小麥玉米秸稈長期還田對砂姜黑土磷庫組成的影響

徐悅，陳翔，王擎運，羅來超，張朝春，3，李金才，葉新新，郜紅建，柴如山*

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室/自然資源部江淮耕地資源保護(hù)與生態(tài)修復(fù)重點實驗室/安徽省綠色磷肥智能制造與高效利用工程研究中心，合肥 230036；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，合肥 230036；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

我國小麥和玉米施用磷肥的增產(chǎn)率分別為14.3%和12.2%，但磷肥利用率僅為16.9%和15.3%。這主要是因為磷肥施入農(nóng)田后易被土壤固定，難以被作物有效利用，從而造成磷肥當(dāng)季利用率較低。隨著磷肥的逐年施用，土壤中累積盈余的磷素在一定條件下向水體的遷移存在引發(fā)水體富營養(yǎng)化的潛在風(fēng)險。因此，農(nóng)田土壤中磷素的轉(zhuǎn)化循環(huán)以及土壤中累積態(tài)磷的有效化備受關(guān)注。有研究顯示，秸稈還田會對土壤磷庫組成及磷有效性產(chǎn)生影響，有利于提升土壤供磷能力。安徽省是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，皖北為全省小麥和玉米主產(chǎn)區(qū)，耕作制度主要為小麥-玉米輪作，小麥和玉米秸稈資源豐富，分別占全省小麥和玉米秸稈總產(chǎn)量的70.0% 和88.1%。該區(qū)域主要土壤類型為砂姜黑土，其在全國砂姜黑土總面積中占比高達(dá)50%左右。砂姜黑土具有質(zhì)地黏重、干縮濕脹、耕性差等不良屬性，是我國黃淮海平原主要中低產(chǎn)土壤之一。相關(guān)研究表明，秸稈還田在砂姜黑土改良和培肥方面可發(fā)揮積極作用。在砂姜黑土水稻-小麥輪作區(qū)開展的3 a 定位試驗發(fā)現(xiàn)，秸稈還田配施化肥顯著提高了磷酸二鈣和磷酸鐵的含量及占比，降低了磷灰石的含量和占比，秸稈還田可促進(jìn)緩效態(tài)無機(jī)磷向高活性無機(jī)磷的轉(zhuǎn)化。在砂姜黑土小麥-大豆輪作制度上的定位試驗結(jié)果表明，小麥秸稈長期還田顯著增加了土壤有機(jī)磷總量及活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷的含量，其中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷的占比在秸稈還田處理下的增幅較大。然而，目前在皖北地區(qū)小麥-玉米輪作體系下秸稈還田對砂姜黑土磷庫組成與磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響尚不明晰，缺乏較為系統(tǒng)的研究。土壤磷庫由無機(jī)磷和有機(jī)磷兩部分組成，不同磷組分的含量和比例決定著土壤供磷能力。土壤磷分級是分析土壤磷庫特征與評價土壤磷素有效性的重要手段。本研究依托皖北典型砂姜黑土區(qū)秸稈還田長期定位試驗，探討小麥秸稈覆蓋還田和玉米秸稈粉碎旋耕還田對砂姜黑土磷素含量及形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響，以期為砂姜黑土累積態(tài)磷的活化及秸稈還田條件下的化學(xué)磷肥合理配施與農(nóng)田磷素優(yōu)化管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究在安徽省亳州市蒙城縣農(nóng)業(yè)科技示范場（33°09′N，116°33′E）內(nèi)進(jìn)行，試驗地所在區(qū)域位于華北平原南部，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.8 ℃，年平均日照時數(shù)2 410 h，年平均降水量733 mm。試驗地土壤類型為砂姜黑土，定位試驗始于2008 年，試驗初始耕層（0～20 cm）土壤pH 6.5，有機(jī)質(zhì)12.5 g·kg，全氮0.99 g·kg，堿解氮80.2 mg·kg，有效磷15.4 mg·kg，速效鉀100.3 mg·kg。

1.2 試驗設(shè)計

田間試驗采用該區(qū)域典型的小麥-玉米一年兩熟輪作制度，供試小麥品種為“煙農(nóng)19”，玉米品種為“鄭單958”。試驗設(shè)置5 個處理：不施肥（CK）、常規(guī)施肥（F）、常規(guī)施肥+小麥秸稈單季還田（FWS）、常規(guī)施肥+玉米秸稈單季還田（FMS）、常規(guī)施肥+小麥玉米秸稈雙季還田（FWMS）。常規(guī)施肥量為：小麥季N 240.0 kg·hm，PO90.0 kg·hm，KO 90.0 kg·hm；玉米季N 300.0 kg·hm，PO67.5 kg·hm，KO 67.5 kg·hm。小麥及玉米季磷、鉀肥均以基肥形式一次性施入，小麥季氮肥基肥、拔節(jié)期追肥用量分別為132.0 kg·hm（占比55.0%）和108.0 kg·hm（占比45.0%），玉米季氮肥基肥、6葉展期追肥和12葉展期追肥用量分別為67.5（占比22.5%）、112.5 kg·hm（占比37.5%）和120.0 kg·hm（占比40.0%）。部分氮肥及全部磷、鉀肥以復(fù)合肥（N、PO、KO 比例為15∶15∶15）形式施入，氮肥不足部分由尿素補(bǔ)充。小麥秸稈還田方式為全量粉碎覆蓋還田，還田量約為7 500 kg·hm；玉米秸稈還田方式為全量粉碎旋耕還田，還田量約為12 000 kg·hm。小麥播種量為135 kg·hm，玉米播種量為37.5 kg·hm。除施肥差異外，各處理病蟲草害等其他田間管理措施按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)操作進(jìn)行并保持一致。考慮到機(jī)械化播種、收獲及秸稈粉碎還田的可操作性，試驗設(shè)置為大區(qū)試驗，取樣時將每個大區(qū)劃分為3塊區(qū)域（5.4 m×8.5 m），作為3次重復(fù)。

1.3 測定項目與方法

于2020 年5 月底小麥成熟期采用五點取樣法用土鉆采集各試驗小區(qū)耕層（0～20 cm）土壤，剔除可見的植物根系和有機(jī)殘體及石礫等雜物，置于室內(nèi)陰涼處自然風(fēng)干，碾碎磨細(xì)后一部分過2 mm篩，用于測定土壤有效磷含量及有機(jī)磷分級，另一部分過0.149 mm 篩，用于測定土壤全磷含量及無機(jī)磷分級。土壤有效磷含量采用0.5 mol·LNaHCO浸提-鉬銻抗比色法測定，土壤全磷含量采用NaOH 熔融-鉬銻抗比色法測定。土壤無機(jī)磷分級采用蔣柏藩和顧益初提出的石灰性土壤無機(jī)磷分級方法，分級順序依次為磷酸二鈣（Ca-P，0.25 mol·LNaHCO浸提）、磷酸八鈣（Ca-P，0.5 mol·LNHOAc 浸提）、磷酸鋁（Al-P，0.5 mol·LNHF 浸提）、磷酸鐵（Fe-P，0.1 mol·LNaOH-0.1 mol·LNaCO浸提）、閉蓄態(tài)磷（O-P，0.3 mol·LNaCHO+0.5 mol·LNaOH 浸提）、磷灰石（Ca-P，0.25 mol·LHSO浸提）。土壤有機(jī)磷分級采用Bowman-Cole 有機(jī)磷分級體系，將有機(jī)磷分為活性有機(jī)磷（0.5 mol·LNaHCO浸提）、中活性有機(jī)磷（1.0 mol·LHSO+0.5 mol·LNaOH 浸提）、中穩(wěn)性有機(jī)磷（0.5 mol·LNaOH 浸提，在pH 1.0～1.8 條件下不發(fā)生沉淀的富里酸態(tài)有機(jī)磷）和高穩(wěn)性有機(jī)磷（0.5 mol·LNaOH 浸提，在pH 1.0～1.8 條件下發(fā)生沉淀的胡敏酸態(tài)有機(jī)磷）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

土壤磷活化系數(shù)=土壤有效磷含量（mg·kg）/土壤全磷含量（mg·kg）×100%

相關(guān)試驗數(shù)據(jù)處理和圖表制作由Excel 2016 軟件完成，利用SPSS 24.0 軟件中的Duncan 法進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗，在DPS 10.0軟件中采用相關(guān)分析和通徑分析方法明確不同磷組分對有效磷的貢獻(xiàn)大小及作用方式。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對砂姜黑土磷素含量及磷活化系數(shù)的影響

由表1 可知，常規(guī)施肥+秸稈還田處理（FWS、FMS、FWMS）與常規(guī)施肥處理（F）12 a 后的土壤磷素含量及磷活化系數(shù)均顯著高于不施肥處理（CK）（＜0.05）。與F 處理相比，小麥和玉米秸稈還田對土壤全磷、無機(jī)磷、有機(jī)磷、有效磷含量及磷活化系數(shù)均有顯著的提升效果。FWS、FMS和FWMS處理的土壤全磷含量較F處理分別增加了12.6%、7.5%和16.6%，以FWMS 處理的 土壤全磷含量最高；FWS、FMS 和FWMS 的無機(jī)磷總量分別增加了10.3%、5.6% 和8.1%；有機(jī)磷總量分別增加了9.6%、14.9%和9.1%；有效磷含量的增加幅度較大，分別為17.6%、16.4%和21.6%。FWS 和FWMS 處理的土壤無機(jī)磷總量與有機(jī)磷總量的比值與F 處理無明顯差異。FWS、FMS 及FWMS 處理的土壤磷活化系數(shù)均顯著高于F 處理，分別增加了13.9%、20.4%和14.0%。這表明秸稈還田可促進(jìn)土壤中全磷向有效磷的轉(zhuǎn)化，有助于提高土壤中磷的有效性。不同秸稈還田處理間土壤無機(jī)磷、有機(jī)磷總量和有效磷含量及磷活化系數(shù)無顯著差異。

表1 不同處理下的土壤磷素含量和磷活化系數(shù)Table 1 Contents of soil phosphorus and phosphorus activation coefficient（PAC）under different treatments

2.2 不同處理對砂姜黑土無機(jī)磷組分含量的影響

與CK 處理相比，F(xiàn) 處理下的土壤各無機(jī)磷組分含量均發(fā)生了不同程度的變化，其中Al-P、Fe-P 和Ca-P的含量顯著增加（＜0.05），Ca-P和O-P含量略有增加，Ca-P 含量略有下降（表2）。在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈還田均顯著提高了土壤Ca-P、Al-P及Fe-P含量，與F處理相比，F(xiàn)WS、FMS和FWMS處理Ca-P 含量分別增加了32.3%、28.4%和43.8%，Al-P含量分別增加了15.3%、10.7%和13.4%，F(xiàn)e-P 含量的增加幅度分別為14.6%、9.2%和9.6%。FWS、FMS 和FWMS 處理的Ca-P 含量均高于F 處理，分別增加了19.0%、91.7%和61.4%，其中FMS 和FWMS 處理與F處理相比差異顯著。秸稈還田條件下4 種土壤無機(jī)磷組分的絕對增量排序為Ca-P＞Al-P＞Fe-P＞Ca-P，相對增幅排序則為Ca-P＞Ca-P＞Al-P＞Fe-P。小麥玉米秸稈還田對土壤O-P 含量的影響不顯著；與F處理相比，F(xiàn)MS和FWMS處理的土壤Ca-P含量下降。

表2 不同處理下的砂姜黑土無機(jī)磷組分含量（mg·kg-1）Table 2 Contents of inorganic phosphorus fractions in lime concretion black soil under different treatments（mg·kg-1）

2.3 不同處理對砂姜黑土有機(jī)磷組分含量的影響

由表3 可知，與CK 處理相比，F(xiàn) 處理土壤活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷含量分別顯著增加了110.8%、43.2%和32.0%，土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷含量在F處理下有所降低。FWS、FMS、FWMS處理土壤活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷含量均顯著高于F 處理，其中土壤活性有機(jī)磷含量分別增加了28.2%、17.3%和16.7%，中活性有機(jī)磷含量分別增加了10.1%、23.4%和18.7%，中穩(wěn)性有機(jī)磷含量分別增加了23.4%、39.4%和29.4%，3 種土壤有機(jī)磷組分的絕對增量排序為中活性有機(jī)磷＞中穩(wěn)性有機(jī)磷＞活性有機(jī)磷，相對增幅排序為中穩(wěn)性有機(jī)磷＞中活性有機(jī)磷＞活性有機(jī)磷。相較于F 處理，F(xiàn)WS、FMS 和FWMS處理土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷含量分別降低了18.9%、53.2%和64.0%，其中FMS 和FWMS 兩個處理達(dá)顯著水平。

表3 不同處理下的砂姜黑土有機(jī)磷組分含量（mg·kg-1）Table 3 Contents of organic phosphorus fractions in lime concretion black soil under different treatments（mg·kg-1）

2.4 不同處理對砂姜黑土磷組分比例的影響

由圖1 可知，CK 處理下砂姜黑土無機(jī)磷組分中以Ca-P的占比（51.3%）最高，其次為O-P（17.5%）和Fe-P（14.2%），而Ca-P、Al-P 和Ca-P 的占比相對較低，分別為8.6%、6.1%和2.3%。F 處理下Ca-P 的占比為32.7%，F(xiàn)e-P 和Al-P 的占比較為接近，分別為20.0%和19.1%，O-P 和Ca-P 的占比分別為13.8%和12.7%，而Ca-P 的占比（1.7%）最低。與CK 相比，F(xiàn)處理下Al-P、Fe-P 和Ca-P 的占比顯著增加，Ca-P與O-P的占比顯著下降。FWS、FMS和FWMS處理下砂姜黑土各無機(jī)磷組分占比從高到低排序依次為Ca-P（29.2%～31.7%）＞Fe-P（20.2%～20.4%）＞Al-P（19.7%～19.8%）＞Ca-P（14.8%～16.3%）＞O-P（11.4%～12.6%）＞Ca-P（1.8%～3.1%）。相較于F 處理，F(xiàn)WS、FMS、FWMS 處 理 下Ca-P 占比 分別 增加16.5%、18.1%和28.3%；Al-P 和Fe-P 占比也有上升趨勢，但與F 處理相比差異不顯著；O-P 和Ca-P 的占比下降，其中FWS 和FWMS 處理O-P 占比分別顯著下降了16.7%和17.4%，F(xiàn)MS 和FWMS 處理Ca-P 占比分別顯著下降了10.7%和8.9%。

各處理砂姜黑土有機(jī)磷組分中均以中活性有機(jī)磷的占比最高，為61.8%～70.8%（圖1），CK 處理土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷占比分別為19.1%和13.5%，活性有機(jī)磷的占比最低，僅為5.7%。F處理下4 種土壤有機(jī)磷組分占比從高到低排序依次為中活性有機(jī)磷（65.2%）＞高穩(wěn)性有機(jī)磷（13.1%）≈中穩(wěn)性有機(jī)磷（13.0%）＞活性有機(jī)磷（8.7%）。與CK 相比，F(xiàn) 處理下活性有機(jī)磷和中活性有機(jī)磷占比顯著增加，而高穩(wěn)性有機(jī)磷占比顯著下降。秸稈還田處理下土壤有機(jī)磷組分占比從高到低排序依次為中活性有機(jī)磷（65.4%～70.8%）＞中穩(wěn)性有機(jī)磷（14.6%～15.8%）＞活性有機(jī)磷（9.1%～10.3%）＞高穩(wěn)性有機(jī)磷（4.3%～9.7%）。相較于F 處理，秸稈還田下中穩(wěn)性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷及活性有機(jī)磷的占比有不同程度的增加，同時高穩(wěn)性有機(jī)磷組分的占比顯著下降。FMS 和FWMS 處理下中活性有機(jī)磷組分占比分別比F 處理顯著增加了7.1%和8.5%，中穩(wěn)性有機(jī)磷組分占比分別顯著增加了21.5%和18.5%。

圖1 不同處理對砂姜黑土無機(jī)磷和有機(jī)磷組分占比的影響Figure 1 Proportions of inorganic and organic phosphorus fractions in lime concretion black soil under different treatments

2.5 砂姜黑土磷組分與有效磷的關(guān)系分析

相關(guān)性分析結(jié)果表明，與砂姜黑土有效磷含量相關(guān)性較大的磷組分包括Al-P、Fe-P、Ca-P、中活性有機(jī)磷、活性有機(jī)磷、中穩(wěn)性有機(jī)磷和高穩(wěn)性有機(jī)磷（表4）。其中Al-P、Fe-P 和Ca-P這3種無機(jī)磷組分以及中活性有機(jī)磷、活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷這3 種有機(jī)磷組分與土壤有效磷含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），而高穩(wěn)性有機(jī)磷與土壤有效磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（＜0.05）。由此可知，砂姜黑土有效磷含量高低與Al-P、Fe-P、Ca-P 和中活性有機(jī)磷含量關(guān)系較為緊密。此外，中活性有機(jī)磷組分與Ca-P、Al-P和Fe-P這3種無機(jī)磷組分均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），F(xiàn)e-P 和Ca-P 均與Al-P 呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01）。

表4 砂姜黑土不同磷組分與有效磷的相關(guān)關(guān)系Table 4 Correlation between phosphorus fractions and available P in lime concretion black soil

通徑分析結(jié)果表明（表5），砂姜黑土中對有效磷直接影響較大的磷組分為Al-P（0.63）＞Ca-P（0.38）＞Fe-P（-0.28）＞中活性有機(jī)磷（0.20），由此可知，對砂姜黑土有效磷直接正向貢獻(xiàn)較大的磷組分為Al-P 和Ca-P，其次為中活性有機(jī)磷。Fe-P 對砂姜黑土有效磷的直接通徑系數(shù)為負(fù)值，但其可通過Al-P 和Ca-P對有效磷產(chǎn)生較大的正向間接影響。同時，Ca-P 及中活性有機(jī)磷和活性有機(jī)磷通過Al-P 影響有效磷的正向間接通徑系數(shù)均較大。高穩(wěn)性有機(jī)磷對有效磷的直接貢獻(xiàn)為負(fù)效應(yīng)，而且高穩(wěn)性有機(jī)磷通過Al-P、Ca-P 及中活性有機(jī)磷對有效磷的間接通徑系數(shù)均為較大的負(fù)值。綜合相關(guān)分析及通徑分析的結(jié)果，可以認(rèn)為本研究砂姜黑土中Al-P、Ca-P、Fe-P 及中活性有機(jī)磷和活性有機(jī)磷是有效磷源，Ca-P、O-P 和中穩(wěn)性有機(jī)磷是緩效磷源，高穩(wěn)性有機(jī)磷和Ca-P是難以利用的無效磷源。

表5 砂姜黑土不同磷組分對有效磷的通徑系數(shù)Table 5 Path analysis of phosphorus fractions and available P in lime concretion black soil

3 討論

作物秸稈是糧食生產(chǎn)的副產(chǎn)物，同時也是一種重要的有機(jī)物料。秸稈還田是向土壤輸入磷素的一種途徑，可在一定程度上擴(kuò)增土壤磷養(yǎng)分庫容。長期秸稈還田可增加土壤全磷含量及無機(jī)磷和有機(jī)磷含量。更進(jìn)一步的研究表明，土壤磷素含量對秸稈還田的響應(yīng)受到土壤磷素盈虧狀況的影響。在河北潮土小麥-玉米輪作體系中，當(dāng)土壤輸入磷量低于作物輸出磷量時，秸稈長期還田對土壤全磷和無機(jī)磷含量的影響不顯著；而在土壤磷素收支盈余的情況下，秸稈還田能顯著增加土壤全磷和無機(jī)磷含量。在南方黃泥田上開展的定位試驗也顯示，在土壤磷素虧缺時，水稻秸稈長期還田下土壤全磷、無機(jī)磷和有機(jī)磷含量無明顯變化。在秸稈還田對土壤磷素有效性的影響方面，相關(guān)研究表明，不同輪作制度下秸稈還田都能提高土壤有效磷含量。在江西雙季稻區(qū)，秸稈還田第1年土壤有效磷含量有升高的趨勢，到第2 年土壤有效磷含量有較為明顯的增加。湖北水稻-油菜輪作制度下，秸稈還田促進(jìn)土壤磷素有效化的效果從第2 年開始顯現(xiàn)，秸稈還田4 a 后土壤有效磷含量顯著提高。在山東小麥-玉米輪作條件下，玉米秸稈連續(xù)5 a 單季還田可顯著提高耕層土壤速效磷含量。本研究中小麥玉米秸稈長期還田顯著提高了土壤全磷、無機(jī)磷和有機(jī)磷含量，而且土壤有效磷含量在秸稈還田條件下大幅增加，這與相關(guān)研究結(jié)果較為一致。土壤有機(jī)質(zhì)含量是影響土壤磷有效性的重要因素之一，土壤中有機(jī)組分能減緩高活性無機(jī)磷的化學(xué)固定。Meta 分析結(jié)果顯示，秸稈還田可提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，有利于維持土壤磷素的有效性。同時秸稈碳向土壤的輸入及土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加也為磷轉(zhuǎn)化相關(guān)微生物提供了較為豐富的碳素營養(yǎng)，可以促進(jìn)有機(jī)磷的礦化和難溶性無機(jī)磷向有效磷源的轉(zhuǎn)化，提高土壤無效態(tài)磷的生物轉(zhuǎn)化率。此外，秸稈還田后在腐解過程中會產(chǎn)生有機(jī)酸類物質(zhì)，有研究表明，作物根系分泌物中有機(jī)酸總量在秸稈還田后明顯上升，這些過程在一定程度上會導(dǎo)致土壤pH 值的降低，從而使土壤中難溶性磷化合物的溶解度得到提高。有機(jī)酸還可與土壤中鐵、鋁或鈣離子絡(luò)合，避免這些陽離子對磷酸根的固定，同時占據(jù)土壤顆粒表面吸附位點，降低磷酸根的吸附量。有機(jī)酸在有機(jī)磷的礦化及促進(jìn)高穩(wěn)性、中穩(wěn)性有機(jī)磷向中活性、活性有機(jī)磷形態(tài)轉(zhuǎn)化方面也發(fā)揮著重要作用。本定位試驗的前期研究結(jié)果表明，砂姜黑土的有機(jī)質(zhì)含量在小麥玉米秸稈還田條件下得到提升，同時土壤pH 值有所下降；另有研究顯示，小麥秸稈覆蓋還田能顯著提高砂姜黑土中溶磷菌數(shù)量。秸稈還田的這些效應(yīng)有益于砂姜黑土中累積態(tài)磷的活化。

土壤磷庫包括無機(jī)磷和有機(jī)磷兩部分，土壤中無機(jī)磷和有機(jī)磷各組分處于動態(tài)平衡之中，其轉(zhuǎn)化方向在很大程度上決定著土壤磷素的有效性。潮土土壤無機(jī)磷組分中的Ca-P、Ca-P、Al-P和Fe-P的含量均隨磷肥施用量的增加顯著增加，而O-P和Ca-P的含量無顯著變化。對灰漠土的研究發(fā)現(xiàn)，施用磷肥可以顯著提高與土壤有效磷極顯著正相關(guān)的無機(jī)磷組分Ca-P、Ca-P和Fe-P的含量，而對O-P的含量無顯著影響。本研究結(jié)果顯示，與不施肥處理相比，常規(guī)施肥處理下砂姜黑土O-P 含量無顯著變化，Al-P、Fe-P和Ca-P含量顯著增加，這表明施入土壤中的磷肥主要分配在這3 種磷組分中。秸稈還田作為秸稈資源化利用及培肥地力的一種重要措施，對土壤磷形態(tài)轉(zhuǎn)化過程也具有重要影響。在河南潮土小麥玉米輪作體系下開展的長期定位試驗表明，玉米秸稈還田下土壤無機(jī)磷組分中緩效態(tài)磷Ca-P 的含量及所占比例明顯上升，而難溶性無效態(tài)磷Ca-P的含量和占比下降。砂姜黑土稻麥輪作下的3 a 秸稈還田定位試驗表明，在常規(guī)施肥條件下，秸稈還田使砂姜黑土中Ca-P和Fe-P的含量及占比上升，同時Ca-P的含量及占比下降，促進(jìn)了潛在磷源向有效磷源的轉(zhuǎn)化。但也有研究發(fā)現(xiàn)，在南方黃泥田，水稻秸稈長期還田對土壤無機(jī)磷與有機(jī)磷組分的含量及占比無顯著影響。秸稈還田對土壤中各形態(tài)磷的影響程度可能與土壤磷素盈虧狀況有關(guān)，如在河北潮土小麥玉米輪作制中，土壤磷素為盈余條件時，長期秸稈還田能顯著增加土壤無機(jī)磷組分Ca-P、Ca-P 和Al-P的含量，當(dāng)土壤磷虧缺時，秸稈還田下除Ca-P 的含量有所增加外，其他無機(jī)磷組分含量無顯著變化。本研究發(fā)現(xiàn)，小麥玉米秸稈還田能顯著提高砂姜黑土中有效磷源Ca-P、Al-P 和Fe-P 的含量及Ca-P 的占比，降低緩效磷源O-P 及無效磷源Ca-P 的占比，與前述研究結(jié)果較為一致。在秸稈還田對土壤有機(jī)磷組分影響的研究方面，皖北砂姜黑土上的長期定位試驗結(jié)果表明，小麥-大豆輪作下小麥秸稈長期還田顯著增加了土壤活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷及中穩(wěn)性有機(jī)磷的含量，其中，活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷的增幅較大；黃棕壤稻麥輪作下秸稈與化肥長期配合施用可提高土壤活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷含量，而高穩(wěn)性有機(jī)磷組分的占比則下降。本研究中小麥玉米秸稈還田顯著增加了砂姜黑土活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷及中穩(wěn)性有機(jī)磷的含量，其中，中穩(wěn)性有機(jī)磷含量的增幅最大，高穩(wěn)性有機(jī)磷組分的占比在秸稈還田條件下顯著降低，與上述研究的結(jié)果基本一致。值得注意的是，本試驗發(fā)現(xiàn)，小麥玉米秸稈雙季還田處理的土壤全磷含量高于秸稈單季還田處理，這可能主要是由于秸稈雙季還田條件下的土壤磷素輸入量相對較大，但秸稈雙季還田與秸稈單季還田在砂姜黑土磷活化系數(shù)的提升效果方面無顯著差異，而且秸稈雙季還田與單季還田下有效磷源Al-P、Ca-P、Fe-P 及活性有機(jī)磷的含量較為接近。土壤微生物是土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵驅(qū)動因子。在皖北地區(qū)開展的長期施肥試驗表明，砂姜黑土中具有溶磷作用的擬桿菌門（Bacteroidetes）及、兩個屬的相對豐度與土壤有機(jī)碳含量呈顯著或極顯著相關(guān)。本定位試驗的前期研究發(fā)現(xiàn)，砂姜黑土中有機(jī)碳的累積速率較慢，秸稈雙季還田與單季還田處理下的土壤有機(jī)質(zhì)含量無明顯差異。而從短期來看，秸稈雙季還田與單季還田的差異主要體現(xiàn)在周年的秸稈還田量上。在皖北砂姜黑土區(qū)進(jìn)行的大田試驗發(fā)現(xiàn)，土壤中溶磷菌數(shù)量隨秸稈當(dāng)季還田量的增加呈先增加后下降的趨勢，當(dāng)秸稈還田量增加到一定程度后，對土壤磷酸酶活性的影響不再明顯。這些研究的結(jié)論可在一定程度上解釋本試驗得到的結(jié)果。

本研究明確了小麥和玉米秸稈還田條件下砂姜黑土磷形態(tài)轉(zhuǎn)化特征，秸稈還田可促進(jìn)難利用無效磷源向有效態(tài)磷及緩效態(tài)磷轉(zhuǎn)化，有助于構(gòu)建可利用磷占比較高的土壤磷庫，但其機(jī)理有待進(jìn)一步探究。今后可重點關(guān)注秸稈還田條件下砂姜黑土中驅(qū)動磷素循環(huán)的關(guān)鍵微生物類群的變化特征及其主要影響因素，這將有助于從微生物學(xué)角度揭示秸稈還田提高土壤磷有效性的內(nèi)在機(jī)理，也可為土壤磷素循環(huán)過程的定向調(diào)控提供理論依據(jù)。在我國北方麥區(qū)布置的多點試驗表明，在土壤有效磷含量為25～30 mg·kg時，小麥產(chǎn)量達(dá)到最高，土壤有效磷含量過高反而導(dǎo)致小麥穗數(shù)和千粒質(zhì)量下降。同時在土壤有效磷含量較高的情況下，農(nóng)田磷素遷移并引發(fā)水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險加大。本研究秸稈還田處理下的土壤有效磷含量在50 mg·kg左右，處于較高的磷素水平，需引起關(guān)注。相關(guān)研究表明，在保證作物產(chǎn)量的前提下，秸稈還田可替代一定比例的化學(xué)磷肥投入。建議在皖北砂姜黑土區(qū)通過秸稈還田結(jié)合化學(xué)磷肥適量減施的方式，促進(jìn)土壤累積態(tài)磷釋放，提高磷素利用率并降低磷流失風(fēng)險，實現(xiàn)農(nóng)田系統(tǒng)磷素優(yōu)化管理和小麥、玉米綠色生產(chǎn)。

4 結(jié)論

（1）小麥-玉米輪作制中秸稈單季或雙季還田均可顯著提升砂姜黑土全磷、有效磷含量及土壤磷活化系數(shù)，增加幅度分別為7.5%～16.6%、16.4%～21.6%和13.9%～20.4%；顯著提高有效磷源Ca-P、Al-P、Fe-P、活性有機(jī)磷和中活性有機(jī)磷的含量，其中Ca-P 和活性有機(jī)磷含量的增幅分別高達(dá)28.4%～43.8% 和16.7%～28.2%；小麥玉米秸稈還田可增加Ca-P 和中活性有機(jī)磷的占比，降低緩效磷源O-P 及無效磷源Ca-P和高穩(wěn)性有機(jī)磷的占比。

（2）砂姜黑土中Al-P、Fe-P、Ca-P 和中活性有機(jī)磷與有效磷呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，其中Al-P 和Ca-P對有效磷的直接影響最大，兩者對有效磷的直接通徑系數(shù)分別為0.63 和0.38，F(xiàn)e-P 可通過Al-P 和Ca-P間接影響有效磷。