不同磷濃度植株殘體降解對紫色土磷素有效性的影響

郭 濤,張思蘭

1 西南大學資源環(huán)境學院, 重慶 400716 2 國家紫色土土壤肥力與肥料效益監(jiān)測基地, 重慶 400716

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不同磷濃度植株殘體降解對紫色土磷素有效性的影響

郭 濤1,2,*,張思蘭1

1 西南大學資源環(huán)境學院, 重慶 400716 2 國家紫色土土壤肥力與肥料效益監(jiān)測基地, 重慶 400716

植株殘體降解可直接或間接地影響土壤磷素的有效性,為探討不同磷濃度植株殘體降解對紫色土磷分級體系的影響,結(jié)合31P核磁共振分析技術(shù),選取了3種磷濃度不同的植物殘體與兩種紫色土進行室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗,得出了以下研究結(jié)論：(1)添加植株殘體顯著增強了紫色土呼吸強度,且紫色土分級體系中的活性磷含量均高于對照處理(2)31P-NMR分析結(jié)果得知,植株殘體的正磷酸鹽、磷酸單酯占濃縮液全磷比例的90%以上,高磷植株的正磷酸鹽和磷酸單酯含量顯著高于中磷和低磷植株,土壤磷素有效性的變化與植株殘體的正磷酸鹽和磷酸單酯含量有關(guān)；(3)紫色土分級體系中的活性磷在0 d含量最高,隨著培養(yǎng)周期的延長,土壤磷素有效性會出現(xiàn)降低的趨勢；酸性紫色土的累積呼吸強度、分級體系中活性磷(Resin-P、NaHCO3-Pt)所占比例均高于中性紫色土,與土壤鈣含量有關(guān)。綜上所述,植株殘體的磷濃度越高,更有利于提高土壤磷素的有效性,本研究結(jié)果為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中秸稈還田技術(shù)提供了理論參考。

植株殘體；紫色土；正磷酸鹽

作物秸稈還田后,植物殘體直接影響到土壤有機質(zhì)以及氮(N)、磷(P)、鉀(K)等元素的累積和轉(zhuǎn)化。植株殘體在土壤微生物的作用下,釋放出C、N、P、K元素及各種中微量元素供作物吸利用,是秸稈還田技術(shù)培肥土壤地力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。植物殘體降解包括一系列復雜的生物化學過程,這一過程可通過某些機制直接或間接地影響土壤磷素的有效性[2],例如植株殘體中有機磷、無機磷和有機酸的釋放[3],增加土壤有效磷含量。另外也能改善土壤持水能力和濕度,促進植物根系生長,增強植物對土壤磷素的吸收；增加土壤微聚體體積,使土壤表面積和P吸附位點數(shù)量減少[4],降低土壤的磷素固定值；殘體降解過程中微生物也可固定無機磷[5],轉(zhuǎn)化為微生物磷,防止磷素被土壤吸附固定；還可在短期內(nèi)增加土壤的pH值6],提高磷素的有效性。由此可見,植物殘體降解在土壤磷素循環(huán)中具有重要的意義,研究植株殘體降解對土壤磷素有效性的影響能為改善秸稈還田技術(shù)提供理論參考。

目前秸稈還田過程中養(yǎng)分釋放和循環(huán)研究主要集中在C、N、P、K的總量釋放方面[7- 9],而有關(guān)植株殘體降解過程中土壤磷素分級體系的變化情況尚不清楚,特別是對不同土壤類型的對比研究也鮮有報道。因此,本文采用室內(nèi)培養(yǎng)方法,結(jié)合31P核磁共振分析技術(shù)和土壤有機無機磷兼顧的分級方法探討不同磷濃度植株殘體降解對紫色土磷素形態(tài)變化的影響,為紫色土區(qū)秸稈還田技術(shù)改進提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗采用酸性和中性兩種紫色土進行研究。

酸性紫色土采自重慶市江津區(qū)的“黃莊現(xiàn)代糧油科技示范園區(qū)”,該示范區(qū)于2010年12月正式啟動建設(shè),位于江津區(qū)永興鎮(zhèn)黃莊村,是江津區(qū)糧食生產(chǎn)歷史核心區(qū),地理位置為106°11′22″E,29°03′N,海拔270 m,年平均氣溫18.2℃,全年降水1034.7 mm,日照1207.9 h,為亞熱帶季風氣候；土壤為沙溪廟組紫色母巖經(jīng)水耕熟化發(fā)育而成的水稻土,土壤養(yǎng)分特征為呈酸性,有機質(zhì)全氮含量高,有效磷缺乏,常規(guī)農(nóng)業(yè)種植制度為一季稻田(只種一季中稻,冬季閑置)。

中性紫色土采于重慶市北碚區(qū)西南大學教學農(nóng)場內(nèi)的“國家紫色土土壤肥力與肥料效益監(jiān)測基地”,地理位置為106°26′E,30°26′N,海拔220 m,年平均氣溫18.4℃,全年降水1105.5 mm,日照1276.7 h,為亞熱帶季風氣候,土壤是由侏羅紀沙溪廟組紫色泥、頁巖發(fā)育而成的紫色土(類),屬于中性紫色土亞類、灰棕紫泥土屬,約占紫色土類面積的40%,本試驗采集的中性紫色土沒有進行耕種,屬于長期休閑處理。

土樣采集于2013年10月水稻收割后,用“S”型布點法采集,土樣風干后過2 mm篩保存?zhèn)溆?其基本化學性質(zhì)見表1。開展培養(yǎng)試驗前,將土壤水分含量保持在70%的持水能力下,預(yù)培養(yǎng)14d,以增強土壤的微生物活性,也使土壤的理化性質(zhì)均一化。

1.2 供試植株

采集西南大學試驗田的蠶豆(ViciafabaL.)和油菜(BrassicacampestrisL.)植株,將莖沖洗干凈后于105℃下殺青30 min,在60 ℃恒溫條件下烘干,磨細過0.25 mm篩后保存?zhèn)溆?其中高磷植株磷含量為1.72 g/kg,中磷植株磷含量為0.91 g/kg,低磷植株磷含量為0.33 g/kg,隨著磷含量的降低,植株C/N 和C/P逐漸升高,基本性質(zhì)見表2。

表1 供試土樣基本理化性質(zhì)

表2 植株殘體基本性質(zhì)

1.3 試驗設(shè)計

將以上3種供試植株殘體以20 g/kg的比率添加到土壤中,與土樣充分混勻,標準對照是土壤中不加植物殘體,但要以同樣的方式將土壤混勻。稱取混勻的土樣35 g于500 mL的廣口瓶中,水分含量保持為田間持水量的70%,在28 ℃黑暗條件下,分0(添加殘留物3h后),14、28、56 d培養(yǎng),每個處理和培養(yǎng)時間設(shè)置4個重復。在培養(yǎng)期間,通過重量法測定土壤濕度,以保證土壤的含水量。培養(yǎng)結(jié)束后測采用Tiessen磷分級法對土壤進行磷素分級測定,同時測定14 d培養(yǎng)過程中的累積呼吸強度,以確定植株殘體之間分解率的差異(添加植株殘體后的前兩周,呼吸速率最高,各處理的分解速率差異最明顯)；為了進一步明確植株殘體屬性對土壤磷素有效性的影響,對植株殘體進行31P核磁共振技術(shù)分析。

1.4 樣品分析

植株殘體分級測定采用31P-NMR技術(shù)[10]分析。稱取2.0 g植株樣,按照M(植株樣)∶V(提取劑)=1∶20的比例,加入40 mL NaOH-EDTA浸提劑,振蕩提取16 h,在1400 g條件下離心10 min,取20 mL上清液于離心管中,利用液氮速凍后凍干保存?zhèn)溆?取離心管中的凍干粉末溶解于2 mL的堿液和重水中,離心后取澄清樣品,上機測定,套管系統(tǒng)的a=0.246。

土壤磷分級參照Tiessen磷分級法[11]測定,依次采用樹脂膜、0.5 mol/L NaHCO3、0.1 mol/LNaOH、1 mol/LHCl、濃HCl提取,將土壤磷分成則將土壤磷素分為樹脂交換磷(Resin-P)、NaHCO3提取磷(NaHCO3-Pt)、NaOH提取磷(NaOH-Pt)、稀鹽酸提取磷(D.HCl-Pi)、濃鹽酸提取磷(C.HCl-Pt)和殘留態(tài)磷 (Residual-P)。Resin-P、D.HCl-Pi采用鉬藍比色法直接測定,NaHCO3-Pt、NaOH-Pt、C.HCl-Pt采用過硫酸銨消解-鉬藍比色法測定,Residual-P采用過氧化氫消解-鉬藍比色法測定。

土壤呼吸強度采用堿液吸收滴定法[12]測定。培養(yǎng)過程中,密封廣口瓶的橡皮塞下懸掛一塑料杯,杯中加入3 mL 0.5 mol/L NaOH溶液以吸收土壤呼吸釋放的CO2。塑料杯及杯中NaOH溶液在培養(yǎng)實驗開始后的前4天每天更換,第4天后每兩天更換1次。吸收了CO2的NaOH溶液用0.1 mol/L HCl溶液準確滴定,同時做空白,用滴定消耗HCl溶液量計算土壤CO2釋放量。

2 結(jié)果與分析

2.1 植株殘體31P-NMR 分析

采用31P-NMR 分析法對3種植株殘體的NaOH-EDTA萃取濃縮液進行了定量分析,圖1是不同植株殘體的磷組分柱狀分布圖,從上到下依次是焦磷酸鹽、磷酸二酯、磷酸單酯、正磷酸鹽。由圖1可以看出,NaOH-EDTA萃取濃縮液中絕大部分是正磷酸鹽,高磷、中磷、低磷植株的正磷酸鹽分別為66.30、33.10、11.16 mg/kg,分別占濃縮液TP的比例分別為71.89%、71.38%、66.80%；其次是磷酸單酯的比例較高,高磷、中磷、低磷植株的磷酸單酯分別為24.60、10.41、4.61 mg/kg,分別占濃縮液TP的比例分別為26.68%、22.32%、27.61%；高磷植株的正磷酸鹽和磷酸單酯含量顯著高于中低磷植株,正磷酸鹽分別是中低磷植株的2.3和5.94倍,磷酸單酯分別是中低磷植株的2.36和5.34倍；3種磷濃度植株殘體的磷酸二酯和焦磷酸鹽含量均較低,高磷植株的磷酸二酯含量為0.82 mg/kg,焦磷酸鹽含量為0.50 mg/kg,中磷、低磷植株的磷酸二酯含量分別為2.94、0.93 mg/kg,焦磷酸鹽均未檢測出。

2.2 土壤累積呼吸強度的差異

在適宜的溫度和水分條件下,土壤微生物的新陳代謝活動會產(chǎn)生CO2,當在土壤中添加植株殘體時,植株殘體會在微生物的作用下發(fā)生降解作用,土壤呼吸作用同時也會增強,添加植株殘體后的前兩周,微生物活動最強烈,因此本試驗測定了14 d的土壤累積呼吸強度,以明確不同植株殘體在前14 d的分解速率差異。由圖2可以看出,添加植株殘體后,兩種紫色土的累積呼吸強度均顯著高于對照處理,且高磷處理的累積呼吸強度顯著高于中低磷處理,兩種紫色土高磷處理累積呼吸強度均達到1.30 mg CO2-C/g土,其中酸性紫色土高磷處理分別是中低磷處理的1.13倍和1.74倍,中性紫色土高磷處理分別是中低磷處理的1.28倍和2.59倍；與中性紫色土相比,酸性紫色土的中磷和低磷處理累積呼吸強度較高,分別是中性紫色土的1.13倍和1.5倍。

圖1 植株殘體的31P-NMR分析Fig.1 31P-NMR analysis of plant residues 不同大寫字母表示同一種磷濃度植株殘體不同磷形態(tài)間的差異顯著,不同小寫字母表示同一種磷形態(tài)在不同磷濃度植株殘體間的差異顯著(P<0.05,n=3)

圖2 不同處理14 d的土壤累積呼吸強度 Fig.2 Soil cumulative respiration intensity over 14 days of different treatments不同大寫字母表示同一種土壤不同植株殘體處理間累積呼吸強度的差異顯著,不同小寫字母表示同一種植株殘體處理不同土壤類型間累積呼吸強度的差異顯著(P<0.05,n=3)

2.3 土壤Olsen-P隨培養(yǎng)周期的變化

Olsen-P是表征土壤磷素有效性的重要指標,表3列舉了兩種紫色土添加植株殘體后Olsen-P隨培養(yǎng)時間的變化情況。由表3可以看出,隨著培養(yǎng)周期的延長,所有處理的土壤Olsen-P含量均呈現(xiàn)降低趨勢,兩種紫色土的高磷和中磷處理在0 d(添加殘留物3h后)時Olsen-P含量均顯著高于14、28、56 d,培養(yǎng)14 d以后Olsen-P含量變化趨勢不明顯,說明添加植株殘體對土壤磷素具有短期的激發(fā)效應(yīng)。在相同的培養(yǎng)時間內(nèi),添加植株殘體后,兩種紫色土的高磷處理Olsen-P含量均顯著高于對照處理,中磷和低磷處理的Olsen-P含量與對照差異不顯著,各培養(yǎng)周期的土壤Olsen-P含量大小順序為高磷>中磷>低磷,與各植株殘體的NaOH-EDTA萃取濃縮液中的正磷酸鹽分布相呼應(yīng),說明植株磷形態(tài)在植株降解過程中對土壤Olsen-P的變化有重要影響。將兩種紫色土進行對比分析可以看出,酸性紫色土在各培養(yǎng)周期和不同磷濃度處理中的Olsen-P均高于中性紫色土,這與兩種土壤的有效磷本底值對比是一致的。

表3 土壤Olsen-P隨培養(yǎng)時間的變化情況/(mg/kg)

不同大寫字母表示同一類土壤同一種磷濃度植株殘體不同培養(yǎng)時間處理間的差異顯著,不同小寫字母表示同一類型土壤同一培養(yǎng)時間不同磷濃度植株殘體處理間的差異顯著(P<0.05,n=4)

2.4 土壤磷素分級情況

為了進一步探討添加植株殘體對紫色土磷素有效性的影響,本研究采用Tiessen磷分級法對兩種紫色土進行了磷素分級測定,將磷素分為Resin-P、NaHCO3-Pt、NaOH-Pt、D.HCl-Pi、C.HCl-Pt和Residual-P,其中Resin-P、NaHCO3-Pt代表活性磷,NaOH-Pt代表中活性磷,D.HCl-Pi、C.HCl-Pt和Residual-P代表非活性磷,表4和表5分別列舉了酸性和中性紫色土在不同培養(yǎng)期的磷素分級情況。

在相同的培養(yǎng)周期內(nèi),與對照處理相比,添加植株殘體的酸性和中性紫色土活性磷(Resin-P、NaHCO3-Pt)、中活性磷(NaOH-Pt)和非活性磷(D.HCl-Pi、C.HCl-Pt、Residual-P)均有不同程度的增加,且高磷處理的活性磷和中活性磷顯著高于中低磷處理,但3種磷濃度處理間的非活性磷差異不明顯,由此說明添加植株殘體對增強紫色土磷素有效性的作用明顯,且植株磷含量越高,越能增強土壤磷素有效性。

表4 酸性紫色土在不同培養(yǎng)期的磷素分級情況/(mg/kg)

不同大寫字母表示同一形態(tài)磷同一培養(yǎng)周期內(nèi)不同磷濃度植株殘體處理間的差異顯著,不同小寫字母表示同一形態(tài)磷同一磷濃度植株殘體不同培養(yǎng)周期處理間的差異顯著(P<0.05,n=4);Resin-P-樹脂交換磷、NaHCO3-Pt -NaHCO3提取磷、NaOH-Pt-NaOH提取磷、D.HCl-Pi-稀鹽酸提取磷、C.HCl-Pt濃鹽酸提取磷、Residual-P-殘留態(tài)磷

表5 中性紫色土在不同培養(yǎng)期的磷素分級情況/(mg/kg)

不同大寫字母表示同一形態(tài)磷同一培養(yǎng)周期內(nèi)不同磷濃度植株殘體處理間的差異顯著,不同小寫字母表示同一形態(tài)磷同一磷濃度植株殘體不同培養(yǎng)周期處理間的差異顯著(P<0.05,n=4)

同一磷濃度植株殘體處理,隨著培養(yǎng)周期的延長,紫色土中不同形態(tài)磷濃度變化趨勢不同。在0—14 d內(nèi),兩種紫色土均呈現(xiàn)活性磷降低,中活性磷升高的趨勢；在14—28 d內(nèi),酸性紫色土出現(xiàn)了活性磷升高的趨勢,而中性紫色土的活性磷持續(xù)降低；在28—56 d內(nèi),酸性紫色土的活性和中活性磷持續(xù)降低,非活性磷趨于穩(wěn)定,而中性紫色土的活性、中活性和非活性磷均趨于穩(wěn)定,變化幅度不明顯。由此可以看出,兩種紫色土在添加植株殘體后的變化趨勢不一致,且隨著培養(yǎng)周期的延長,紫色土中的磷可能會相互轉(zhuǎn)化,秸稈還田過程中應(yīng)在活性磷含量較高的階段種植農(nóng)作物,提高土壤磷素的利用率。

對比分析兩種紫色土的磷素分級體系,酸性紫色土不同形態(tài)磷所占比例順序為Residual-P>NaOH-Pt>C.HCl-Pt>NaHCO3-Pt>D.HCl-Pi>Resin-P,比例范圍依次為25.18%—32.96%、23.39%—32.21%、19.14%—25.99%、8.44%—12.49%、5.15%—7.11%、1.51%—6.67%；中性紫色土不同形態(tài)磷所占比例順序為D.HCl-Pi>C.HCl-Pt>Residual-P>NaOH-Pt> NaHCO3-Pt> Resin-P,比例范圍依次為49.81%—57.25%、13.13%—16.35%、11.87%—16.28%、8.33%—14.37%、3.42%—8.08%、1.24%—3.37%。由此看出,酸性和中性紫色土的磷素分級體系大不不同,且酸性紫色土的活性磷(Resin-P、NaHCO3-Pt)所占比例高于中性紫色土,這與土壤的養(yǎng)分含量和土壤結(jié)構(gòu)有關(guān)。

3 討論

3.1 植株殘體屬性對土壤磷素有效性的影響

研究結(jié)果表明,在紫色土中添加植株殘體后,高磷處理的14 d土壤累積呼吸強度、磷素分級體系中的活性磷均顯著高于對照處理,且高磷處理的增強效應(yīng)高于中低磷處理；在中低磷處理中,土壤中的分級體系中活性磷與對照處理沒有顯著差異,且在14 d和56 d時,中性和酸性紫色土低磷處理的活性磷(Resin-P、NaHCO3-Pt)甚至低于對照處理,說明在秸稈還田技術(shù)中植株殘體磷濃度是改變土壤磷素有效性的一個限制因素,但植株磷在土壤中固定和分解的臨界濃度在本研究中未能體現(xiàn)出來,還需進一步研究。White的研究指出植株磷在土壤中固定和分解的臨界濃度為2.4 g/kg[13],當植株磷濃度大于2.4 g/kg時可以增加土壤活性磷含量,低于2.4 g/kg時則會被土壤固定轉(zhuǎn)化成有效性較低的有機和無機磷,而本研究中的最高植株殘體磷濃度僅為1.72 g/kg,同樣有增強土壤磷素有效性的作用,因此本研究進一步延伸至植株磷形態(tài)的31P核磁共振(NMR)分析。

本試驗31P-NMR分析檢測出了植株殘體中的正磷酸鹽、磷酸單酯、磷酸二酯和焦磷酸鹽,正磷酸鹽是活性磷,磷酸單酯、磷酸二酯是非常重要的有機磷,雖然其本身活性較低,卻是植株殘體磷釋放的潛在源,其礦化過程會產(chǎn)生活性磷酸鹽[14- 15],焦磷酸鹽是高聚磷化合物,活性極低；研究結(jié)果指出,植株磷含量越高,正磷酸鹽和磷酸單酯含量越高,當植株殘體在土壤中降解是更容易轉(zhuǎn)化為活性磷,增強土壤的磷素有效性,與研究中活性磷隨植株殘體磷含量的升高而增加的趨勢相呼應(yīng),說明添加在土壤中的植株磷形態(tài)是影響土壤磷素有效性的重要因子,同時也說明31P-NMR 分析技術(shù)能較好的反應(yīng)植株殘體的供磷潛力。

3.2 培養(yǎng)周期對土壤磷素有效性的影響

本研究結(jié)果表明酸性紫色土中的活性磷(Resin-P、NaHCO3-Pt)和中性紫色土中的活性磷(NaHCO3-Pt)和中活性磷(NaOH-Pt)隨著培養(yǎng)周期的延長含量逐漸降低,而兩種紫色土的非活性磷(D.HCl-Pi、C.HCl-Pt、Residual-P)均隨著培養(yǎng)周期的延長含量逐漸升高,說明隨著培養(yǎng)周期的延長,土壤磷素有效性會出現(xiàn)降低的趨勢,這與土壤微生物的代謝活性和土壤的交換吸附作用有關(guān)。植株殘體在土壤中的降解主要通過微生物的代謝活動完成,而微生物中的C、N、P含量是有限的[16],在適宜的水分和溫度條件下向土壤添加植株殘體,增加了土壤環(huán)境的C、N、P含量,短時間內(nèi)使土壤微生物代謝所需的養(yǎng)分增加,代謝活動急劇增強,不僅使微生物菌群擴大,也促使植株殘體得到有效的分解,植株有機磷經(jīng)微生物作用轉(zhuǎn)化為無機磷,進而使土壤磷素有效性增加[17]。但隨著時間的延長,微生物活性逐漸減弱,礦化而來的無機磷在純培養(yǎng)條件下也被土壤膠體吸附,導致土壤磷素有效性逐漸降低。這一研究結(jié)果為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中秸稈還田的堆肥周期提供了理論參考。

3.3 不同土壤類型對土壤磷素有效性的影響

在本研究中,中性和酸性紫色土雖然都是低磷土,但添加相同的植株殘體后,磷素有效性發(fā)生了不同的變化。在每個培養(yǎng)階段,所有磷濃度處理中酸性紫色土的活性磷(Resin-P、NaHCO3-Pt)、中活性磷(NaOH-Pt)含量均高于中性紫色土。兩種土壤的磷素分級體系也有顯著的差異,中性紫色土中D.HCl-Pi所占的比例最高,范圍達到50.04%—57.42%,而酸性紫色土中D.HCl-Pi所占的比例范圍僅有5.40%—7.04%；酸性紫色土中NaOH-P所占的比例范圍是23.39%—34.02%,而中性紫色土中NaOH-P所占的比例范圍僅有8.49%—14.44%。D.HCl-Pi是1 mol/L的稀HCl提取的磷,有效性較低,與無機磷分級系統(tǒng)中Ca-P相呼應(yīng)[11],而中性紫色土中的Ca2+含量是酸性紫色土的3.19倍,所以中性紫色土的D.HCl-Pi顯著高于酸性紫色土。NaOH-P是0.1 mol/L NaOH提取的磷,與無機磷分級系統(tǒng)中Fe-P和Al-P相呼應(yīng)[11],酸性紫色土中的Fe-P和Al-P理應(yīng)高于中性紫色土,所以酸性紫色土的NaOH-P高于中性紫色土。中性和酸性紫色土的這些差異均與土壤的理化性質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu)相關(guān),微生物群落對磷素的分解和吸收能力以及產(chǎn)生的分解產(chǎn)物會有所不同,可以通過改變土壤的吸附容量來間接影響土壤磷素有效性的變化[18],在此基礎(chǔ)上可進一步采用分子研究法對土壤的微生物群落進行研究。

4 結(jié)論

31P-NMR技術(shù)能夠有效的定量評估植物秸稈的磷組成。添加植物秸稈能夠有效的提高紫色土中的活性磷含量,但隨著培養(yǎng)周期的延長,土壤磷素有效性會出現(xiàn)降低的趨勢,且在pH不同的兩種紫色土中變化趨勢不同,可能與土壤的土壤鈣含量有關(guān)。

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Effect of plant residue degradation on purple soil phosphorus availability

GUO Tao1,2,*, ZHANG Silan1

1CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China2TheNationalMonitoringBaseforPurpleSoilFertilityandFertilizerEfficiency,Chongqing400716,China

Phosphorus (P) is essential for plant growth and crop production and quality. Much information is available on the effects of plant residue quality on rates of decomposition and N mineralization, but fewer studies have evaluated the relationship between residue quality and P release during decomposition. It has been suggested that plant residues may play an important role in this effect due to the P added to soil by residues. However, little is known about the changes in P pools during legume residue decomposition. Residues fromViciafabaL.andBrassicacampestrisL. with varying P concentrations were added to two kinds of soil with low available P concentration, and the concentration of various soil P pools were assessed by soil P fractionation on days 0, 14, 28, and 56. In this study, P speciation was determined using solution31P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy to understand the potential fate of residue P in soils. The results showed that residue addition significantly increased cumulative respiration. The size of the P pools changed over time and was affected by both residue P concentration and soil type. For all plant samples, orthophosphate produced the most intense resonance in each spectrum and was the most abundant P species detected in shoot residue, which appeared to be related to their total P concentrations. For crop residues with higher total P concentrations, the greatest proportion was present as orthophosphate. More than 90% of the phosphorus detected in the plant residue was found to be orthophosphate and phosphate monoester. However, increasing plant concentration of total P did not affect pyrophosphate concentration. Olsen-phosphorus was highest when the experiment began (day 0) but decreased as the experiment progressed. The increase in residual P found in all residues indicated that part of the mineralized P was converted into stable organic and inorganic P, which occurred mainly in the initial phase. These changes were generally more pronounced in high- and medium-P residues than in low-P residues. More Resin-P, NaHCO3-Pt, and cumulative respiration was detected in the acid purple soil than in the neutral purple soil, which may be attributed to the high Ca2+concentration in the neutral purple soil. This study demonstrated that changes and transformations in soil P pools over time depend on residue P concentration and soil type, and that they have the potential to be delivered to soil in a form readily available to plants and soil microorganisms.

plant residue; purple soil; orthophosphate

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項(XDJK2010B012);國家科技支撐計劃項目(2012BAD05B03);農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(201203030)

2016- 03- 17; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2017- 02- 17

10.5846/stxb201603170476

*通訊作者Corresponding author.E-mail: guotaosd@swu.edu.cn

郭濤,張思蘭.不同磷濃度植株殘體降解對紫色土磷素有效性的影響.生態(tài)學報,2017,37(10):3553- 3560.

Guo T, Zhang S L.Effect of plant residue degradation on purple soil phosphorus availability.Acta Ecologica Sinica,2017,37(10):3553- 3560.