有機(jī)物料添加磷素釋放動(dòng)態(tài)與土壤磷組分響應(yīng)

盧志紅，魏宗強(qiáng)，楊敏琪，顏 曉，吳建富

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045）

【研究意義】磷在土壤中易被黏土礦物或鐵、鋁、鈣等礦質(zhì)離子固定，其有效性普遍不高，尤其在亞熱帶及熱帶地區(qū)土壤[1]。長(zhǎng)期大量磷肥的投入，已極大提升農(nóng)田土壤磷素有效性，同時(shí)也消耗了大量磷礦石原料。肥料磷源的不可再生性及快速消耗將嚴(yán)重限制農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。秸稈及其生物質(zhì)炭制品作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中重要的生物資源，在土壤養(yǎng)分調(diào)節(jié)及高效利用等方面發(fā)揮了巨大作用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】關(guān)于秸稈、綠肥等還田腐解的磷素釋放特征，前人已做了大量研究[3-9]，但還田后磷素釋放對(duì)土壤磷組分的影響，研究相對(duì)較少。究其原因之一是受限于相關(guān)研究方法。較早的研究采用測(cè)定土壤與秸稈混合物來(lái)間接研究還田秸稈磷素釋放對(duì)土壤磷形態(tài)的影響[10-12]；較多研究者采用“網(wǎng)袋法”監(jiān)測(cè)秸稈腐解動(dòng)態(tài)及養(yǎng)分釋放規(guī)律[8,13]。該法操作方便，易于獲取不同降解階段的秸稈進(jìn)行直接觀測(cè)。但是，網(wǎng)袋法不能保證秸稈與土壤充分接觸，特別是在袋內(nèi)秸稈較多的情況下，一定程度上無(wú)法真實(shí)反映秸稈養(yǎng)分的釋放及養(yǎng)分在土壤中的轉(zhuǎn)化情況。Salas等[14]采用顆粒有機(jī)質(zhì)分離法成功地研究了秸稈在淋溶土（Alfisols）與老成土（Ultisols）中的腐解過(guò)程與釋磷特征；Ha 等[15]通過(guò)顆粒有機(jī)質(zhì)分離法全面研究了秸稈降解過(guò)程中碳、氮、磷的釋放以及微生物群落結(jié)構(gòu)變化。土壤顆粒有機(jī)質(zhì)（particulate organic matter，POM）主要是指土壤中與砂粒（＞53 μm）結(jié)合的植物殘?bào)w半分解產(chǎn)物[16]，可用于表征不同腐解階段的秸稈殘?bào)w?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】與網(wǎng)袋法相比，通過(guò)分離土壤顆粒有機(jī)質(zhì)來(lái)獲取不同腐解階段的秸稈殘?bào)w，既可保證秸稈還田后與土壤的充分接觸，又能恰當(dāng)?shù)貙⒔斩捙c土壤分離，可能會(huì)更有效地揭示秸稈的腐解釋磷機(jī)制及秸稈磷在土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程。但目前顆粒有機(jī)質(zhì)分離仍主要用于研究土壤的碳氮轉(zhuǎn)化過(guò)程，在研究秸稈腐解及其釋磷特征方面應(yīng)用較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究采集亞熱帶地區(qū)常見(jiàn)還田作物紫云英、油菜秸稈及稻殼生物質(zhì)炭等，以等磷量添加入土壤，進(jìn)行恒溫培養(yǎng)試驗(yàn)；通過(guò)顆粒有機(jī)質(zhì)分離法分離土壤與秸稈殘余物，以監(jiān)測(cè)秸稈磷素釋放動(dòng)態(tài)；采用修正的Hedley 連續(xù)浸提法[17-18]表征物料腐解過(guò)程中土壤磷素形態(tài)響應(yīng)；探討不同物料添加，物料磷素釋放與土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中秸稈等的資源化利用及廣辟磷源、磷素高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤采自江西省南昌市向塘鎮(zhèn)，土壤類型為發(fā)育于第四紀(jì)紅色黏土的肥熟旱耕人為土。作物收獲后采集0～20 cm 耕層土壤，經(jīng)風(fēng)干過(guò)篩后，混勻備用。其基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)23.4 g/kg，全氮1.04 g/kg，全磷2.86 g/kg，堿解氮131 mg/kg，速效磷176 mg/kg，速效鉀254 mg/kg，pH為7.15，粘粒9.7%，砂粒59.3%，粉粒31.0%，土壤為砂質(zhì)壤土。

供試有機(jī)物料如秸稈、稻殼等原材料均采自江西農(nóng)業(yè)大學(xué)綠肥基地。紫云英、油菜秸稈收集風(fēng)干后切成2 cm左右備用。稻殼生物質(zhì)炭為自制，稻殼用蒸餾水洗凈烘干，粉碎過(guò)2 mm篩，過(guò)篩后的稻殼置于用錫箔紙包裹的坩堝內(nèi)以隔絕空氣，分別于400 ℃和700 ℃的馬弗爐中炭化1 h，即得400 ℃稻殼生物質(zhì)炭和700 ℃稻殼生物質(zhì)炭樣品（60 目）。供試有機(jī)物料的養(yǎng)分狀況見(jiàn)表1。供試無(wú)機(jī)磷肥選用磷酸二氫鈉（A.R.）。

表1 供試有機(jī)物料養(yǎng)分狀況Tab.1 Basic nutrient contents of tested organic materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)為室內(nèi)培養(yǎng)，分別稱取50 g過(guò)2 mm 篩的風(fēng)干土壤樣品與上述一定量的物料充分混勻，置于100 mL 塑料瓶中，于25 ℃恒溫培養(yǎng)18周。試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理：（1）不添加物料（CK）；（2）添加無(wú)機(jī)磷肥磷酸二氫鈉（P）；（3）添加紫云英秸稈（AS）；（4）添加油菜秸稈（BS）；（5）添加400 ℃制備的稻殼生物質(zhì)炭（RB400）；（6）添加700 ℃制備的稻殼生物質(zhì)炭（RB700）。各處理物料按以純磷30 mg/kg等磷量添加。培養(yǎng)期內(nèi)以稱重法保持田間持水量的60%。每個(gè)處理設(shè)置21個(gè)重復(fù)，分別于培養(yǎng)的第0、1、2、3、6、12、18周進(jìn)行破壞性取樣，每次每處理取3個(gè)重復(fù)。各階段土壤采集后，風(fēng)干、過(guò)篩備用。

1.2.2 有機(jī)物料的腐解監(jiān)測(cè) 借鑒土壤有機(jī)質(zhì)分組中顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)（POM）提取的方法[14,16]，將培養(yǎng)各階段土壤中的有機(jī)物料分離，以監(jiān)測(cè)各階段有機(jī)物料的腐解情況。稱取培養(yǎng)各階段的風(fēng)干土樣20 g，加入60 mL 0.05 mol/L 的NaCl 溶液，于振蕩器上以150 r/min 震蕩2 h，過(guò)53 μm 的篩，用蒸餾水反復(fù)沖洗。留在篩上的是砂和POM的混合物，此混合物通過(guò)浮選再進(jìn)一步分離。

轉(zhuǎn)移篩上物于鋁盒中，烘干至恒重，轉(zhuǎn)入50 mL 離心管，加入35 mL 的NaI（密度1.85 g/cm3），緩慢手動(dòng)震蕩混合，于離心機(jī)中1 250 g 離心45 min，過(guò)0.45 μm 濾膜抽濾，并洗去多余的NaI。轉(zhuǎn)移濾膜上殘留物于一預(yù)先稱重的錫箔紙上，于60 ℃烘至恒重。烘干后的POM 稱重，磨細(xì)備用。采用H2SO4-H2O2消煮—鉬銻抗比色法進(jìn)行POM-P的測(cè)定。

1.2.3 土壤磷素分組 采用修正的Hedley 化學(xué)連續(xù)浸提法[17-18]提取各培養(yǎng)階段土壤的磷素組分：稱取0.5 g 風(fēng)干土于50 mL 離心管中，逐級(jí)采用陰離子交換樹脂、0.5 mol/L NaHCO3、0.1 mol/L NaOH、1 mol/L HCl和濃HCl進(jìn)行提取，每次提取震蕩時(shí)間為16 h，之后離心（2 100 g，15 min）、過(guò)濾收集懸液。最后浸提殘留的樣品采用濃H2SO4-H2O2消解測(cè)定全磷。浸提液無(wú)機(jī)磷和總磷分別采用鉬藍(lán)比色法和ICP法測(cè)定，有機(jī)磷用差減法計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Excel2010和SAS8.2進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin8.1作圖。不同處理間的差異分析采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和多重比較（Duncan）檢驗(yàn)（P＜0.05）。有機(jī)物料磷與土壤磷組分的相關(guān)分析采用Pearson法。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)物料的腐解動(dòng)態(tài)

借鑒土壤有機(jī)質(zhì)分組中顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)（POM）提取的方法，將不同有機(jī)物料添加處理培養(yǎng)各階段的有機(jī)物料再分離，以監(jiān)測(cè)各階段有機(jī)物料的腐解情況。從回收率來(lái)看，培養(yǎng)初始（第0周）有機(jī)物料回收率分別為AS 77.3%，BS 126%，RB400 82.2%，RB700 91.3%；有機(jī)物料磷的回收率分別為AS 72.5%，BS 132%，RB400 44.1%，RB700 72.7%。

不同處理有機(jī)物料腐解趨勢(shì)相似，均表現(xiàn)為有機(jī)物料質(zhì)量的緩慢遞減（圖1a）。AS處理在物料添加的第1周內(nèi)腐解速率最大，紫云英秸稈腐解率為31.4%，至培養(yǎng)第12周時(shí)腐解74.6%，第18周培養(yǎng)結(jié)束時(shí)腐解82.5%。BS 處理在培養(yǎng)的前12 周，油菜秸稈基本不腐解，第18 周培養(yǎng)結(jié)束時(shí)僅腐解39.7%。RB400、RB700處理在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)稻殼生物質(zhì)炭質(zhì)量均無(wú)顯著變化（P＞0.05）。

不同處理有機(jī)物料腐解殘余磷的變化趨勢(shì)亦大體一致（圖1b）。AS 處理在培養(yǎng)的第12 周，紫云英秸稈磷素含量有顯著的降低（P＜0.05），秸稈磷的釋放率為73.2%，至培養(yǎng)第18 周，磷的釋放率達(dá)95.4%。BS 與RB400 處理，在培養(yǎng)期內(nèi)，油菜秸稈磷與稻殼生物質(zhì)炭磷變化均不明顯。RB700 處理在培養(yǎng)第18周時(shí)，有稻殼生物質(zhì)炭磷的顯著降低（P＜0.05），磷的釋放率為77.3%。

圖1 有機(jī)物料的腐解（a）與磷素殘留（b）動(dòng)態(tài)Fig.1 Decomposition dynamics（a）and residual P dynamics（b）of organic materials

2.2 物料添加對(duì)土壤磷組分含量的影響

由修正的Hedley 連續(xù)浸提法測(cè)得，在供試土壤各磷素組分中，以HCl-Pi 與NaOH-Pi 兩組分含量最高（表2）。培養(yǎng)結(jié)束后，各有機(jī)物料添加處理（AS、BS、RB400、RB700）均不同程度地顯著提升了土壤各無(wú)機(jī)磷組分的含量（P＜0.05）；無(wú)機(jī)磷肥添加處理（P）顯著提升了Resin-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi和conHCl-Pi等無(wú)機(jī)磷組分含量（P＜0.05）（表2）。整體來(lái)看，等磷量不同物料添加培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，以AS處理土壤各無(wú)機(jī)磷組分含量最高，其對(duì)土壤各無(wú)機(jī)磷組分含量的提升效果最優(yōu)，由高到低順序?yàn)镽B700、RB400、BS 和P處理。即等磷量無(wú)機(jī)磷肥添加，其對(duì)土壤各無(wú)機(jī)磷組分的提升效果顯著低于各有機(jī)物料添加處理（P＜0.05）。AS 處理對(duì)Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi 和conHCl-Pi 的提升率分別為14.38%，16.23%，12.15%，21.19%，18.0%；RB700 處理對(duì)土壤各無(wú)機(jī)磷組分的提升率分別為14.65%，14.43%，10.20%，19.11%，11.21%；RB400 處理的提升率分別為13.06%，13.66%，9.68%，20.15%，9.16%；BS 處理土壤各無(wú)機(jī)磷組分含量分別提升9.18%，8.11%，7.08%，17.50%，9.59%；P 處理對(duì)Resin-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi和conHCl-Pi的提升率分別為5.84%，2.21%，5.58%，3.13%。

表2 培養(yǎng)結(jié)束后不同物料添加土壤磷組分含量Tab.2 The soil P fraction contents after incubation mg·kg-1

就土壤有機(jī)磷組分，物料添加未顯著提升NaHCO3-Po、NaOH-Po 含量（P＞0.05）；AS、BS、RB400 處理顯著提升了土壤中conHCl-Po含量（P＜0.05），提升率分別為23.22%、17.0%、14.23%。

添加外源磷顯著提升了Residual-P 組分含量，其中有機(jī)物料添加處理（RB700、RB400、AS、BS）提升作用尤為顯著（P＜0.05）。RB700、RB400、AS、BS 及P 處理土壤Residual-P 含量分別提升64.35%，48.51%，44.55%，32.67%，23.76%，即等磷量添加稻殼生物質(zhì)炭對(duì)土壤Residual-P的提升作用要大于等磷量秸稈、無(wú)機(jī)磷肥添加處理。

2.3 土壤磷組分的動(dòng)態(tài)變化

土壤各無(wú)機(jī)磷組分含量均表現(xiàn)為隨培養(yǎng)時(shí)間先逐漸增加后稍有降低的趨勢(shì)，各無(wú)機(jī)磷組分均有峰值出現(xiàn)；土壤各有機(jī)磷組分含量大體表現(xiàn)為隨培養(yǎng)時(shí)間先稍有降低后逐漸增加的趨勢(shì)，到培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，達(dá)最大值（圖2）。

圖2 土壤磷組分的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamics of soil P fractions

CK、P 處理，在培養(yǎng)過(guò)程中，土壤各無(wú)機(jī)磷組分含量均有顯著的動(dòng)態(tài)波動(dòng)。CK 處理在第18 周培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，NaHCO3-Pi、conHCl-Pi 組分含量分別比培養(yǎng)初期第1 周提升2.36%、3.10%；其他無(wú)機(jī)磷組分Resin-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi 含量與培養(yǎng)初期相比，未有顯著變化（P＞0.05）。P 處理在第18 周培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，conHCl-Pi 組分含量比培養(yǎng)初期顯著提升3.77%，其他無(wú)機(jī)磷組分含量培養(yǎng)初期與后期無(wú)顯著差異（P＞0.05）。AS、BS、RB400、RB700 處理，在培養(yǎng)過(guò)程中，土壤各無(wú)機(jī)磷組分含量隨培養(yǎng)時(shí)間均呈現(xiàn)近似拋物線的變化趨勢(shì)；各處理無(wú)機(jī)磷組分含量在培養(yǎng)第12周時(shí)出現(xiàn)峰值，后稍有降低。

土壤各有機(jī)磷組分含量動(dòng)態(tài)變化與無(wú)機(jī)磷組分變化不同，NaHCO3-Po、NaOH-Po 及conHCl-Po 組分各處理分別在培養(yǎng)第6、3、6 周有一個(gè)顯著低谷，后隨時(shí)間顯著升高（P＜0.05）。AS、BS、RB400、RB700 處理，在第18 周培養(yǎng)結(jié)束時(shí)與培養(yǎng)初期（第1 周）相比，NaHCO3-Po 組分含量提升率分別為8.68%，9.14%，6.24%，5.56%；NaOH-Po 組分含量在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，各處理分別提升14.4%，13.0%，15.4%，22.7%；conHCl-Po組分含量，各處理分別提升33.0%，31.5%，24.7%，24.3%。P 處理，在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)與培養(yǎng)初期相比，3個(gè)有機(jī)磷組分含量分別顯著提升9.75%，20.3%，20.7%。

CK、P 處理，在培養(yǎng)過(guò)程中，土壤residual-P 含量無(wú)顯著波動(dòng)，培養(yǎng)前后無(wú)顯著變化（P＞0.05）。AS、BS、RB400、RB700處理，土壤residual-P 含量呈現(xiàn)近似線性增加的趨勢(shì)，在培養(yǎng)第12周出現(xiàn)residual-P 的顯著升高（P＜0.05），分別提升43.4%，27.8%，36.5%和31.8%。

2.4 有機(jī)物料磷與土壤磷組分的關(guān)系

討論有機(jī)物料磷與土壤各磷組分的相關(guān)性（表3）。培養(yǎng)期間有機(jī)物料磷POM-P 與土壤NaHCO3-Po組分無(wú)顯著相關(guān)性，但與土壤其他各磷組分均呈極顯著（P＜0.01）或顯著（P＜0.05）負(fù)相關(guān)。在土壤各磷組分之間，NaHCO3-Po 除與Resin-Pi 有顯著正相關(guān)（P＜0.05）外，與其他各組分均無(wú)顯著相關(guān)性。conHCl-Po 除與conHCl-Pi 無(wú)顯著相關(guān)性外，與其他各組分均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。其他各土壤磷組分之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。

表3 有機(jī)物料磷與土壤磷組分的相關(guān)分析（N=72）Tab.3 Correlation coefficients between organic materials P and soil P fractions（N=72）

3 討論

3.1 土壤磷組分

連續(xù)浸提法可在一定程度上定量土壤中磷素的賦存形態(tài)。不同類型的土壤，因土壤中“固磷底物”類型及活性的差異，磷的賦存形態(tài)亦不同。在中性或堿性土壤中，土壤磷素形態(tài)以Ca-P 為主或HCl-Pi組分居多[11,18-21]；而在熱帶或亞熱帶酸性土壤中，磷素形態(tài)以Fe/Al-P 為主或NaOH-Pi 組分居多[22-24]。本試驗(yàn)中，供試土壤磷以HCl-Pi 組分含量最高，其次為NaOH-Pi；即供試土壤磷素賦存形態(tài)以鈣結(jié)合態(tài)磷和鐵鋁結(jié)合態(tài)磷為主[17-18]。本試驗(yàn)土壤為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)第四紀(jì)紅色黏土母質(zhì)上發(fā)育的肥熟旱耕人為土，該氣候區(qū)域內(nèi)典型的脫硅富鐵鋁化成土過(guò)程，造就了土壤中大量的Fe/Al-P的富集；但長(zhǎng)期的旱耕熟化，使得土壤發(fā)生復(fù)鹽基作用（鹽基組成中主要是鈣）[25]，因而土壤中Ca-P 與Fe/Al-P 大量并存。陳利軍等[26]在江西紅壤旱地上的研究也有相似的結(jié)論。

本研究結(jié)果顯示，添加有機(jī)物料，顯著提升了土壤無(wú)機(jī)磷、conHCl-Po（RB700 除外）及Residual-P 組分含量；以Residual-P、conHCl-Po、HCl-Pi組分提升率最高。同條件下，等磷量添加無(wú)機(jī)磷肥，顯著提升了土壤無(wú)機(jī)磷（NaHCO3-Pi除外）、Residual-P 組分含量；其中以Residual-P、Resin-Pi、HCl-Pi組分提升率最高。即無(wú)機(jī)外源磷可提升土壤無(wú)機(jī)磷含量尤其是活性無(wú)機(jī)磷（Resin-Pi）；而有機(jī)外源磷可提升土壤無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷（conHCl-Po）。這與前人[21,27]的研究結(jié)果相近。前人[18]研究還表明，conHCl-Po 是來(lái)源于土壤顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)中的磷，隨土壤中纖維素等的降解而釋放，具有一定的生物有效性。本研究結(jié)果也顯示，POM-P 與conHCl-Po 含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.244，P＜0.05），即隨土壤中各有機(jī)物料的逐漸腐解，POM-P不斷轉(zhuǎn)化，土壤中conHCl-Po組分含量不斷提升。

3.2 有機(jī)物料磷素釋放與土壤磷素響應(yīng)

等磷量不同物料添加培養(yǎng)，以紫云英秸稈添加處理對(duì)土壤各無(wú)機(jī)磷組分含量的提升效果最優(yōu)，其次由高到低順序?yàn)樘砑?00 ℃稻殼生物質(zhì)炭、400 ℃稻殼生物質(zhì)炭、油菜秸稈和無(wú)機(jī)磷肥處理；這與有機(jī)物料腐解磷的釋放規(guī)律相呼應(yīng)。即紫云英秸稈在培養(yǎng)18 周后磷的釋放率最高，達(dá)95.4%；700 ℃稻殼生物質(zhì)炭處理次之，磷的釋放率達(dá)77.3%；而400 ℃稻殼生物質(zhì)炭處理、油菜秸稈處理在培養(yǎng)期內(nèi)磷的釋放相對(duì)不明顯。宋莉等[28]通過(guò)盆栽模擬稻田環(huán)境，運(yùn)用埋袋法在潮土上的研究顯示，在翻壓90 d 后，紫云英秸稈磷的釋放率達(dá)87.14%，油菜秸稈為62.65%。Talgre 等[8]對(duì)幾種綠肥作物的腐解監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在埋袋后的6 個(gè)月內(nèi)，磷的釋放率可達(dá)80%。Lupwayi 等[9]的研究顯示，還田綠肥作物比其他還田作物可釋放更高比例的磷，綠肥磷素釋放率在56%～74%。有機(jī)物料中磷的礦化或釋放主要受土壤微生物、物料性質(zhì)及土壤環(huán)境因素（溫度、水分、pH）等的調(diào)控；而物料性質(zhì)是影響植物性有機(jī)物料腐解過(guò)程及養(yǎng)分釋放的主導(dǎo)因素[29]。還田有機(jī)物料中磷的釋放率與物料磷濃度呈顯著正相關(guān)，與物料C/P、木質(zhì)素/P 呈顯著負(fù)相關(guān)[8-9]。一般情況下，還田秸稈C/P 大于300，總磷含量大于0.3%時(shí)，秸稈磷以固定為主；而C/P 小于200，總磷含量小于0.2%時(shí)，則以礦化為主[30-31]。本研究中，紫云英秸稈磷含量高于油菜，C/P小于油菜，其有較高的磷素釋放率，與前人研究結(jié)論相一致；油菜秸稈因其相對(duì)高的C/P（482.4）和較低的磷含量（1.08 g/kg），其在土壤中磷素傾向于生物固定，磷素釋放不顯著。

生物質(zhì)炭的施用可顯著提升土壤磷的有效性[32]。前人[32-34]研究表明，制備生物質(zhì)炭的熱裂解溫度越高，其磷素有效性越低；熱裂解溫度超過(guò)700 ℃，生物質(zhì)炭磷完全失去其有效性[33]。生物質(zhì)炭制備的熱裂解過(guò)程改變了原生物質(zhì)中磷素的賦存形態(tài)。Xu 等[35]利用Hedley 連續(xù)化學(xué)浸提法，對(duì)3 種作物秸稈生物質(zhì)炭熱裂解制備過(guò)程中磷素的形態(tài)轉(zhuǎn)化做了研究，發(fā)現(xiàn)隨裂解溫度升高，生物質(zhì)炭磷由水溶態(tài)或有機(jī)態(tài)，逐漸轉(zhuǎn)化為活性態(tài)（NaHCO3-Pi）或半活性態(tài)（NaOH-Pi），最終轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài)（HCl-P 與Residual-P）；通過(guò)31P NMR 技術(shù)表征各形態(tài)磷素的化學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭熱裂解制備過(guò)程中，有機(jī)磷快速降解，有更穩(wěn)定的無(wú)機(jī)磷礦物（如CaAl3（OH）5（PO4）2、Al3（OH）3（PO4）2·5H2O 等）的形成。本研究中，700 ℃和 400 ℃稻殼生物質(zhì)炭添加入土壤后，發(fā)現(xiàn)土壤中HCl-Pi 與Residual-P 均有顯著提升，且Residual-P 的提升率RB700（64.35%）＞RB400（48.51%），并均高于等磷量秸稈添加處理；另外，RB400 處理，土壤中有conHCl-Po 的顯著提升，且提升率RB400（14.23%）＜BS（17.0%）＜AS（23.22%），而RB700 處理未發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)磷的提升。這說(shuō)明，400 ℃熱裂解所制備的稻殼生物質(zhì)炭，其仍有一定量的有機(jī)磷組分，可補(bǔ)充土壤有機(jī)磷庫(kù)（conHCl-Po）；當(dāng)裂解溫度為700 ℃時(shí)，生物質(zhì)炭中有機(jī)磷或已完全轉(zhuǎn)化為形態(tài)更為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)態(tài)磷，補(bǔ)充土壤無(wú)機(jī)磷庫(kù)（Residual-P 或HCl-Pi）。本研究中，不同熱裂解溫度制備的稻殼生物質(zhì)炭添加入土壤后，土壤磷庫(kù)形態(tài)及數(shù)量的相應(yīng)變化與前人對(duì)生物質(zhì)炭自身磷素形態(tài)與結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果可相互印證。

本研究結(jié)果還顯示，等磷量不同有機(jī)物料添加對(duì)土壤各無(wú)機(jī)磷組分的提升效果均顯著高于等磷量無(wú)機(jī)磷肥添加處理（P＜0.05）；且油菜秸稈添加處理與400 ℃稻殼生物質(zhì)炭添加處理，培養(yǎng)期間未發(fā)現(xiàn)有物料磷素的顯著釋放，但相應(yīng)土壤各無(wú)機(jī)磷組分及Residual-P 組分均有顯著提升。這可能與土壤有機(jī)質(zhì)的激發(fā)效應(yīng)有關(guān)。根據(jù)土壤有機(jī)質(zhì)激發(fā)效應(yīng)的“氮礦化理論”[36]，外源碳的輸入促進(jìn)微生物的增長(zhǎng)，微生物對(duì)氮的需求增加，促使其礦化分解土壤原有有機(jī)質(zhì)以獲取氮素。外源有機(jī)物料較高的C/N 比，易導(dǎo)致土壤微生物處于“氮饑餓”狀態(tài)，更易增加土壤有機(jī)質(zhì)的激發(fā)強(qiáng)度[37-38]。有研究表明，紅壤性水稻土中添加秸稈生物質(zhì)炭，可引起土壤碳的正激發(fā)；而不同性質(zhì)的土壤中秸稈直接添加，均有土壤碳的正激發(fā)效應(yīng)[39]。本研究中，外源有機(jī)物料的添加并未配施外源氮，且油菜秸稈及400 ℃稻殼生物質(zhì)炭均有相對(duì)高的C/N 比，強(qiáng)烈的激發(fā)效應(yīng)促使土壤原有有機(jī)質(zhì)礦化的同時(shí)，伴隨有機(jī)磷向無(wú)機(jī)磷的轉(zhuǎn)化，從而提升土壤各無(wú)機(jī)磷庫(kù)。

土壤微生物是調(diào)節(jié)有機(jī)磷與無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素。Hedley等[17]在65年未施肥的小麥-小麥-休閑輪作土壤上，監(jiān)測(cè)到土壤磷素的輸出耗竭主要源于Residual-P 與土壤有機(jī)磷庫(kù)，作物根際pH 降低溶解部分Residual-P、微生物對(duì)可溶性無(wú)機(jī)磷的生物固定及微生物量磷與土壤本底有機(jī)磷的礦化，是土壤Residual-P和有機(jī)磷庫(kù)不斷耗竭輸出供應(yīng)作物磷素的主要機(jī)制；通過(guò)外源纖維素與無(wú)機(jī)磷肥的添加培養(yǎng)試驗(yàn)，再次驗(yàn)證了微生物在土壤各形態(tài)磷素再分配上的重要作用。Salas等[14]的研究也表明，真菌在還田有機(jī)物料分解、物料磷的生物固定及土壤磷素有效性上有重要貢獻(xiàn)。本研究中，外源有機(jī)物料的添加顯著提升了土壤conHCl-Po，而土壤有機(jī)磷與無(wú)機(jī)磷組分在培養(yǎng)期間的動(dòng)態(tài)變化似乎有延時(shí)相反趨勢(shì)，微生物在其中的作用及調(diào)節(jié)機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

紫云英秸稈相對(duì)低的C/P比及較高的磷含量，其添加入土壤腐解后，有最高的磷素釋放率；對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷與有機(jī)磷均有最優(yōu)的提升效果。油菜秸稈，因其較高的C/P比及相對(duì)低的磷含量，腐解率低，磷素釋放不明顯，以提升土壤有機(jī)磷效果較好。稻殼生物質(zhì)炭在熱裂解制備過(guò)程中，有機(jī)磷降解，無(wú)機(jī)磷及Residual-P 不斷生成，其添加入土壤后，以提升土壤Residual-P 和無(wú)機(jī)磷效果顯著，尤其是700 ℃稻殼生物質(zhì)炭添加處理；400 ℃稻殼生物質(zhì)炭添加仍能一定程度上提升土壤有機(jī)磷。

就土壤磷組分而言，外源磷的添加，均以提升土壤Residual-P 組分為主，其提升率最高；在土壤各無(wú)機(jī)磷組分中，外源有機(jī)物料添加均以HCl-Pi 組分提升率最高，而等磷量無(wú)機(jī)磷肥添加，以Resin-Pi 組分提升率最高，HCl-Pi組分次之。外源磷的添加能顯著提升土壤磷素有效性；有機(jī)物料添加對(duì)土壤磷素有效性的提升效果均顯著優(yōu)于等磷量無(wú)機(jī)磷肥添加。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，相對(duì)于其他有機(jī)物料，紫云英等綠肥作物還田，在土壤磷素有效性及土壤供磷能力提升方面有明顯優(yōu)勢(shì)。

土壤顆粒有機(jī)質(zhì)分離法用于分離土壤與秸稈腐解殘余物以監(jiān)測(cè)秸稈腐解動(dòng)態(tài)，經(jīng)本試驗(yàn)驗(yàn)證及物料回收率數(shù)據(jù)來(lái)看，此法在技術(shù)上可行，但后續(xù)仍需更多的研究加以對(duì)比驗(yàn)證。

致謝：江西省教育廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（GJJ150398）同時(shí)對(duì)本研究給予了資助，謹(jǐn)致謝意！