不同磷肥對砂姜黑土和紅壤磷庫轉(zhuǎn)化及冬小麥磷素吸收利用的影響

王簫璇，張敏，張鑫堯，魏鵬，柴如山，張朝春，張亮亮，羅來超，郜紅建

不同磷肥對砂姜黑土和紅壤磷庫轉(zhuǎn)化及冬小麥磷素吸收利用的影響

王簫璇1,2，張敏1,2，張鑫堯1,2，魏鵬1,2，柴如山1,2，張朝春2,3，張亮亮1,2，羅來超1,2，郜紅建1,2

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/長江經(jīng)濟帶磷資源高效利用與水環(huán)境保護研究中心，合肥 230036；2安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/安徽省綠色磷肥制造與高效利用工程研究中心，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

【目的】探究不同磷肥對土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化及小麥磷素吸收利用效率的影響，為土壤-磷肥-作物體系磷肥精準(zhǔn)匹配及高效利用提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭谏敖谕梁图t壤上設(shè)置不施磷（CK）、施用過磷酸鈣（SSP）、鈣鎂磷肥（FMP）、磷酸二銨（DAP）、重過磷酸鈣（TSP）和聚磷酸銨（APP）6個處理，研究小麥拔節(jié)期和開花期根際與非根際土壤中磷庫轉(zhuǎn)化特征及其與植株體內(nèi)磷素累積利用的關(guān)系?！窘Y(jié)果】砂姜黑土施用磷肥后土壤有效磷含量提高194%—662%，不同磷肥處理小麥根際土壤中有效磷含量為APP＞TSP＞DAP＞FMP＞SSP＞CK處理。施用磷肥顯著提升了小麥拔節(jié)期和開花期砂姜黑土中H2O-P和NaHCO3-Pi含量，降低Residual-P含量，其中H2O-P和NaHCO3-Pi含量與土壤有效磷含量呈顯著正相關(guān)，TSP和APP處理在小麥拔節(jié)期對NaHCO3-Pi含量提升幅度最大，分別較不施磷提升了41.0和36.0 mg·kg-1。紅壤施用磷肥后根際土壤有效磷含量提高84%—791%，其中DAP和TSP處理的土壤有效磷含量顯著高于其他磷肥處理，紅壤中根際土壤NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量與土壤有效磷含量呈顯著正相關(guān)，施用磷肥后紅壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量分別提高275.2%—848.3%和26.9%—58.3%，其中DAP和TSP處理提升效果最為顯著。砂姜黑土和紅壤上小麥植株磷素累積量與土壤有效磷含量在小麥拔節(jié)期均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，砂姜黑土和紅壤小麥植株磷素累積量與土壤有效磷含量在小麥拔節(jié)期均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，根際土壤有效磷含量每提高1 mg·kg-1，小麥植株磷素累積量分別提高0.87和0.37 mg/pot。砂姜黑土施用不同磷肥均可顯著提高植株磷素累積量，較不施磷提高15.4%—50.9%，其中APP和TSP處理使小麥植株磷素累積量及磷素利用效率較其他磷肥處理顯著提高。紅壤中施用不同磷肥使磷素累積量和產(chǎn)量分別較不施磷提高123.7%—643.9%和75.5%—337.2%，其中TSP處理的小麥產(chǎn)量、植株磷素累積量和磷素吸收效率較其他磷肥處理均顯著提高?！窘Y(jié)論】砂姜黑土施用重過磷酸鈣和聚磷酸銨顯著提高土壤H2O-P和NaHCO3-Pi含量，紅壤施用重過磷酸鈣和磷酸二銨可顯著提高土壤NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量。因此，從提高磷肥利用效率角度考慮，兩種土壤均適合施用重過磷酸鈣，種植小麥時，砂姜黑土還可推薦施用聚磷酸銨，紅壤可選用磷酸二銨。

砂姜黑土；紅壤；磷肥品種；土壤磷庫轉(zhuǎn)化特征；磷肥利用效率；冬小麥

0 引言

【研究意義】磷是植物生長發(fā)育必需的大量營養(yǎng)元素，參與作物光合作用和能量代謝[1-2]。我國磷礦資源貧乏，僅占全球的4.7%[3]，而磷肥（P2O5）年施用量卻高達653.8萬噸[4]，約占全球的12.8%，磷肥當(dāng)季利用率僅為15%—25%[5]。磷素多數(shù)以無效化形態(tài)在土壤中累積，易造成環(huán)境風(fēng)險[6]。不同土壤的供磷能力因土壤性質(zhì)、磷素形態(tài)及磷肥施用種類不同而有較大差異。因此，理清磷肥在土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化特征及其與作物磷素吸收利用的關(guān)系，揭示土壤-肥料-作物體系磷素高效利用的匹配機制，對提高磷肥利用效率具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】施用磷肥對提高土壤供磷能力和作物產(chǎn)量及品質(zhì)提升等方面具有重要作用，但不同土壤中施用不同磷肥所帶來的增產(chǎn)效應(yīng)卻有所差異。有研究表明，在石灰性土壤中施用鈣鎂磷肥、磷酸二銨和過磷酸鈣可分別增產(chǎn)20.8%、5.7%和4.8%，磷酸二銨和過磷酸鈣處理間無顯著差異[7]。ZHAO等[8]研究表明，不同磷肥品種對玉米產(chǎn)量和磷素吸收效率提升效果均表現(xiàn)為：磷酸二銨＞磷酸一銨＞聚磷酸銨＞過磷酸鈣＞鈣鎂磷肥。也有研究認為，聚磷酸銨在石灰性土壤上的施用效果最佳，磷肥利用效率分別較過磷酸鈣和鈣鎂磷肥處理顯著提高25.8%和17.3%[9]。張連婭等[10]的研究顯示，在酸性土壤上施用磷酸二銨，玉米地上部磷素累積量分別較過磷酸鈣和鈣鎂磷肥處理顯著提高68.8%和100.5%。而蔡遠揚等[11]的研究表明，酸性土壤上施用鈣鎂磷肥對玉米的增產(chǎn)效應(yīng)顯著高于聚磷酸銨、磷酸二銨等水溶性磷肥；但也有研究認為，磷酸二銨、過磷酸鈣等水溶性磷肥對作物產(chǎn)量及磷肥利用率的提升效果顯著高于鈣鎂磷肥[12]?？梢?，針對不同土壤類型施用適宜的磷肥品種是作物增產(chǎn)和磷肥高效利用的關(guān)鍵。磷肥施入土壤后形成的不同磷素形態(tài)直接決定其植物有效性[13]。土壤溶液中的磷是植物吸收利用最有效的部分，其主要來源于經(jīng)解離或絡(luò)合的磷酸鹽，磷酸鹽礦物的溶解和吸附態(tài)磷的解吸釋放可為其提供補給[14]，然而不同類型土壤供磷能力不同[15-16]。在石灰性土壤中，大量鈣離子易與磷素結(jié)合形成磷酸鈣沉淀；而在酸性土壤中，含有大量無定型的氧化鐵和氧化鋁，固磷能力較強[17]。目前，對于土壤磷素形態(tài)的研究常采用連續(xù)浸提法，將化學(xué)組分相似或分解礦化能力相近的無機或有機磷化合物歸為相同組分[18]，將不同組分的磷素含量與土壤有效磷水平和作物磷素累積量相結(jié)合，對其植物有效性進行評價，更能直觀地描述磷肥處理下土壤供磷能力的變化。TIESSEN改進的Hedley磷素分級法兼顧活性和穩(wěn)定性、有機磷和無機磷的區(qū)分，將土壤中磷素分為水溶態(tài)磷（H2O-P）、碳酸氫鈉提取態(tài)無機磷（NaHCO3-Pi）、碳酸氫鈉提取態(tài)有機磷（NaHCO3-Po）、氫氧化鈉提取態(tài)無機磷（NaOH-Pi）、氫氧化鈉提取態(tài)有機磷（NaOH-Po）、鹽酸提取態(tài)磷（HCl-P）和殘留態(tài)磷（Residual-P）等7種組分[19]，其中H2O-P的生物有效性最高[20]，NaHCO3-Pi與NaOH-Pi的生物有效性在不同土壤中有較大差異[21]，而HCl-P和Residual-P生物有效性較低[22]。磷肥施入不同土壤后的磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化亦有較大差異，石灰性土壤中長期施用磷肥顯著增加了無機活性磷含量[23]，而酸性土壤以中活性態(tài)磷含量的提升幅度最大[24]。此外，作物磷素吸收累積量受磷肥施用后土壤中磷素形態(tài)及轉(zhuǎn)化的影響。因此，探明不同磷肥施入土壤后的形態(tài)轉(zhuǎn)化過程是實現(xiàn)磷肥與土壤相匹配，提高磷素利用效率的關(guān)鍵。【本研究切入點】砂姜黑土和紅壤分別作為石灰性和酸性土壤的典型代表，選擇與之相匹配的磷肥品種對提高磷肥利用效率具有重要意義。前人對不同土壤中磷素有效性及磷肥利用效率的研究多集中在不同磷肥處理作物產(chǎn)量和磷素吸收利用效率的評價上，而對于不同磷肥在土壤中磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化特征及與土壤相匹配的最適磷肥品種遴選方面尚缺乏系統(tǒng)研究和報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文擬通過研究不同磷肥在砂姜黑土和紅壤上的形態(tài)轉(zhuǎn)化與有效性變化特征，分析小麥對磷素的吸收利用規(guī)律，篩選出最適宜在砂姜黑土和紅壤上施用的磷肥品種，為提高作物磷素吸收和磷肥利用效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為砂姜黑土和紅壤，分別取自安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)皖北綜合試驗站（E117°09'，N33°68'）和黃山市休寧縣農(nóng)技推廣中心（E118°08'，N29°77'）長期定位試驗中低量磷肥投入小區(qū)，土壤基本理化性狀見表1。供試小麥品種為河南省黃泛區(qū)地神種業(yè)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供的泛麥8號。供試磷肥為安徽六國化工股份有限公司提供的過磷酸鈣（P2O512%）、鈣鎂磷肥（P2O515%）、磷酸二銨（P2O546%）、重過磷酸鈣（P2O546%）和山東泰寶生物科技股份有限公司提供的農(nóng)用聚磷酸銨（P2O556%）。氮肥為尿素（N 46%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%）。

表1 供試土壤基本理化性狀

1.2 試驗設(shè)計

于2020年10月至2021年5月在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)萃園植物營養(yǎng)試驗場（E117°25'，N31°86'）進行盆栽試驗，設(shè)置6個磷肥處理：不施磷（CK）、施用過磷酸鈣（SSP）、鈣鎂磷肥（FMP）、磷酸二銨（DAP）、重過磷酸鈣（TSP）和聚磷酸銨（APP）。供試土壤風(fēng)干，去除植物根系、殘膜等外植體，研磨過20目篩后，分別裝入預(yù)先編號的塑料盆（內(nèi)徑20.5 cm、底徑15.0 cm、高17 cm）中，每盆裝風(fēng)干土3.5 kg。每千克風(fēng)干土施氮肥、磷肥和鉀肥分別為0.20、0.13和0.11 g，其中磷鉀肥全部一次性基施，氮肥采用基肥和追肥的形式施入，基追比1﹕1，追肥在拔節(jié)期結(jié)合灌水施用。重復(fù)9次，試驗過程中試驗盆的位置隨機排列、結(jié)合生育時期更換位置。

選取大小均勻、無破損種子，先采用10% H2O2溶液浸泡30 min，對種子進行表面消毒、滅菌，再經(jīng)清水淋洗沖凈浸泡5 h后，備用。每盆播種15粒，待小麥兩葉一心時間苗，留取大小、長勢均勻一致的麥苗，各處理均保留8株/盆。在小麥生育期間，采用稱重法進行水分管理，使土壤水分維持在田間持水量的65%— 70%。使用吡蟲啉、甲維鹽和阿維菌素、三唑酮和戊唑醇等殺蟲殺菌劑進行蚜蟲、白粉病和銹病的防治。

1.3 樣品采集與分析

于小麥拔節(jié)期、開花期和成熟期采集植物樣品，各處理隨機選取3盆。拔節(jié)期地上部植株樣品統(tǒng)分為莖葉，開花期分為莖葉和穗，成熟期分為莖葉、穎殼和籽粒三部分。植株樣品先用自來水沖洗3遍，再用去離子水快速沖洗后裝入信封，105℃殺青30 min，75℃烘干至恒重，稱重后粉碎備用。植物各器官樣品經(jīng)H2SO4-H2O2法消煮后，用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（Avio 200，PerkinElmer，美國）測定消煮液中磷濃度。

土壤樣品于小麥拔節(jié)期、開花期、成熟期結(jié)合植株采樣進行采集，采用抖土法獲得根際土壤樣品（抖落掉的顆粒土壤為非根際土，附著在根系表面2—4 mm土壤為根際土），經(jīng)風(fēng)干后，分別過20目和100目篩備用。根際和非根際土壤有效磷（Olsen-P）含量采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，定量濾紙過濾，連續(xù)流動分析儀（San++，Skalar，荷蘭）測定浸提液中磷濃度。根際土壤磷素分級采用修正的Hedley分級法[19]進行，稱取0.5 g 100目土壤樣品置入50 mL離心管中，依次采用去離子水、0.5 mol·L-1NaHCO3溶液、0.1 mol·L-1NaOH溶液、0.5 mol·L-1HCl溶液經(jīng)振蕩離心提取H2O-P、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi、NaOH-Po、HCl-P和Residual-P等7種磷形態(tài)，采用鉬銻抗試劑顯色，紫外可見光分光光度計（UV-1800，Shimadzu，日本）測定浸提液磷濃度，通過已構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)曲線計算根際土壤各形態(tài)磷含量，其中NaHCO3-Po、NaOH-Po含量由總磷與對應(yīng)無機磷含量差減得出。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

植株地上部磷素積累量（mg/pot）=地上部磷含量×每盆地上部干重；

磷肥利用效率（%）=（施磷處理植株磷素累積量-不施磷處理植株磷素累積量）/施磷量×100；

磷肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=籽粒產(chǎn)量/施磷量。

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019進行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS進行方差分析和通徑分析，不同處理間的差異分析采用單因素方差分析（one-way ANOVA），最小顯著性差異法（LSD）進行多重比較；采用Sigmaplot 12.5對土壤各磷形態(tài)含量與土壤有效磷含量及土壤有效磷含量與植株磷素累積量進行回歸分析。

2 結(jié)果

2.1 不同磷肥對土壤有效磷含量的影響

砂姜黑土中施用磷肥對小麥拔節(jié)期和開花期根際土壤有效磷含量分別較不施磷肥對照提高208%—662%和221%—400%，成熟期土壤有效磷含量提高194%—344%（表2）。小麥拔節(jié)期和開花期根際土壤有效磷含量高低表現(xiàn)為：APP＞TSP或DAP＞DAP或TSP＞SSP＞FMP處理，成熟期則表現(xiàn)為：APP＞TSP＞DAP＞FMP＞SSP處理，其中拔節(jié)期FMP和SSP處理間，開花期DAP、TSP和SSP處理間，成熟期TSP和DAP、FMP和SSP處理間差異均不顯著（＞0.05）。

紅壤中施用磷肥使小麥拔節(jié)期和開花期根際土壤有效磷含量分別較不施磷肥顯著提高108%—302%和184%—791%，成熟期土壤有效磷含量顯著提高84%—129%。在小麥拔節(jié)期，不同磷肥處理根際土壤有效磷含量表現(xiàn)為：DAP＞APP＞TSP＞FMP＞SSP處理，其中APP和TSP、FMP和SSP處理間差異不顯著；在小麥開花期，DAP處理的根際土壤有效磷含量最高，但與TSP差異不顯著；在小麥成熟期，不同磷肥處理的紅壤有效磷含量高低表現(xiàn)為：SSP＞TSP＞APP＞FMP＞DAP處理，但SSP、TSP、APP和FMP處理間均無顯著差異（＞0.05）。

表2 施用不同品種磷肥對土壤有效磷含量的影響

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一指標(biāo)各處理間差異顯著（＜0.05）。**表示在＜0.01水平顯著相關(guān)，ns表示不顯著

Different letters in the same column indicate the significant differences among the treatments at 0.05 level. ** and ns indicate＜0.01 and＞0.05, respectively

2.2 不同磷肥對土壤磷庫轉(zhuǎn)化的影響

砂姜黑土中施用磷肥均可顯著提高冬小麥拔節(jié)期和開花期根際土中H2O-P和NaHCO3-Pi比例，顯著降低Residual-P比例（＜0.05）（圖1）。在小麥拔節(jié)期，施磷處理的根際土壤中H2O-P和NaHCO3-Pi含量分別較不施磷提高78.7%—742.0%和98.0%—196.7%；而小麥開花期施磷處理的根際土壤中H2O-P、NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量較不施磷顯著提升，增幅分別達81.3%—189.0%、98.3%—352.3%和7.0%—97.1%。在小麥拔節(jié)期和開花期，砂姜黑土TSP和APP處理的根際土壤中NaHCO3-Pi比例的提升幅度和Residual-P比例的降低幅度均顯著高于其他磷肥處理（＜0.05）。紅壤中施用不同磷肥使小麥拔節(jié)期根際土壤中NaHCO3-Pi比例和開花期根際土壤中NaOH-Pi比例較不施磷顯著提高，開花期Residual-P比例顯著降低（＜0.05）。在小麥拔節(jié)期，不同磷肥處理的根際土壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量分別較不施磷提升275.2%—848.3%和26.9%—58.3%；在小麥開花期，不同磷肥處理的根際土壤中NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi和NaOH-Po含量均較不施磷顯著提升，其中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi的含量高低均表現(xiàn)為：DAP＞TSP＞SSP＞FMP＞APP處理。

2.3 不同土壤磷形態(tài)與有效磷的關(guān)系

圖2顯示，在小麥拔節(jié)期，砂姜黑土根際土壤中H2O-P和NaHCO3-Pi含量與有效磷含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），NaHCO3-Pi含量每提高1 mg·kg-1，可使土壤有效磷含量提高0.55 mg·kg-1。此外，砂姜黑土上小麥拔節(jié)期根際土壤中NaOH-Po含量與有效磷含量呈負相關(guān)，NaOH-Po含量每降低1 mg·kg-1，可使土壤有效磷含量提升0.88 mg·kg-1。紅壤上小麥拔節(jié)期根際土壤中NaHCO3-Pi含量的提升對土壤有效磷含量的貢獻較NaOH-Pi更顯著，NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量每提高1 mg·kg-1，可使根際土壤有效磷含量分別提高0.45和0.17 mg·kg-1。

在小麥開花期，砂姜黑土根際土壤中H2O-P、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po含量均與土壤有效磷含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），H2O-P、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po含量每提升1 mg·kg-1，可使根際土壤有效磷分別提升0.40、0.18和1.57 mg·kg-1（圖3）。對于紅壤而言，小麥開花期根際土壤中NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi及NaOH-Po含量與土壤有效磷含量均呈極顯著正相關(guān)（＜0.01），其中NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po含量的提升對有效磷含量的提升效果較NaOH-Pi和NaOH-Po更為顯著。

圖a、b為拔節(jié)期砂姜黑土、紅壤根際土各形態(tài)磷素含量，圖c、d為開花期期砂姜黑土、紅壤根際土各形態(tài)磷素含量；圖e、f為拔節(jié)期砂姜黑土、紅壤根際土各形態(tài)磷素比例，圖G、H為開花期期砂姜黑土、紅壤根際土各形態(tài)磷素比例。不同小寫字母表示同一指標(biāo)各處理間差異顯著（＜0.05）

a, b: soil P fraction concentration at jointing stage in lime concretion black soils and red soils, respectively; C, D: Soil P fraction concentration at anthesis stage in lime concretion black soils and red soils, respectively; E, F: Percentage of soil P fractions at jointing stage in lime concretion black soils and red soils, respectively; G, H: Percentage of soil P fractions at anthesis in lime concretion black soil and red soil, respectively. Different letters indicate the significant differences among the treatments at 0.05 level

圖1 施用不同品種磷肥對土壤各形態(tài)磷素含量和比例的影響

Fig. 1 Effects of different varieties of phosphate fertilizers on soil P fraction concentration and percentage of soil P fractions

相關(guān)分析表明（表3），砂姜黑土有效磷與H2O-P、NaHCO3-Pi呈極顯著正相關(guān)，與HCl-P呈顯著正相關(guān)。紅壤有效磷與NaHCO3-Pi、NaOH-Pi和NaOH-Po呈極顯著正相關(guān)。進一步通過通徑分析可知，H2O-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi和HCl-P對砂姜黑土有效磷的直接影響均達顯著水平，H2O-P和NaHCO3-Pi對砂姜黑土有效磷均具有正向直接影響，其中NaHCO3-Pi直接通徑系數(shù)最大為0.98，NaOH-Pi和HCl-P對砂姜黑土有效磷具有負向直接影響，NaOH-Pi通過間接影響NaHCO3-Pi，進而對土壤有效磷有較大的正向間接效應(yīng)，HCl-P通過間接影響H2O-P和NaHCO3-Pi對土壤有效磷產(chǎn)生正向間接影響效應(yīng)。因此，NaOH-Pi和HCl-P與有效磷之間的正相關(guān)是由間接效應(yīng)造成；紅壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Po對土壤有效磷的直接影響均達顯著水平，其中NaOH-Pi與有效磷之間的顯著正相關(guān)是由間接效應(yīng)造成。

2.4 不同磷肥對小麥產(chǎn)量、磷素累積量和磷肥利用效率的影響

在砂姜黑土中，不同磷肥處理對小麥籽粒產(chǎn)量均無顯著影響（表4）。就偏生產(chǎn)力而言，F(xiàn)MP處理的小麥磷肥偏生產(chǎn)力最高，但與TSP處理間差異不顯著。不同施磷處理均可提高砂姜黑土中小麥地上部磷素累積量，較不施磷顯著提高15.4%—50.9%，其中APP和TSP處理的提升效果最好，分別較不施磷顯著提高50.9%和40.2%，磷肥利用效率分別達8.81%和6.96%，與其他磷肥處理間差異顯著（＜0.05）。在紅壤中，施用不同磷肥后的小麥磷素累積量較不施磷肥顯著提高123.7%—643.9%，呈現(xiàn)出：TSP＞DAP＞FMP＞APP＞SSP處理，其中DAP、FMP和APP處理間差異不顯著（＞0.05）；而小麥產(chǎn)量較不施磷提高75.5%— 337.2%，不同品種磷肥產(chǎn)量高低則表現(xiàn)出：TSP＞DAP＞APP＞FMP＞SSP處理，其中TSP和DAP處理間差異不顯著（＞0.05）；對小麥磷素累積量和偏生產(chǎn)力而言，TSP處理較其他磷肥處理顯著提高。

圖中*和**表示在P＜0.05和 P＜0.01水平顯著相關(guān)，ns表示不顯著。圖3、圖4同

表3 土壤中各形態(tài)磷與有效磷之間的相關(guān)系數(shù)和通徑系數(shù)

*和**表示在＜0.05和＜0.01水平顯著相關(guān)，ns表示不顯著 *, ** and ns indicate＜0.05,＜0.01 and＞0.05, respectively

圖3 施用磷肥條件下開花期根際土壤中各形態(tài)磷含量與土壤有效磷含量的關(guān)系

表4 施用不同品種磷肥對小麥磷素累積量、產(chǎn)量和磷素利用效率的影響

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一指標(biāo)各處理間差異顯著（＜0.05）

Different letters in the same column indicate the significant differences among the treatments at 0.05 level

2.5 土壤有效磷含量與植物磷素累積量的關(guān)系

通過對小麥不同生育時期土壤有效磷含量與小麥植株磷素累積量進行回歸分析可知（圖4），小麥植株磷素累積量隨土壤有效磷含量的提高而增加。在小麥拔節(jié)期，砂姜黑土和紅壤根際土壤有效磷含量每提高1 mg·kg-1，小麥植株磷素累積量分別相應(yīng)提高0.87和0.37 mg/pot；在小麥開花期，紅壤根際土壤有效磷含量每提高1 mg·kg-1，小麥植株磷素累積量可提高0.57 mg/pot；在成熟期，砂姜黑土有效磷含量每提高1 mg·kg-1，小麥植株磷素累積量可提高1.17 mg/pot。

拔節(jié)期和開花期均為根際土壤有效磷，成熟期則為非根際土壤有效磷

3 討論

3.1 不同磷肥對砂姜黑土中磷形態(tài)轉(zhuǎn)化及其有效性的影響

本研究結(jié)果表明，砂姜黑土中施用聚磷酸銨、重過磷酸鈣對土壤有效磷提升效果最為顯著，這與前人在石灰性土壤上的研究結(jié)果相似[9, 25-26]。可能的原因是：一方面，聚磷酸銨相比于磷酸二銨在土壤中有更高的析出率[27]，當(dāng)其施入土壤后降低0—10 cm土層pH的能力較磷酸二銨更強，且受土壤固定作用較小，具有較長的遷移距離[28]。另一方面，作為石灰性土壤的砂姜黑土，Ca2+和Mg2+含量高，土壤呈弱堿性，而聚磷酸銨的pH近中性，重過磷酸鈣是由磷酸分解磷礦粉制成的高濃度磷肥，為酸性肥料，施入土壤后對土壤pH具有緩沖作用。砂姜黑土中存在的大量碳酸鈣對無機磷的吸附作用隨pH降低而減弱。同時，土壤pH降低可提升磷酸酶活性，進而可促進磷酸鹽水解[29]。過磷酸鈣雖也是酸性磷肥，但因其磷濃度較低，生產(chǎn)中多采用低品位磷礦，其中雜質(zhì)含量較高，磷酸一鈣易生成磷酸鐵和磷酸鋁，致使其肥效降低。此外，聚磷酸銨中的磷素主要以聚合態(tài)為主，施入土壤后可與土壤中的Ca2+等離子發(fā)生螯合作用，降低土壤對正磷酸鹽的吸附固定作用，從而提高土壤磷庫中高活性磷組分的含量[30]。

本研究中，冬小麥拔節(jié)期和開花期砂姜黑土根際土壤的磷素形態(tài)主要以HCl-P和Residual-P為主，而NaHCO3-Pi含量與土壤中有效磷含量相關(guān)性最高，其次為H2O-P。這與穆曉慧等[20]對黃綿土和土開展的土壤磷庫特征研究結(jié)果相一致。石灰性土壤中HCl-P主要以磷灰石型磷酸鹽為主，且Residual-P也是土壤中穩(wěn)定態(tài)磷，這兩種形態(tài)磷素占比較高是因為土壤風(fēng)化程度低，磷素易與土壤鈣離子結(jié)合形成碳酸鈣沉淀，降低土壤中磷素有效性[31]。也有研究認為，石灰性土壤中存在大量＜0.01 mm的物理性黏粒對磷素具有固定作用，同樣在一定程度上降低了土壤磷素有效性[32-33]。本研究表明，在砂姜黑土上，冬小麥拔節(jié)期根際土壤中NaOH-Po含量與有效磷含量呈顯著負相關(guān)，而在開花期，則與有效磷含量呈正相關(guān)關(guān)系。究其原因可能是拔節(jié)期小麥地上部對磷素需求量較大，此時作物可通過地下部根系的伸長及有機酸分泌等方式，對有機磷進行礦化，使NaOH-Po轉(zhuǎn)化成可直接被植物吸收利用的無機磷形態(tài)，而開花期小麥地上部對磷素的吸收作用因其根系活力下降而逐步減弱，土壤中磷素轉(zhuǎn)化主要受土壤微生物作用影響[34-35]。

砂姜黑土中施用聚磷酸銨和重過磷酸鈣，小麥拔節(jié)期和開花期根際土壤中NaHCO3-Pi占比提升幅度及Residual-P占比降低幅度均較高?；貧w分析可知，土壤中NaHCO3-Pi含量的增加對土壤有效磷具有顯著提升作用。因此，砂姜黑土中施用聚磷酸銨和重過磷酸鈣均可顯著提高土壤有效磷含量。謝英荷等[36]的研究也表明，土壤H2O-P和NaHCO3-P含量均與有效磷含量具有極顯著相關(guān)關(guān)系。土壤中H2O-P是土壤溶液中處于平衡狀態(tài)的無機磷，作為高活性磷形態(tài)，作物可直接吸收，而NaHCO3-P是較為松散地結(jié)合在土壤鐵鋁氧化物表面的活性磷和部分微生物量磷，具有較高的植物有效性。因此，石灰性土壤中促進其他形態(tài)磷素向H2O-P和NaHCO3-P的轉(zhuǎn)化，是提高土壤磷有效性及作物吸收利用磷素的有效途徑。

3.2 不同磷肥對紅壤中磷形態(tài)及其有效性的影響

本研究結(jié)果表明，紅壤中施用不同磷肥對小麥根際土壤和非根際土壤的有效磷含量均得到顯著提高，且根際土壤較非根際土壤的提升效果更為顯著，其中重過磷酸鈣和磷酸二銨處理對土壤有效磷含量的提升效果顯著高于其他磷肥處理。這可能是因為：重過磷酸鈣和磷酸二銨均為高濃度水溶性磷肥，且磷酸二銨施入土壤后呈弱堿性，對酸性的紅壤具有調(diào)節(jié)中和作用。酸性土壤中pH升高會使土壤表面負電荷增加，對磷酸根離子產(chǎn)生靜電排斥作用，從而降低土壤對磷酸根的吸附量[37]。聚磷酸銨同樣作為高濃度磷肥，僅在拔節(jié)期對紅壤有效磷含量具有較高提升作用，這可能是聚磷酸銨水解受到pH、溫度等因素影響，隨著冬小麥生育進程的推進，氣溫升高，聚磷酸銨施入酸性土壤后水解速率較快，土壤對磷的吸附增強，進而對開花期和成熟期土壤磷的形態(tài)、含量等產(chǎn)生顯著影響。

就不同形態(tài)磷素而言，紅壤中磷素主要以NaOH-Pi和NaOH-Po為主，而NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量的提高對土壤有效磷的提高具有顯著正相關(guān)關(guān)系。酸性土壤具有較高的Fe2+和Al3+含量，土壤中磷素易形成吸附性磷酸鹽形態(tài)，從而降低了土壤活性態(tài)磷素比例。有研究表明，施用磷肥可顯著提高中等活性磷組分NaOH-Pi和NaOH-Po含量及穩(wěn)定性磷組分HCl-P含量[24]。李寧等[21]認為，土壤磷素的活化主要表現(xiàn)為NaOH-Pi和NaHCO3-Pi含量的提升。紅壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi兩種磷組分是通過化學(xué)吸附作用分別吸附在土壤黏粒表面或土壤中鐵鋁化合物表面的無機磷，具有較高的植物有效性。在紅壤-小麥種植體系中，作物根系分泌作用和微生物活動影響土壤環(huán)境，提升土壤中該部分磷素比例以滿足作物磷素吸收需求[18]。本研究中，紅壤小麥拔節(jié)期不同磷肥處理的根際土壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量分別較不施磷顯著提高275.2%— 848.3%和28.4%—56.2%，表明施用磷肥后主要提升土壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量，通過提升土壤活性無機磷的占比進而提高土壤有效磷水平；而重過磷酸鈣和磷酸二銨處理則通過提高小麥根際土壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量，具有較高的土壤有效磷水平。

3.3 不同磷肥對小麥磷素吸收利用的影響

本研究中，聚磷酸銨對砂姜黑土小麥的磷素累積量的提升效果最為顯著，其次為重過磷酸鈣。砂姜黑土中施用磷肥對產(chǎn)量無顯著影響，僅鈣鎂磷肥和重過磷酸鈣處理的籽粒產(chǎn)量較不施磷有所提升。從砂姜黑土土壤磷素分級結(jié)果可知，砂姜黑土不施磷處理全磷含量仍較高，其中易被植物吸收利用的NaHCO3-Pi和NaOH-Pi等無機磷含量較低是土壤有效磷含量較低的主要原因；但在種植作物體系下，有機磷可在磷酸酶等的作用下，促進其礦化成為無機磷，成為植物生長所需磷素的重要來源。通常認為，鈣鎂磷肥是一種弱酸溶性肥料，施入土壤后溶解性較低，土壤有效磷含量與聚磷酸銨和重過磷酸鈣等處理雖具有一定差距，但較不施磷處理仍有提升，這可能是在作物種植體系下，可通過作物根系分泌有機酸對鈣鎂磷肥進行逐步溶解轉(zhuǎn)化，改善其溶解性，使其中磷素緩慢釋放，滿足作物生長需求；另一方面，近年來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中多采用高濃度磷肥，易造成土壤酸化，而鈣鎂磷肥中含有鎂、硅、鈣等多種作物生長所需微量元素，能有效平衡土壤養(yǎng)分條件[7]。VENUGOPALAN等[38]對比磷酸二銨和聚磷酸銨在小麥季的磷肥利用率，研究發(fā)現(xiàn)聚磷酸銨有利于小麥的生長。王慶仁等[39]在開展施用重過磷酸鈣、鈣鎂磷肥和磷礦粉對小麥季肥效試驗的結(jié)果表明，在相同施磷量條件下，重過磷酸鈣的肥效最好，其次為鈣鎂磷肥。安志裝等[40]對石灰性土壤小麥磷素吸收利用的研究也得出相同結(jié)論，均與本文研究結(jié)果一致。紅壤中施用重過磷酸鈣和磷酸二銨對小麥產(chǎn)量和磷素累積量具有顯著提升。在云南紅壤上開展的田間試驗研究也有相似結(jié)果，施用磷酸二銨較其他磷肥可使作物磷素累積量提高68.8%—105%，籽粒產(chǎn)量提高47.1%—73.8%[10]。針對植株磷素累積與土壤磷素之間的關(guān)系，有研究表明，植株吸磷量與土壤有效磷含量存在顯著正相關(guān)[16,41]。本研究結(jié)果表明，砂姜黑土小麥拔節(jié)期和成熟期土壤有效磷含量與植株磷素累積量均呈顯著正相關(guān)，其中聚磷酸銨和重過磷酸鈣處理土壤有效磷含量顯著高于其他磷肥處理，進而提升了砂姜黑土小麥磷肥利用效率。小麥拔節(jié)期和開花期紅壤有效磷含量與植株磷素累積量均具有極顯著正相關(guān)關(guān)系，重過磷酸鈣和磷酸二銨處理具有較高的土壤有效磷水平，進而對紅壤中小麥的磷素吸收利用具有較好提升效果。

4 結(jié)論

施用不同品種磷肥對土壤有效磷、土壤磷形態(tài)及小麥磷素吸收利用均有顯著影響。砂姜黑土中的磷素主要以有效性較低的Residual-P和HCl-P為主，而H2O-P和NaHCO3-Pi含量與土壤有效磷含量顯著正相關(guān)，施用重過磷酸鈣和聚磷酸銨可顯著提升H2O-P和NaHCO3-Pi含量，進而提高土壤磷素有效性和小麥磷肥利用效率。紅壤中的磷素主要以NaOH-Pi和NaOH-Po為主，而NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量與土壤有效磷含量顯著正相關(guān)，施用磷酸二銨和重過磷酸鈣對土壤NaHCO3-Pi和NaOH-Pi的提升效果較好，土壤有效磷含量、植株磷素累積量、小麥產(chǎn)量和磷肥利用效率均較顯著高于其他磷肥處理。綜上，砂姜黑土中施用重過磷酸鈣和聚磷酸銨、紅壤中施用磷酸二銨和重過磷酸鈣較為適宜，可提高土壤磷素有效性和磷肥利用效率。

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Effects of Different Varieties of Phosphate Fertilizer Application on Soil Phosphorus Transformation and Phosphorus Uptake and Utilization of Winter Wheat

1College of Resources and Environment, Anhui Agricultural University/Anhui Province Key Laboratory of Farmland Ecological Conservation and Pollution Prevention/Research Center of Phosphorous Efficient Utilization and Water Environment Protection Along the Yangtze River Economic Zone, Hefei 230036;2College of Resources and Environment, Anhui Agricultural University/Anhui Province Engineering and Technology Research Center of Intelligent Manufacture and Efficient Utilization of Green Phosphorus Fertilizer, Hefei 230036;3College of Resource and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193

【Objective】Effects of different phosphorus (P) fertilizers application on soil P transformation as well as P uptake and utilization in wheat were investigated, so as to provide a theoretical basis for precise matching and efficient utilization of P fertilizer in soil - P fertilizer - crop system. 【Method】The pot experiment was conducted in lime concretion black soil and red soil including six treatments: no P fertilizer (CK); application of calcium superphosphate (SSP), calcium magnesium phosphate (FMP), diammonium phosphate (DAP), calcium superphosphate (TSP) and ammonium polyphosphate (APP). The relationship between the P transformation in rhizosphere as well as non-rhizosphere soils with P accumulation in wheat at the jointing and anthesis stages was analyzed. 【Result】Soil Olsen-P concentration increased by 194%-662% after application of P fertilizer in lime concretion black soil. Soil Olsen-P concentration in wheat rhizosphere soil followed the order: APP, TSP, DAP, FMP, SSP, and CK. The H2O-P and NaHCO3-Pi concentration was significantly increased, whereas the Residual-P concentration was significantly reduced after phosphate fertilizer application. Both H2O-P and NaHCO3-Pi concentration was positively correlated with soil Olsen-P. At the jointing stage, in comparison to that of the control, TSP and APP application increased NaHCO3-Pi concentration by 41.0 and 36.0 mg·kg-1, respectively. For the red soil, soil Olsen-P concentration in rhizosphere soil increased by 84%-791% as P fertilizer was applied. And soil Olsen-P concentration under DAP and TSP treatments was significantly higher than that under other P fertilizer treatments. The NaHCO3-Pi and NaOH-Pi concentration increased by 275.2%-848.3% and 26.9%-58.3%, respectively, which was positively correlated with rhizosphere soil Olsen-P concentration. After P fertilizer application, the most significant effects were found under DAP and TSP treatments. At the jointing stage, there was a significant positive correlation between shoot P accumulation and soil Olsen-P concentration in lime concretion black soil and red soil. When soil Olsen-P concentration increased by 1 mg·kg-1, shoot P accumulation increased by 0.87 and 0.37 mg/pot respectively in lime concretion black soil and red soil. In lime concretion black soil, shoot P accumulation significantly increased by 15.44%-50.9% compared with the control as different P fertilizers addition, and the APP and TSP significantly increased shoot P accumulation and utilization efficiency in shoot than other P fertilizers. After P fertilizer application in red soil, shoot P accumulation and grain yield of wheat increased by 123.7%-643.9% and 75.5%-337.2%, respectively. The grain yield, shoot P accumulation and P utilization efficiency under TSP treatments were significantly higher than that under other P fertilizer treatments. 【Conclusion】In lime concretion black soil, the concentration of H2O-P and NaHCO3-Pi was significantly increased after application of APP and TSP. In red soil, the NaHCO3-Pi and NaOH-Pi concentration was significantly increased after the application of DAP and TSP. Therefore, in order to increase wheat P efficiency, APP or DAP was recommended as a proper fertilizer in lime concretion black soil, while DAP or TSP was recommended as a proper P fertilizer in red soil.

lime concretion black soil; red soil; different phosphate fertilizer varieties; soil P pool transformation characteristics; phosphorus utilization efficiency; winter wheat

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.06.008

2022-02-11；

2022-03-29

安徽省科技重大專項（202103a06020012）、國家自然科學(xué)基金（41877099）

王簫璇，E-mail：873680625@qq.com。通信作者羅來超，E-mail：luolaichao0106@163.com

（責(zé)任編輯 李云霞）