施磷對灌耕草甸土無機(jī)磷形態(tài)和有效磷的影響

王宇瑩，龔會蝶，王雪艷，涂永峰，宋海英，陳波浪，盛建東*

（1.新疆土壤與植物生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆慧爾農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，新疆 昌吉 831100）

磷是植物生長發(fā)育必不可少的營養(yǎng)元素[1]。土壤中的磷分為有機(jī)磷和無機(jī)磷兩大類，其中石灰性土壤中無機(jī)磷占全磷總量的65%～85%，無機(jī)磷是作物磷營養(yǎng)的主要來源[2]。蔣柏藩等[3]將石灰性土壤無機(jī)磷分為磷酸二鈣鹽（Ca2-P）、磷酸八鈣鹽（Ca8-P）、磷灰石鹽（Ca10-P）、磷酸鐵鹽（Fe-P）、磷酸鋁鹽（Al-P）和閉蓄態(tài)磷酸鹽（O-P）6個形態(tài)。土壤無機(jī)磷形態(tài)與有效磷含量息息相關(guān)[4]。韓瑯豐等[5]認(rèn)為，石灰性土壤中Ca2-P 是有效磷源，Ca8-P、Al-P 和Fe-P 是緩效磷源，O-P 和Ca10-P 是潛在磷源。李若楠等[6]對塿土的研究表明，有效磷的增加主要通過提高有效態(tài)磷（Ca2-P）和緩效態(tài)磷（Ca8-P、Al-P）的比例、降低無效態(tài)磷（Ca10-P）的比例來實(shí)現(xiàn)。

施磷可以有效改變土壤無機(jī)磷形態(tài)，增加有效磷含量[7]，但不同磷肥品種和施用方式表現(xiàn)不同。郭大勇等[8]對河南玉米田的研究表明聚磷酸銨主要提升土壤Ca2-P、Ca8-P和Fe-P含量，且其肥料利用率高于磷酸一銨和過磷酸鈣。馬丹等[9]對新疆棉田的研究表明磷酸一銨和磷酸脲對土壤有效磷的提升效果優(yōu)于重過磷酸鈣。隨著滴灌技術(shù)的大面積應(yīng)用，有研究認(rèn)為與基施相比，磷肥滴施可顯著提升磷素在土壤中的平均垂直移動距離，從而提高磷肥利用率[10]。

然而在新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，一方面農(nóng)戶習(xí)慣施用磷酸二銨等堿性磷肥，導(dǎo)致磷肥性質(zhì)與石灰性土壤不匹配，另一方面土壤中存在各種固磷機(jī)制，影響磷肥移動性，導(dǎo)致磷肥當(dāng)季作物利用率僅為10%～20%[11]，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家40%的水平[12]。大量磷被固定在土壤中，不僅造成磷資源浪費(fèi)[13]，還破壞土壤微團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，增加面源污染的風(fēng)險[14]。

灌耕草甸土是新疆北部地區(qū)一種典型石灰性土壤，廣泛分布在地下水位較高的低洼部位，在綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的地位[15]。但以往對灌耕草甸土的研究多集中在磷肥固定和有效磷損失方面[16-17]，關(guān)于不同磷肥的形態(tài)變化和有效性的研究鮮有報道，且目前對磷肥滴施下土壤有效磷垂直分布特征的認(rèn)識尚未完全清楚。因此本研究通過室內(nèi)土壤培養(yǎng)的方法，定量分析磷肥品種和施磷方式對灌耕草甸土不同土層的無機(jī)磷形態(tài)和有效磷含量的影響，以期為新疆北部灌耕草甸土磷肥的合理管理提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣地及土壤概況

試驗(yàn)在新疆北部昌吉市草甸土分布區(qū)[15]進(jìn)行，采集典型的棉田灌耕草甸土（87°25′39″ E，44°10′32″N），取其耕層土壤（0～20 cm），帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行培養(yǎng)研究。土壤初始背景值見表1。

表1 灌耕草甸土基本理化性質(zhì)Table 1 The basic physical and chemical properties of the irrigated meadow soil

1.2 磷肥品種

本研究選用重過磷酸鈣（TSP）、磷酸一銨（MAP）和聚磷酸銨（APP）3種磷肥，其性質(zhì)及來源見表2。

表2 三種磷肥性質(zhì)及來源Table 2 The properties and sources of three phosphate fertilizers

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

本研究在新疆慧爾農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司現(xiàn)代化溫室大棚內(nèi)開展，該溫室可精確控制室內(nèi)溫度及濕度。

試驗(yàn)開始前，將從棉田取回的土壤風(fēng)干后過2 mm 篩，混勻裝盆（長×寬×高為80 cm×33 cm×26 cm，質(zhì)量為0.25 kg），每盆裝土50 kg，土層厚度20 cm。設(shè)重過磷酸鈣基施（TSP-B）、磷酸一銨基施（MAP-B）、聚磷酸銨基施（APP-B）、磷酸一銨滴施（MAP-D）、聚磷酸銨滴施（APP-D）及不施磷肥對照（CK）6 個處理（TSP 溶解度低，故未設(shè)滴施），每個處理4 次重復(fù)，共24盆土，隨機(jī)區(qū)組排列，進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)。

各處理根據(jù)所選磷肥品種，按照每千克土施入100 mg P 的標(biāo)準(zhǔn)加入，其余養(yǎng)分按照每千克土98 mg N（30%基施+70%追施）和39 mg K2O（基施）補(bǔ)足，N不足部分由尿素（46%）補(bǔ)充，鉀肥使用硫酸鉀（51%）?；┨幚戆衙颗柰了璺柿虾团柚型寥莱浞只靹蚝螅ㄟ^滴施裝置（圖1）一次性滴水10 L（田間持水量的80%）；滴施處理把所需肥料溶于水（10 L）后隨水一起滴入土壤。培養(yǎng)期間，每周稱質(zhì)量灌水一次，保持土壤含水量為田間持水量的60%～80%。培養(yǎng)至120 d，用土鉆于每盆土相同位點(diǎn)上，按0～5、5～10 cm 和10～20 cm 垂直分三層采集土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

圖1 滴施模擬裝置Figure 1 Drip simulation device

1.4 樣品處理與分析

土樣風(fēng)干后研磨，過1 mm 與0.15 mm 篩備用。采用蔣柏藩-顧益初無機(jī)磷分級方法連續(xù)浸提，測定土壤樣品的Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P 和Ca10-P含量；采用Olsen-P 法（0.5 mol·L-1NaHCO3）測定土壤有效磷含量。測樣方法均參照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》第三版中給定方法[18]，土壤無機(jī)磷總量為各無機(jī)磷形態(tài)含量之和。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用R軟件進(jìn)行單因素方差分析和通徑分析，采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，采用Excel 2019和SigmaPlot 10.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖表整理。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷肥品種和施磷方式對灌耕草甸土無機(jī)磷總量和有效磷含量的影響

相比對照處理（CK），總體上各處理中無機(jī)磷總量和有效磷含量均有不同程度升高（表3）。其中，三種磷肥基施處理（TSP-B、MAP-B和APP-B）顯著提升了5～10 cm和10～20 cm土層中無機(jī)磷總量和有效磷含量（P＜0.05），而三個土層中，除10～20 cm土層MAP-B有效磷含量顯著高于APP-B外，其余基施處理間均無顯著差異；兩種磷肥滴施處理（MAP-D 和APP-D）僅顯著提升0～5 cm 土層中無機(jī)磷總量和有效磷含量（P＜0.05），且APP-D處理顯著高于MAP-D處理（P＜0.05）。

表3 不同磷肥品種和施磷方式對灌耕草甸土無機(jī)磷和有效磷含量的影響（mg·kg-1）Table 3 Effects of P fertilizers and applications on inorganic P and available P content of irrigated meadow soil（mg·kg-1）

磷肥滴施與基施相比，APP-D處理下0～5 cm土層中無機(jī)磷總量和有效磷含量顯著高于基施（P＜0.05），而在5～10 cm和10～20 cm土層中結(jié)果恰好相反。

2013年底中共浙江省委十三屆四次全會后，“五水共治”作為2014年全省的重點(diǎn)工作被明確下來，X縣迅速行動，截至2014年8月初，其主要工作進(jìn)度具體見表1。該工作進(jìn)度主要是依據(jù)官方發(fā)布的有關(guān)“五水共治”的正式文件而制定。

2.2 磷肥品種和施磷方式對灌耕草甸土無機(jī)磷形態(tài)的影響

各處理三個土層中無機(jī)磷形態(tài)含量均有不同程度的變化（圖2）?？傮w而言，三個土層中Ca2-P、Ca8-P、Al-P 和Fe-P 含量相比對照均升高，而Ca10-P 和O-P含量變化不明顯。其中，三個土層中Ca2-P 含量在三種磷肥基施處理下均比對照顯著升高（P＜0.05），但三種基施處理在0～5 cm和5～10 cm土層中差異不顯著；僅0～5 cm 土層Ca2-P 含量在兩種磷肥滴施處理下比對照顯著升高（P＜0.05），且APP-D 處理顯著高于MAP-D 處理（P＜0.05）（圖2a～圖2c）；Ca8-P 含量在0～5 cm 土層兩種滴施處理以及5～10 cm 土層三種基施處理下比對照顯著升高（P＜0.05），但各土層相同施磷方式間無顯著差異（圖2d～圖2f）；Fe-P含量在0～5 cm和10～20 cm 土層三種基施處理以及三個土層兩種滴施處理下均比對照顯著升高（P＜0.05）（圖2m～圖2o），但各土層施磷處理間均無顯著差異；而Al-P 含量在0～5 cm 土層兩個滴施處理以及5～10 cm 和10～20 cm土層TSP-B 和MAP-B 處理與對照相比均顯著提升（P＜0.05）（圖2j～圖2l）。

磷肥滴施與基施相比，0～5 cm土層兩種滴施處理下Ca2-P和Ca8-P含量均顯著高于基施處理（圖2a和圖2d），10～20 cm土層Ca2-P含量結(jié)果恰好相反（圖2c）。

圖2 不同磷肥品種和施磷方式下灌耕草甸土無機(jī)磷各形態(tài)含量Figure 2 Inorganic phosphorus content of various forms in irrigated meadow soil under different P fertilizers and applications

2.3 磷肥品種和施磷方式對灌耕草甸土無機(jī)磷形態(tài)比例的影響

如圖3 所示，不施磷條件下，灌耕草甸土耕層無機(jī)磷中Ca10-P和O-P含量最多，分別占無機(jī)磷總量的37.6%和35.7%，Ca8-P、Al-P 和Fe-P 分別占14.0%、6.2%和4.8%，Ca2-P 最少，僅占1.7%；施入磷肥后，Ca10-P 和O-P 比例略有降低，范圍為23.0%～37.6%和24.9%～37.8%，Ca8-P、Al-P 和Fe-P 波動范圍為15.2%～22.9%、5.6%～8.1%和4.2%～7.4%，Ca2-P 比例升高，最大可達(dá)19.0%。

與CK 相比，三種磷肥基施處理提高三個土層Ca2-P 比例，同時降低Ca10-P 比例（P＜0.05），且三種基施處理間無顯著差異；與CK 相比，MAP-D 處理顯著提高0～5 cm 和5～10 cm 土層Ca2-P 比例，同時顯著降低Ca10-P 比例（P＜0.05），Ca2-P 占比變化較大，分別提高13.1 個百分點(diǎn)和5.9 個百分點(diǎn)。APP-D 處理僅在0～5 cm 土層有顯著影響，其中Ca2-P 和Ca8-P 占比分別顯著提高17.3個百分點(diǎn)和8.7個百分點(diǎn)，Ca10-P、Fe-P 和O-P 占比分別顯著降低13.6、0.9 個百分點(diǎn)和10.8 個百分點(diǎn)（P＜0.05）（圖3）。

磷肥滴施與基施相比，MAP-D 處理0～5 cm 土層Ca2-P占比顯著高于MAP-B處理（P＜0.05）；APP-D處理0～5 cm 土層Ca2-P 和Ca8-P 占比顯著高于APP-B處理，F(xiàn)e-P 和O-P 占比顯著低于APP-B 處理，在5～10 cm 和10～20 cm 土層Ca2-P 占比顯著低于APP-B處理（P＜0.05）（圖3）。

圖3 不同磷肥品種和施磷方式下灌耕草甸土各土層無機(jī)磷形態(tài)比例Figure 3 Proportion of inorganic phosphorus forms in each soil layer of irrigated meadow soil under different P fertilizers and applications

2.4 灌耕草甸土無機(jī)磷與有效磷相關(guān)關(guān)系

灌耕草甸土無機(jī)磷和有效磷相關(guān)性分析（表4）表明，耕層（0～20 cm）土壤無機(jī)磷總量和有效磷含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），其相關(guān)系數(shù)為0.91；無機(jī)磷中Ca2-P、Ca8-P 和Al-P 與有效磷也呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），其中Ca2-P 的相關(guān)系數(shù)最大，為0.97；O-P 與有效磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。此外Ca2-P、Ca8-P 和Al-P 三種形態(tài)之間也呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），O-P 與Ca2-P、Ca8-P 之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。

表4 灌耕草甸土無機(jī)磷與有效磷相關(guān)關(guān)系Table 4 Correlation between inorganic phosphorus components and available phosphorus in irrigated meadow soil

為進(jìn)一步探討無機(jī)磷形態(tài)對有效磷的貢獻(xiàn)，對與有效磷顯著相關(guān)的無機(jī)磷形態(tài)含量和有效磷含量進(jìn)行通徑分析（表5），結(jié)果表明，四種無機(jī)磷形態(tài)對有效磷的直接通徑系數(shù)大小順序?yàn)镃a2-P（0.89）＞Al-P（0.09）＞Ca8-P（0.05）＞O-P（-0.01），其中Ca2-P 在Al-P、Ca8-P和O-P的間接通徑系數(shù)中均為最大。

表5 灌耕草甸土部分無機(jī)磷形態(tài)含量與有效磷含量的通徑分析Table 5 Path analysis of partial inorganic phosphorus form content and available phosphorus content in irrigated meadow soil

3 討論

施磷能明顯提高土壤無機(jī)磷總量和有效磷含量（表3）。三種磷肥基施時，不同土層間無機(jī)磷總量和有效磷含量增幅大致相同，說明基施有利于磷肥的均勻分布；而同一土層各處理間差異不顯著，說明三種磷肥肥效相似。兩種磷肥滴施時，0～5 cm 土層無機(jī)磷總量和有效磷含量顯著增加，10～20 cm 土層幾乎不變，這與張國橋[21]對液體磷肥移動性的研究結(jié)果一致，說明磷肥滴施主要提高施肥區(qū)域（＜5 cm）的磷含量，且隨土層深度增加作用逐步減弱；而0～5 cm 土層APP-D 處理無機(jī)磷總量和有效磷含量顯著高于MAP-D 處理，是因?yàn)樵谑倚酝寥乐蠥PP 可減少土壤對磷的吸附，且高磷背景下APP 的解吸率高于MAP，相同條件下APP 更有利于土壤磷的保持和供給[22]，這也與Gao等[23]的研究結(jié)果相同。

從無機(jī)磷形態(tài)上看，施磷后各處理Ca2-P、Ca8-P、Al-P 和Fe-P 含量均增加，而O-P 和Ca10-P 含量幾乎不變（圖2），說明短期內(nèi)施磷主要引起石灰性土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P 和Fe-P 含量的變化，這與王海龍等[24]和郭大勇等[8]對石灰性土壤的研究結(jié)果基本一致。

從無機(jī)磷各形態(tài)占比來看，無論施磷與否，Ca10-P 與O-P 占比之和均超過無機(jī)磷總量的60%，是灌耕草甸土含量最高的兩種形態(tài)，其余各形態(tài)占比在施磷前為Ca8-P＞Al-P＞Fe-P＞Ca2-P（圖3），施磷后Ca2-P 占比升高。除O-P 比例略高外，本研究結(jié)果與張曉蕊[25]對石灰性土壤中磷形態(tài)的研究結(jié)果基本相同。O-P比例高的原因，可能與取樣棉田開墾種植年限長有關(guān)，有研究顯示O-P含量與土壤風(fēng)化強(qiáng)度呈正相關(guān)，種植年限越長，土壤風(fēng)化程度越強(qiáng)，因而O-P比例越高[26-27]。

不同類型土壤的無機(jī)磷組分對有效磷的影響不同。棕壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P與有效磷顯著相關(guān)（P＜0.05）[28]；塿土中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P 和O-P 與有效磷呈極顯著相關(guān)（P＜0.01）[29]；石灰性潮土中Ca2-P、Ca8-P和Al-P與有效磷呈極顯著相關(guān)，F(xiàn)e-P與有效磷呈顯著相關(guān)[30]。本研究中灌耕草甸土各無機(jī)磷形態(tài)與有效磷相關(guān)性表現(xiàn)為Ca2-P＞Ca8-P＞Al-P＞O-P，除O-P外均呈極顯著正相關(guān)（表4），這一結(jié)果與石灰性潮土略有差異，推測其可能是由地理環(huán)境和土地利用方式不同引起的，張澤興[31]的研究也表明不同種植體系下土壤各形態(tài)無機(jī)磷有效性不同。

本試驗(yàn)圍繞磷肥-土壤系統(tǒng)展開，僅研究了土壤本身對磷肥品種和施磷方式的響應(yīng)，而對于種植作物后土壤磷庫的變化情況還有待進(jìn)一步探索。

4 結(jié)論

（1）施磷可以顯著提高灌耕草甸土無機(jī)磷總量和有效磷含量，短期內(nèi)可以增加土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P含量，而對Ca10-P和O-P含量影響不大。

（2）灌耕草甸土無機(jī)磷中含量最高的形態(tài)是Ca10-P和O-P，其后依次為Ca8-P、Al-P、Fe-P和Ca2-P，其中Ca2-P 與有效磷的相關(guān)性最強(qiáng)，Ca8-P、Al-P 和O-P 次之。

（3）磷肥滴施僅能提高0～5 cm 土層的有效磷和Ca2-P 含量，而基施可以提高整個耕層土壤的磷含量。因此，建議對于深根系作物施用磷肥以基施為主，選用價格相對較低的重過磷酸鈣為宜；對于淺根系作物（＜5 cm）可采用磷肥滴施方式，且聚磷酸銨滴施效果優(yōu)于磷酸一銨。