不同類型解磷劑對施入磷礦粉土壤有效磷含量的影響

薛亞男，萬亞珍，梅丹丹，付文杰，張文輝

(鄭州大學(xué)化工學(xué)院，河南 鄭州 450001)

【研究意義】磷素是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素[1]，有效磷是指土壤中能直接被植物吸收利用的磷[2]。由于常規(guī)磷銨、過磷酸鈣等工業(yè)生產(chǎn)的磷肥施入土壤后容易被固定成難溶性磷，導(dǎo)致磷肥的當(dāng)季利用率較低[3-4]。在目前能源供應(yīng)緊張、磷資源特別是高品位磷礦資源緊缺[5]、環(huán)境問題日益受到關(guān)注的情況下，傳統(tǒng)磷肥工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)體系，由于存在高能耗、高污染等弊端[6]，已不能滿足經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要。因此，為緩解資源危機(jī)和環(huán)境壓力，突破磷肥行業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)瓶頸，磷礦粉可作為一種緩釋磷肥確保我國糧食安全和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。我國磷礦資源在數(shù)量上比較豐富，但以中、低品位為主(約占60 %)，磷礦在工業(yè)上必須使用高品位的磷礦為原料加工成磷銨、磷酸基NPK復(fù)合肥、硝酸磷肥等磷肥滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，并且也可直接施入土壤，依靠土壤酸性、解磷菌、作物根系分泌的弱酸等作用轉(zhuǎn)化成被作物吸收的磷，不過磷素釋放慢、肥效差[7-9]；在我國磷礦資源不足、品位較低的情況下，應(yīng)充分提高低品位磷礦粉中磷的釋放，使其肥效接近或高于同等量的化學(xué)磷肥[10]。解決這一問題的關(guān)鍵在于改進(jìn)磷肥的性狀，提高難溶性磷形態(tài)向更有利于植物利用的有效形態(tài)轉(zhuǎn)化，提高其有效性。近年來，利用有機(jī)酸類[8,11-12]及高表面活性礦物[13]活化磷礦粉的促釋活化技術(shù)因具有高效、節(jié)能、環(huán)保等特點越來越受到重視。因此，在石灰性土壤中施用被解磷劑處理過的低品位磷礦粉，研究其在土壤中的解磷效果，對緩解磷礦資源危機(jī)具有十分重要的戰(zhàn)略意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】γ-聚谷氨酸具有良好的水溶性、生物相容性、生物可降解性、無毒性等優(yōu)點[14-16]，該物質(zhì)可以改善土壤的保水能力以及土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性[17-18]，同時具有較強(qiáng)的螯合土壤中鐵、鋁、鈣等陽離子的能力，有利于提高土壤磷的有效性。關(guān)于外源有機(jī)質(zhì)γ-聚谷氨酸的輸入對土壤解磷的研究尚處于起步階段，尤其對石灰性土壤解磷研究鮮有報道。【本研究的切入點】本文以草酸和γ-聚谷氨酸2種解磷劑為研究對象，通過分析加入量等因素對河南鄭州石灰性土壤中的有效磷、pH等影響的規(guī)律，揭示解磷劑的作用機(jī)理，為低品位磷礦粉的使用提供數(shù)據(jù)支持?！緮M解決的關(guān)鍵問題】石灰性土壤中使用解磷劑能夠促進(jìn)低品位磷礦粉向有效磷轉(zhuǎn)化并保持持久的有效性，以期為石灰性土壤中的低品位磷礦粉的資源化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤 供試土壤屬潮土，采自河南省鄭州市高新區(qū)。土壤樣品的采集按照NYT395-2012中所描述的方法進(jìn)行操作。土樣風(fēng)干后研細(xì)，過100目篩后備用。供試土壤化學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤基本性狀

1.1.2 供試磷礦粉 磷礦粉由河南力浮科技有限公司提供，品位17 %，為低品位磷礦粉；磨細(xì)過100目篩備用。

1.1.3 供試解磷劑 本試驗研究所用化學(xué)試劑：γ-聚谷氨酸、沸石粉、木質(zhì)素、氨基酸、海泡石粉、硅藻土、腐殖酸、硫磺粉均由河南力浮科技有限公司提供；草酸、EDTA-2Na、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙二酸、海藻酸、檸檬酸、丁二酸均為分析純。

1.2 實驗設(shè)計

室內(nèi)土壤培養(yǎng)實驗于2019年4-9月分兩部分進(jìn)行。第一部分有16種解磷劑，共18個處理(土壤用量為500 g，解磷劑用量為1.25 g，磷礦粉用量為2.5 g)，每個處理重復(fù)3次；第二部分有兩種解磷劑，共8個處理(土壤用量為500 g，解磷劑用量為1.25、0.75、0.25 g，磷礦粉用量為2.5 g),每個處理重復(fù)3次。

土培實驗選用10.2 cm×18 cm ×11 cm培養(yǎng)盆，每盆裝土500 g，磷礦粉2.5 g，解磷劑1.25 g，將土壤濕度調(diào)節(jié)至田間持水量的70 %，充分混勻后于人工氣候箱培養(yǎng)70 d，期間通過稱重保持土壤含水量不變。第1、10、30、50、70、90天分別取1份土壤樣品，烘干研磨裝袋用于土壤各種理化性質(zhì)的的測定。人工氣候箱光周期L∶D=14 h∶10 h，溫度為(25±1)℃、相對濕度為(70±5) %。

1.3 測定方法

土壤pH采用PHS-3C型數(shù)顯酸度計測定(土水比=1∶2.5)；土壤全磷采用H2SO4-HClO4消煮法測定；土壤有效磷含量使用0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提測定；土壤有機(jī)質(zhì)采用高溫加熱重鉻酸鉀氧化法測定；土壤無機(jī)磷分級用參照魯如坤[19]的方法進(jìn)行有效磷浸提試驗。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)使用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。使用DPS 7.05軟件進(jìn)行多重比較，以P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 各解磷劑對土壤速效磷含量的影響

在整個土壤培養(yǎng)階段，各處理組速效磷含量大都高于對照組(圖1)。γ-聚谷氨酸與草酸活化土壤難溶性磷的效果顯著大于其他的解磷劑。檸檬酸與丁二酸處理組的有效磷含量低于單施磷礦粉組，這與介曉磊[20]在石灰性潮土上利用不同濃度的低分子量有機(jī)酸活化土壤無機(jī)磷的研究結(jié)果一致。在低濃度下，低分子量有機(jī)酸對土壤磷的活化具有抑制作用[12]，可能是由于少量有機(jī)酸促進(jìn)土壤對磷的吸附作用。隨有機(jī)酸濃度增大其抑制作用減弱，進(jìn)而促進(jìn)了土壤中磷素的活化。由于γ-聚谷氨酸與草酸活化土壤難溶性磷的效果明顯優(yōu)于其他解磷劑，故本研究繼續(xù)對γ-聚谷氨酸和草酸不同加入量對土壤有效磷含量的影響進(jìn)行探究。

在試驗的1，10， 30， 50， 70 d，γ-聚谷氨酸和草酸處理組的速效磷含量顯著高于單施磷礦粉組(圖2)，且隨著解磷劑加入量的增大土壤中有效磷含量隨之提高。在培養(yǎng)期70 d內(nèi)，γ-聚谷氨酸、草酸處理組的速效磷含量比單施磷礦粉組平均提高了46.95 %、30.93 %。以上結(jié)果表明，γ-聚谷氨酸和草酸解磷劑均能促釋難溶態(tài)磷，增加土壤中有效磷含量。其原因可能為γ-聚谷氨酸和草酸施入土壤后能改善土壤的物理環(huán)境，活化難溶性磷，提高磷的利用率;另一方面，γ-聚谷氨酸和草酸能螯合土壤中能與磷結(jié)合的鈣、鐵、鋁，提高了有效磷的含量。

2.2 不同解磷劑處理對土壤pH值的影響

土壤pH值是土壤酸堿度的重要指標(biāo)，是影響土壤中營養(yǎng)元素釋放和有效性的重要因素[16]。培養(yǎng)初期，土壤pH整體升高(圖3)，后期又下降。草酸施入土壤后，由于其含有羧基酸性基團(tuán)，通過酸解把土壤中的難溶性磷轉(zhuǎn)化為有效磷。培養(yǎng)后期，由于土壤具有比較強(qiáng)的緩沖能力，所以土壤pH在一定程度上升高。與草酸相比，γ-聚谷氨酸在整個培養(yǎng)期間土壤pH一直比對照組(單施磷礦粉)高，但是其有效磷卻最高。說明γ-聚谷氨酸作為解磷劑不是通過酸解作用促釋難溶性磷，可能是由于γ-聚谷氨酸比較強(qiáng)的螯合能力促釋難溶性磷[21]。

2.3 γ-聚谷氨酸解磷劑對土壤無機(jī)磷含量的影響

由表2所示，無機(jī)磷是主要的土壤磷源，據(jù)文獻(xiàn)報道土壤無機(jī)磷中的Ca8-P，Ca2-P是重要的有效磷源， Al-P、Fe-P是重要的潛在速效磷供給源，而O-P(閉蓄態(tài)磷)、Ca10-P為植物難以利用的磷。潮土中無機(jī)磷的77 %是Ca10-P，由于實驗所用磷礦粉中Ca10-P含量與潮土原有含量相當(dāng)，土壤中添加磷礦粉后， Ca10-P含量顯著提高。實驗70 d內(nèi)，與單施磷礦粉組相比，γ-聚谷氨酸和草酸處理均可增加土壤中的Fe-P， Ca8-P，Ca2-P含量，降低Ca10-P的含量;實驗70 d內(nèi)，γ-聚谷氨酸處理組 Ca10-P的量均比草酸處理組低，說明γ-聚谷氨酸螯合鈣離子的能力優(yōu)于草酸。石灰性土壤中添加草酸和γ-聚谷氨酸都能活化土壤難溶性磷，并且γ-聚谷氨酸的活化效果優(yōu)于草酸。

表2 解磷劑對石灰性土壤中各無機(jī)磷組分的的影響

3 討 論

與單施磷礦粉組相比，添加γ-聚谷氨酸均可以顯著提高土壤中速效磷的含量，在整個實驗過程中γ-聚谷氨酸處理有效磷含量提高46.95 %，第50 天有效磷凈增量最高為60.10 %。隨著γ-PGA加入量的增加有效磷含量增加的效果更加明顯。從增加的趨勢來看，γ-聚谷氨酸的加入量每增加20 %，土壤有效磷含量的增加率分別為217.49 %和71.66 %,說明隨著γ-聚谷氨酸量的增加，土壤有效磷含量雖然也在增加，但是增加速率放緩。

γ-聚谷氨酸可以促進(jìn)Ca10-P向Al-P、Fe-P， Ca2-P，Ca8-P轉(zhuǎn)化，增加土壤中有效磷的含量。

石灰性土壤中磷主要與鈣結(jié)合從而使磷逐漸喪失有效性，γ-聚谷氨酸比草酸作用效果好，是因為γ-聚谷氨酸螯合堿性土壤鈣離子的能力優(yōu)于草酸。本研究為今后磷礦粉在石灰性土壤上的直接應(yīng)用提供了理論參考，γ-聚谷氨酸與磷礦粉可以在石灰性土壤上混合施用。