不同磷肥對(duì)潮土磷形態(tài)及有效性的影響

王柏寒，郭斗斗，黃紹敏，徐祺豪，張珂珂

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002)

磷是作物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，是作物主要的營(yíng)養(yǎng)限制因子。作物吸收的磷基本來自土壤中的有效磷，而土壤中的磷素來源主要是肥料中帶入的磷素，因此，施磷肥是增加土壤磷含量，提高作物產(chǎn)量和磷素有效性的主要方法[1-2]。由于磷肥在土壤中的移動(dòng)性差，長(zhǎng)期施入磷肥導(dǎo)致磷素在土壤中積累，磷肥利用率低，磷素當(dāng)季利用率只有10%～25%[3-5]，且潮土是石灰性土壤，富含碳酸鈣，對(duì)磷有強(qiáng)烈的固定作用，極大地降低了土壤中磷的有效性，過量的磷固定在土壤中還可能造成土壤磷素的淋失，加劇環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[6-9]，所以在農(nóng)田施肥中，應(yīng)根據(jù)土壤磷素狀況科學(xué)施肥[10]。

而磷肥的有效性和作物產(chǎn)量與磷肥自身組成、形態(tài)以及施入土壤的特性及數(shù)量有關(guān)[11-14]，所以探究磷肥類型及磷肥施用量對(duì)作物產(chǎn)量及土壤磷含量的影響，對(duì)合理施用磷肥提高土壤磷有效性，既能保證我國(guó)糧食安全生產(chǎn)，又不破壞土壤及水環(huán)境具有重要意義。

大量研究表明，長(zhǎng)期合理施用磷肥可顯著提高土壤全磷含量，提高有效磷庫、土壤無機(jī)態(tài)磷含量[15-20]。而不同外源磷形態(tài)及施肥方式對(duì)土壤磷素有效性及磷素在土壤中的累積和轉(zhuǎn)化存在差異[15，21]。郭斗斗等[22]分析化肥、有機(jī)肥、秸稈作為主要外源磷素形態(tài)對(duì)潮土磷素有效性的影響，結(jié)果表明，化學(xué)磷素與有機(jī)肥磷素協(xié)同使用可促使無效態(tài)磷向有效態(tài)磷及緩效態(tài)磷轉(zhuǎn)化，提升土壤磷素有效性；金亮等[23]研究結(jié)果表明，磷酸一銨施入石灰性土壤后，肥料磷具有較高的移動(dòng)性和有效性，明顯提高了土壤磷的有效利用；張皓禹等[12]研究不同種類的磷肥施用后土壤磷有效性的動(dòng)態(tài)變化和分布特點(diǎn)，結(jié)果表明，水溶性聚磷酸銨在土壤中移動(dòng)性較好，使土壤深層有效磷含量增加，利于根系生長(zhǎng)和養(yǎng)分的吸收，提高產(chǎn)量；馬丹等[24]田間試驗(yàn)結(jié)果表明，磷酸一銨和磷酸脲提高壤土土壤有效磷含量，作物產(chǎn)量及磷肥利用率的效果優(yōu)于重過磷酸鈣。已有研究表明，不同磷肥種類對(duì)土壤磷有效性的影響不同，但針對(duì)磷肥種類影響潮土土壤磷有效性的機(jī)理及磷肥種類對(duì)潮土磷形態(tài)的影響鮮有報(bào)道。

磷肥的有效性及作物產(chǎn)量與磷肥自身組成、形態(tài)及施用量有關(guān)，潮土作為黃淮海平原最主要的農(nóng)業(yè)土壤，探究不同磷肥對(duì)潮土土壤作物產(chǎn)量及磷有效性影響的差異，為提高潮土磷有效性及作物產(chǎn)量提供理論依據(jù)，顯得尤為重要。為此，于2016-2019年采用田間微區(qū)試驗(yàn)，分析磷酸一銨和過磷酸鈣在不同施用量條件下，對(duì)作物產(chǎn)量和潮土土壤磷素有效性影響的差異，并通過對(duì)比不同磷肥對(duì)土壤有效磷、各形態(tài)無機(jī)磷含量的影響，進(jìn)一步分析土壤磷素有效性差異的原因，以期為磷肥的合理施用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置在國(guó)家潮土土壤肥力和肥料效益長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)基地，其屬于溫帶季風(fēng)氣候，年均降雨量約660 mm，主要集中于7-9月。選擇試驗(yàn)基地內(nèi)原始磷水平(Olsen-P含量)為22.5 mg/kg的試驗(yàn)區(qū)，分割成1.20 m×0.60 m=0.72 m2的微區(qū)，每個(gè)微區(qū)用60 cm×40 cm×3 cm的石板隔開。選用過磷酸鈣(標(biāo)記為SSP)和磷酸一銨(標(biāo)記為MAP)2個(gè)磷肥品種，分別設(shè)置3個(gè)磷肥水平(P1、P2、P3)，P2O5用量分別是，小麥季：55.1，82.5，110.0 kg/hm2，玉米季：62.6，93.8，125.0 kg/hm2；各處理N、K肥用量相同(小麥季N：165.0 kg/hm2，K2O：82.5 kg/hm2；玉米季N：187.5 kg/hm2，K2O：90.0 kg/hm2)，每個(gè)水平重復(fù)3次，對(duì)比施用過磷酸鈣和磷酸一銨作為磷肥來源的效果。氮肥使用尿素，鉀肥使用KCl試劑。

試驗(yàn)從2016年10月開始，小麥玉米輪作，連續(xù)種植。各年度依據(jù)土壤和天氣狀況播種，小麥播種時(shí)間為10月中旬，玉米為6月上旬。施肥時(shí)間為播種前一天，施肥后，各小區(qū)深翻一次。各年度依據(jù)土壤狀況適當(dāng)灌溉，保證作物正常生長(zhǎng)。

1.2 樣品采集及測(cè)定方法

冬小麥6月上旬收獲，收獲方法為貼地面收割各小區(qū)地上部全部小麥，整捆裝網(wǎng)袋，測(cè)產(chǎn)。夏玉米9月下旬收獲，收獲方法為各小區(qū)地上部玉米全部收割，放入網(wǎng)袋風(fēng)干后測(cè)產(chǎn)。小麥、玉米收獲后采集土壤樣品，使用取土鉆在各小區(qū)內(nèi)隨機(jī)取兩點(diǎn)混合為一個(gè)土樣，取土深度為0～20 cm，土樣帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，揀去雜物后研磨，過2 mm篩測(cè)定土壤有效磷含量，過0.149 mm篩測(cè)定土壤無機(jī)磷形態(tài)。試驗(yàn)開始連續(xù)4季試驗(yàn)取耕層土樣后，從第4季開始，每周年取一次耕層土樣。基礎(chǔ)供試土壤有效鉀含量為62.6 mg/kg、有效磷22.5 mg/kg、堿解氮79.9 mg/kg、有機(jī)質(zhì)13.6 g/kg、全磷0.64 g/kg、全氮0.75 g/kg。

土壤有效磷含量使用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定[25]，土壤無機(jī)磷形態(tài)分級(jí)使用顧益初等[26]的無機(jī)磷分級(jí)法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)計(jì)算及處理

磷肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施磷處理產(chǎn)量/施肥量，無機(jī)磷相對(duì)含量(%)=(某一形態(tài)無機(jī)磷含量(mg/kg))/(無機(jī)磷總量(mg/kg))×100%。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel和Origin 2018進(jìn)行分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷肥對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量的影響

在各施磷水平下，小麥、玉米產(chǎn)量除2018年外，均表現(xiàn)為磷酸一銨處理高于過磷酸鈣處理(表1)。與過磷酸鈣處理相比，磷酸一銨處理在3種施磷水平(P1、P2、P3)下，小麥平均產(chǎn)量分別增加24.9%，19.7%，22.0%，玉米平均產(chǎn)量分別增加29.6%，28.7%，32.2%。磷酸一銨對(duì)玉米平均產(chǎn)量的提高效果整體大于小麥。受年際間產(chǎn)量變化的影響，2018年和2019年小麥、玉米產(chǎn)量較2017年均有所降低，但在產(chǎn)量降低的情況下，磷酸一銨處理小麥、玉米產(chǎn)量仍高于過磷酸鈣處理。

表1 不同磷肥對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量的影響Tab.1 Effects of different phosphate fertilizer on wheat and maize yield kg/hm2

對(duì)小麥玉米年均總產(chǎn)量分析，過磷酸鈣處理在3種施磷水平(P1、P2、P3)下，小麥玉米年均總產(chǎn)量分別為15 728，14 736，16 872 kg/hm2，磷酸一銨處理分別為20 063，18 348，21 334 kg/hm2。與P1水平相比，P3水平下過磷酸鈣和磷酸一銨處理的小麥玉米年均總產(chǎn)量分別提高7.3%，6.3%，與P2水平相比分別提高14.5%，16.3%。

2.2 不同磷肥對(duì)潮土磷肥偏生產(chǎn)力的影響

由表2可知，不同施磷水平下，過磷酸鈣和磷酸一銨處理小麥、玉米磷肥偏生產(chǎn)力存在差異。對(duì)小麥、玉米年均磷肥偏生產(chǎn)力分析，其隨施磷水平的增加呈降低趨勢(shì)。過磷酸鈣處理在3種施磷水平(P1、P2、P3)下，小麥季磷肥年平均偏生產(chǎn)力分別為124.2，82.7，62.0 kg/kg，玉米季分別為142.1，84.4，78.8 kg/kg；磷酸一銨處理小麥季磷肥年平均偏生產(chǎn)力分別為155.2，98.9，75.7 kg/kg，玉米季分別為184.2，108.6，104.2 kg/kg。與過磷酸鈣處理相比，在P1、P2、P3水平下磷酸一銨處理小麥季磷肥年平均偏生產(chǎn)力分別提高31.0，16.2，13.6 kg/kg，玉米季磷肥年平均偏生產(chǎn)力分別提高42.1，24.2，25.4 kg/kg。不同施磷量下小麥、玉米的磷肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為磷酸一銨處理高于過磷酸鈣處理，磷酸一銨對(duì)玉米磷肥偏生產(chǎn)力的提高效果優(yōu)于小麥。

表2 不同磷肥對(duì)小麥、玉米磷肥偏生產(chǎn)力的影響Tab.2 Effects of different phosphate fertilizer on the partial productivity of phosphate fertilizer in wheat and maize kg/kg

2.3 不同磷肥對(duì)潮土土壤有效磷的影響

由表3可知，在不同施磷水平下，土壤有效磷含量總體隨施磷量的增加呈增加趨勢(shì)。對(duì)連續(xù)3 a施用不同磷肥的土壤有效磷平均含量進(jìn)行分析，P3水平下過磷酸鈣和磷酸一銨處理的土壤有效磷平均含量分別比P1水平提高34.1%，29.0%，分別比P2水平提高9.9%，20.0%。與施用過磷酸鈣處理相比，磷酸一銨處理在施磷水平P1、P3下，土壤有效磷平均含量分別提高9.6%，5.4%；在施磷水平P2下土壤有效磷平均含量降低3.4%，磷酸一銨對(duì)土壤有效磷含量的提高效果總體優(yōu)于過磷酸鈣。

表3 不同磷肥對(duì)土壤有效磷的影響Tab.3 Effect of different phosphate fertilizer on soil available phosphorus mg/kg

在本試驗(yàn)條件下，通過對(duì)施用不同磷肥土壤pH值與有效磷含量相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析，土壤有效磷含量與pH值呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)方程為：YSSP=-6.225 1X+70.08，YMAP=-21.214X+198.17，土壤pH值每降低1個(gè)單位，過磷酸鈣處理土壤有效磷約增加6.23 mg/kg，磷酸一銨處理土壤有效磷約增加21.21 mg/kg，也證明了磷酸一銨提高土壤磷素有效性的能力強(qiáng)于過磷酸鈣。

2.4 不同磷肥對(duì)潮土無機(jī)磷組分的影響

由表4可知，施用不同磷肥土壤無機(jī)磷組分轉(zhuǎn)化不同。施用過磷酸鈣和磷酸一銨均能增加土壤無機(jī)磷總量，與2017年相比，2019年過磷酸鈣處理在3種施磷水平(P1、P2、P3)下土壤無機(jī)磷總量分別增加70.5，42.2，134.5 mg/kg，以Al-P、Fe-P增加為主，其中土壤Al-P含量分別增加19.1%，23.7%，23.1%，F(xiàn)e-P含量分別增加24.9%，23.3%，32.6%；磷酸一銨處理土壤無機(jī)磷總量分別增加22.2，26.0，37.2 mg/kg，以Ca2-P、Ca8-P增加為主，其中土壤Ca2-P含量分別增加13.4%，18.5%，26.1%，Ca8-P含量分別增加17.2%，21.3%，15.8%。磷酸一銨處理土壤Ca10-P、O-P平均含量分別減少2.8%，14.5%，過磷酸鈣處理土壤Ca10-P、O-P平均含量分別增加2.1%，10.9%。磷酸一銨對(duì)土壤Ca2-P、Ca8-P的提高程度高于過磷酸鈣處理，且降低了無效態(tài)的Ca10-P、O-P的含量，故磷酸一銨提高土壤磷素有效性的能力高于過磷酸鈣。

表4 2019年不同磷肥處理土壤各形態(tài)無機(jī)磷的含量Tab.4 The content of inorganic phosphorus under different phosphorus fertilizer treatments in 2019 mg/kg

過磷酸鈣和磷酸一銨處理土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量均隨施磷量的增加而增加。與過磷酸鈣處理相比，2019年磷酸一銨處理在不同施磷水平(P1、P2、P3)下，土壤Ca2-P含量分別提高18.5%，9.4%，14.9%，土壤Ca8-P含量在P1、P3水平下分別提高4.0%，8.9%，在P2水平下降低4.1%；與磷酸一銨處理相比，過磷酸鈣處理在不同施磷水平(P1、P2、P3)下，土壤Al-P含量分別提高21.1%，22.6%，19.9%，土壤Fe-P含量分別提高27.9%，36.4%，31.0%。磷酸一銨處理土壤無機(jī)磷增加以Ca2-P、Ca8-P為主，過磷酸鈣處理以Al-P、Fe-P為主，且過磷酸鈣對(duì)土壤Al-P、Fe-P的增加幅度高于磷酸一銨對(duì)Ca2-P、Ca8-P的增加幅度，所以與過磷酸鈣相比，磷酸一銨更能提高土壤中有效性較高的無機(jī)磷含量。

2.5 不同磷肥對(duì)潮土無機(jī)磷組分分布的影響

對(duì)施用不同磷肥土壤各形態(tài)無機(jī)磷的相對(duì)含量變化進(jìn)行分析(圖1)，在3種施磷水平(過磷酸鈣處理標(biāo)記為SSP-1、SSP-2、SSP-3，磷酸一銨處理標(biāo)記為MAP-1、MAP-2、MAP-3)下，2019年磷酸一銨處理土壤Ca2-P相對(duì)含量分別為1.4%，2.0%，2.1%，比過磷酸鈣處理提高0.25，0.30，0.33百分點(diǎn)，土壤Ca8-P相對(duì)含量分別為28.7%，30.3%，33.1%，比過磷酸鈣處理提高1.73，0.80，3.60百分點(diǎn)；而過磷酸鈣處理土壤Al-P相對(duì)含量分別為6.6%，7.0%，7.2%，比磷酸一銨處理提高1.27，1.19，1.26百分點(diǎn)，土壤Fe-P相對(duì)含量分別為8.1%，9.0%，8.6%，比磷酸一銨處理提高2.12，2.87，2.49百分點(diǎn)。磷酸一銨處理增加Ca2-P、Ca8-P相對(duì)含量的效果優(yōu)于過磷酸鈣處理，而過磷酸鈣處理增加土壤Al-P、Fe-P相對(duì)含量的效果強(qiáng)于磷酸一銨處理。與2017年相比，過磷酸鈣處理土壤Ca10-P相對(duì)含量平均減少2.87百分點(diǎn)，O-P相對(duì)含量平均提高0.19百分點(diǎn)；磷酸一銨處理土壤Ca10-P、O-P相對(duì)含量分別平均減少2.47，2.07百分點(diǎn)，磷酸一銨處理降低O-P相對(duì)含量的效果優(yōu)于過磷酸鈣處理。過磷酸鈣主要提高土壤中Al-P、Fe-P相對(duì)含量，而磷酸一銨可以提高有效性強(qiáng)的Ca2-P、Ca8-P相對(duì)含量，減少Ca10-P、O-P相對(duì)含量，從而減少磷在潮土中的固定和沉淀，所以磷酸一銨提高土壤磷有效性的能力強(qiáng)于過磷酸鈣。

圖1 不同磷肥種類對(duì)土壤無機(jī)磷組分分布的影響Fig.1 Effects of different phosphate fertilizer varieties on the distribution of inorganic phosphorus components in fluvo-aquic soil

3 結(jié)論與討論

與過磷酸鈣處理相比，磷酸一銨能夠提高潮土土壤作物產(chǎn)量及磷肥偏生產(chǎn)力。施用磷酸一銨與過磷酸鈣均能提高土壤有效磷、無機(jī)磷含量，且施磷水平越高提高程度越大。磷酸一銨對(duì)土壤有效磷、Ca2-P、Ca8-P的提高程度均高于過磷酸鈣處理，過磷酸鈣對(duì)土壤Al-P、Fe-P的增加幅度高于磷酸一銨處理，磷酸一銨提高潮土磷素有效性的能力高于過磷酸鈣。

在磷肥施用量相同的前提下，不同的磷肥種類對(duì)作物產(chǎn)量和磷肥有效性的影響存在差異，應(yīng)從土壤類型、肥料的酸堿度和水溶性等因素綜合考慮[27-29]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，磷酸一銨在潮土的施用效果優(yōu)于過磷酸鈣，其原因可能包括：由于磷在土壤中的不易移動(dòng)性和易固定性，肥料在土壤中的溶解度對(duì)其是否易被吸收顯得尤為重要，磷酸一銨的溶解度高于過磷酸鈣，故磷酸一銨施入土壤后，能夠較快地溶解并被作物吸收，被土壤固定下來的量減少，其有效性高于過磷酸鈣，最終磷酸一銨的磷肥利用率顯著高于過磷酸鈣；也有可能與土壤的酸堿度有關(guān)，蘇同慶等[30]結(jié)果表明，土壤Olsen-P含量與pH值呈明顯的負(fù)相關(guān)，此結(jié)果與本試驗(yàn)結(jié)論一致。

在潮土各形態(tài)無機(jī)磷組分中，以Ca2-P最容易被作物吸收利用，有效性最高，其次是Ca8-P；Al-P、Fe-P的有效性低于Ca2-P和Ca8-P，Ca10-P和O-P有效性最低。對(duì)本試驗(yàn)條件下，不同磷肥種類對(duì)土壤各形態(tài)無機(jī)磷的影響分析可知，與過磷酸鈣處理相比，磷酸一銨處理能提高土壤Ca2-P、Ca8-P含量及相對(duì)含量，降低Ca10-P、O-P含量及相對(duì)含量，在作物帶走土壤磷基礎(chǔ)上，通過提高土壤有效性較高的無機(jī)磷含量，保持土壤中有效磷含量高于過磷酸鈣處理，增加作物產(chǎn)量，此結(jié)果與金亮等[23]提出的MAP施用后，土壤各種形態(tài)無機(jī)磷以有效性較高的Ca2-P、Ca8-P的增幅較大的結(jié)論基本一致。