永等[25]研究的同一區(qū)域土壤樣本Olsen P含量約為10 mg·kg-1的PAC 僅為1.54%。很顯然，PAC不僅與土壤性質(zhì)有關(guān)，也與長(zhǎng)期施用含磷肥料有關(guān)。由于長(zhǎng)期過量施用含磷肥料（化肥、有機(jī)肥及秸稈等），土壤磷素出現(xiàn)累積，從而提高了土壤全磷含量，有效磷（Olsen P）作為土壤全磷中最活躍的部分也隨土壤全磷增加而升高[28]。然而，賈興永等[25]在全國(guó)選擇的14個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行的研究顯示，全磷、有效磷和水溶性磷含量之間均沒有相關(guān)關(guān)系，這應(yīng)該與其研究中土壤本身有關(guān)，性質(zhì)各異的土壤磷素含量本身差異很大，磷固定或無(wú)效化的能力及影響因素也有很大不同。此外，這也可能與所選土壤的施肥歷史等相關(guān)，在其研究中，土壤有效磷含量變幅僅為3.62—18.8 mg·kg-1，變幅相對(duì)較小。

長(zhǎng)期平衡施用化學(xué)氮、磷肥，提高了作物產(chǎn)量進(jìn)而大大增加了通過作物根茬和根系分泌物等進(jìn)入土壤的有機(jī)物含量，從而提升了土壤有機(jī)質(zhì)含量[31-33]。本研究結(jié)果顯示，陜西關(guān)中平原冬小麥/夏玉米區(qū)土壤有效磷含量隨土壤有機(jī)質(zhì)升高而顯著上升，可能是因?yàn)樵搮^(qū)域土壤為石灰性土壤，施入土壤中的肥料磷主要以Ca10-P和Ca8-P為主，土壤有機(jī)質(zhì)與Ca2+結(jié)合后通過提高難溶性磷化物活度，或與磷酸根競(jìng)爭(zhēng)土壤表面吸附位點(diǎn)，或形成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體而屏蔽吸附位點(diǎn)，從而降低了土壤對(duì)磷的吸附[34]。本研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)磷含量和有機(jī)質(zhì)并無(wú)顯著相關(guān)（圖4），這與SUBRAMANLAM[35]研究結(jié)果較為一致；但SAMADI[36]等在澳大利亞西南部石灰性土壤上研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)磷含量和有機(jī)碳呈顯著正相關(guān)關(guān)系。楊學(xué)云等[18]在該區(qū)域同類型土壤上的研究結(jié)果表明，即使是長(zhǎng)期大量施用有機(jī)肥，土壤有機(jī)磷雖然也有提高，但依然以無(wú)機(jī)磷為主，其原因在于有機(jī)肥中60%—80%的磷以無(wú)機(jī)態(tài)存在[37]。即使是有機(jī)磷，也會(huì)很快礦化而只有難礦化的少部分有機(jī)磷累積下來，這也很好的解釋了土壤無(wú)機(jī)磷含量與土壤有機(jī)質(zhì)的正相關(guān)關(guān)系（圖4）。有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤磷素的影響比較復(fù)雜[38]，除與自身有機(jī)磷含量有關(guān)外，也可能與土壤酸堿度、母質(zhì)、磷存在形態(tài)或礦化有關(guān)。在本試驗(yàn)中，關(guān)中平原小麥/玉米種植區(qū)土壤有機(jī)磷分布為東部渭南遠(yuǎn)高于西部寶雞和中部咸陽(yáng)，而后二地（市）較接近，這種分布特征可能與三地（市）地下水位有關(guān)。渭南地區(qū)地下水位較高，秋澇嚴(yán)重，在雨季尤其是玉米生長(zhǎng)后期遇到連陰雨或暴雨時(shí)，常有大量積水，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；同時(shí)該區(qū)域≥10℃積溫較其他地（市）約高出200℃左右（陜西土壤），有利于作物生長(zhǎng)，但通氣不暢造成了土壤有機(jī)物累積[39]。

3.3 土壤磷素管理

土壤磷素農(nóng)學(xué)閾值和環(huán)境閾值對(duì)于指導(dǎo)合理施肥有重要意義。在保證作物高產(chǎn)和環(huán)境安全的前提下，我國(guó)土壤Olsen P 對(duì)作物最佳產(chǎn)量響應(yīng)的臨界值變幅為10.9—21.4 mg·kg-1 [11]。BAI等[11]在關(guān)中冬小麥/夏玉米種植區(qū)的研究結(jié)果表明，冬小麥土壤Olsen P農(nóng)學(xué)閾值為16 mg·kg-1，夏玉米為15 mg·kg-1，當(dāng)土壤有效磷含量超過此值時(shí)，作物產(chǎn)量對(duì)磷肥施用沒有明顯增產(chǎn)反應(yīng)；我們?cè)陉P(guān)中地區(qū)基于磷肥利用效率與Olsen P含量響應(yīng)關(guān)系的研究同樣發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小麥/玉米種植體系中有效磷含量介于約17—40 mg·kg-1時(shí)，作物既可達(dá)到高產(chǎn)，也能保持很高的磷肥利用效率[40]。在本研究中，除渭南市臨渭區(qū)平均土壤有效磷含量為17.70 mg·kg-1外，其他縣（區(qū)）土壤有效磷含量均介于21—36 mg·kg-1之間，均超過了該區(qū)域小麥、玉米的農(nóng)學(xué)閾值，即土壤中的磷素可以滿足作物生長(zhǎng)、高產(chǎn)時(shí)對(duì)磷素的需求。

土壤水溶性磷含量隨有效磷的增加而增加，當(dāng)有效磷含量超過土壤磷素淋失臨界值時(shí)，水溶性磷會(huì)迅速增加，存在極高的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)[41]。陜西長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明[12]，當(dāng)有效磷含量超過37 mg·kg-1時(shí)，土壤水溶性磷含量顯著升高。在本研究中，土壤有效磷與土壤水溶性磷含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。寶雞市、咸陽(yáng)市土壤有效磷含量超過37 mg·kg-1的累積分布概率占20%以上，表明寶雞市和咸陽(yáng)市大面積地區(qū)存在較高的磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)。從環(huán)境保護(hù)的角度來說，在該區(qū)域及時(shí)監(jiān)測(cè)、因土施肥、合理調(diào)控尤為重要。

4 結(jié)論

土壤磷的有效性是由多個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，其中以施肥影響效果最大。從1980年到2011年，陜西關(guān)中各地區(qū)土壤速效磷含量顯著上升。10個(gè)縣（區(qū)）平均土壤有效磷含量均高于土壤農(nóng)學(xué)閾值，滿足作物達(dá)到高產(chǎn)時(shí)土壤磷素的供應(yīng)條件。關(guān)中西部寶雞市和咸陽(yáng)市土壤磷素累積要高于渭南市，3個(gè)代表地（市）均以15—30 mg·kg-1土壤有效磷等級(jí)面積分布最廣。值得注意的是，寶雞市和咸陽(yáng)市土壤有效磷含量超過37 mg·kg-1的累積分布概率也較高，存在較大的淋失風(fēng)險(xiǎn)。

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Characteristics of Soil Phosphorus in Winter Wheat/Summer Maize Cropping in Shaanxi Guanzhong Plain

LIU Lin, JI BingJie, LI RuoNan, BATBAYAR Javkhlan, ZHANG ShuLan, YANG XueYun

(College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agro-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi)

【】It is of great significance to maintain and improve soil quality and land productivity, meanwhile enhance the phosphorus (P) use efficiency by studying the distribution characteristics and changes of soil phosphorus in winter wheat/summer maize cropping in Shaanxi Guanzhong Plain in recent 30 years. 【】Based on 458 soil samples collected in total in 2011 from 10 typical counties in winter wheat/summer maize cropping in Guanzhong Plain analysis data, we compared its Olsen P content with the soil survey data in 1980s, and also explored the distribution characteristics of the current soil phosphorus pools at the regional level.【】The results showed that the soil Olsen P content in the plough layer soils significantly increased during the past 30 years. The mean values of soil Olsen P in Baoji, Xianyang and Weinan were 26.09 mg·kg-1, 27.50 mg·kg-1and 21.53 mg·kg-1, respectively, compared with soil survey data in 1980s, the corresponding increasing rate were 334.83%, 276.71% and 231.23%, respectively. The proportions of cultivated land with higher soil Olsen P levels were significantly increased, with the largest increase was observed in 15-30 mg·kg-1and the largest decrease in Olsen P＜10 mg·kg-1. The total distribution of soil Olsen P and inorganic phosphorus was higher in the west (Baoji City) and the middle (Xianyang City) than in the east (Weinan City), and organic phosphorus content was opposite. At present, the soil Olsen P level in the large area of Guanzhong Plain under winter wheat/summer maize cropping was higher than the agronomic threshold, which could meet the supply of phosphorus in high yield crops. Meanwhile, the cumulative distribution probability of soil Olsen P content (greater than 37 mg·kg-1) was more than 20% in Baoji and Xianyang, the cumulative distribution probability of water-soluble P content (greater than 2 mg·kg-1) was more than 22%, so there would be a higher risk of water environment pollution. 【】Excessive application of phosphorus fertilizer under long-term intensive and high-intensity planting conditions significantly increased the Olsen P content in soil. Considering the protection of environment and rational utilization of limited phosphorus resources, the application of phosphorus fertilizer should be regulated reasonably, so as to apply fertilizer according to soil and supply fertilizer according to demand.

soil Olsen P; winter wheat/summer maize system; total-organic P; total-inorganic P; soil organic matter

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.21.016

2019-06-05；

2019-07-16

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0200205）

劉琳，E-mail：liulin6060@nwafu.edu.cn。通信作者楊學(xué)云，E-mail：xueyunyang@hotmail.com

（責(zé)任編輯 李云霞）