鄂西植煙土壤磷素形態(tài)分布特征研究

周劍雄，鄧建強(qiáng)，徐大兵，向修志，趙書軍，任曉紅

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廢棄物肥料利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430064；2.湖北省煙草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000）

磷（P）是烤煙生長(zhǎng)必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素之一，對(duì)煙株新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育起重要作用［1］。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上施用磷肥是提高作物產(chǎn)量的有效措施之一，但是磷肥的當(dāng)季利用率一般都很低，導(dǎo)致大量磷素在土壤中富集［2］，同時(shí)土壤中富集的磷素還會(huì)向附近的水體遷移，造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化［3］。因此對(duì)土壤磷素的研究一直是作物養(yǎng)分研究的熱點(diǎn)。磷素供應(yīng)狀況直接影響到煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)［4，5］。磷素供應(yīng)適宜時(shí)，煙株生長(zhǎng)較好，煙葉易烘烤，化學(xué)成分協(xié)調(diào)、煙葉品質(zhì)好［4］。而磷素過多則易造成煙葉柵欄組織及煙葉變厚，烘烤后煙葉缺乏油分和彈性、易破碎，煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)下降［6］。然而磷素的供應(yīng)直接受土壤對(duì)磷吸附作用的制約［7］。目前對(duì)土壤磷素形態(tài)特征的研究一直受到人們的關(guān)注［8-10］。水稻、小麥、蔬菜等農(nóng)作物土壤磷素形態(tài)研究常見報(bào)道，同時(shí)煙草上關(guān)于磷素的研究主要集中在不同類型磷肥對(duì)煙草生理和品質(zhì)的影響［11，12］，對(duì)植煙土壤磷素形態(tài)研究尚不多見，特別是富磷情況下土壤磷素形態(tài)特征的研究。

土壤中磷可分為無(wú)機(jī)態(tài)磷和有機(jī)態(tài)磷，前者包括可溶態(tài)磷、吸附態(tài)磷、礦物態(tài)磷。其中，可溶態(tài)磷是植物吸收利用的主要形態(tài)。由于直接測(cè)定土壤無(wú)機(jī)磷比較困難，因此，通常采用蔣柏藩等［13］無(wú)機(jī)磷分級(jí)、Bowman等［14］有機(jī)磷分級(jí)體系來(lái)評(píng)價(jià)土壤有效磷庫(kù)的大小和土壤磷素的供應(yīng)狀況。Tiessen等［15］對(duì)磷素分級(jí)法做了進(jìn)一步修正，該方法已經(jīng)成為目前應(yīng)用最廣泛的磷素分級(jí)法。同時(shí)土壤磷素活性還受土壤氧化還原電位、土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、含水量、pH、微生物活性等諸多因素影響［16］。本研究以鄂西長(zhǎng)期連作優(yōu)質(zhì)的植煙土壤為研究對(duì)象，通過對(duì)植煙土壤速效磷、pH、有機(jī)質(zhì)的分析測(cè)定，研究了速效磷、pH、有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤磷素形態(tài)的關(guān)系，旨在為磷肥的田間施用以及土壤磷素的科學(xué)管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在煙葉采烤結(jié)束后，采用多點(diǎn)采樣法采集0～20 cm耕層混合土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室去除土壤中的植物殘?jiān)约靶∈瘔K，經(jīng)過自然風(fēng)干后過篩（20目和100目）待測(cè)，恩施州一共采集48份土樣，每個(gè)取樣點(diǎn)采用GPS定位。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤有機(jī)質(zhì)（SOM，外加熱-重鉻酸鉀氧化法）、pH（土水比1∶2.5，電位法）、速效鉀和堿解氮采用常規(guī)方法測(cè)定［17］，磷素形態(tài)測(cè)定采用Tiessen-Moir［16］分級(jí)法。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單因素ANOVA方差分析和Duncan比較采用SPSS 22.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 植煙黃棕壤磷素形態(tài)和相關(guān)性分析

從表1可以看出，植煙土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮都屬于中等水平，而速效磷和速效鉀則比較豐富。水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、氫氧化鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘?jiān)追謩e占總磷的2.96%、26.56%、38.45%、10.22%和21.80%，其中無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷分別占總磷的51.91%和48.09%。

表1 土壤基本屬性和磷素形態(tài)描述性分析

從表2可以看出，pH與氫氧化鈉-總磷、氫氧化鈉-無(wú)機(jī)磷呈顯著負(fù)相關(guān)，而與鹽酸-無(wú)機(jī)磷呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)。有機(jī)質(zhì)與水溶性磷、氫氧化鈉-有機(jī)磷、總磷和有機(jī)磷均呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)，而速效磷與碳酸氫鈉-總磷、碳酸氫鈉-無(wú)機(jī)磷、氫氧化鈉-總磷、氫氧化鈉-無(wú)機(jī)磷、總磷和無(wú)機(jī)磷均呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)。然而速效鉀與磷素形態(tài)相關(guān)性較小。

表2 植煙土壤磷素形態(tài)特征與土壤基本屬性相關(guān)性分析

2.2 不同速效磷水平土壤磷素形態(tài)特征分析

將植煙土壤速效磷含量按照小于30 mg/kg（LAP）、30～50 mg/kg（MAP）和大于50 mg/kg（HAP）的標(biāo)準(zhǔn)分類（表3），土壤速效磷分別為20.84、42.22、68.14 mg/kg，且3個(gè)水平間差異達(dá)顯著水平。隨著速效磷水平的提高，水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、氫氧化鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘?jiān)缀烤饾u增加。與LAP相比，MAP和HAP有效性磷（水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷）分別增加了2.35倍和361%；有效性磷占總磷百分比分別為13.00%、28.73%和31.43%。MAP和HAP緩效和難溶性磷（氫氧化鈉-總磷、鹽酸-總磷、殘?jiān)祝┓謩e比LAP增加了24.02%和50.25%，其占總磷的百分比分別達(dá)到了87.00%、71.27%和68.57%。

表3 不同速效磷水平土壤磷素形態(tài)與含量（單位：mg/kg）

從圖1可以看出，隨著速效磷含量的增加，無(wú)機(jī)磷形態(tài)中水溶性磷和NaHCO3浸提磷逐漸增加，HAP土壤均顯著高于LAP土壤，且水溶性磷和NaHCO3浸提磷分別增加了9.92倍和2.55倍。而HCl浸提無(wú)機(jī)磷則逐漸減少。與LAP相比，MAP和HAP總的無(wú)機(jī)磷（水溶性浸提磷、NaHCO3浸提磷、NaOH浸提磷、HCl浸提磷）分別增加了45.53%和69.00%，且主要增加了水溶性磷和NaHCO3浸提磷的占比。

圖1 不同速效磷水平土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)特征

從圖2可以看出，有機(jī)磷形態(tài)中NaOH浸提磷、HCl浸提磷和殘?jiān)拙S著速效磷水平的提高逐漸增加。與LAP相比，MAP和HAP總的有機(jī)磷（NaOH浸提磷、NaHCO3浸提磷、HCl浸提磷、殘?jiān)祝┓謩e增加了59.09%和119%，且主要增加了NaHCO3和HCl浸提磷的占比。但是與LAP相比，MAP中NaHCO3浸提有機(jī)磷、NaOH浸提有機(jī)磷、HCl浸提有機(jī)磷和殘?jiān)追謩e增加了9.00倍、15.35%、5.03倍和16.74%，而HAP則分別增加8.43倍、75.92%、14.71倍和50.29%。

圖2 不同速效磷水平土壤有機(jī)磷形態(tài)特征

2.3 不同pH條件下土壤磷素形態(tài)特征分析

將植煙土壤pH按照小于5.50（LpH）、5.50～6.50（MpH）和大于6.50（HpH）的標(biāo)準(zhǔn)分類（表4），隨著pH的增加，土壤速效磷含量逐漸降低，但是差異不顯著（表4），說明土壤酸化會(huì)導(dǎo)致速效磷的富集。與LpH（<5.50）相比，MpH（5.50～6.50）條件下土壤水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘?jiān)追謩e增加了1.02倍、6.70%、57.92%和8.99%，而氫氧化鈉-總磷則減少了22.62%。與HpH相比（＞6.50），MpH條件下土壤水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、氫氧化鈉-總磷和鹽酸-總磷分別增加了34.25%、56.40%、27.36%和9.53%，而殘?jiān)讋t減少了21.25%。LpH條件下總磷和緩效難溶性磷（氫氧化鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘?jiān)字停┓謩e比MpH增加了0.33%和5.53%，而有效性磷（水溶性磷和碳酸氫鈉-總磷之和）則減少了13.06%。

表4 不同pH條件下土壤磷素形態(tài)分布特征（單位：mg/kg）

從圖3可以看出，與MpH相比，LpH條件下土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)中水溶性磷、NaHCO3浸提磷和HCl浸提磷分別減少了50.55%、6.28%和36.68%，而NaOH浸提磷和總無(wú)機(jī)磷則分別增加了29.24%和8.08%，這主要是降低了水溶性磷、NaHCO3浸提磷和HCl浸提磷的占比。

圖3 不同pH條件下土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)特征

從圖4可以看出，與MpH相比，LpH條件下土壤有機(jī)磷形態(tài)中NaHCO3浸提磷、HCl浸提磷和總有機(jī)磷分別減少了0.21%、37.97%和7.47%，而NaOH浸提磷則增加了9.58%，這主要是降低了HCl浸提磷和殘?jiān)椎恼急龋窃黾恿薔aHCO3浸提磷和NaOH浸提磷的占比。

圖4 不同pH條件下土壤有機(jī)磷形態(tài)特征

2.4 不同有機(jī)質(zhì)含量土壤磷素形態(tài)特征分析

將植煙土壤有機(jī)質(zhì)按照小于45 mg/kg（LOM）、45～60 mg/kg（MOM）和大于60 mg/kg（HOM）的標(biāo)準(zhǔn)分類（表5），隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加，土壤速效磷含量也逐漸增加。與LOM相比，MOM和HOM氫氧化鈉-總磷、總磷（水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、氫氧化鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘?jiān)字停┓謩e增加了5.57%和31.63%、42.26%和48.04%，且總磷差異均達(dá)顯著水平。對(duì)水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘?jiān)锥?，MOM最高，且分別比LOM增加了2.32倍、49.64%、2.12倍、65.27%。

表5 不同有機(jī)質(zhì)含量土壤磷素形態(tài)特征分析（單位：mg/kg）

從圖5可以看出，與LOM相比，MOM無(wú)機(jī)磷形態(tài)中水溶性磷、NaHCO3浸提磷和總無(wú)機(jī)磷分別增加了2.32倍、49.63%和29.58%，HOM則分別增加了2.06倍、38.13%和13.52%，而NaOH浸提無(wú)機(jī)磷則隨著有機(jī)質(zhì)含量的升高而降低。

圖5 不同有機(jī)質(zhì)含量土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)特征

從圖6可以看出，與LOM相比，MOM有機(jī)磷形態(tài)中NaOH浸提磷、HCl浸提磷、殘?jiān)缀涂傆袡C(jī)磷分別增加40.97%、12.32倍、65.27%和59.44%，而HOM則 分 別 增 加 了1.76倍、15.10倍、48.86%和94.81%。隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加，主要是降低了NaHCO3浸提有機(jī)磷和殘?jiān)椎恼急取?/p>

圖6 不同有機(jī)質(zhì)含量土壤有機(jī)磷形態(tài)特征

3 討論

3.1 速效磷對(duì)土壤磷素形態(tài)的影響

施入土壤的磷肥受土壤內(nèi)部環(huán)境等因素的影響，會(huì)轉(zhuǎn)化為其他磷素組分［18］，致使不同形態(tài)磷的含量及有效程度改變。土壤各磷組分之間存在一定的協(xié)同與拮抗作用，作物有效磷源的多少取決于土壤各磷組分之間的分布狀況和轉(zhuǎn)化方向［19］，各磷組分之間的轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)也是無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷之間的轉(zhuǎn)化。因此，通過對(duì)土壤速效磷的分析，來(lái)窺伺土壤中各組分磷素形態(tài)的轉(zhuǎn)化與影響。本研究中，隨著速效磷含量的增加，水溶性磷和碳酸氫鈉浸提磷逐漸增加，而鹽酸浸提磷則逐漸減少。與低磷土壤相比，中磷土壤中碳酸氫鈉浸提有機(jī)磷、氫氧化鈉浸提有機(jī)磷、鹽酸浸提有機(jī)磷和殘?jiān)追謩e增加了9.00倍、15.35%、5.03倍和16.74%，而高磷土壤則分別增加8.43倍、75.92%、14.71倍和50.29%。吳璐璐等［20］認(rèn)為土壤中除有機(jī)磷與速效磷無(wú)相關(guān)關(guān)系外，其余各形態(tài)磷均與速效磷存在相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為Resin-Pi（0.909）>NaHCO3-Pi（0.873）>NaOH-Pi（0.851）>Residual-P（0.789）>D.HCl-Pi（0.727）＞NaHCO3-Po（0.674）>C.HCl-Pi（0.640）>C.HCl-Po（0.555）。

3.2 pH對(duì)土壤磷素形態(tài)的影響

有學(xué)者認(rèn)為［21］，調(diào)節(jié)土壤pH能夠釋放出有效磷。當(dāng)土壤pH為6～7時(shí)，土壤中的Fe、Al、Ca等元素對(duì)磷素的固定作用最小。本研究中隨著土壤pH增加，速效磷含量呈降低的趨勢(shì)，說明土壤酸化會(huì)導(dǎo)致速效磷的富集。有研究表明，聚磷酸鹽對(duì)金屬離子有一定的螯合能力，在堿性土壤中具有更好的穩(wěn)定性［22］。另有研究表明，土壤pH低，但有效磷含量不低，是因?yàn)橥寥乐锌赡芎写罅磕鼙恢参镏苯游绽玫恼姿岣?，有利于煙株的生長(zhǎng)發(fā)育［23］。這與當(dāng)前鄂西煙區(qū)植煙土壤磷素富集比較一致。

3.3 有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤磷素形態(tài)的影響

關(guān)于有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤磷素形態(tài)的影響，前人在秸稈還田以及施用有機(jī)肥方面做了大量研究，較為一致的結(jié)論是，增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量不僅可以增加土壤有效養(yǎng)分含量，還可以提高作物對(duì)肥料的吸收利用效率，進(jìn)而達(dá)到作物提質(zhì)增效的效果。有研究表明，施用生物炭不僅可以促進(jìn)棕壤磷素積累并提高其活性，還活躍了Al-P、LOP等棕壤磷素的組分［24］。另有學(xué)者的研究表明，有機(jī)肥合理配施化肥，可以激發(fā)磷素后效，使積累磷素向有效態(tài)轉(zhuǎn)化，施用有機(jī)肥料能顯著提高土壤中各磷組分含量，可以通過施用有機(jī)肥或秸稈來(lái)保持高比例的土壤有效磷庫(kù)［21］。本研究中，隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加，土壤速效磷含量也逐漸增加。對(duì)水溶性磷、碳酸氫鈉浸提磷、鹽酸浸提磷和殘?jiān)锥?，MOM最高，且分別比LOM增加了2.32倍、49.64%、2.12倍65.27%。而氫氧化鈉浸提無(wú)機(jī)磷則隨著有機(jī)質(zhì)含量的升高而降低。隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加，主要是降低了碳酸氫鈉浸提有機(jī)磷和殘?jiān)椎恼急取Ｒ虼?，鄂西煙區(qū)在充分利用有機(jī)肥的基礎(chǔ)上，提高土壤有機(jī)質(zhì)，對(duì)節(jié)省資源、減少環(huán)境污染、增產(chǎn)增效和增加農(nóng)民收入具有重要意義。