王經(jīng)緯 王艷玲，? 姚 怡 徐江兵 樊劍波

（1 南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院生態(tài)氣象環(huán)境研究中心，南京 210044）

（2 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008）

長期施肥對旱地紅壤團(tuán)聚體磷素固持與釋放能力的影響*

王經(jīng)緯1王艷玲1，2?姚 怡1徐江兵1樊劍波2

（1 南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院生態(tài)氣象環(huán)境研究中心，南京 210044）

（2 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008）

在中國科學(xué)院紅壤生態(tài)試驗(yàn)站26年的旱地紅壤長期肥料定位試驗(yàn)中，選取無機(jī)肥試驗(yàn)區(qū)的NPK、NK處理，有機(jī)無機(jī)肥配施試驗(yàn)區(qū)的對照（CK）、CK + 稻稈（RS）、CK + 花生秸稈還田（PS）、CK +綠肥（FR）及CK + 豬廄肥（PM）等7個肥料處理土壤，采用濕篩法逐級提取并得到粒級依次為＞ 2 mm、2～1 mm、 1～0.25 mm與0.25～0.053 mm的團(tuán)聚體土壤樣品；通過室內(nèi)分析獲得了土壤及各粒級團(tuán)聚體的全磷（TP）、有效磷（Available P）、水溶性磷（CaCl2-P）、土壤磷素吸持指數(shù)（PSI）及土壤磷素飽和度（DPS）等指標(biāo)值，并探討了上述測定指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：長期施用磷肥可有效保持旱地紅壤的供磷水平，配施豬廄肥可顯著增加旱地紅壤及大小團(tuán)聚體的TP、有效磷及CaCl2-P含量、降低土壤PSI并顯著增大旱地紅壤DPS，加大了旱地紅壤磷素的流失風(fēng)險；隨著土壤中＞ 1 mm粒級團(tuán)聚體數(shù)量的增多，旱地紅壤磷素儲量顯著增加，磷素固持能力顯著下降，土壤磷釋放潛能隨之增大。由DPS、有效磷及CaCl2-P的分段線性擬合方程可以推斷得出，當(dāng)旱地紅壤中有效磷為168～260 mg kg-1時或DPS＜ 28%，土壤磷素具有潛在流失風(fēng)險；當(dāng)有效磷≥260 mg kg-1或DPS≥28%，土壤磷素具有極高的流失風(fēng)險，應(yīng)立即停止施用磷肥尤其是有機(jī)磷肥，并重新調(diào)整施肥方案，以避免土壤磷素流失及其對水體環(huán)境的污染。

旱地紅壤；長期施肥；團(tuán)聚體；磷素飽和度（DPS）；土壤磷素吸持指數(shù)（PSI）

提高紅壤磷素肥力及磷素的當(dāng)季利用率一直是紅壤區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要的障礙問題。研究紅壤磷素的固持與釋放能力，對高效利用紅壤磷素資源具有重要意義。通常認(rèn)為被鐵鋁氧化物含量豐富的紅壤吸附固定的磷素不易釋放或移動［1］。然而，長期大量施用畜禽糞肥極易增加土壤中水溶性或膠體態(tài)磷的數(shù)量，進(jìn)而導(dǎo)致土壤磷流失進(jìn)入水體、污染環(huán)境［2-3］，尤其是在降雨量豐沛的紅壤區(qū)，土壤磷素的大量累積及因其流失所引起的水體污染、資源浪費(fèi)等問題日益嚴(yán)重［4］。土壤磷素流失不僅導(dǎo)致了磷素資源的浪費(fèi)，而且威脅了生態(tài)環(huán)境安全［5-6］。

因土壤磷素流失、水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題日益突出，如何簡單快速、準(zhǔn)確有效地評估土壤磷素的流失潛能及環(huán)境風(fēng)險顯得尤為重要［7］。因此，用于估算土壤磷素有效供應(yīng)能力的土壤全磷（TP）、有效磷（Available P）及水溶性磷（CaCl2-P）等土壤測試磷指標(biāo)還被用來預(yù)測土壤磷素流失的環(huán)境風(fēng)險［8］。Hesketh等［9］的研究中以0.01mol L-1CaCl2溶液作為浸提劑從土壤提取得到的磷濃度（CaCl2-P）與徑流水或淋溶水中生物可直接利用的磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系，即當(dāng)土壤有效磷（Olsen-P）含量＞60 mg kg-1，徑流水中CaCl2-P ＞ 0.01 mg L-1時，土壤磷素流失風(fēng)險加大或已經(jīng)進(jìn)入水體污染環(huán)境。然而，由于不同土壤的物理化學(xué)性質(zhì)差異較大，僅由土壤測試磷指標(biāo)來表征土壤磷素的流失風(fēng)險極易產(chǎn)生錯誤的評估結(jié)果［10］。因此，為了更好的預(yù)測土壤磷素的流失風(fēng)險，土壤磷素吸持指數(shù)（Phosphate sorption index，PSI）［11］、磷素飽和度（Degree of phosphate saturation，DPS）［10］先后被提出并廣泛應(yīng)用。PSI用以表征土壤固相磷向液相釋放的可能性大小［11］，且與土壤最大吸磷量（Xm）呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系［12］。DPS既可表征土壤已經(jīng)吸附的磷量，又可以預(yù)測土壤磷素的流失潛能［13］。

土壤團(tuán)聚體的粒級大小及其分布比例是調(diào)控土壤水肥供應(yīng)與養(yǎng)分存儲的重要物質(zhì)基礎(chǔ)［14］，施肥又是影響土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)及其養(yǎng)分供應(yīng)效能的重要措施［15］。因此，本文將以長期施肥的旱地紅壤（1988—2014年）為研究材料，以不同粒級的團(tuán)聚體為載體，通過分析土壤TP、有效磷、CaCl2-P、DPS及PSI等指標(biāo)，探討長期施肥影響下的紅壤團(tuán)聚體對磷素的存儲與供應(yīng)、固定與釋放的作用差異及各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系。研究結(jié)果將為紅壤磷素肥力的提高、土壤磷素供應(yīng)效率評估及及紅壤區(qū)磷素資源的環(huán)境友好與高效管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

長期肥料定位試驗(yàn)于1988年建在江西省鷹潭農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外研究站內(nèi)（28°04′～28°37′N，116°41′～117°09′E）。1995年以前進(jìn)行花生和油菜輪作，后改為一季花生，冬季休田。供試土壤為第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的典型紅壤。有機(jī)無機(jī)肥配施試驗(yàn)區(qū)設(shè)：對照（CK）、CK+稻稈（RS）、CK+花生秸稈本田還田（PS）、CK+鮮蘿卜菜（FR）、CK+豬廄肥（PM）共5個處理，小區(qū)面積34.6 m2；無機(jī)肥試驗(yàn)區(qū)設(shè)：NPK、NK、NP、PK、NPKCa、NPKCaS共6個處理（Ca代表施用石膏，S代表施用微量元素），每個小區(qū)肥料用量見表1。小區(qū)面積35.1 m2，每個施肥處理重復(fù)3次，隨機(jī)排列。

1.2 土壤樣品采集與團(tuán)聚體篩分

土壤樣品來自于NPK、NK及CK、PS、RS、FR、PM共7個小區(qū)的耕層（0～15 cm）土壤。2014年秋季（花生收獲2個月后），在每個小區(qū)內(nèi)按“S”形用鋼質(zhì)土鉆采集15點(diǎn)耕層樣品，并放于硬質(zhì)密封盒中，帶回室內(nèi)風(fēng)干。

表1 長期定位試驗(yàn)地各施肥小區(qū)肥料總用量（1988—2014年）Table 1 Total amounts of fertilizers applied in each treatment of the long-term field experiment from 1988 to 2014（kg hm-2）

在土壤樣品風(fēng)干過程中，沿土壤自然結(jié)構(gòu)面用手輕輕剝成直徑約10～12 mm大小的樣塊，風(fēng)干后，稱取土壤樣品20 g，放入套篩（從上至下篩孔直徑依次為2 mm、1 mm、0.25 mm和0.053 mm）最上面的篩子上，然后將套篩放入DX-100團(tuán)聚體分析儀中，加水至淹沒最上面篩子中土壤2 cm，浸泡10 min后，打開儀器開關(guān)，在篩分頻率為60次/min條件下，上下篩分30 min后，取出套篩，至上而下地將留在各篩子上的土壤顆粒轉(zhuǎn)移至已知重量的鋁盒中，放于40℃的烘箱中烘干、稱重，收集得到粒級為＞ 2 mm、2～1 mm、1～0.25 mm與0.25～0.053 mm的團(tuán)聚體樣本。

1.3 土壤PSI的測定

稱取1.00 g過2 mm篩的風(fēng)干土壤樣品，置于50 ml離心管中，加入20 ml磷濃度為75 mg L-1的稀電解質(zhì)溶液（磷的加入量相當(dāng)于1.5 g kg-1土）0.01 mol L-1CaCl2溶液，同時加入數(shù)滴甲苯防止微生物活動［11］。將離心管加蓋后，于25℃±2℃的室溫下，用往復(fù)振蕩儀振蕩18h后，離心、過濾，用鉬藍(lán)比色法測定濾液中磷的量。PSI（mg kg-1）的計算公式如下：

式中，X為土壤磷吸附量（P mg kg-1soil）；C為平衡溶液中磷濃度（P mg L-1）。

1.4 土壤DPS的測定

稱取過2 mm篩的風(fēng)干土壤樣品1.00 g，置于100 ml三角瓶中，加入50 ml 0.2 mol L-1的草酸銨提取液（pH=3.0），用橡膠塞將瓶口塞緊后、裝入里紅外黑布袋防止光化學(xué)反應(yīng)，在室溫（25℃±2℃）條件下振蕩2 h后，離心、過0.45 μm濾膜。使用電感耦合等離子光譜儀（Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometer，ICP）測定提取液中的鐵、鋁及磷的含量。DPS（%）的計算公式如下：

式中，Pox為草酸銨提取液中的磷濃度（mg L-1）；Feox、Alox為草酸銨提取液中的鐵、鋁濃度（mg L-1）；31為磷元素的分子量；56為鐵元素的分子量；27為鋁元素的分子量；0.5為調(diào)整系數(shù)［16］。

1.5 土壤基本理化性質(zhì)分析

土壤全磷TP采用硫酸-高氯酸消煮，鉬藍(lán)比色法測定；有效磷采用鹽酸氟化銨法（Bray-I）測定；CaCl2-P采用0.01 mol L-1的CaCl2溶液浸提，液土比為10∶1，用ICP（電感耦合等離子光譜儀）測定溶液中的磷含量。有機(jī)質(zhì)（OM）采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定；pH采用電位法測定，液土比為2.5∶1。上述分析項(xiàng)目具體操作步驟詳見文獻(xiàn)［17］。供試土壤基本理化性質(zhì)見表2。

表2 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 2 Basic physical and chemical properties of the red soil in the experiment

1.6 團(tuán)聚體土壤磷素富集系數(shù)（Er）的計算

式中，Er為土壤磷素富集系數(shù)，TPaggregate為某一粒級團(tuán)聚體全磷含量（g kg-1），TPsoil為對應(yīng)土壤的全磷含量（g kg-1）。將1作為判斷某一粒級團(tuán)聚體是否具有磷素富集作用的臨界值，當(dāng)Er＜1時，沒有磷素富集作用；Er＞1時，具有磷素富集作用；Er值越大，某一粒級團(tuán)聚體對磷素的富集作用就越強(qiáng)［18］。

1.7 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Excel與SPSS 22軟件；繪圖采用Origin 2015軟件。

2 結(jié) 果

2.1 長期施肥對旱地紅壤團(tuán)聚體磷素儲供能力的影響

土壤TP含量是評價土壤磷素儲存能力大小的一個重要指標(biāo)，長期不施磷肥的NK處理土壤TP僅0.27 g kg-1，與NPK處理相比顯著降低了58%（表2）。且NK處理中各粒級團(tuán)聚體TP含量顯著低于NPK處理同等粒級的40%～54%，但大小粒級團(tuán)聚體間的TP含量差異不顯著（圖1）。與CK處理相比，僅PM處理可使土壤TP在施化肥的基礎(chǔ)上顯著增加164%，大小粒級團(tuán)聚體的TP含量增加顯著且呈現(xiàn)出隨著團(tuán)聚體粒級減小逐漸降低的趨勢（圖1）。

圖1 長期施肥對旱地紅壤各粒級團(tuán)聚體內(nèi)全磷含量的影響Fig. 1 Effect of long-term fertilization on content of total P in aggregates in the upland red soil relative to particle size

無機(jī)肥區(qū)，NPK處理中僅＞ 2 mm粒級團(tuán)聚體對磷素有顯著的富集作用；而NK處理中各粒級團(tuán)聚體均表現(xiàn)出磷素的富集作用（表3）。有機(jī)無機(jī)肥配施區(qū)，所有肥料處理的大小粒級團(tuán)聚體（PM處理中0.25～0.053 mm的粒級除外）均對磷素有顯著的富集作用，且大團(tuán)聚體（＞ 0.25 mm）的富磷作用顯著高于0.25～0.053 mm粒級微團(tuán)聚體（表3）。

長期不施磷肥的NK處理土壤有效磷僅6.4 mg kg-1，顯著低于NPK處理（表2）；且各粒級團(tuán)聚體中有效磷均顯著低于NPK處理中同等粒級團(tuán)聚體的含量的80%～88%（圖2）。與CK處理相比，PM處理可使旱地紅壤中有效磷顯著增加9倍，其他處理影響不顯著（表2）；PM處理各粒級間有效磷含量大小依次為：2～1 mm ＞（＞ 2 mm）＞1～0.25 mm ＞ 0.25～0.053 mm，且依次增加11.3倍、13.8倍、11.7倍與 9.2倍，粒級間差異顯著（圖2）。

2.2 長期施肥對旱地紅壤團(tuán)聚體DPS的影響

長期不施磷肥的NK處理土壤DPS僅為2.1%，均衡施肥的NPK處理土壤DPS為9.6%，約為NK處理的5倍（表2）；NPK處理中各粒級團(tuán)聚體的DPS大小依次為：（＞ 2 mm）＞ 0.25～0.053 mm ＞ 1～0.25 mm ＞ 2～1 mm，且1～0.25 mm與0.25～0.053 mm間的差異不顯著（圖3）。與CK處理相比，僅PM處理可使土壤DPS顯著提高了396%，高達(dá)49%，且各粒級團(tuán)聚體的DPS均顯著增加了361%～427%，但粒級間的DPS變化差異不顯著（圖3）。

表3 長期施肥對旱地紅壤各粒級團(tuán)聚體磷素富集系數(shù)的影響Table 3 Effects of long-term fertilization on P enrichment factor of aggregates of various particle size fractions in the upland red soil

圖2 長期施肥對旱地紅壤各粒級團(tuán)聚體有效磷含量的影響Fig. 2 Effect of long-term fertilization on available P in aggregates in the upland red soil relative to particle size

2.3 長期施肥對旱地紅壤團(tuán)聚體PSI的影響

與NPK處理相比，NK處理PSI可顯著提高2.5倍，高達(dá)2093 mg kg-1（表2）；且各粒級團(tuán)聚體的PSI增加顯著，大小依次為：2～1 mm ＞ 1～0.25 mm ＞（＞ 2 mm）＞ 0.25～0.053 mm（圖4）。與CK處理相比，RS與PM處理可顯著降低旱地紅壤PSI15%與55%，PS與FR處理影響差異不顯著（表2）；只有PM處理土壤中各粒級團(tuán)聚體的PSI顯著降低了35%～48%，但各粒級間的PSI變化差異不顯著（圖4）；PS與FR處理只對0.25～0.053 mm與＞ 2 mm粒級團(tuán)聚體的PSI有顯著影響（圖4）。

圖3 長期施肥對旱地紅壤各粒級團(tuán)聚體磷素飽和度的影響Fig. 3 Effect of long-term fertilization on degree of phosphorus saturation（DPS）in aggregates in the upland red soil relative to particle size

圖4 長期施肥對旱地紅壤團(tuán)聚體磷素吸持指數(shù)的影響Fig. 4 Effect of long-term fertilization on phosphate sorption index（PSI）of aggregate in the upland red soil relative to particle size

2.4 旱地紅壤磷素固持與釋放能力的影響因素

相關(guān)分析表明（表4），隨著旱地紅壤中＞2 mm與2～1 mm粒級團(tuán)聚體比例的增多，土壤TP與有效磷分別呈顯著（p＜0.05）與極顯著（p＜ 0.01）增大趨勢（表4）；但隨著0.25～0.053 mm粒級團(tuán)聚體數(shù)量的增多，土壤有效磷呈顯著降低趨勢（r= - 0.362，p＜ 0.05）。＞ 2 mm與2～1 mm粒級團(tuán)聚體數(shù)量與CaCl2-P分別呈顯著（r= 0.430，p＜ 0.05）與極顯著（r= 0.459，p＜ 0.01）正相關(guān)關(guān)系，其他粒級團(tuán)聚體數(shù)量與CaCl2-P均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中0.25～0.053 mm粒級與CaCl2-P的相關(guān)性顯著（r= - 0.387，p＜0.05）。土壤TP含量越大，有效磷與CaCl2-P的數(shù)量也越多（r= 0.937，0.903；p＜ 0.01），這也是導(dǎo)致有效磷、CaCl2-P與＞ 1 mm團(tuán)聚體數(shù)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系的主要原因（表4）。

由表4可以看出隨著土壤TP數(shù)量的增加，土壤DPS顯著增加（r= 0.939，p＜ 0.01）、PSI卻顯著降低（r= - 0.583，p＜ 0.01）。土壤DPS分別與＞ 1 mm與1～0.053 mm粒級團(tuán)聚體數(shù)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（p＜ 0.01）與顯著負(fù)相關(guān)系（p＜0.05），而PSI與上面兩個粒級團(tuán)聚體數(shù)量的相關(guān)關(guān)系正好相反（表4）。

表4 長期施肥的旱地紅壤團(tuán)聚體組成比例與土壤TP、有效磷、CaCl2-P、DPS及PSI的相關(guān)關(guān)系Table 4 Relationship of aggregate composition with TP，available P，CaCl2-P，DPS and PSI in the upland red soil under long-term fertilization

3 討 論

土壤團(tuán)聚體是碳、氮、磷等養(yǎng)分賦存與轉(zhuǎn)化的主要場所，其粒徑大小與分布直接影響著土壤各種養(yǎng)分的供應(yīng)效率［14］。長期施用磷肥可以顯著提高旱地紅壤中＞1 mm粒級團(tuán)聚體比例（數(shù)據(jù)未列出），促進(jìn)旱地紅壤中小粒級團(tuán)聚體向＞1 mm粒級團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化。

長期施用磷肥及配施豬廄肥可以顯著增加旱地紅壤及各粒級團(tuán)聚體內(nèi)的TP含量（表2、圖1），尤其是PM處理可顯著增加各粒級團(tuán)聚體磷的富集系數(shù)（Er），且隨著團(tuán)聚體粒級的減小，Er呈降低趨勢（表3）。隨著旱地紅壤中0.25～0.053 mm粒級團(tuán)聚體數(shù)量的增多，土壤TP及有效磷呈顯著下降趨勢（表4），這與王雙磊等［19］的研究結(jié)果相似。長期施用磷肥或配施有機(jī)肥在提高旱地紅壤磷素肥力、增加土壤磷素累積量的同時，也顯著降低了旱地紅壤的固磷能力、增大了土壤的磷素飽和度、增加了土壤磷素的流失潛能與流失風(fēng)險；尤其是PM處理顯著增加了土壤及各粒級團(tuán)聚體內(nèi)的TP、有效磷與CaCl2-P的含量（表2、圖1、圖2），顯著降低了土壤PSI，土壤DPS顯著增加了3倍～4倍，高達(dá)44%～53%（表2、圖3），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了土壤磷素流失的臨界值（DPS≥28.6%）（圖5）。

土壤磷素累積變化是一個緩慢的過程，只有長期大量施磷肥或不施磷肥才會導(dǎo)致土壤磷素累積量的變化［20］。本研究中，NK處理由于長期沒有外源磷肥的輸入且土壤磷素處于自然耗竭狀態(tài)，所以土壤TP累積量最低；而平衡施用磷肥及RS、PS、FR處理均可有效保持旱地紅壤的TP儲量，但各處理間對土壤TP影響差異不顯著，這主要是由于各種作物秸稈輸入磷的總量差異不大所導(dǎo)致的（表1）；而配施豬廄肥可以顯著增加旱地紅壤TP儲量與有效磷供應(yīng)量，主要是由于有機(jī)肥的施用量往往是依據(jù)作物對氮素的需求量而確定的，這樣就導(dǎo)致了磷素的過量施用而富集在土壤中［21］，此外，豬糞在腐解、礦化過程中可以釋放大量有機(jī)酸，有機(jī)酸可以活土壤中積累態(tài)磷，進(jìn)而提高土壤有效磷的數(shù)量［22］。

土壤PSI與DPS可以很好地反映土壤的固磷能力及土壤中磷素吸附點(diǎn)位的飽和程度［23］，且DPS與徑流水中磷的濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系［24］。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DPS＞25%時，徑流水中磷的濃度出現(xiàn)變化“拐點(diǎn)”，即徑流液中磷濃度隨土壤DPS值的增大而急劇增加，因此，將DPS = 25%作為土壤磷素流失的臨界值［24］。但土壤磷素流失的DPS臨界值的確定受土壤性質(zhì)的影響較大［25］，也有研究將DPS為15%或20%～25%作為判定土壤磷素流失的臨界值［26-27］。本研究發(fā)現(xiàn)隨著旱地紅壤DPS的增大，土壤有效磷與CaCl2-P均呈現(xiàn)出“緩慢增加”與“急劇增加”的兩個分段過程（圖5），當(dāng)土壤DPS每增加1個單位時，“急劇增加”階段內(nèi)的土壤有效磷與CaCl2-P的增加量分別是“緩慢增加”階段的2.9倍與14倍（圖5）。由DPS、CaCl2-P及有效磷間的分段擬合方程可以計算得出各擬合曲線間的交點(diǎn)坐標(biāo)為：DPS = 28.6%，CaCl2-P = 0.96 mg kg-1（相當(dāng)于徑流中CaCl2-P = 0.01 mg L-1）與有效磷=260 mg kg-1或168 mg kg-1（圖5），由交點(diǎn)坐標(biāo)值可以判斷當(dāng)旱地紅壤有效磷為168 mg kg-1～260 mg kg-1或DPS＜ 28.6%時，土壤磷素存在潛在流失風(fēng)險；當(dāng)土壤有效磷≥260 mg kg-1或DPS≥28.6%時，土壤磷素具有極高的流失風(fēng)險，應(yīng)立即停止施磷或減少施磷量，尤其是要重新調(diào)整豬廄肥的配施比例并制定新的施肥方案，以避免因土壤磷素流失而導(dǎo)致的環(huán)境污染，并減少磷素資源的無效使用與浪費(fèi)。

圖5 長期施肥的旱地紅壤DPS、有效磷與CaCl2-P的相關(guān)關(guān)系分段擬合Fig. 5 Fitting of relationships between DPS，available P and CaCl2-P in the upland red soil under long-term fertilization

4 結(jié) 論

長期施用磷肥可以有效保持旱地紅壤供磷水平；配施豬廄肥可顯著增加旱地紅壤及大小團(tuán)聚體的TP、有效磷與CaCl2-P含量、降低土壤PSI、增大土壤DPS，提高土壤磷素的流失風(fēng)險。當(dāng)旱地紅壤中有效磷為168～260 mg kg-1或DPS ＜28.6%時，土壤磷素具有潛在流失風(fēng)險；當(dāng)有效磷≥260 mg kg-1或DPS≥28.6%時，土壤磷素具有極高的流失風(fēng)險，應(yīng)立即停止磷肥尤其是有機(jī)磷肥的施用，并重新調(diào)整施肥方案，以避免土壤磷素流失及其對水體環(huán)境的污染。

［1］ Lyngsie G，Penn C J，Hansen H C，et al. Phosphate sorption by three potential filter materials as assessed by isothermal titration calorimetry. Journal of Environmental Management，2014，143：26—33

［2］ 趙牧秋，陳欣，史云峰.磷肥施用對紅壤有效磷含量和易流失磷含量的影響.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（6）：3335—3338 Zhao M Q，Chen X，Shi Y F. Influence of phosphorus fertilizer application on available phosphorus and easyloss phosphorus content in red soil（In Chinese）.Journal of Anhui Agricultural Sciences，2012，40（6）：3335—3338

［3］ 許小偉，樊劍波，陳晏，等. 有機(jī)無機(jī)肥配施對紅壤旱地花生生理特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響. 土壤學(xué)報，2015，52（1）：174—182 Xu X W，F(xiàn)an J B，Chen Y，et al. Effect of manure combined with chemical fertilizer application on yield，kernel quality and physiological characteristics of peanut to red soil in subtropical China（In Chinese）.Acta Pedologica Sinica，2015，52（1）：174—182

［4］ Crews T E，Brookes P C. Changes in soil phosphorus forms through time in perennial versus annual agroecosystems.Agriculture Ecosystems & Environment，2014，184（2）：168—181

［5］ Abdala DB，Da S I，Vergütz L，et al. Long-term manure application effects on phosphorus speciation，kinetics and distribution in highly weathered agricultural soils. Chemosphere，2014，119：504—514

［6］ Campos M D，Antonangelo J A，Alleoni L R F.Phosphorus sorption index in humid tropical soils. Soil& Tillage Research，2016，156：110—118

［7］ Sharpley A N，Kleinman P J，F(xiàn)laten D N，et al. Critical source area management of agricultural phosphorus：Experiences，challenges and opportunities. Water Science & Technology，2011，64（4）：945—952

［8］ Mcdowell R W，Sharpley A N. Phosphorus losses in subsurface flow before and after manure application to intensively farmed land. Science of the Total Environment，2001，278（1/3）：113—125

［9］ Hesketh N，Brookes P C，Sharpley A N. Development of an indicator for risk of phosphorus leaching. Journal of Environmental Quality，2000，29（1）：105—110

［10］ Sharpley A N. Dependence of runoff phosphorus on extractable soil phosphorus. Journal of Environmental Quality，1995，24（5）：920—926

［11］ Bache B W，Williams E G. A phosphate sorption index for soils. Soil Science，1971，22（3）：288—301

［12］ Buczko U，Kuchenbuch R O. Phosphorus indices as riskassessmenttools in the USA and Europe-A review.Journal of Plant Nutritionand Soil Science，2007，170（4）：445—460

［13］ Kleinman P J，Sharpley A N，Moyer B G，et al. Effect of mineral and manure phosphorus sources on runoff phosphorus. Journal of Environmental Quality，2002，31（6）：2026—2033

［14］ 陳恩鳳，關(guān)連珠，汪景寬，等. 土壤特征微團(tuán)聚體的組成比例與肥力評價. 土壤學(xué)報，2001，38（1）：49—53 Chen E F，Guan L Z，Wang J K，et al. Compositional proportion of soil characteristic microaggregates and soil fertility evaluation（In Chinese）. Acta Pedologica Sinica，2001，38（1）：49—53

［15］ 張章. 不同施肥方式對紅壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及層級結(jié)構(gòu)的影響. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016 Zhang Z. The effect of different fertilization on red soil aggregate stability and hierarch structure（In Chinese）.Wuhan：Huazhong Agricultural University，2016

［16］ Breeuwsma A. Impact of manure on accumulation and leaching of phosphate in areas of intensive livestock farming//Steele K. Animal waste and the land-water interface. New York：CRC Press，1995

［17］ 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法. 北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000 Lu R K. Analytical methods for soil and agro-chemistry（In Chinese）. Beijing：China Agricultural Science and Technology Press，2000

［18］ Young R A，Onstad C A，Bosch D D，et al. AGNPS：A nonpoint source pollution model for evaluating agricultural watersheds.Journal of Soil and Water Conservation，1989，44（2）：168—173

［19］ 王雙磊，劉艷慧，宋憲亮，等. 棉花秸稈還田對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳及氮磷鉀含量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2016，27（12）：3944—3952 Wang S L，Liu Y H，Song X L，et al. Effects of cotton straw returning on soil organic carbon，nitrogen，phosphorus and potassium contents insoil aggregates（In Chinese）.Chinese Journal of Applied Ecology，2016，27（12）：3944—3952

［20］ Shen P，Xu M G，Zhang H M，et al. Long-term response of soil Olsen-P and organic C to thedepletion or addition of chemical and organic fertilizers. Catena，2014，118：20—27

［21］ 馬曉焉，劉明，李忠佩. 不同豬糞施用量下紅壤水稻土表層水氮磷動態(tài). 土壤，2015，47（2）：289—296 Ma X Y，Liu M，Li Z P. Dynamics of N and P in surface water of paddy soil in subtropical China under different rates of swine manure application（In Chinese）. Soils，2015，47（2）：289—296

［22］ 肖輝，潘潔，程文娟，等. 不同有機(jī)肥對設(shè)施土壤有效磷累積與淋溶的影響. 土壤通報，2012，43（5）：1195—1200 Xiao H，Pan J，Cheng W J，et al. Effect of different organic manures on accumulation and leaching of Olsen-P in greenhouse soil（in Chinese）. Chinese Journal of Soil Science，2012，43（5）：1195—1200

［23］ 席雪琴. 土壤磷素環(huán)境閾值與農(nóng)學(xué)閾值研究. 陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2015 Xi X Q. The critical value of soil P leave for crop and environmental safety in different soil types（In Chinese）. Yangling，Shaanxi：Northwest A&F University，2015

［24］ Leinweber P，Meissner R，Eckhardt K U，et al.Management effects on forms of phosphorus in soil and leaching losses. European Journal of Soil Science，1999，50（3）：413—424

［25］ 薛巧云. 農(nóng)藝措施和環(huán)境條件對土壤磷素轉(zhuǎn)化和淋失的影響及其機(jī)理研究. 杭州：浙江大學(xué)，2013 Xue Q Y. Effects of agronomic practices and environmental factors on soilphosphorus transformation and loss and correspondingmechanism（In Chinese）.Hangzhou：Zhejiang University，2013

［26］ Mcdowell R W，Sharpley A N. Approximating phosphorus release from soils to surface runoff and subsurface drainage. Journal of Environmental Quality，2001，30（2）：508—520

［27］ Mashal K，Aldegs Y S，Alqinna M，et al. Elucidation of phosphorous sorption by calcareous soils using principal component analysis. Chemistry and Ecology，2014，30（2）：133—146

Effects of Long-term Fertilization on Phosphorus Retention and Release of Soil Aggregates in Upland Red Soils

WANG Jingwei1WANG Yanling1，2?YAO Yi1XU Jiangbing1FAN Jianbo2
（1International Center for Ecology，Meteorology and Environment，College of Applied Meteorology，Nanjing University of Information Sciences and Technology，Nanjing210044，China）
（2State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture，Institute of Soil Science，Chinese Academy of Sciences，Nanjing210008，China）

【Objective】Soil aggregates in the soil are important media capable of storing，transforming and activating soil phosphorus（P），and distribution and stability of soil aggregates is influenced by longterm fertilization. However，little has been reported on release pattern and adsorption capacity of P across various soil aggregates and their relationships in red soils as affected by long-term fertilization，which are essential to sustainable management of P sources in agricultural fields. The objectives of this study are to：（i）investigate changes in TP，available P，CaCl2-P，PSI and DPS，in soil aggregates of different particlesize fractions in a red soil under long-term fertilization；（ii）to explore relationships between CaCl2-P，available P，DPS；and（iii）to study how DPS andAvailable P affect P loss potential.【Method】A longterm fertilization experiment was established in 1988 and soil samples were collected from the 7 fertilization treatments，designed in the experiment as follows：NPK，NK，Control（CK），CK + peanut straw（PS），CK + rice straw（RS），CK + fresh radish（FR）and CK + pig manure（PM）. The soil samples were fractionated，using the wet sieving method，into aggregates of different particle sizes（＞ 2.0 mm，2.0～1.0 mm，1.0～0.25 mm and 0.25～0.053 mm）. Then the various fractions of aggregateswere analyzed for total P（TP），available P，CaCl2-P，P sorption index（PSI）and degree of P saturation（DPS）and relationships between the parameters.【Result】Results show that Treatment NK was the lowest in TP，and DPS but the highest in PSI in all the aggregates，regardless of particle size fraction in the red soil. Compared with Treatment CK，TreatmentsPS，RS and FR were quite similar in effect on soil TP，PSI，Available P and DPS；but Treatment PM significantlydecreased soil P retention capacity with the highest TP and lowest PSI，and increased P release or loss potential in all the fractions of aggregates with the highest DPS，Available P and CaCl2-P. All the fertilization treatments，irrespective of their pattern，significantly increased P content in the ＞ 2.0 mm fraction of aggregates with PEC（P enrichment coefficient）＞1，but in Treatment NPK +PM soil P was more easily enriched in macro-aggregates（＞ 0.25 mm）. 【Conclusion】Correlation analysis indicates that the P accumulated in the soil may be subject to potential loss to the safety of water quality when available P was range in 168～260 mg kg-1or DPS ＜ 28% in the red soil；otherwise P loss would be significant. Therefore，new strategies of using both commercial fertilizers and animal manures must be established and implemented to prevent P build up in the soil and to minimize P loss to water bodies in the red soil region.

Upland red soil；Long-term fertilization；Aggregates；Degree of phosphate saturation（DPS）；Soil Phosphate sorption index（PSI）

S158.5；S152.4

A

10.11766/trxb201703070088

* 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41571286，41571130053）和土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（Y412201419）資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（Nos. 41571286，41571130053）and the Open Research Fund Program of State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture（No.Y412201419）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：ylwang@nuist.edu.cn；wangyl2117@hotmail.com

王經(jīng)緯（1992—），男，江蘇南京人，碩士，主要從事土壤生態(tài)學(xué)研究。E-mail:wjwabandonee@163.com

2017-03-07；

2017-05-06；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2017-06-19

（責(zé)任編輯：盧 萍）