不同含銨磷源在石灰性土壤中氮磷元素的有效性及對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

涂攀峰 陳小娟 楊依彬 鄧蘭生 程鳳嫻 張承林

摘要?研究不同含銨磷源在石灰性土壤中氨揮發(fā)、有效磷及對(duì)玉米生理特性、氮磷吸收的影響，以期探索聚磷酸銨、磷酸一銨、磷酸二銨在石灰性土壤中氮磷的有效性。采用土壤培養(yǎng)試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)結(jié)合的方式，均以工業(yè)級(jí)、農(nóng)用磷酸一銨（簡(jiǎn)稱MAP工、MAP農(nóng)）、工業(yè)級(jí)、農(nóng)用磷酸二銨（簡(jiǎn)稱DAP工、DAP農(nóng)）、聚磷酸銨（簡(jiǎn)稱APP）為供試材料，在石灰性土壤上設(shè)計(jì)6個(gè)處理，培養(yǎng)19 d期間取樣5次;盆栽試驗(yàn)40 d后，在苗期對(duì)玉米的生理指標(biāo)及植株氮磷吸收量、土壤有效氮磷含量進(jìn)行測(cè)定。石灰性土壤培養(yǎng)19 d后，MAP工僅揮發(fā)1.65%，而工業(yè)級(jí)DAP揮發(fā)量達(dá)38.63%。對(duì)盆栽試驗(yàn)而言，各含銨磷源處理隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加均呈遞減趨勢(shì)，但聚磷酸銨處理遞減幅度較低;各含銨磷源施入石灰性土壤中MAP工、MAP農(nóng)與APP處理的玉米苗期株高、莖粗、地上部和地下部干重顯著高于DAP工、DAP農(nóng)處理，與DAP工、DAP農(nóng)處理相比，APP處理的玉米苗期磷吸收量分別提高了72.96%、59.31%，而MAP工處理比DAP工、DAP農(nóng)處理分別增加了45.44%、33.50%，同時(shí)對(duì)土壤有效氮磷含量影響顯著。工業(yè)級(jí)和農(nóng)用磷酸一銨、聚磷酸銨在石灰性土壤中氨揮發(fā)量小，土壤有效磷含量高，利用率高，且有利于玉米的生長(zhǎng)，而工業(yè)級(jí)和農(nóng)用DAP不適合在石灰性土壤中施用。

關(guān)鍵詞?磷酸一銨;磷酸二銨;聚磷酸銨;揮發(fā);玉米

中圖分類號(hào)?S?143文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2019）23-0170-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.23.049

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effectiveness of Nitrogen and Phosphorus in Calcareous Soils from Different Sources of Ammonium and Phosphorus and Their Effects on Maize Growth

TU Pan?feng1，2， CHEN Xiao?juan1， YANG Yi?bin1 et al

（1. College of Natural Resources and Environment， South China Agricultural University， Guangzhou，Guangdong510642;2. Dongguan Yixiang Liquid Fertilizer Co.， Ltd.， Dongguan，Guangdong523135）

Abstract?The volatilization of ammonia and available phosphorus from different sources of ammonium and phosphorus in calcareous soils and their effects on physiological characteristics and absorption of nitrogen and phosphorus in maize were studied， in order to explore the effectiveness of ammonium polyphosphate， monoammonium phosphate and diammonium phosphate in calcareous soils.Soil culture experiment and pot experiment were used to design six treatments on calcareous soil with industrial/agricultural monoammonium phosphate （MAP）， industrial/agricultural diammonium phosphate （DAP） and ammonium polyphosphate （APP） as test materials， and five samples were taken during 19 days of cultivation. After 40 days of pot experiment， physiological indexes of maize were measured at seedling stage. Nitrogen and phosphorus uptake by plant and available nitrogen and phosphorus content in soil were determined.After 19 days of incubation in calcareous soil， MAP workers only wielded 1.65%， while industrial DAP volatilization reached 38.63%. For pot experiment， the ammonium?containing phosphorus source treatments showed a decreasing trend with the increase of incubation time， but the decreasing extent of ammonium polyphosphate treatment was lower. The plant height， stem diameter， dry weight of shoot and underground of maize treated with MAP and APP were significantly higher than those treated with DAP， and the phosphorus uptake of maize seedling treated with APP was significantly higher than that treated with DAP. The amount of soil available nitrogen and phosphorus increased by 72.96% and 59.31% respectively， while the amount of soil available nitrogen and phosphorus increased by 45.44% and 33.50% in MAP treatment compared with DAP treatment.Industrial and agricultural monoammonium phosphate and polyammonium phosphate had low ammonia volatilization， high available phosphorus content and high utilization rate in calcareous soil， and were beneficial to maize growth. Industrial and agricultural DAP were not suitable for application in calcareous soil.

Key words?Monoammonium phosphate;Diammonium phosphate;Ammonium polyphosphate;Volatilization;Corn

石灰性土壤的pH通常大于7.5，此類土壤中的Ca2+含量高，磷肥施入土壤后易與土壤反應(yīng)生成磷酸鈣等難溶性礦物[1]，同時(shí)磷的移動(dòng)性差，可顯著降低磷的生物有效性和作物對(duì)磷的吸收。但磷肥的有效性與磷肥本身組成、形態(tài)及與土壤反應(yīng)產(chǎn)物的形態(tài)及有效性有關(guān)[2]。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，磷肥品種結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，高濃度磷肥品種磷酸一銨、磷酸二銨、聚磷酸銨的使用面積增加，并成為重點(diǎn)發(fā)展的磷肥品種[3]。此外，以上3種磷肥均含銨，其中磷酸一銨屬于生理酸性肥料，磷酸二銨屬于生理堿性肥料，而聚磷酸銨近中性，它們與堿反應(yīng)均易揮發(fā)，因此會(huì)影響其中氮的有效性。

研究表明，DAP、MCP、MAP在石灰性土壤中的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物存在差異[4]。金亮等[5]通過土柱培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磷酸二氫銨在酸性土壤中的有效性較佳，因?yàn)榱姿岫滗@引起肥際周圍土壤pH增高。研究者通過土壤培養(yǎng)試驗(yàn)得出磷酸一銨在石灰性潮土中可保持磷較高的有效性[6]。而聚磷酸銨作為新型磷肥，Stroechlein等[7]分別在4種石灰性土壤上進(jìn)行大麥和番茄盆栽試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聚磷酸銨與磷酸銨的肥效存在一定差異，其中聚磷酸銨肥效優(yōu)于磷銨。此外，研究表明磷酸一銨和磷酸二銨在石灰性土壤中磷的有效性和氮的有效性存在一定差異[4]，史建碩等[8]在設(shè)施番茄上采用田間小區(qū)試驗(yàn)研究聚磷酸銨中氮的有效性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聚磷酸銨可促進(jìn)番茄對(duì)氮的吸收，增加氮的利用率。研究表明，氨揮發(fā)損失是北方石灰性土壤氮素?fù)p失的重要途徑[9]。前人的研究均是對(duì)單一磷銨進(jìn)行研究，而幾種磷銨進(jìn)行對(duì)比研究鮮見報(bào)道。此外北方地區(qū)的農(nóng)戶開始反映，它們慣用磷酸二銨，但肥效不突出。因此，筆者采用土壤培養(yǎng)試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)結(jié)合，以石灰性土壤為供試土壤，研究工業(yè)/農(nóng)用磷酸一銨、工業(yè)/農(nóng)用磷酸二銨和聚磷酸銨氮磷元素的有效性，旨在為各磷銨在石灰性土壤上的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

供試土壤為石灰性土壤，采自河北省衡水市饒陽(yáng)縣，土壤CaCO3 2.98%，pH 8.87，有機(jī)質(zhì)0.40 g/kg，堿解氮17.50 mg/kg，速效鉀67.30 g/kg，有效磷3.35 g/kg，交換性鎂22.70 mg/kg，有效性鋅0.50 mg/kg，土壤質(zhì)地均為中壤土，有效磷屬嚴(yán)重缺磷土壤，均屬貧瘠土。

選用5種粉劑磷銨進(jìn)行試驗(yàn)，聚磷酸銨（APP）、農(nóng)用磷酸一銨（MAP農(nóng)）樣品由四川大學(xué)化工學(xué)院提供，農(nóng)用磷酸二銨（DAP農(nóng)）由云天化股份有限公司提供，工業(yè)級(jí)磷酸一銨（MAP工）和磷酸二銨（DAP工）均為分析純。APP（14.17-43.76-0，pH 6.06）、MAP工（12-61-0，pH 4.08）、MAP農(nóng)（11-49-0，pH 5.52）、DAP工（21-53-0，pH 8.01）、DAP農(nóng)（18-46-0，pH 7.73）、（NH4）2SO4（21-0-0），KCl（0-0-60）以磷酸二銨作對(duì)照。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

培養(yǎng)試驗(yàn)：取過2 mm的風(fēng)干土樣，裝入塑料杯中（塑料杯950 mL），每杯裝500 g土。試驗(yàn)在等磷條件下進(jìn)行，施肥量為每杯0.1 g P2O5，試驗(yàn)設(shè)計(jì)6個(gè)處理，其中氨揮發(fā)試驗(yàn)4個(gè)重復(fù)，測(cè)定土壤有效磷的為20個(gè)重復(fù)，具體處理為CK（不施磷肥）、MAP工、MAP農(nóng)、DAP工、DAP農(nóng)、APP。將稱好的肥料與500 g土混勻后裝入杯（塑料杯底部已打多個(gè)小孔，并墊上紗布）中，然后用50 mL燒杯吸取10 mL噴酸指示劑置于塑料杯中，然后用塑料杯配套的蓋子蓋上，同時(shí)用不透氣的培養(yǎng)皿封口膜密封，隨后將杯置于水中以使土壤吸水濕潤(rùn)，置于35 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，此后破壞性取樣5次，每次取樣時(shí)取出硼酸指示劑后即刻換上硼酸指示劑密封。

盆栽試驗(yàn)：取過2 mm的風(fēng)干土樣，裝入塑料盆中，盆口直徑20 cm、高18 cm、盆底直徑15 cm，每盆裝4.5 kg土。在等氮磷鉀條件下進(jìn)行，每盆均施用0.15 g/kg P2O5、K2O、N，其中不足的氮用硫酸銨補(bǔ)充，鉀肥用氯化鉀。試驗(yàn)設(shè)計(jì)6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)4次，具體處理為CK（不施磷肥）、MAP工、MAP農(nóng)、DAP工、DAP農(nóng)、APP。于2019年3月10日育好玉米苗，待玉米長(zhǎng)至三葉期時(shí)移栽，每盆移栽1 000 mL水，每盆移栽1株，期間進(jìn)行病蟲害管理，試驗(yàn)周期為40 d。

1.3?測(cè)定指標(biāo)與方法

垂直拉伸植株達(dá)到最高點(diǎn)用卷尺測(cè)量地表到植株最高點(diǎn)的高度，游標(biāo)卡尺測(cè)量莖基部直徑。土壤及植株取樣方法：拔出植株后，抖動(dòng)分離根際土壤，其根際土用四分法取土，風(fēng)干后研磨，分別過2.00和0.15 mm篩備用;土面剪下地上部，洗凈根系，烘干后稱干重，粉碎后測(cè)定全磷，用H2SO4-H2O2消煮，鉬銻抗比色法進(jìn)行測(cè)定;土壤全磷、有效磷、有效氮含量測(cè)定參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[10]。氮揮發(fā)率=（施肥處理-不施肥處理）/施肥量×100%。

1.4?數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，采用Origin 7.5進(jìn)行初級(jí)統(tǒng)計(jì)分析和圖表制作，使用SPSS進(jìn)行方差顯著性分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同磷源在石灰性土壤中氨揮發(fā)行為

由表1可知，在石灰性土壤中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)各磷源中的氮揮發(fā)量增加。其中工業(yè)級(jí)MAP和農(nóng)用MAP在4.15 d前均未有氨揮發(fā)，隨后開始出現(xiàn)氨揮發(fā)，且農(nóng)用MAP處理?yè)]發(fā)量和揮發(fā)速率均比工業(yè)級(jí)MAP處理多。而工業(yè)級(jí)DAP和農(nóng)用DAP處理在整個(gè)培養(yǎng)過程均有氨揮發(fā)，且前期揮發(fā)速率快。而APP處理在前期出現(xiàn)氨揮發(fā)，后期卻未出現(xiàn)氨揮發(fā)。在18.42 d時(shí)各磷源處理的氨揮發(fā)累積率表現(xiàn)為DAP工>DAP農(nóng)>APP>MAP農(nóng)>MAP工。

2.2?不同磷源處理對(duì)石灰性土壤有效磷的影響

由圖1可知，各磷肥處理施入石灰性土壤后土壤有效磷含量隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加呈下降趨勢(shì)。各磷肥施入初期工業(yè)級(jí)MAP處理、農(nóng)用MAP處理和APP處理土壤有效磷含量相近，但比工業(yè)級(jí)DAP和農(nóng)用DAP處理土壤有效磷含量高。但隨著時(shí)間的增加APP處理的土壤有效磷含量達(dá)到最高，土壤有效磷含量表現(xiàn)為MAP工>MAP農(nóng)>DAP農(nóng)>DAP工。且在18.42 d時(shí)，APP、MAP工、MAP農(nóng)處理土壤有效磷含量分別比DAP工和DAP農(nóng)提高22.43%和17.39%、21.88%和16.87、17.80%和12.96%。

2.3?不同磷源對(duì)玉米長(zhǎng)勢(shì)的影響

從表2可以看出，各磷源處理施入石灰性土壤后顯著影響玉米株高和莖粗，其中APP處理的株高和莖粗均最高，與MAP工、MAP農(nóng)處理無顯著差異，但顯著高于DAP工、DAP農(nóng)處理，且分別較DAP工、DAP農(nóng)處理玉米株高和莖粗提高7.38%與8.68%，23.12%與25.45%。

2.4?不同磷源對(duì)玉米地上部和地下部干重的影響

由表3可知，在石灰性土壤中，不同磷源處理對(duì)玉米地上部干重和地下部干重的影響存在顯著差異，APP與MAP工、MAP農(nóng)處理玉米地上部和地下部之間均無顯著差異，但顯著高于DAP工、DAP農(nóng)處理，玉米地上部和地下部干重表現(xiàn)為MAP工≈APP≈MAP農(nóng)>DAP農(nóng)≈DAP工>CK。

2.5?不同磷源對(duì)玉米氮磷吸收量的影響

由表4可知，在石灰性土壤中，不同磷源處理顯著影響玉米氮磷吸收量。其中APP處理的玉米磷吸收量最高，與MAP工、MAP農(nóng)處理差異不顯著，但顯著高于DAP工、DAP農(nóng)處理，且較DAP工、DAP農(nóng)增加45.44%、33.50%;對(duì)于玉米氮吸收量而言，MAP工處理最高，與MAP農(nóng)和APP處理無顯著差異，但顯著高于DAP工、DAP農(nóng)處理，且較DAP工、DAP農(nóng)處理玉米磷吸收量增加了72.96%、59.31%。

2.6?不同磷源對(duì)土壤有效磷含量的影響

由圖2可知，不同磷源處理顯著影響土壤有效磷含量，其中不施肥處理土壤有效磷含量最低，APP處理最高，與MAP工、MAP農(nóng)處理之間無顯著差異，與DAP工、DAP農(nóng)相比分別提高了89.91%、74.66%，且達(dá)顯著水平。

2.7?不同磷源對(duì)土壤有效氮含量的影響

從圖3可以看出，不同磷源處理顯著影響土壤有效氮含量。其中APP處理有效氮含量與MAP工、MAP農(nóng)處理差異不顯著，但顯著高于DAP工、DAP農(nóng)處理，且較DAP工、DAP農(nóng)處理土壤有效氮含量增加了51.09%、45.78%。

3?討論

肥料品種、土壤pH等均會(huì)影響氨的揮發(fā)[11]，Whitehead等[12]研究發(fā)現(xiàn)，磷酸一銨、磷酸二銨和硫酸銨等在弱堿性土壤中的揮發(fā)損失可降低至10%以下，說明氨的揮發(fā)量與土壤pH密切相關(guān)，該試驗(yàn)中的磷酸二銨pH較高（pH=8）會(huì)加速氨揮發(fā)，而磷酸一銨偏酸，施入土壤后可降低肥際周圍pH，聚磷酸銨pH為6，施入土壤后不會(huì)使土壤pH增加，而培養(yǎng)試驗(yàn)表明，在石灰性土壤中，工業(yè)級(jí)和農(nóng)用MAP處理氮累積揮發(fā)率較低，工業(yè)級(jí)磷酸二銨氮揮發(fā)率最高。這與李書田等[13]研究磷酸一銨和磷酸二銨在弱堿性土壤中氨揮發(fā)發(fā)現(xiàn)磷酸二銨在培養(yǎng)32 h后氨揮發(fā)量最多的結(jié)果類似。氨揮發(fā)量影響土壤有效氮含量，培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加工業(yè)磷酸二銨的氨揮發(fā)量越多，而盆栽試驗(yàn)40 d后工業(yè)級(jí)磷酸二銨處理的氨揮發(fā)量增加，導(dǎo)致此處理的有效氮含量在各處理中最低。在石灰性土壤中Ca2+含量高，磷酸鈣的固定作用十分強(qiáng)烈，容易造成施入的磷肥形成難溶性的Ca3（PO4）2，并逐漸向更穩(wěn)定的Ca8-P、Ca10-P等無效磷轉(zhuǎn)化，顯著降低了磷的生物有效性[14]，該研究表明隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加各磷肥處理的有效磷含量呈降低趨勢(shì)。研究表明，磷酸一銨飽和溶液施入石灰性土壤中的低pH可減少肥際pH，從而增加磷的有效性，而磷酸二銨則相反[15]。該研究中盆栽試驗(yàn)40 d后MAP工、MAP農(nóng)處理的土壤有效磷含量與APP處理無顯著差異，同時(shí)對(duì)玉米的長(zhǎng)勢(shì)及磷吸收量均無顯著差異，但顯著高于DAP工、DAP農(nóng)處理。Sample等[16]研究發(fā)現(xiàn)焦磷酸鹽占比較多的聚磷酸銨與磷酸一銨的施用無顯著差異。陳小娟等[17]研究發(fā)現(xiàn)低聚為主的聚磷酸銨與磷酸一銨在土壤中有效磷含量及對(duì)玉米的生長(zhǎng)均無顯著差異，研究表明作為作物的氮源和磷源，聚磷酸銨與正磷酸鹽無顯著差異[18]。與該研究結(jié)果相似。此外，Venugopalan等[19]通過對(duì)比磷酸二銨、硝酸磷肥、固體聚磷酸銨和液體聚磷酸銨在小麥上的肥效試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聚磷酸銨有利于小麥的生長(zhǎng)。

4?結(jié)論

工業(yè)級(jí)和農(nóng)用磷酸一銨及聚磷酸銨在石灰性土壤上氨揮發(fā)量低，同時(shí)有效氮含量較高，工業(yè)級(jí)和農(nóng)用磷酸二銨揮發(fā)量大，不適合在石灰性土壤上施用。

在石灰性土壤上，工業(yè)級(jí)和農(nóng)用磷酸一銨及聚磷酸銨有利于玉米苗期的生長(zhǎng)，同時(shí)也促進(jìn)玉米對(duì)氮磷元素的吸收。

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