3種磷肥在北方6種土壤中的吸持固定特點(diǎn)

王曉紅，柳小琪，吳璐璐，呂家瓏

(西北農(nóng)林科技大學(xué) a.資源環(huán)境學(xué)院；b.農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

0 引言

中國(guó)耕地面積中有74%缺磷，但是，部分地區(qū)由于長(zhǎng)期大量施用磷肥而造成土壤中磷的富積[1-2]，導(dǎo)致磷肥的當(dāng)季利用率降低，通常情況下只有15%～25%，累積利用率不到50%[3-5]。土壤中施用的磷肥有效性差，在土壤中不斷積累，同時(shí)大量磷素隨著雨水的沖刷被帶入水體，造成資源浪費(fèi)，更造成面源污染[6-9]，因此，合理施用磷肥具有十分重要的意義。中國(guó)北方地域跨度大、氣候變化劇烈、土壤類型繁多，自然環(huán)境復(fù)雜?？傮w上，土壤酸堿度高，固磷能力強(qiáng)，由于北方土壤特有的理化性狀和磷酸鹽在土壤中獨(dú)特的化學(xué)行為，致使北方土壤中的作物對(duì)磷肥的利用率過低。文獻(xiàn)[10]的研究表明：磷肥的有效性大小順序?yàn)榱姿釟涠@>重過磷酸鈣>鈣鎂磷肥>氟磷灰石。文獻(xiàn)[11]研究表明：與磷酸一銨和磷酸二氫鈣相比，磷酸氫二銨更適合在黑土中施用。文獻(xiàn)[12]認(rèn)為聚磷酸類磷肥較磷酸一銨顯著提高了灰漠土中磷的有效性。

近年來，大量研究都是針對(duì)單一土壤中不同磷肥的有效性，很少系統(tǒng)地研究多種土壤中不同磷肥的固定。本文探討北方6種不同類型土壤對(duì)不同形態(tài)磷肥施入后的固定特點(diǎn)，以及在土壤中添加硫銨對(duì)磷固定的阻控效果，可為不同類型土壤選擇較合適的磷肥品種，以及磷肥的合理施用提供參考。

1 材料與方法

供試土樣采自中國(guó)北方不同地點(diǎn)，基本理化性質(zhì)見表l。供試的磷肥品種為聚磷酸銨(P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%)、磷酸一銨(P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61%)、過磷酸鈣(P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%)和硫酸銨(N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.8%)。

稱取300 g過2 mm篩的耕層土(0～20 cm)于培養(yǎng)盒中，磷肥用量按照大田90 kg ·ha-1P2O5，折合干土中含有0.04 g·kg-1P2O5，將供試磷肥與土壤混合均勻，置于室內(nèi)25 ℃恒溫培養(yǎng)。后期培養(yǎng)過程中采用稱質(zhì)量法補(bǔ)水，每隔3 d補(bǔ)一次水，使土壤含水量始終維持在田間持水量的60%。在培養(yǎng)第1天、第5天、第10天、第20天、第35天、第55天和第80天時(shí)分別取土樣。試驗(yàn)分為對(duì)照(P0，不加磷肥)、聚磷酸銨(P1)、磷酸一銨(P2)和過磷酸鈣配施硫銨 (P3，其中，w(N)∶w(P)=2∶1)4個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。

土壤基本理化性質(zhì)采用文獻(xiàn)[13]的方法測(cè)定，土壤速效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定，土壤酸堿度采用pH計(jì)測(cè)定。磷肥在土壤中的固定指標(biāo)：累計(jì)固磷量=(施入的磷量-土壤有效磷增量)，固定率=(施入的磷量-土壤有效磷增量)/施入的磷量，其中，有效磷增量是指培養(yǎng)后土壤有效磷與對(duì)照土壤的有效磷之差，試驗(yàn)結(jié)果為3次重復(fù)的平均值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Origin 2016軟件和Microsoft Excel 2016軟件處理。

表1 供試土樣基本理化性質(zhì)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型土壤對(duì)磷的固定特征

圖1為不同類型土壤中累計(jì)固磷量隨培養(yǎng)時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。由圖1a～圖1c可看出：3種酸性耕地土壤中累計(jì)固磷量均隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，不同土壤對(duì)磷的固定均可分為初期快速固定和后期慢速固定，初期一般在10 d左右，固定速度快、固定量大。其中，白漿土的累計(jì)固磷量大于其他土壤，黑土的累計(jì)固磷量低于其他土壤。不同磷肥施入黑土后10 d內(nèi)固定率為38%～51%，培養(yǎng)80 d時(shí)，聚磷酸銨的固定率(68%)低于磷酸一銨的固定率(70%)和過磷酸鈣配施硫銨的固定率(80%)，說明在黑土中聚磷酸銨可能會(huì)創(chuàng)造更多的土壤有效磷，見圖1a。在弱酸性白漿土中，不同磷肥的固定主要發(fā)生在施肥后的前期，施肥30 d約80%的磷肥被固定；施肥80 d時(shí)，固定率進(jìn)一步升高，聚磷酸銨、磷酸一銨和過磷酸鈣配施硫銨的固定率分別為90%、95%和88%，見圖1b。3種磷肥在棕壤中的固定率小于白漿土，培養(yǎng)80 d時(shí)，最終固定率相近，說明3種磷肥在棕壤中的有效性差異不大，固定率大小依次為：磷酸一銨>過磷酸鈣配施硫銨 >聚磷酸銨，如圖1c所示。

在堿性且碳酸鈣含量較高的栗鈣土中，磷酸一銨和過磷酸鈣配施硫銨的累計(jì)固磷量顯著低于聚磷酸銨，見圖1d。棕鈣土的累計(jì)固磷量大小依次為：聚磷酸銨>過磷酸鈣配施硫銨>磷酸一銨，見圖1e。相比聚磷酸銨和過磷酸鈣配施硫銨，磷酸一銨更適合在棕鈣土和栗鈣土中施用。強(qiáng)堿性灰漠土的累計(jì)固磷量大小依次為：磷酸一銨>聚磷酸銨>過磷酸鈣配施硫銨，見圖1f。聚磷酸銨固定較少，可能是因?yàn)榫哿姿徜@施入灰漠土顯著降低了土壤pH值。添加硫銨能抑制磷在灰漠土和栗鈣土中的固定，特別是栗鈣土，施肥30 d后一直保持較低的固磷量，說明過磷酸鈣配施硫銨更適合在栗鈣土和灰漠土中施用。

(a) 黑土(b)

(b) 白漿土

(c) 棕壤

(d) 栗鈣土

(e) 棕鈣土

(f) 灰漠土

圖1 不同類型土壤中累計(jì)固磷量隨培養(yǎng)時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

2.2 不同磷肥在土壤中固定能力的差異

圖2 聚磷酸銨在不同土壤中的累計(jì)固磷隨培養(yǎng)時(shí)間的變化規(guī)律

聚磷酸銨在不同土壤中的累計(jì)固磷量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化規(guī)律如圖2所示。由圖2可以看出，在整個(gè)培養(yǎng)階段，各類型土壤累計(jì)固磷量大小依次為：白漿土>棕鈣土>栗鈣土>棕壤>灰漠土>黑土，且前3種土壤累計(jì)固磷量顯著高于后3種。培養(yǎng)10 d左右，各類型土壤磷固定率可達(dá)40%～76%；在培養(yǎng)20 d時(shí)，磷固定率進(jìn)一步升高，白漿土、棕鈣土和栗鈣土的磷固定率分別為80%、71%和76%，顯著高于棕壤(61%)、灰漠土(54%)和黑土(38%)。培養(yǎng)40～80 d時(shí)，6種土壤累計(jì)固磷量均處于穩(wěn)定狀態(tài)，其中白漿土中90%的磷被固定，這可能與白漿土中固磷能力較強(qiáng)的鐵鋁錳化合物含量較高有關(guān)[14]。棕壤、灰漠土和黑土的磷固定率分別為70%、69%和68%。

磷酸一銨在不同土壤中的累計(jì)固磷量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化規(guī)律見圖3。由圖3可知：磷酸一銨和聚磷酸銨固定趨勢(shì)一致。在整個(gè)培養(yǎng)階段，各類型土壤累計(jì)固磷量大小依次為：白漿土>棕壤>灰漠土>黑土>棕鈣土>栗鈣土。培養(yǎng)10 d左右，磷固定率可達(dá)35%～75%。在培養(yǎng)20 d時(shí)，白漿土、棕壤和灰漠土的磷固定率分別為85%、63%和57%，高于黑土(48%)、棕鈣土(47%)和栗鈣土(45%)。培養(yǎng)40～80 d時(shí)，累計(jì)固磷量處于穩(wěn)定狀態(tài)，白漿土、棕壤、灰漠土、棕鈣土、栗鈣土和黑土的磷固定率分別95%、72%、78%、69%、51%和70%?？梢娏姿嵋讳@施入棕鈣土和栗鈣土的磷固定率低于其他土壤，有可能是酸性的磷酸一銨施入離子交換量較高的土壤后，在溶解的過程中使土壤pH值顯著降低， 形成H2PO4-，繼而與石灰性土壤中的陽離子Ca2+、Mg2+、Al3+相結(jié)合，生成了極易吸收的Ca(H2PO4)2等化合物。

圖3 磷酸一銨在不同土壤中的累計(jì)固磷量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化規(guī)律

過磷酸鈣配施硫銨在不同土壤中累計(jì)固磷量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化規(guī)律見圖4。由圖4可知，在整個(gè)培養(yǎng)階段，各類型土壤累計(jì)固磷量大小依次為：白漿土>棕鈣土>棕壤>灰漠土>黑土>栗鈣土。培養(yǎng)10 d左右，各類型土壤磷固定率可達(dá)51%～80%；在培養(yǎng)20 d時(shí)，白漿土的磷固定率為76%，顯著高于其他土壤。相比于聚磷酸銨和磷酸一銨，過磷酸鈣配施硫銨在白漿土中的固定率較低，說明添加硫銨能稍微抑制磷在白漿土中的固定。黑土、棕鈣土、栗鈣土、棕壤和灰漠土的磷固定率分別為57%、62%、47%、60%和56%。培養(yǎng)40～80 d時(shí)，累計(jì)固磷量基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，白漿土的磷固定率最高，可達(dá)88%，栗鈣土最低，為50%。添加硫銨能有效抑制磷在栗鈣土和灰漠土中的固定，特別是栗鈣土在施肥30 d后一直保持較低的固磷量 。

圖4 過磷酸鈣配施硫銨在不同土壤中的累計(jì)固磷量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化規(guī)律

2.3 不同磷肥對(duì)土壤酸堿度的影響

不同類型土壤酸堿度隨磷肥品種和培養(yǎng)時(shí)間的變化見圖5。由圖5a可以看出：培養(yǎng)55 d時(shí)，黑土在施肥土壤的酸堿度低于對(duì)照，其中過磷酸鈣配施硫銨處理組的酸堿度降低最為明顯，其次是磷酸一銨，最后是聚磷酸銨；在培養(yǎng)80 d時(shí)，施肥土壤的酸堿度高于對(duì)照，聚磷酸銨升高土壤酸堿度的幅度高于磷酸一銨和過磷酸鈣配施硫銨。白漿土酸堿度變化趨勢(shì)與黑土相同，如圖5b所示，培養(yǎng)80 d時(shí)，酸堿度大小依次為聚磷酸銨>過磷酸鈣配施硫銨 >磷酸一銨>對(duì)照。與培養(yǎng)第1天的對(duì)照相比，施肥土壤酸堿度有所升高，其中，過磷酸鈣配施硫銨對(duì)土壤酸堿度的影響最大。在整個(gè)培養(yǎng)過程中，棕壤施肥土壤的酸堿度基本都低于對(duì)照(見圖5c)，酸堿度大小依次為對(duì)照>磷酸一銨>聚磷酸銨>過磷酸鈣配施硫銨。培養(yǎng)結(jié)束后，與培養(yǎng)第1天的對(duì)照相比，各施肥處理的土壤酸堿度有所提高。綜上所述，酸性土壤施用聚磷酸銨、磷酸一銨和過磷酸鈣配施硫銨在一定程度上可提高土壤酸堿度，對(duì)土壤酸性的改良有較顯著的作用。

由圖5d和圖5e可看出：內(nèi)蒙古兩種耕地土壤棕鈣土和栗鈣土施肥后酸堿度呈先降低后升高的趨勢(shì)，施肥土壤酸堿度在整個(gè)培養(yǎng)過程低于對(duì)照。在整個(gè)培養(yǎng)過程中，栗鈣土過磷酸鈣配施硫銨處理酸堿度降低最為明顯，其次是磷酸一銨，最后是聚磷酸銨(見圖5d)。培養(yǎng)結(jié)束后，過磷酸鈣配施硫銨降低土壤酸堿度幅度高于磷酸一銨和聚磷酸銨。在整個(gè)培養(yǎng)過程中，棕鈣土各磷肥處理土壤酸堿度大小依次為對(duì)照>聚磷酸銨>過磷酸鈣配施硫銨>磷酸一銨(見圖5e)。在整個(gè)培養(yǎng)過程中，灰漠土聚磷酸銨處理土壤酸堿度顯著低于其他處理，說明對(duì)灰漠土堿性改良有較顯著的作用，土壤酸堿度大小順序?yàn)榱姿嵋讳@>過磷酸鈣配施硫銨>對(duì)照>聚磷酸銨(見圖5f)。綜上所述，在堿性土壤中施用聚磷酸銨、磷酸一銨和過磷酸鈣配施硫銨，在一定程度上可以使土壤酸堿度接近于中性。 雖然聚磷酸銨和磷酸一銨對(duì)改良土壤酸堿度的機(jī)理還不清楚，但是其對(duì)土壤的酸堿度確實(shí)起到了保護(hù)和改良的作用。

(a) 黑土(b)

(b) 白漿土

(c) 棕壤

(d) 栗鈣土

(e) 棕鈣土

(f) 灰漠土

圖5 不同類型土壤酸堿度隨磷肥品種和培養(yǎng)時(shí)間的變化

3 討論

通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：不同類型土壤對(duì)磷的固定均可分為初期快速固定和后期慢速固定。初期一般在10 d左右，磷固定速度快、固定量大，后期趨于緩和。文獻(xiàn)[15-17]得出的磷肥固定率規(guī)律與本研究結(jié)果基本一致。在鈣質(zhì)土壤中，聚磷酸銨的肥效顯著高于磷銨[18-20]。本文聚磷酸銨在灰漠土和黑土中有效性較高，而在棕鈣土和栗鈣土上有效性不如磷酸一銨，不同類型土壤的有效性不同很可能是土壤礦物質(zhì)與水解速率綜合影響的結(jié)果。文獻(xiàn)[21]認(rèn)為當(dāng)酸性的磷酸一銨施入石灰性土壤后，肥料中的磷易與土壤中Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等陽離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成沉淀，降低有效磷含量。從本文研究看，磷酸一銨在碳酸鈣含量較高的棕鈣土和栗鈣土中的固定率比其他土壤中低。過磷酸鈣配施硫銨除了含有主要養(yǎng)分P2O5外，還含有硫(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%～16%)，硫的肥效僅次于氮，是第2位的養(yǎng)分限制因子[22]。目前，施肥工作者重視硫元素的補(bǔ)充供給，在國(guó)外，肥料中的硫已開始按養(yǎng)分計(jì)價(jià)。本文中過磷酸鈣配施硫銨在灰漠土、棕鈣土和栗鈣土中固定率較低，適合中國(guó)西北地區(qū)土壤施用，其原因可能是過磷酸鈣配施硫銨是一種酸性化學(xué)肥料，能夠通過酸堿中和作用，使土壤酸堿度趨于合理，一些在高酸堿度下難溶或不溶的養(yǎng)分溶解度增加，加上硫和氮的協(xié)同增效，從而活化土壤養(yǎng)分。磷肥施用量相同的情況下，聚磷酸銨、磷酸一銨和過磷酸鈣配施硫銨可能是由于酸堿度的差異，使得其施入土壤后的轉(zhuǎn)化不同，進(jìn)而導(dǎo)致其固定率不同。

土壤磷素有效性一方面與磷肥類型有關(guān)，另一方面與土壤類型有很大關(guān)系。磷在土壤中形態(tài)轉(zhuǎn)化過程與土壤類型有關(guān)[13，23]。本研究發(fā)現(xiàn)不同種類磷肥在黑土中的固磷量較低，可能是磷復(fù)肥(聚磷酸銨、磷酸一銨等)中含有少量速效氮，吉林省春播后土溫偏低，土壤中有機(jī)氮礦化速度慢，往往缺乏速效氮，磷復(fù)肥中存在的速效氮對(duì)促進(jìn)幼苗生育極為有利；此外，黑土有機(jī)質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)與磷競(jìng)爭(zhēng)土壤顆粒表面的吸附位點(diǎn)促進(jìn)磷釋放的作用占主導(dǎo)地位[24]。文獻(xiàn)[16]在田間試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)磷肥施入栗鈣土后前期固定較快，后期趨于平緩，磷酸一銨的固定率低于磷酸二銨、過磷酸鈣配施硫銨，與本文磷酸一銨在栗鈣土中的累計(jì)固磷量顯著低于其他土壤的結(jié)論一致。文獻(xiàn)[12]認(rèn)為聚磷酸類磷肥較磷酸一銨顯著提高了灰漠土中磷的有效性與磷肥肥效，減少土壤對(duì)磷的固定作用。本文研究表明：3種磷肥在灰漠土中對(duì)磷的固定作用大小依次為聚磷酸銨>過磷酸鈣配施硫銨>磷酸一銨，且聚磷酸銨顯著降低了土壤pH值。尚未查閱到有關(guān)磷肥在棕鈣土固定方面的研究報(bào)道。不同地區(qū)可能由于施肥習(xí)慣不同和土壤本身所含磷量存在差異，導(dǎo)致土壤對(duì)磷的固定能力存在差異。

4 結(jié)束語

聚磷酸銨在灰漠土和黑土中的固定能力優(yōu)于其他土壤。磷酸一銨在棕鈣土和栗鈣土中固定率較低，特別是栗鈣土顯著低于其他土壤。過磷酸鈣配施硫銨在灰漠土和栗鈣土中固定率相對(duì)較低，適合在灰漠土和栗鈣土中施用。黑土的累計(jì)固磷量低于其他土壤，白漿土對(duì)磷肥固定作用最大。施用聚磷酸銨、磷酸一銨和過磷酸鈣配施硫銨在一定程度上改良了土壤酸堿度，使土壤酸堿度接近中性。

不同類型土壤對(duì)磷肥的固定均主要發(fā)生在施肥后10 d內(nèi)，因此磷肥應(yīng)與播種同時(shí)施入，并采取減輕磷固定措施，在不同的土壤中選用合適的磷肥品種，以保持較高的有效磷濃度，充分滿足幼苗的磷素營(yíng)養(yǎng)臨界期。