收稿日期：2023-11-15

基金項目：安徽省科技重大專項（202103a06020012）

作者簡介：李 智（1999-），男，河南鶴壁人，碩士研究生，主要從事養(yǎng)分資源綜合管理研究。（E-mail）1207344132@qq.com

通訊作者：張朝春，（E-mail）zhangcc@cau.edu.cn

摘要： 本研究以巢湖稻麥輪作區(qū)沙壤土和水稻土為研究對象，探究淹水和適水條件下施用不同磷肥對稻麥輪作土壤磷庫動態(tài)變化的影響，為合理施用磷肥提供理論依據。2種土壤均設置適水處理和淹水處理，同時設3個施肥處理：不施磷肥（CK）、單施過磷酸鈣（SSP）和單施控釋活化磷酸二銨（LC-DAP），共12個處理。在恒溫培養(yǎng)后第5 d、10 d、30 d、60 d采集土樣，分析土壤磷庫變化。結果表明：沙壤土中淹水處理下LC-DAP處理的活性磷庫整體上最高，適水處理下SSP處理在10 d、60 d時的活性磷庫最高，2種水分處理下，SSP處理的中等活性磷庫整體上均最高；而在水稻土中SSP處理的活性磷庫和中等活性磷庫整體上均最高。沙壤土占比最大的磷組分是HCl-P，水稻土占比最大的磷組分是NaOH-Pi。培養(yǎng)開始后，2種土壤的NaOH-Po含量明顯下降，表明施用磷肥促進NaOH-Po礦化。淹水處理NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi和Residual-P與H2O-P存在顯著或極顯著相關關系，而適水處理NaHCO3-Po、NaOH-Po和Residual-P與NaHCO3-Pi存在顯著或極顯著相關關系。施用磷肥顯著增加活性磷庫和中等活性磷庫，而磷肥品種和水分處理僅影響活性磷庫，不影響中等活性磷庫和殘余態(tài)磷庫。

關鍵詞： 磷肥；磷組分；磷庫變化；不同水分處理

中圖分類號： S147.5"" 文獻標識碼： A"" 文章編號： 000-4440（2024）09-1633-10

Effects of different phosphorus fertilizers on phosphorus pool in rice-wheat rotation soil under flooding and suitable water conditions

LI Zhi GUO Mingyue ZHU Wenhao LUO Laichao WANG Zhi ZHANG Chaochun YE Xinxin

（1.College of Resources and Environment，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China；2.College of Resources and Environment， China Agricultural University， Beijing 00193， China）

Abstract： In this study， sandy loam and paddy soil in Chaohu rice-wheat rotation area were used as the research objects to explore the effects of different phosphorus （P） fertilizers on the dynamic changes of soil P pool in rice-wheat rotation areas under flooding and suitable water conditions， so as to provide theoretical basis for rational application of P fertilizer in the given region. Suitable water treatment and flooding treatment were set for two soils， and three fertilization treatments were set， such as no P fertilizer （CK）， single application of calcium superphosphate （SSP） and single application of lost-controlled diammonium phosphate （LC-DAP）. There were 2 treatments in total. Soil samples were collected five days， ten days， 30 days and 60 days after constant temperature culture， and the changes of soil P pool were analyzed. The results showed that the labile P pool in sandy loam was the highest on the whole in LC-DAP treatment under flooding condition， and under suitable water condition， the labile P pool was the highest after ten days and 60 days by SSP treatment. The moderate labile P pool was the highest on the whole in SSP treatment under two water conditions， while the labile P pool and moderate labile P pool were the highest on the whole under SSP treatment in paddy soil. HCl-P took the largest proportion of P component in sandy loam， and NaOH-Pi took the largest proportion of P component in paddy soil. NaOH-Po contents in the two soils decreased obviously after cultivation， which indicated that the application of P fertilizer promoted mineralization of NaOH-Po. Under the condition of flooding， NaHCO3-Pi， NaHCO3-Po， NaOH-Pi and Residual-P exhibited significant or highly significant correlations with H2O-P， while under the condition of suitable water， NaHCO3-Po， NaOH-Pi and Residual-P exhibited significant or highly significant correlations with NaHCO3-Pi. Application of P fertilizer significantly increases the labile P pool and the moderate labile P pool， while P fertilizer varieties and water treatment only affect the labile P pool， do not affect the moderate labile P pool and residual P pool.

Key words： phosphate fertilizers;phosphorus component;changes in phosphorus pools;different moisture treatments

磷是植物正常生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素之一[1]，盡管土壤中全磷含量較高，但可供植物吸收利用的磷較少，只有通過施用磷肥才能確保植物有充足的可吸收利用的磷[2]。然而，中國單位面積磷肥用量是全球的2.9倍[3]，磷肥利用率僅為5%～20% ，遠低于世界平均水平[4]。因此，提高磷肥利用率是亟需解決的問題，其關鍵是如何根據土壤特性更精準地施用磷肥，促進磷肥與作物需求的匹配，減少磷肥的無效化[5-7]。

不同磷肥在土壤中的有效性差異很大，例如王簫璇等[8]對不同磷肥在砂姜黑土和紅壤中磷素有效性的研究結果表明，在砂姜黑土中施用聚磷酸銨和重過磷酸鈣后土壤有效磷增加量均顯著高于紅壤。徐雅婷等[9]在對黃瓜的研究中發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)磷肥磷酸二銨，使用控釋活化磷酸二銨能顯著提高土壤中有效磷含量以及植株磷素累積量。造成以上差異的主要原因是不同磷肥的特性不同。目前磷肥品種繁多，不同磷肥的增產效果因土壤而異[10]。過磷酸鈣作為水溶性磷肥，適用于中性、堿性、弱酸性土壤[11]，鈣鎂磷肥更適合酸性土壤[12]。近年來新型磷肥備受關注，與傳統(tǒng)磷肥相比，新型肥料采用新技術、新配方，擁有較高的肥效[13]。諸多研究發(fā)現(xiàn)新型磷肥可以活化或減少被土壤固定的磷素[14-15]。例如，控釋活化肥以天然納米黏土材料（凹凸棒土）為主要原料，通過物理化學改性增加其表面活性，能夠減少20%化肥損失、降低10%化肥用量而不減產[16]。腐殖酸磷肥通過在其生產過程中添加微量腐殖酸，利用腐殖酸溶解難溶性磷或者與磷形成絡合物等方式提高土壤磷的有效性[17]。緩釋肥是利用化學或物理方法貯存活性物質，控制養(yǎng)分釋放速度，在特定時間維持一定的養(yǎng)分濃度[18]。在作物生長過程中一次性施用緩釋肥可以滿足作物整個生育期的養(yǎng)分需求，同時兼有簡化施肥操作和降低人工成本、減少環(huán)境污染的優(yōu)點，其環(huán)境效益和經濟效益顯著[19]。與傳統(tǒng)肥料相比，緩釋肥可減施20%且一次性施用而使產量保持不變，大大減少了種植成本[20]。然而，不同磷肥如何影響淹水和適水條件下土壤磷組分目前仍不清楚。

巢湖流域位于長江中下游，沙壤土、水稻土是該流域的2種主要土壤，稻麥輪作是當?shù)刂饕N植模式[21]，本研究所在區(qū)域為合肥市廬江縣，水稻、小麥產量占谷物總產量的95.7%[22]。然而，由于磷肥用量大、肥料中水溶磷含量偏高，導致巢湖流域土壤磷累積量大、面源污染加重，2018 年巢湖流域水體總磷濃度較 2012年升高了16.6%[23]。因此，實現(xiàn)磷肥種類與土壤類型相匹配、提高磷肥利用率，是減少巢湖流域農業(yè)面源污染的重要途徑。本研究旨在分析不同磷肥對不同類型土壤磷組分的影響，以求為巢湖流域稻麥輪作模式下磷肥的合理施用提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用土壤包括2種類型：一種為水稻土，采自安徽省合肥市廬江縣南圩村（117°22′E，31°47′N）稻田0～20 cm耕層土壤，土壤pH 5.21，有機質含量32.77 g/kg，有效磷含量68.74 mg/kg，速效鉀含量220 mg/kg，全氮含量1.57 g/kg；另一種為沙壤土，采自安徽省合肥市廬江縣皖中試驗站（117°9′ E，31°25′ N）0～20 cm的耕層土壤，土壤pH 4.89，有機質含量13.32 g/kg，有效磷含量52.07 mg/kg， 速效鉀含量72.48 mg/kg，全氮含量0.74 g/kg。

1.2 試驗設計

土壤自然風干后研磨并過20目篩，每份稱取50 g裝入100 mL塑料燒杯中，按如下試驗設計進行處理，2種土壤均設置2種水分處理：田間持水量的70%，模擬旱田環(huán)境，稱為適水處理；田間持水量的100%，模擬水田環(huán)境，稱為淹水處理。2種土壤，共計4個處理。在此基礎上，設置3個施肥處理：不施肥（CK）、施用過磷酸鈣（SSP，P2O5 2%）和控釋活化磷酸二銨（LC-DAP，N 6%、P2O5 46%），共計12個處理，每個處理重復3次，共計144盆。按照N 0.2 g/kg、P2O5 0.1 g/kg、K2O 0.2 g/kg進行施肥，分別在試驗后第5 d、10 d、30 d、60 d進行4次取樣。處理后的土壤放入25 ℃培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)期間采用稱重法調控土壤含水量，每3 d添加1次蒸餾水。土壤采集后，進行自然風干，過100目網篩后，用于測定土壤磷分級。

1.3 測定指標及方法

吸附與解吸附試驗：稱取原始土壤1.5 g于50 mL離心管中，分別加入30 mL濃度為0 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、300 mg/L的KH2PO4溶液。于25 ℃恒溫振蕩24 h，平衡后離心，測定平衡液中的溶解性活性磷含量。吸附試驗結束后，加入30 mL 0.01 mol/L的CaCl2溶液，振蕩24 h后，離心、過濾，測定上清液中水溶磷含量，計算磷的解吸量[24]。

土壤磷形態(tài)分級：按照Hedley等[25]和Sui等[26]修正的Hedley法進行土壤磷形態(tài)分級。根據活性可將磷組分分為活性磷庫[包括水磷（H2O-P）、碳酸氫鈉無機磷（NaHCO3-Pi）、碳酸氫鈉有機磷（NaHCO3-Po）]、中等活性磷庫[包括氫氧化鈉無機磷（NaOH-Pi）、氫氧化鈉有機磷（NaOH-Po）、稀鹽酸磷（HCl-P）]、殘余磷庫[包括殘余磷（Residual-P）][27]。

1.4 計算方法

Langmuir 等溫吸附方程：

C/Q=1/（K × Qm）+C/Qm

式中，C為平衡溶液中的磷質量濃度（mg/L）；Q為土壤磷的吸附量（mg/kg）；Qm為磷最大吸附量（mg/kg）；K為吸附親和力常數(shù)。

根據Langmuir方程計算以下參數(shù) ：

土壤磷最大緩沖容量（MBC， mg/kg）=K×Qm "[24]。

1.5 數(shù)據處理與分析

采用Microsoft Excel 2020軟件進行數(shù)據處理。采用SPSS（26.0）軟件進行數(shù)據統(tǒng)計分析，采用Origin2021進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 土壤磷的吸附/解吸特性

關于土壤對磷素的吸附特性，常采用Langmuir方程來擬合其固體表面吸附量和溶液平衡濃度之間的關系，并可以通過等溫吸附方程計算出一系列吸附參數(shù)，其相關參數(shù)見表1。當平衡液磷質量濃度為0～250 mg/L時，土壤磷素吸附量隨著平衡液磷質量濃度的增加而增大（圖1A）。由表1可知，沙壤土的最大吸附量為1 667 mg/kg，而水稻土最大吸附量為2 256 mg/kg。沙壤土的MBC為37 mg/kg，水稻土的MBC為50 mg/kg。土壤磷的等溫解吸過程如圖1B所示，磷的解吸量隨著土壤磷的吸附量增加而增加，沙壤土解吸能力優(yōu)于水稻土。因此，水稻土的吸附能力比沙壤土強，而解吸能力弱于后者。

2.2 施用2種典型磷肥對土壤磷庫動態(tài)變化的影響

與中等活性磷庫和殘余磷庫相比，土壤活性磷庫更容易受環(huán)境影響。土壤活性磷庫受土壤類型、磷肥處理的影響，同時也受土壤類型和水分處理、土壤類型和磷肥處理、水分處理和磷肥處理等交互作用的影響；中等活性磷庫、殘余磷庫主要受土壤類型、磷肥處理、土壤類型和磷肥處理相互作用的影響（表2）。2種土壤中等活性磷庫最大，沙壤土為697～945 mg/kg（圖2），水稻土為694～813 mg/kg（圖3）；活性磷庫次之，殘余磷庫最?。▓D2、圖3）。沙壤土中等活性磷庫高于水稻土，而后者的殘余磷庫大于沙壤土。

施用磷肥對土壤磷庫的影響隨施用時間而不同。沙壤土的所有處理活性磷庫整體呈先上升后下降趨勢，在施肥后第60 d時與第5 d磷庫相似（圖2A、圖2B）。淹水處理下，施用LC-DAP第10 d時，土壤活性磷庫達到最大值（圖2A）；適水處理下，SSP處理第10 d時達到最大值（圖2B）。2種水分處理下，中等活性磷庫呈先上升后趨于平緩的趨勢，并因施肥而顯著增加，但2種磷肥處理之間差異不顯著（圖2C、圖2D）。施用磷肥處理殘余磷庫與CK差異不顯著（圖2E、圖2F）。

水稻土的3種磷庫相對穩(wěn)定，受外界影響較小。2種水分處理下，培養(yǎng)60 d的活性磷庫均下降，而淹水處理中等活性磷庫上升。與不施用磷肥對照相比，施用磷肥可顯著增加活性磷庫，淹水處理下的LC-DAP處理在施肥后60 d時、適水處理下的SSP處理在施肥后10 d時的影響更大（圖3A、圖3B）。適水處理下LC-DAP處理的中等活性磷庫與SSP處理相比在施肥后10 d、30 d、60 d顯著下降（圖3C、圖3D），施用磷肥對于殘余磷庫無顯著影響（圖3E、圖3F）。

2.3 不同條件下土壤磷組分占比的影響

2種土壤磷組分占比存在差異（圖4）。沙壤土占比最大的磷組分是HCl-P，占比達到38%～47%；水稻土占比最大的磷組分是NaOH-Pi，占比為28%～40%。2種土壤的H2O-P、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Po占比相似。

2種土壤磷組分的變化受水分和施用磷肥處理的影響（圖5、圖6）。培養(yǎng)后的2種土壤與原始土樣相比，NaOH-Po含量下降，而NaOH-Pi、HCl-P含量整體上增加。

對于沙壤土（圖5），與CK相比，施用磷肥增加2種水分處理早期（培養(yǎng)后5 d）的H2O-P含量，培養(yǎng)60 d的H2O-P含量增加量低于早期。在培養(yǎng)5 d時，淹水處理LC-DAP處理的NaHCO3-Pi增加量顯著高于SSP處理。在培養(yǎng)60 d時，與CK相比，2種水分處理施用磷肥顯著增加NaOH-Pi含量，適水處理顯著增加NaHCO3-Pi處理。對于HCl-P，適水處理增加量高于淹水處理。綜上所述，淹水處理下，施用磷肥早期沙壤土H2O-P含量增加， LC-DAP處理下NaHCO3-Pi、NaOH-Pi含量顯著增加。

2種水分處理水稻土磷組分變化趨勢基本一致（圖6）。淹水處理60 d時NaOH-Pi增加量整體上高于適水處理，而適水處理的NaHCO3-Pi增加量高于淹水處理。施用磷肥可顯著增加2種水分處理NaHCO3-Pi含量。施用磷肥可以增加培養(yǎng)60 d土壤的NaOH-Pi含量。因此，淹水處理施用磷肥導致水稻土NaOH-Pi含量、HCl-P含量增加，而NaOH-Po含量降低。

2.4 磷組分相關性分析

將2種土壤合并在一起，分別分析了2種水分條件下土壤磷組分之間的相關性。結果表明，2種水分條件下，活性磷庫和Residual-P含量與NaHCO3-Pi含量極顯著正相關，中等活性磷庫與NaOH-Po含量極顯著正相關。水分處理對磷組分間相關性影響較大。表3顯示，在淹水處理中，H2O-P含量與NaHCO3-Po含量、Residual-P含量和NaOH-Pi含量顯著或極顯著負相關，與NaHCO3-Pi含量、活性磷庫顯著正相關；HCl-P含量與NaOH-Po含量顯著正相關，與NaOH-Pi含量極顯著負相關。適水處理中，NaHCO3-Pi含量與NaHCO3-Po含量極顯著負相關，與NaOH-Po含量顯著正相關（表4）。因此，淹水處理的磷組分的變化更多來自于H2O-P與NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi之間轉化，而適水處理下更多來自于NaHCO3-Pi與有機磷之間的變化。

3 討論

本研究分析了在淹水和適水處理下，施用不同磷肥對巢湖稻麥輪作區(qū)2種典型土壤磷庫的影響。巢湖稻麥輪作區(qū)土壤磷庫以中等活性磷庫為主，受亞熱帶溫潤性季風氣候和酸性土壤的影響，施入的磷主要被鐵、鋁等氧化物和黏性礦物表面吸附[28]，但土壤中有機碳、微生物等因素會顯著影響土壤磷庫[29]，所以本研究中2種土壤磷庫有顯著差異。沙壤土中等活性磷庫中HCl-P顯著高于水稻土，而水稻土中等活性磷庫中NaOH-Pi高于沙壤土。中等活性磷庫、殘余磷庫容易受土壤中陽離子等影響，而土壤中陽離子含量受種植制度和管理方式等因素的影響，造成磷庫的差異[30]。水分環(huán)境同樣影響土壤磷庫，在高含水量土壤中，微生物的生物量和豐富度增加，微生物分泌的有機酸以及酶等可以提高土壤中活性磷含量[31]，與其他研究結果不同的是，本研究的2種水分處理中等活性磷庫相差不大，這可能是因為本研究的2種水分處理均為土壤提供了充足的水分。施用磷肥能夠有效提高土壤有效磷含量并顯著影響土壤磷素形態(tài)[32]。相較于LC-DAP處理，SSP處理能使磷更快轉化進入活性磷庫。這與劉玉潔等[33]的研究結果相似，在單季水稻種植中施用過磷酸鈣在短期內使土壤有效磷快速增長， 而LC-DAP降低磷素釋放的速度，使土壤活性磷能夠長時間處于高水平[34]。土壤磷素隨著培養(yǎng)時間延長逐漸從活性磷庫轉向中等活性磷庫，這與前人在蓮藕中的研究結果相似，活性磷含量先增加后降低，中等活性磷逐漸增加后趨于平穩(wěn)[35]，但轉化的幅度因肥料種類和土壤類型而異。沙壤土在培養(yǎng)期間施用磷肥處理，中等活性磷庫顯著高于不施用磷肥處理；水稻土適水處理SSP處理中等活性磷庫顯著高于LC-DAP處理。和韓梅等[36]在稻田中的研究結果相似，施用過磷酸鈣和緩釋磷肥相較于不施肥處理，土壤中等活性磷庫顯著增大。本研究中，2種磷肥處理的沙壤土中等活性磷庫均較對照有所增加，這可能是因為本研究中等活性磷含量較高，造成增長幅度較小。綜上所述，土壤磷庫的差異是由多方面因素造成的，本研究中施用磷肥能夠促進土壤磷庫轉化，沙壤土中LC-DAP處理的活性磷庫最高，SSP處理的中等活性磷庫最高，而在水稻土中SSP處理的活性磷庫和中等活性磷庫均最高。由于過磷酸鈣快速溶解，磷素被土壤快速固定，因此SSP處理中等活性磷庫要高于LC-DAP處理。

Sui等[26]用修正的 Hedley 法將土壤磷素分為有機磷和無機磷。土壤中磷組分的轉化與多種因素有關，在不同土壤中磷組分的差異主要受土地利用、土壤風化程度的影響[37]。本研究沙壤土中HCl-P占比較高，其次是NaOH-Pi；水稻土NaOH-Pi占比最高，其次是HCl-P，這可能與水稻土長期淹水狀態(tài)促進磷酸根與Fe離子、Al離子結合有關[38]。這與他人研究結果相差較大，前人對石灰性土壤和南方酸性土壤的研究結果均表明土壤中磷組分以Residual-P為主[39-40]，可能是氣候和土壤性質不同導致磷組分的差異。不同水分環(huán)境的土壤中的氧化還原電位發(fā)生改變，例如淹水狀態(tài)可營造還原條件將Fe 3+還原為Fe 2+，同時釋放磷酸鹽來提高土壤磷的有效性[41]，但本研究中2種水分處理的各個磷組分差異不顯著，可能是土壤含水量較高，土壤在2種水分處理中均發(fā)生了還原反應。在堿性土壤中磷主要會與Ca 2+、Mg 2+等結合形成沉淀物被固定，而在酸性條件下磷主要與Fe離子、Al離子結合而被固定[42]。本研究所用土壤均為酸性土壤，因此NaOH-Pi占比均較大。施用磷肥也能夠改變土壤中各磷組分的含量及占比，不同品種的磷肥對磷組分含量的影響存在差異[43]。施用磷肥一定程度影響土壤無機磷含量[44]。LC-DAP處理的NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-P占比均高于SSP處理，這可能是因為不同磷肥磷素的釋放速率不同，影響土壤對磷素的固定 [45]。

土壤中存在多種磷素形態(tài)，它們之間處于一個動態(tài)平衡的過程，并互相制約和影響[46]。本研究培養(yǎng)后的2種土壤中的NaOH-Po含量均明顯下降， 同時NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-P含量均有所上升。施用磷肥顯著增加NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量，表明施用磷肥后磷素會向NaHCO3-Pi和NaOH-Pi轉化。此外，施用磷肥還促進NaOH-Po的礦化，可能是因為適宜的環(huán)境促進了土壤微生物的活動，同時在土壤酶的影響下促使NaOH-Po礦化[47]，這與張教林等[48]關于熱帶膠園的研究結果相似，種植 34年時土壤中NaOH-Po礦化，轉化為活性磷或中等活性磷。綜上所述，土壤磷組分轉化受多種因素的影響，在沙壤土中NaOH-Pi和HCl-P占比變化最大；而在水稻土中NaOH-Pi和NaOH-Po占比變化最大，同時施用磷肥顯著影響土壤磷組分變化。

本研究中淹水處理的磷組分主要與H2O-P具有相關性，而在適水處理條件下磷組分主要與NaHCO3-Pi具有相關性，2種磷組分均為活性磷，表明磷肥進入土壤后會先轉化為活性磷，然后向其他磷組分轉化。而滕澤琴等[49]的研究發(fā)現(xiàn)磷組分的轉化主要發(fā)生在HCl-P，這與本研究結果不同，這可能是土壤類型、pH等因素造成的。本研究中Residual-P同其他磷組分也有顯著的相關性，可能由于Residual-P也可以作為潛在磷源[50]。

土壤中的磷必須轉化為活性磷才能被植物吸收利用，中等活性磷常被作為土壤潛在的活性磷，可以轉化為活性磷供植株吸收利用[51]。土壤磷的轉化實質上是土壤吸附和固定的磷的釋放，以及磷酸鹽礦物溶解的過程，包括有機磷礦化、吸附態(tài)磷解吸和無機磷溶解等[52]。

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（責任編輯：陳海霞）