不同菜地土壤中磷积累形态变化特征研究

1、不同菜地土壤中磷积累形态变化特征研究作者：周杨来源：农学学报2016年第7期周杨（缙云县农业局，浙江丽水321400）摘要：长期施用化肥和畜禽粪可导致土壤中磷的积累，从而影响土壤中磷的生物有效性和可移动性，后者与土壤中磷存在的化学形态有关。为了解蔬菜地土壤磷积累过程中其化学形态的演变与土壤性状的关系，选择了红粘泥、黄筋泥、泥质田、淡涂泥和油黄泥等5种不同性状的土壤，通过添加化肥和猪粪模拟构建了不同磷积累的系列土壤，采用Hedley磷形态分析方法鉴定了土壤磷的化学形态及释放法潜力。结果表明：与未加磷处理土壤相比，所有蔬菜地土壤中磷的积累对H2O-P和NaHC03-IP增幅影响最大；在中性和石灰性

2、土壤中，磷积累可明显促进HCl-P的形成，但对NaOH-IP的影响较小；在富铝化土壤中，磷的积累有利于NaOH-IP的形成，但对HCl-P形成的影响较小。无论是施化肥还是有机肥，土壤中积累的磷主要为无机态，对有机态磷的贡献较小；随着土壤磷的不断积累，磷积累对H2O-P和NaHCO3-IP的影响更为明显。关键词：磷积累；土壤类型；形态组成；变化规律中图分类号：S158文献标志码：A论文编号：cjasl6040009基金项目：浙江省科技富民强县专项行动计划项目“缙云县特色蔬菜产业提升与发展”。作者简介：周杨，男，1963年出生，江苏昆山人，高级农艺师，主要从事土壤与蔬菜生产管理方面的研究。通信地址

3、：321400浙江省縉云县五云街道大桥北路290号缙云县农业局，TelE-mail：1364284769。收稿日期：2016-04-09，修回日期：2016-06-28。0引言自然条件下土壤磷素较低，不能满足作物生长的需要，因此，施用磷肥常常被认为是提高农作物产量和品质的重要手段1-2。磷肥利用率受土壤性质、作物类型、磷肥种类和用量等多种因素的影响，当季的利用率一般在10%25%之间，土壤磷素盈余可促进土壤全磷积累3-4。中国自20世纪50年代开始施用磷肥以来，磷肥施用量逐年上升5-6。近年来，随着畜禽养殖业的快速发展以及养殖业中含磷添加剂的广泛应用，施用高磷畜禽粪

4、也已成为农业土壤，特别是蔬菜地土壤磷素积累的重要途径。长期施用磷肥导致的蔬菜地土壤磷积累改变了土壤供磷能力和磷素向环境的释放潜力，某些地区的蔬菜地土壤磷素积累已达到较高的水平，既造成了磷肥资源的浪费，也成为严重的生态环境问题7-9。土壤中磷的生物有效性及其释放潜力主要取决于土壤中磷的存在形态，因此了解土壤中磷积累过程中磷素形态的变化有利于认识土壤磷素对植物生长与环境的影响10-12。然而，土壤中磷形态的变化除与土壤磷积累程度有关外，土壤性状、磷肥种类都有可能影响磷在土壤中的转化及土壤中磷的化学形态13-16。为了解不同蔬菜地土壤中磷积累的差异性，笔者选择了几种具有代表性的蔬菜地土壤，采用培养试

5、验的方法分别研究了施用化肥和粪肥情况下土壤磷素积累过程中磷化学形态的演变规律，以期了解不同蔬菜地土壤中磷素积累对磷供应能力的影响，为科学施用磷肥提供依据。材料与方法供试土壤研究土壤采自浙江省，选择了红粘泥、黄筋泥、泥质田、淡涂泥和油黄泥等5种性状相差较大的蔬菜地土壤，它们的理化性状见表1。其中，红粘泥、黄筋泥呈酸性，属于富铁铝化土壤，含较高的游离氧化铁含量，它们的粘粒矿物主要为高岭石、氧化铁（铝）；泥质田和淡涂泥基本呈中性，它们的粘粒矿物主要为依利石、高岭石和绿泥石等，含有中量的游离氧化铁；油黄泥为碱性土壤，有较高的碳酸钙含量，其粘粒矿物主要为依利石和高岭石。培养试验分别通过添加钙镁磷肥和高磷

6、猪粪等2种方式制备磷积累土壤。添加的磷量分3个等级，累计磷添加量分别为0.25、0.50、0.75g/kg土壤。所用猪粪为高磷猪粪，其磷含量为18.7g/kg，添加磷量为0.25、0.50、0.75g/kg土壤，对应的猪粪累计加入量分别为1.34%、2.68%和4.02%。每一土壤设置7个处理，分别为对照T0（不加任何物质）、T1（添加化肥磷为0.25g/kg）、T2（添加化肥磷为0.50g/kg）、T3（添加化肥磷为0.75g/kg）、T4（添加猪粪磷为0.25g/kg）、T5（添加猪粪磷为0.50g/kg）、T6（添加猪粪磷为0.75g/kg），各重复3次。每一处理培养土壤用量为1000g

7、,添加钙镁磷肥和猪粪后，土壤在室温条件下保持65%田间持水量连续培养12个月。每一处理的钙镁磷肥和猪粪均分为3次在培养过程中的第1、3、5个月时加入土壤中。分析方法培养12个月后采样分析，采样前混匀培养土壤。土壤全磷采用高氯酸消化-比色法测定17；土壤磷化学形态分级采用Hedley等18的方法，提取步骤简述如下：称1.00g风干土样置于50mL离心管中，顺次连续用30mL去离子水、0.5mol/LNaHC03（pH8.2）、0.1mol/LNaOH和1mol/LHCl提取。每次提取振荡时间为16h；每次提取后经离心分离15min，并过Whatman42#滤纸分离悬液。去离子水和HCl提取物中的

8、总磷及NaHCO3和NaOH提取的无机磷（IP）用钼兰比色法直接测定；NaHCO3和NaOH的提取物经过硫酸铵-硫酸消化后用比色法测定总磷（TP）。NaHCO3和NaOH的提取的有机磷（OP）用提取物中的TP与IP的差值计算。残余态磷用土壤总磷与以上4种提取剂提取磷总和的差值计算。根据以上提取方法，可把土壤磷组分划分为水可提取态磷（H2O-P）、生物有效无机磷（NaHCO3-IP）、易矿化有机磷（NaHCO3-OP）、与铝铁氧化物结合的磷（NaOH-IP）、较稳定的有机磷（NaOHOP）、酸溶性磷（相对稳定的与Ca结合态磷，HCl-P）和残余态磷12。tiOi啣1鸡強蹶UttmiyjiHi址1

9、3lilHi训IJHirsis-戟urn*皿IF3则IE世轴堆0J1出SilW.空itv曲|目UJE1JStIIT*片T他礙1d迪iuiUHIJi沁轴JQoU!IJIOtiIlli,41tliJtItKHE迪IJJ站U迪EidtiiAl?iiitii占料丈斛11戈Ml1刖diWin12!drji也Hii.tl4M1JdlIlK331Ul渥结果与分析2.1未添加磷土壤的磷组成特点表2为未添加磷处理土壤的磷化学形态组成特点。残余态磷是供试土壤重要磷素形态，除油黄泥外，残余态磷是各态磷素中比例最高的类型；油黄泥以HC1-P比例最高，其次为残余态磷。总体上，在未加磷处理的土壤中，有效性较高的H2O-P

10、和NaHCO3-IP比例均较低。不同土壤之间磷素形态有明显差异，富铝化程度较高的红粘泥和黄筋泥具有很高比例的NaOH-IP，且其残余态磷比例也很高，但它们的HCl-P比例较低，这与该2个土壤pH较低、有较高的氧化铁和氧化铝有关，后者对磷有很强的固定作用。而油黄泥因其有CaCO3，具有较高比例的HCl-P,但其NaOHIP的比例明显低于红粘泥和黄筋泥。泥质田和淡涂泥的磷素组成处于红粘泥和黄筋泥与石灰石土之间，更接近于油黄泥，它们的磷形态也以HCl-P为主，但它们也有较高比例的NaOH-IP。另外，研究的5个土壤均含6%10%的可提取态有机磷（NaHCO3-OP和NaOH-OP）。2.2磷积累过程

11、中磷形态的变化规律分析结果表明，添加磷至土壤后，随着全磷的增加，各形态磷也发生了明显的变化，除个别情况外，研究的5个土壤随全磷增加其各态磷都呈增加趋势，但各态磷的增加程度及不同土壤中各态磷的变化趋势有所差别。2.2.1H2O-P和NaHCO3-IPH2O-P和NaHCO3-IP是土壤中有效性最高的2种磷形态，虽然它们占土壤全磷的比例较低，但它们对植物磷素供应和土壤磷素流失有很大的影响。由表3可知，随着土壤磷素的积累，5种土壤中H2O-P都呈现成倍的增长，它们占土壤总磷的比例也逐渐上升。总体上，红粘泥的增幅相对较小，其他4种土壤的增幅较为接近。当磷添加量分别为0.25、0.50、0.75g/kg

12、时，5种土壤（包括施化肥和粪肥）H2O-P分别比对照增加了1.352.99、6.9313.85、17.5360.10倍，平均分别为2.14、10.10、38.16倍。随土壤磷素积累的增加，H2O-P的增速也有增加的趋势。由表4可知，随着土壤磷素的积累，NaHCO3-IP的绝对增加量高于H2O-P,但与对照土壤相比，前者的相对增幅小于后者。同样，红粘泥的增幅相对较小。当磷添加量分别为0.25、0.50、0.75g/kg时，5种土壤（包括施化肥和粪肥）NaHCO3-IP分别比对照增加了0.661.72、2.685.26、5.0512.97倍，平均分别为1.21、4.09、8.93倍。NaHC03-

13、IP的增幅也随土壤磷素积累的增加有增加的趋势。它们占土壤总磷的比例也逐渐上升。周宝库等19在黑土上进行的长期施肥定位试验的研究也表明，施肥积累的磷素大部分以有效性较高的磷形态存在，所积累在土壤中的磷素具有较高的生物有效性。2.2.2NaOH-IPNaOH-IP是土壤中的缓效态磷，它们是土壤中容量较大的磷库（表5）。5种土壤中NaOHIP含量均随土壤磷添加量的增加而增加，但在不同土壤中的增加幅度有较大的差异。在红粘泥与黄筋泥中，添加磷土壤的NaOH-IP占全磷的比例高于对照土壤；而在其他3种土壤中，添加磷土壤的NaOH-IP占全磷的比例低于对照土壤。这一结果表明，随着土壤磷素的积累，红粘泥与黄筋

14、泥中NaOH-IP增加的相对速率明显高于其他3种土壤，红粘泥与黄筋泥中添加磷素优先向NaOH-IP转变。当磷添加量分别为0.25、0.50、0.75g/kg时，5种土壤（包括施化肥和粪肥）NaOH-IP平均分别比对照增加0.53、0.89、1.15倍。其中，红粘泥与黄筋泥中比对照增加0.621.20、0.772.23、1.352.30倍，泥质田、淡涂泥和石灰石土比对照增加0.050.38、0.210.85、0.401.21倍。HCl-PHCl-P也是土壤中的缓效态磷，也有较大的容量（表6）。5种土壤中HCl-P含量均随土壤磷添加量的增加而增加，但在不同土壤中的增加幅度有较大的差异。在红粘泥与黄

15、筋泥中，添加磷土壤的HCl-P占全磷的比例低于对照土壤；而在泥质田、淡涂泥和油黄泥中添加磷土壤的HCl-P占全磷的比例高于对照土壤。与NaOH-IP转变相反，随着土壤磷素的积累,红粘泥与黄筋泥中HCl-P增加的相对速率明显低于其他3种土壤，泥质田、淡涂泥和油黄泥中添加磷素优先向HCl-P转变。当磷添加量分别为0.25、0.50、0.75g/kg时，5种土壤（包括施化肥和粪肥）HCl-P平均分别比对照增加0.43、0.74、1.04倍。其中，泥质田、淡涂泥和油黄泥比对照增加0.400.76、0.811.35、1.141.85倍；红粘泥与黄筋泥中比对照增加0.050.27、0.130.47、0.2

16、50.68倍。曲innI!n耳丹卩wIUQ.屯I曲画工壮讯嘶IB1111TJTIJ1UiUTIJ5T32J!n.44g!lHE后*稱7*仪17(IE?IJ3TIB社t苇甲HW御寂I腼SX5她TOC o 1-5 h z占當尊段；154辽皿砂4IJ加3.411.1号蛆ILK祖A22澎牺a.DI3L-NATLiSA32!U&hr?JflE.1&如mi3*Mr?附BJfi则in肚4酬驚IJQD4型MJJ5knUK丄越里TOIjnnT41?Ti”瓷LI：趣00靳仪血UM!UIfEE博StiKtWUSWMN*復M6*31MH菲也碗M切*5I?JJjflWJTJO石恤册Hfl出*园屠tdi1川貝协鼻朝血讥:

17、mUMin阖tia.13ilvms卩过th*T7S1U2IlliTZ41laIII茁齬imeIBKl(U5S-JTM卿卩谶糾Kmlsnmtjii讪nsu“昶如唧恥M-a旧曲亦IMilitnm.1fSMIftNCh.12imbflI诩lJ*NaHC03-0P和NaOH-OP土壤中NaHCO3-OP和NaOH-OP为两种可提取态的有机磷，它们可通过微生物降解转化为植物生长需要的速效磷。由表7可知，土壤中NaHCO3-OP含量较低,这可能与研究土壤的有机质水平较低有关（表7）。NaHCO3-OP随土壤磷素的积累发生的变化因施肥料及土壤类型不同有所差异，在施用粪肥的情况下，它们多随土壤磷素积累而增加，

18、而在施用化肥的情况下，它们随土壤磷素积累有增有减。当磷添加量分别为0.25、0.50、0.75g/kg时，5种土壤（包括施化肥和粪肥）NaHCO3-OP分别比对照增加了-0.190.46、-0.150.85、-0.181.27倍，平均分别为0.15、0.30、0.36倍。总体上，它们随土壤磷素积累的增幅较小。土壤中NaOH-OP含量远高于NaHCO3-OP，其随土壤磷素积累多呈现增加趋势（表8）。增幅也高于NaHCO3-OP，但低于H2O-P、NaHCO3-IP、NaOH-IP和HCl-P等形态的磷。当磷添加量分别为0.25、0.50、0.75g/kg时，5种土壤（包括施化肥和粪肥）NaOH-

19、OP分别比对照增加了0.020.38、0.050.66、0.101.21倍，平均分别为0.16、0.34、0.54倍。残余态磷残余态磷一般被认为是土壤中最为稳定的无效态磷，但它是土壤中库容较大的磷形态。由表9可知，随着磷肥的施入和土壤磷素的积累，土壤中部分磷可向残余态磷转变。虽然残余态磷的绝对含量均随磷积累呈现明显的增加，但由于土壤中残余态磷基数较高，因此与对照土壤比较它们随土壤磷积累的相对增幅（相当于对照土壤的增加倍数）较小，且随着土壤磷素的增加，它们占土壤总磷的比例呈现下降的趋势（表9）。当磷添加量分别为0.250.50、0.75g/kg时，5种土壤（包括施化肥和粪肥）残余态磷分别比对照增

20、加了0.080.31、0.210.61、0.270.72倍，平均分别为0.17、0.37、0.49倍。riTOC o 1-5 h z-Him出I呵JI*jt菲卫口ti起unnm載K1切Olijiiuiimir址、UFU流02Jfiu.1删OilLb1313畑鼻如SijtiLfinSiiiST占测松曲6i4阳ohinut期叫1耳勺l*iiji域加用世占河出牺临血u?绽悌黑ZE耳連iduhi!im22?占卿帕理z世mi山e比2MU2览细心4IK八占却脚OJM曲程0J9茁U2.3施肥种类对磷形态的影响从表3至表9各形态磷的分析结果可知，无论是施用化肥还是施用粪肥，它们主要改变了土壤中无机态磷，对有机

21、磷的贡献或影响均较小，这可能与粪肥中磷主要以无机形态磷的形式存在有关。由表3结果可知，在相同的磷积累水平下，施用粪肥的处理对H2O-P的增加略高于施用化肥的处理，这可能与粪肥中包含的水溶性低分子有机物与土壤中磷发生了竞争吸附，降低了土壤对磷的吸附固定有关。而施用化肥对土壤中NaHC03-IP的贡献一般高于粪肥，这显然是粪肥中包含一定数量的有机磷有关。施用化肥与粪肥处理间土壤的NaOH-IP、HCl-P和残余态磷差异不明显。但施用粪肥处理的土壤，它们的可提取态有机磷含量明显高于施用化肥的处理（表7、表8），这显然与粪肥中包含有机态磷有关。结论与未加磷处理土壤相比，土壤中磷的积累对H2OP和NaH

22、CO3-IP增幅影响最大。随着土壤磷的不断积累，磷积累对H2O-P和NaHCO3-IP的影响更为明显。土壤中积累磷在土壤中的形态转化与土壤本身的矿物组成有关，在中性和石灰性土壤中，磷积累可明显促进HCl-P的形成，但对NaOH-IP的影响较小；在富铝化土壤中，磷的积累有利于NaOH-IP的形成，但对HCl-P形成的影响较小。施化肥或有机肥，土壤中磷的积累主要为无机态，对有机态磷的贡献较小。讨论土壤磷素过量积累已成为土壤磷素管理的热点问题。磷素进入土壤后将与土壤中的组分发生化学作用，涉及的反应包括沉淀-溶解、吸附-解吸等20。发生化学反应的类型与强度与土壤的化学组成、土壤性状等有关。已有的研究表

23、明，土壤中氧化铁、氧化铝、碳酸钙、粘粒矿物类型及土壤质地、pH对土壤磷的转化有很大的影响20。磷与土壤中不同组分作用可形成不同形态的磷。通常情况下，磷与土壤中碳酸钙作用可形成HCl-P，磷与土壤中氧化铁、氧化铝作用可形成NaOH-P和残余态磷；土壤中的NaHCO3-IP主要是被粘粒矿物和氧化物等矿物吸附的磷，而NaHCO3-OP和NaOH-OP主要是土壤中有机质的组分，其存在于土壤有机质中。H2O-P主要是与土壤组分弱结合态磷或游离态磷。一些难溶解的有机质也是土壤残余态磷的重要组分。本研究结果表明，在红粘泥和黄筋泥等富铝化土壤中，磷有利于向NaOH-P形态转变，这显然与这些土壤中含有较高的氧化

24、铁和氧化铝有关，它们对进入土壤中的磷有较强的固定作用。而在油黄泥中，因含有较多的碳酸钙，进入土壤中的磷易与碳酸钙发生作用（沉淀和吸附），有利于HCl-P形态磷的形成。而对于泥质田和淡涂泥，它们的氧化铁含量较低，基本无氧化铝矿物但这些土壤中含有较为丰富的钙，因此它们更有利于形成HCl-P。由此可见，进入土壤中的磷在土壤中形态转变的趋势基本上与原土壤（对照土壤）中磷存在形态一致，从而保持土壤中磷组分相对稳定。H2O-P和NaHCO3-IP是与土壤组分弱结合态磷，它们具有较高的有效性，它们在土壤中的数量取决于土壤磷积累的水平。一般是随着土壤磷积累的增加，土壤磷饱和度增加，土壤中对磷有强吸附或固定作用

25、的反应点位逐渐减少，土壤释放磷的潜力增加。因此，本研究中所有土壤的H2O-P和NaHC03-IP均是随土壤磷积累的增加而明显地增加，而且随土壤磷素积累的增加,H2O-P的增速也有增加的趋势，这与文献上报道的随着磷积累的增加土壤磷释放会发生陡增现象一致9,21。而本研究表明，施用粪肥的土壤比施用化肥的土壤具更多的H2O-P，可能与粪肥中引入的有机物质可占据土壤对磷的吸附位点与磷发生竞争吸附，或土壤无机胶体被有机物覆盖减少了土壤矿物胶体对磷的吸附有关。许多试验表明，施用有机肥和秸秆还田能显著降低土壤对磷的吸附强度，促进磷的释放22-23。参考文献全国土壤普查办公室.中国土壤M.北京：中国农业出版社

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