玉米種植體系土壤磷素有效性對有機(jī)肥長期施用響應(yīng)的Meta分析

呂春玲，陳延華，何文天，張思宇，姜娜，樊代佳，楊華薇，楊殿林*，鄒國元*

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所，天津 300191；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，北京 100097；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030）

玉米是我國三大糧食作物之一，玉米輪作體系也是我國重要的農(nóng)作物種植體系之一，對我國糧食安全起著至關(guān)重要的作用。但在該種植體系下，為了提高作物產(chǎn)量，過量施磷現(xiàn)象非常普遍。由于在玉米種植體系中作物對磷肥的當(dāng)季利用率較低，約有75%以上的磷素以難利用態(tài)累積在土壤中。有效磷作為土壤磷庫中對作物最為有效的部分，可直接被作物吸收利用，是表征土壤供磷能力的重要指標(biāo)。長期施肥的農(nóng)田中雖然土壤磷素盈余，但是可被作物利用的有效磷虧缺，已成為作物生長的一個(gè)重要限制因子。大量研究表明，長期施用有機(jī)肥能提高土壤磷素有效性，其提升效果受有機(jī)肥投入、土壤性質(zhì)和氣候條件的綜合影響。因此，明確不同影響因素下施用有機(jī)肥對土壤有效磷含量的差異變化，對于合理施用有機(jī)肥、保障糧食安全和實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化利用具有重要意義。

有機(jī)肥的施用是影響土壤有效磷含量的重要因素之一。大量長期試驗(yàn)表明，單施有機(jī)肥或化肥配施有機(jī)肥處理的土壤有效磷增加量顯著高于單施化學(xué)磷肥。同時(shí)，肥料投入，如投入量、有機(jī)肥種類、有機(jī)肥配施比例以及施用年限，均對土壤有效磷具有不同程度的影響。如張?zhí)锏仍诤颖背蓖辽线B續(xù)7 a的試驗(yàn)表明，不同種類有機(jī)肥對土壤有效磷的貢獻(xiàn)，表現(xiàn)為豬糞＞雞糞＞污泥。此外，如英國洛桑試驗(yàn)站170多年的長期定位試驗(yàn)研究表明化肥和有機(jī)肥的合理配施可以顯著提高土壤有效磷含量，不同有機(jī)肥替代比例對土壤中有效磷含量影響顯著，隨有機(jī)肥替代比例的增加，有效磷含量增加。楊振興等對褐土進(jìn)行21 a定位施肥試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代比例為40%時(shí)，土壤有效磷變化量為1.7 mg·kg·a；替代比例為50%時(shí)，變化量為3.7 mg·kg·a；替代比例為100%時(shí)，變化量為5.6 mg·kg·a，有效磷含量年上升率是單施化學(xué)磷肥的1.6～5.4倍。NOBILE等發(fā)現(xiàn)連續(xù)施用有機(jī)肥，隨著施肥時(shí)間的延長，土壤有效磷的含量增加。另外，不同輪作方式對土壤磷素狀況影響差異較大。

土壤因素（如土壤類型、有機(jī)質(zhì)和pH）對土壤有效磷含量有顯著影響。對于褐土而言，長期化肥配施有機(jī)肥處理20 a后，土壤有效磷含量由4.97 mg·kg提升至79.57～117.57 mg·kg，年增加量為3.73～5.63 mg·kg，是單施化肥處理的3～5倍；而紅壤上長期化肥配施有機(jī)肥16 a后，有效磷年增加量約9.8 mg·kg（由12.4 mg·kg增至169.2 mg·kg）；長期施肥16 a的黑土，在單施化肥處理下土壤有效磷含量低于40 mg·kg，而化肥配施有機(jī)肥處理土壤有效磷含量能達(dá)到80 mg·kg，有效磷的年增加量約3.61 mg·kg。此外，研究表明，土壤有效磷狀況與土壤有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)；在農(nóng)業(yè)實(shí)踐中土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高可以增加固相磷的解吸量，提高磷活性，增加有效磷含量。SEILSEPOUR等研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量與有效磷含量顯著相關(guān)。另外，pH值是影響土壤中磷酸鹽形態(tài)和轉(zhuǎn)化的重要因素。研究表明，pH在3～7時(shí)，HPO4是土壤中活性最高的磷酸根離子，易被作物吸收；pH從9降至3時(shí)，土壤磷的解吸量增加。除了受到施肥和土壤性質(zhì)的影響，土壤有效磷含量還受到氣候因素的影響，如年均溫度和年均降雨量，其直接影響土壤的溫度和水分狀況，進(jìn)而影響土壤有效磷含量。

目前，我國關(guān)于施用有機(jī)肥對土壤有效磷影響的研究，主要圍繞單一或少數(shù)特定試驗(yàn)點(diǎn)展開，且由于受不同有機(jī)肥投入、土壤因素和氣候條件的影響，其研究結(jié)果并不一致。本研究通過對已發(fā)表的有關(guān)有機(jī)肥對土壤有效磷含量影響的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)搜集，采用整合分析（Meta-analysis）的方法，評價(jià)施用有機(jī)肥對土壤有效磷含量的影響及其驅(qū)動(dòng)因子，以期為合理施用有機(jī)肥、提高土壤有效磷含量和建立合理的磷肥管理策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究通過檢索中國知網(wǎng)、“讀秀”學(xué)術(shù)、萬方數(shù)據(jù)庫、Springer link和Web of Science數(shù)據(jù)庫，英文文獻(xiàn) 檢 索 以TS=“organic fertilizer”AND TS=“available phosphorus”為檢索式，中文文獻(xiàn)以主題=“有機(jī)肥”AND主題=“長期定位”AND關(guān)鍵詞=“有效磷”O(jiān)R關(guān)鍵詞=“玉米”為檢索式，檢索時(shí)間范圍為1990—2020年。整理建立包括試驗(yàn)點(diǎn)經(jīng)緯度、有機(jī)肥類型、施用年限、有機(jī)肥替代化肥比例、土壤類型、磷投入量、有效磷含量、有機(jī)質(zhì)含量、pH等參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）種植方式為玉米種植體系（小麥-玉米輪作、小麥-大豆-玉米輪作、大豆-玉米輪作、玉米連作）的我國境內(nèi)大田試驗(yàn)；（2）試驗(yàn)處理包含單施化肥（CF）和化肥配施有機(jī)肥（CFM）處理，每個(gè)處理的重復(fù)數(shù)不少于3次，CF和CFM處理磷投入量相等，且研究結(jié)果有土壤有效磷（Olsen-P）含量的數(shù)據(jù)；（3）0～20 cm土層試驗(yàn)前的基本理化指標(biāo)；（4）包含≥5 a的長期定位試驗(yàn)的土壤類型和有機(jī)肥類型。此外，還包括每個(gè)試驗(yàn)不同的有機(jī)肥替代化肥比例（有機(jī)肥磷投入量占總磷投入量的比例），以及經(jīng)過CF和CFM處理后有效磷的數(shù)據(jù)。經(jīng)篩選后，符合條件的文獻(xiàn)共147篇，包含305組試驗(yàn)數(shù)據(jù)。具體的試驗(yàn)點(diǎn)位分布情況及文獻(xiàn)數(shù)量為東北地區(qū)（29篇）、華北地區(qū)（41篇）、華東地區(qū)（26篇）、西北地區(qū)（26篇）和南方地區(qū)（25篇）。

基于整理建立的數(shù)據(jù)庫與本研究內(nèi)容，查閱文獻(xiàn)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分組：（1）有機(jī)肥投入，如有機(jī)肥種類、磷投入量、有機(jī)肥替代化肥比例和施用年限，其中關(guān)于有機(jī)肥種類的劃分主要參考張艷潔等的研究進(jìn)行分類；（2）土壤因素，包括土壤類型、有機(jī)質(zhì)含量和pH值，主要是依據(jù)我國第二次土壤普查的分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，如有機(jī)質(zhì)含量分為＜0.6%、0.6%～1%、1%～2%和2%～3%；（3）氣候因素，包括年均降雨量與年均溫度。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

本研究對文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，主要采用的是Getdata Graph Digitizer軟件，對于文獻(xiàn)中已給出的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤（），通過公式（1）進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

式中：為標(biāo)準(zhǔn)差；為重復(fù)數(shù)。

采用Meta Win 2.1軟件進(jìn)行Meta分析，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以響應(yīng)比（response ratio，）為評價(jià)指標(biāo)，并通過處理分析得到其相應(yīng)的95%的置信區(qū)間（95%），在分析過程中，施用有機(jī)肥對土壤有效磷的影響程度采用自然對數(shù)響應(yīng)比（ln）來反映，計(jì)算公式為：

5.2.2 及時(shí)收錄處理常用數(shù)據(jù) 機(jī)井計(jì)量設(shè)施監(jiān)控平臺反饋的運(yùn)行信息數(shù)據(jù)要及時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)對接處理并存檔管理。

式中：和分別表示CFM處理和CF處理有效磷含量的平均值。對每個(gè)獨(dú)立研究的響應(yīng)比進(jìn)行加權(quán)得到加權(quán)平均響應(yīng)（）。

式中：（）為的標(biāo)準(zhǔn)差；為權(quán)重系數(shù)；為平均值變異系數(shù)；95%是95%的置信區(qū)間；和分別是CFM處理和CF處理重復(fù)數(shù)。

Meta分析前需要對各試驗(yàn)結(jié)果及處理間進(jìn)行異質(zhì)性檢驗(yàn)，確定分析所采用的模型（固定效應(yīng)模型，＞0.1；反之隨機(jī)效應(yīng)模型），然后對所有數(shù)據(jù)資料的響應(yīng)比進(jìn)行合并，得到加權(quán)平均響應(yīng)。最后，運(yùn)用GraphPad Prism 8軟件繪制各因素對土壤有效磷增幅的森林圖，本研究中土壤有效磷增幅是指CFM相比CF處理土壤有效磷含量增加的百分比，通過（-1）×100%計(jì)算得到。在森林圖中，若土壤有效磷增幅的95%的置信區(qū)間橫跨坐標(biāo)零點(diǎn)，則可以判斷施用有機(jī)肥對土壤有效磷的影響與單施化肥相比不顯著，反之則顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)田土壤磷素有效性隨施磷量的變化差異

對不同的磷源分析發(fā)現(xiàn)（圖1a），每投入100 kg·hm的磷，土壤有效磷的增加量為CFM＞CF，CFM處理土壤有效磷含量提高約2.88 mg·kg，約是CF處理的2.6倍，即有機(jī)肥對提高土壤有效磷含量的影響顯著。整合分析表明（圖1b），與CF處理相比，在不同磷投入量條件下CFM處理均能顯著提高土壤有效磷含量，提高幅度存在較大差異。低施磷量（＜75 kg·hm）時(shí)，CFM處理下有效磷提升幅度為87.4%；中等施磷量（75～150 kg·hm和150～300 kg·hm）時(shí)，提升幅度為115.9%和129.6%；高施磷量（＞300 kg·hm）時(shí)，提升幅度為302.6%。其中，高施磷量對土壤有效磷的提升效果顯著優(yōu)于低施磷量和中等施磷量。

圖1 磷投入量對土壤有效磷的影響Figure 1 Effects of phosphorus inputs on soil available phosphorus

2.2 有機(jī)肥種類對土壤磷素有效性的影響

如圖2a所示，施用有機(jī)肥，每投入100 kg·hm的磷土壤有效磷的增加量，表現(xiàn)為畜禽糞便類＞商品有機(jī)肥類＞秸稈類＞城市垃圾類有機(jī)肥。整合分析后發(fā)現(xiàn)，城市垃圾類有機(jī)肥對土壤有效磷增幅的影響不顯著；畜禽糞便類、商品有機(jī)肥類和秸稈類有機(jī)肥均顯著提高土壤有效磷含量，且提高幅度差異較大；畜禽糞便類和商品有機(jī)肥類對土壤有效磷含量的提升效果強(qiáng)于秸稈類有機(jī)肥，且差異顯著（圖2b）。對畜禽糞便類有機(jī)肥進(jìn)一步分析表明，豬糞、雞糞和牛糞最容易引起有效磷含量的增加，增幅分別為210.4%、209.3%和156.7%（圖2c）。每投入100 kg·hm的磷，土壤有效磷的變化量也是豬糞、雞糞和牛糞最高（圖2d）。

圖2 有機(jī)肥種類對土壤有效磷的影響Figure 2 Effects of different types of organic fertilizers on soil available phosphorus

2.3 不同比例有機(jī)肥替代化肥對土壤磷素有效性的影響

如圖3a所示，每投入100 kg·hm的磷，土壤有效磷的變化量為0.5～7.4 mg·kg，隨有機(jī)肥替代化肥比例的增加呈增加趨勢。進(jìn)一步整合分析結(jié)果表明（圖3b），在不同的有機(jī)肥替代化肥比例下，除替代比例為40%外，施用有機(jī)肥對土壤有效磷含量的提升效果隨有機(jī)肥替代化肥比例的增加而升高，且差異顯著。當(dāng)有機(jī)肥替代化肥比例為30%時(shí)，土壤有效磷增幅僅為5.8%；當(dāng)有機(jī)肥替代化肥比例為50%時(shí)，土壤有效磷增幅為54.6%；當(dāng)有機(jī)肥替代化肥比例為70%、75%和100%時(shí)，土壤有效磷增幅可達(dá)155.3%、211.7%和239.7%。

圖3 有機(jī)肥替代化肥比例對土壤有效磷的影響Figure 3 Effects of organic fertilizer replacement ratio on soil available phosphorus

2.4 有機(jī)肥施用年限對土壤磷素有效性的影響

通過整合分析（圖4）發(fā)現(xiàn)，與CF處理相比，CFM處理在不同的施用年限均顯著提高了土壤有效磷含量，隨著施肥年限的增加，土壤有效磷提升幅度呈增加趨勢，其范圍為118.3%～217.2%，但有機(jī)肥對土壤有效磷含量的提升效果在不同施用年限未達(dá)到顯著差異。

圖4 有機(jī)肥施用年限對土壤有效磷的影響Figure 4 Effects of organic fertilizer application duration on the increase of soil available phosphorus

2.5 輪作方式對施用有機(jī)肥提升土壤有效磷含量的影響

圖5 輪作方式對土壤有效磷的影響Figure 5 Effects of rotation system on the increase of soil available phosphorus

2.6 土壤類型對施用有機(jī)肥提升土壤有效磷含量的影響

土壤類型是限制有機(jī)肥施用對土壤有效磷含量提升效果的重要因素，CFM處理與CF處理均顯著提高土壤有效磷含量（圖6），但增幅因土壤類型而異，具體表現(xiàn)：紅壤＞潮土＞褐土＞黑土＞棕壤，在紅壤上土壤有效磷增幅達(dá)212.1%，顯著高于在黑土（77.2%）和棕壤（12.7%）上的增幅。有效磷增幅在紅壤、潮土和褐土間無顯著差異。

圖6 不同土壤類型對施用有機(jī)肥提升土壤有效磷含量的影響Figure 6 Effects of soil types on increasing soil available phosphorus

2.7 土壤pH和有機(jī)質(zhì)對施用有機(jī)肥提升土壤有效磷含量的影響

與CF處理相比，在不同土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量下，CFM處理均能顯著提高土壤有效磷含量，但其提高幅度存在差異（圖7）。土壤有機(jī)質(zhì)含量是影響有機(jī)肥對土壤有效磷含量提升效果的關(guān)鍵因素，在土壤有機(jī)質(zhì)含量為0.6%～1%時(shí)，土壤有效磷增幅可達(dá)248.5%，分別是土壤有機(jī)質(zhì)含量＜0.6%、1%～2%和2%～3%時(shí)的2.1、2.0倍和10.9倍。對于不同的土壤pH，土壤有效磷含量的提升幅度相對大小表現(xiàn)：pH5～6.5（168.8%）＞pH6.5～7.5（136.7%）＞pH7.5～9（101.7%），當(dāng)pH為堿性（7.5～9）時(shí)，施用有機(jī)肥對土壤有效磷的提升效果，顯著低于pH為酸性（5～6.5）和pH為中性（6.5～7.5）時(shí)，但pH為酸性（5～6.5）和pH為中性（6.5～7.5）時(shí)，兩者無顯著差異。

圖7 不同土壤pH和有機(jī)質(zhì)對施用有機(jī)肥提升土壤有效磷含量的影響Figure 7 Effects of pH and soil organic matter on increasing soil available phosphorus

2.8 氣候因素對施用有機(jī)肥提升土壤有效磷含量的影響

由圖8可見，土壤有效磷增幅隨年均降雨量和年均溫度的增加均呈增加趨勢。在年均降雨量＞800 mm時(shí)，土壤有效磷增幅最大，達(dá)到188.0%，分別是年均降雨量400～800 mm和200～400 mm的1.7倍和2.4倍。土壤有效磷增幅在年均溫度＞16℃的地區(qū)最大，達(dá)到212.1%，而在年均溫度≤12℃的地區(qū)為85.0%。

圖8 氣候因素對土壤有效磷的影響Figure 8 Effects of climatic factors on the increase of soil available phosphorus

3 討論

3.1 有機(jī)肥投入對土壤磷素有效性的影響

磷投入是引起土壤有效磷變化最為直接的因素，在不同磷投入量條件下，施用有機(jī)肥均能顯著提高土壤有效磷含量，且高施磷量（＞300 kg·hm）對土壤有效磷的提升效果，顯著優(yōu)于低施磷量（＜75 kg·hm）和中等施磷量（75～150 kg·hm和150～300 kg·hm）。這主要是因?yàn)榱淄度胫苯釉黾恿擞行Я椎暮浚矣袡C(jī)肥的施用可以提高土壤的供肥容量，改善土壤的養(yǎng)分狀況，使土壤有效磷含量提升效果顯著優(yōu)于單施化肥，但當(dāng)磷投入量＞300 kg·hm時(shí)，作物增產(chǎn)不顯著（作物產(chǎn)量有效磷閾值為10.9～21.4 mg·kg），肥料利用率明顯降低，使得磷素在土壤中大量累積，配施有機(jī)肥能夠活化土壤中難利用態(tài)磷素，從而使土壤有效磷含量急劇上升，提升效果達(dá)到最佳。因此對于低磷土壤，可考慮通過高量施磷（配施有機(jī)肥），快速提升土壤有效磷含量；對于中高磷土壤，應(yīng)充分考慮環(huán)境磷閾值，避免農(nóng)田土壤面源污染的風(fēng)險(xiǎn)。

有機(jī)肥種類也是影響土壤有效磷含量的重要因素。本研究表明不同種類有機(jī)肥對土壤有效磷含量的提升效果，表現(xiàn)為畜禽糞便類＞商品有機(jī)肥類＞秸稈類＞城市垃圾類有機(jī)肥，其中又以豬糞、雞糞和牛糞對土壤有效磷含量的提升幅度最大。這主要是因?yàn)椴煌N類有機(jī)肥本身的磷含量不同，且各形態(tài)磷占比差異較大。有研究表明，無機(jī)磷、活性和中等活性有機(jī)磷與土壤有效磷顯著正相關(guān)。畜禽糞便類有機(jī)肥中無機(jī)磷含量較高，有機(jī)磷以活性和中等活性有機(jī)磷為主，另外，又因牛糞中中等活性磷含量高，豬糞和雞糞易被礦化分解釋放大量的活性磷，三者均具有較高的磷素有效性，長期施用后，本身的磷素輸入量更大，因此，對土壤有效磷含量的提升效果更為顯著。但是，畜禽糞便類有機(jī)肥中重金屬含量遠(yuǎn)高于其他有機(jī)肥種類的含量，長期施用會(huì)增加環(huán)境污染和人體重金屬超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，因此，畜禽糞便類有機(jī)肥的無害化處理技術(shù)迫切需要得到關(guān)注，以實(shí)現(xiàn)其廣泛的資源化利用。

有機(jī)肥替代化肥比例較高（75%和100%）時(shí)，土壤有效磷含量的提升效果更佳，一方面可能是有機(jī)肥的施用能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤有效磷含量呈顯著正相關(guān)，因此，隨有機(jī)肥替代化肥比例的提高，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，土壤養(yǎng)分的活化速度加快，土壤有效磷含量大幅度提升；另一方面可能是有機(jī)肥能為土壤微生物提供碳源、氮源和能量，促進(jìn)土壤的生物活性，增加磷素在土壤中的有效轉(zhuǎn)化。本研究收集的有機(jī)肥替代化肥比例為40%的數(shù)據(jù)，主要集中在兩個(gè)長期定位試驗(yàn)點(diǎn)，可能誤差較大，有待進(jìn)一步研究。在實(shí)際生產(chǎn)中，綜合作物產(chǎn)量和質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)成本及環(huán)境因素，推薦有機(jī)肥替代化肥比例為50%、25%和20%，研究結(jié)論不盡一致，因此，對于最佳的有機(jī)無機(jī)肥配施比例值得進(jìn)一步研究與探討。

另外，有機(jī)肥對土壤有效磷含量的提升效果在不同施用年限未達(dá)到顯著差異，這可能是本研究統(tǒng)計(jì)的施用年限（＜30 a）有局限性，且有機(jī)肥潛力較大，肥效持久，但有機(jī)肥養(yǎng)分釋放緩慢，通過增加施用時(shí)間，有機(jī)肥對土壤速效養(yǎng)分的提升作用才能被充分地發(fā)揮出來，因此對施用年限的研究有待進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)。但隨著有機(jī)肥施用年限的延長，土壤有效磷增幅呈增加趨勢。主要是因?yàn)橛袡C(jī)肥施用年限對土壤不同形態(tài)磷含量的影響，有機(jī)肥施用時(shí)間越長，土壤中有效性較高的無機(jī)磷含量越高，活性和中等活性有機(jī)磷越易被礦化，對土壤有效磷含量的提升效果顯著；其次，隨著有機(jī)肥施用年限的增加，有機(jī)質(zhì)水平不斷提升，而pH值逐漸降低，促進(jìn)了難溶性磷向有效磷的轉(zhuǎn)化。因此有機(jī)肥的長期施用應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其用量及替代比例。

3.2 不同輪作方式下施用有機(jī)肥對土壤磷素有效性的影響

不同輪作方式影響著土壤磷素循環(huán)及其有效性。本研究中不同輪作方式下施用有機(jī)肥對土壤有效磷含量的提升效果具體表現(xiàn)：玉米連作＞小麥-玉米輪作＞大豆-玉米輪作＞小麥-大豆-玉米輪作。這主要是因?yàn)椴煌喿鞣绞较虏煌淖魑飳α姿乇憩F(xiàn)出的需求各不相同，且其根系對土壤磷素的利用能力差異較大，如VETSCH等的研究表明，相對于玉米和小麥，大豆是需磷量較大的作物；李洋等的研究也表明，豆科作物根系附著的根瘤菌能夠以氮固磷，提高豆科作物根系對磷素的吸收與利用。因此，大豆-玉米輪作與小麥-大豆-玉米輪作方式下，作物對磷素的吸收利用大于玉米連作及小麥-玉米輪作。也有研究表明，相較于連作，輪作體系能夠提高作物對磷的吸收效率，且玉米的外生菌根具有提高土壤磷素有效性的作用。這就會(huì)出現(xiàn)玉米連作方式下，長期施用有機(jī)肥土壤有效磷含量的提升幅度高于玉米與其他作物輪作方式下土壤有效磷含量的提升幅度。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，玉米與其他作物輪作不僅能改善土壤養(yǎng)分狀況，也能提高作物對磷素的吸收率，減少磷素的浪費(fèi)。

3.3 不同環(huán)境因素下施用有機(jī)肥對土壤磷素有效性的影響

不同土壤因素下，長期施用有機(jī)肥對土壤有效磷含量的提高幅度有顯著差異（圖6和圖7）。對于不同土壤類型，土壤有效磷增幅表現(xiàn)為紅壤＞潮土＞褐土＞黑土＞棕壤，其中，以紅壤有效磷增幅最大，為212.09%，棕壤有效磷含量增幅較小。這主要是因?yàn)椴煌寥李愋?，有機(jī)質(zhì)含量和pH差異較大。pH直接影響磷的存在形態(tài)，進(jìn)而影響到土壤中有效磷的含量，當(dāng)土壤pH為酸性（5～6.5）時(shí)，有利于難溶磷酸鹽的溶解，從而提高有效磷的含量；隨著土壤pH增加，磷酸會(huì)與鈣或鐵鋁形成磷酸鹽沉淀，降低磷的有效性；土壤有機(jī)質(zhì)含量則是土壤肥力的重要指標(biāo)，有機(jī)質(zhì)含量較低（0.6%～1%）的低肥力土壤，施用有機(jī)肥對土壤有效磷的提升效果顯著優(yōu)于高肥力土壤（有機(jī)質(zhì)含量為1%～2%和2%～3%）。有機(jī)質(zhì)含量過低（＜0.6%）時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)與土壤有效磷之間無顯著相關(guān)性，土壤黏粒對磷酸鹽的束縛作用強(qiáng)于有機(jī)質(zhì)中有機(jī)酸對磷酸根離子的交換作用，致使磷酸根離子很難被釋放出來。因此，低pH（5～6.5）和低有機(jī)質(zhì)含量（0.6%～1%）的紅壤地區(qū)有效磷的提升效果優(yōu)于其他高pH和高有機(jī)質(zhì)含量的土壤。這與本研究中pH和有機(jī)質(zhì)含量對土壤有效磷增幅的影響一致。另外，也有可能與各類土壤的礦物組成差異有關(guān)，土壤礦物組成（黏粒礦物）影響著土壤對磷的吸附固定能力，如紅壤地區(qū)礦物組成以高嶺石為主，而潮土、褐土、黑土和棕壤的礦物組成則以水云母和蒙脫石為主，高嶺石對磷的吸附固定能力顯著大于蒙脫石和水云母，降低了土壤磷素活性，施用有機(jī)肥能夠解吸大量被吸附固定的磷，使其進(jìn)入土壤溶液，提高土壤有效磷含量。

另外，對于不同的氣候因素而言，年均降雨量和年均溫度是表征氣候類型的主要指標(biāo)，在高溫（＞16℃）、多雨（＞800 mm）的氣候條件下，CFM處理對土壤有效磷含量的提升效果顯著優(yōu)于低溫（≤12℃）、干旱（200～400 mm）的提升效果。這可能是因?yàn)槟昃涤炅亢湍昃鶞囟韧ㄟ^各種直接和間接的過程影響著土壤有效磷含量，一方面，高溫會(huì)促進(jìn)磷的吸附固定，多雨則直接驅(qū)動(dòng)著磷淋失，二者均不利于有效磷含量的提升；而另一方面，施用有機(jī)肥增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，加速了無機(jī)磷的解吸、有機(jī)磷的礦化及土壤微生物對磷的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，對土壤有效磷的累積影響顯著。綜合氣候和施肥兩方面因素對土壤有效磷的影響，其總效應(yīng)表現(xiàn)為正向促進(jìn)，因此，在高溫（＞16℃）、多雨（＞800 mm）地區(qū)施用有機(jī)肥，利于土壤有效磷的提升，但在實(shí)際生產(chǎn)中，也要慎重考慮其磷淋失的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

本研究通過整合分析探討農(nóng)田土壤磷素有效性對有機(jī)肥長期施用的響應(yīng)?？傮w而言，在我國農(nóng)田有機(jī)肥替代化肥可提高土壤磷素有效性，有效磷含量提高幅度約為單施化肥處理的2.6倍，且隨著磷投入量的增加，單施化肥與有機(jī)無機(jī)配施處理間土壤有效磷含量提高幅度差異加大。但在不同環(huán)境因素下，施用有機(jī)肥對土壤有效磷的提升效果存在差異。在低肥力（有機(jī)質(zhì)含量為＜1%）、酸性（pH 5～6.5）或中性（pH 6.5～7.5）土壤中，建議長期配施畜禽糞便類有機(jī)肥，并特別注意有機(jī)肥替代化肥比例，以期更有效地發(fā)揮有機(jī)肥的效應(yīng)，改善土壤有效磷狀況并提高土壤的生產(chǎn)能力；在高肥力、高溫（＞16℃）或多雨（＞800 mm）土壤中，應(yīng)充分考慮環(huán)境磷閾值，特別關(guān)注磷投入量（＜300 kg·hm）及有機(jī)肥替代化肥比例，避免造成農(nóng)田土壤面源污染的風(fēng)險(xiǎn)。