茶園紅壤磷素形態(tài)組成特點及其影響因素研究

謝國雄 阮弋飛 鄔奇峰

摘要：為了解茶園土壤磷素化學形態(tài)特點及磷的生物有效性，從浙江省境內(nèi)采集35個代表性茶園紅壤，詳細鑒定土壤磷素形態(tài)，并與周圍的荒地紅壤進行比較。結果表明，茶園紅壤磷素以無機磷為主，有機磷與無機磷占全磷的比例平均分別為27.39%和72.61%，有機磷占全磷的比例與土壤有機碳含量呈正相關。茶園紅壤有機磷主要為中度活性有機磷與中度穩(wěn)定性有機磷為主，高度穩(wěn)定性有機磷和活性有機磷占比較低；無機磷以閉蓄態(tài)磷為主，其次為鐵磷和鋁磷，鈣結合態(tài)磷含量較低。Ca2-P、Al-P和Fe-P占全磷的比例隨土壤磷素積累而提高，施用有機肥可促進茶園紅壤有機磷、Ca2-P和Al-P的形成。與荒坡紅壤比較，茶園紅壤具較高的有機磷、Ca2-P和Al-P。土壤有效磷與Ca2-P、Al-P的相關性最高。

關鍵詞：茶園紅壤；磷形態(tài)；有機肥；成土母質；有效磷

中圖分類號：S158文獻標志碼：A論文編號：cjas20190800169

Study on Phosphorus Forms and Their Influencing Factors in Tea Garden Red Soil

Xie Guoxiong1， Ruan Yifei2， Wu Qifeng2

（1Hangzhou Plant Protection and Soil-fertilizer Station， Hangzhou 310020， Zhejiang， China； 2Lin’an District Agricultural and Forestry Technology Extension Center of Hangzhou City， Hangzhou 311300， Zhejiang， China）

Abstract： To understand the chemical forms of phosphorus and the biological availability of phosphorus in tea garden soil， 35 samples of representative tea garden red soil were collected from Zhejiang Province， and the forms of phosphorus in soil were identified in detail， and compared with those in surrounding wasteland red soil. The results showed that inorganic phosphorus was the main phosphorus form in tea plantation red soil， and the average proportion of organic phosphorus and inorganic phosphorus in total phosphorus of the soil was 27.39% and 72.61%， respectively. The proportion of organic phosphorus in total phosphorus was positively correlated with the content of soil organic carbon. The organic phosphorus in tea garden red soil was mainly moderately active and moderately stable， and the proportion of highly stable and active organic phosphorus was relatively low. Meanwhile the occluded phosphate was the main inorganic phosphorus in the soil， followed by iron phosphorus and aluminium phosphorus， and calcium- bound phosphorus was relatively low. The proportions of Ca2-P， Al-P and Fe-P in total phosphorus increased with the accumulation of soil phosphorus. The application of organic fertilizer could promote the formation of organic phosphorus， Ca2-P and Al-P in tea garden red soil. Compared with wasteland red soil， tea garden red soil had higher organic phosphorus， Ca2-P and Al-P. Soil available phosphorus was well correlated with Ca2-P and Al-P.

Keywords： Tea Garden Red Soil； Phosphorus Form； Organic Fertilizer； Parent Material； Available Phosphorus

0引言

熱帶、亞熱帶地區(qū)水熱豐富，礦物風化強烈，形成的土壤多為鐵鋁土（包括紅壤、黃壤、赤紅壤和磚紅壤等），土壤顯現(xiàn)酸性，適宜種植茶樹等耐酸植物。強烈風化的鐵鋁土富含氧化鐵、氧化鋁和高嶺石等礦物，它們對磷有強烈的固定作用，致使土壤有效磷低下[1-2]。為提高鐵鋁土的供磷能力，農(nóng)業(yè)上常采取治酸與施肥相結合的方法，即在施用石灰物質提高土壤pH值的基礎上，通過科學施肥和合理輪作等方法來提高土壤有效磷。但與一般的旱地和水田土壤不同，因茶樹喜酸，茶園土壤一般不宜施用多量的石灰或不需要施用石灰來降酸，因此茶園土壤多數(shù)呈酸性至強酸性，其磷素化學形態(tài)與旱地和水田土壤也有較大的差異。自然鐵鋁土磷素較低，一般不能滿足茶樹正常生長的需要，因此，施用磷肥是茶園經(jīng)營管理的重要措施，也是提高茶葉品質的重要手段。磷肥當季的利用率較低，磷素在土壤中移動性差，進入茶園的磷素多數(shù)殘留在土壤中，因此，茶園長期施肥可促使土壤磷素的積累，從而改變土壤供磷能力。磷肥進入土壤后進行各種化學、物理和生物學過程[3-6]，但受土壤性狀制約，在土壤中的化學行為也有差別，磷的生物有效性與土壤中存在的磷素形態(tài)密切相關[7-12]，因此了解土壤磷形態(tài)及變化規(guī)律有助于茶園土壤磷素管理[2，13-14]。近數(shù)十年來，有關土壤磷素形態(tài)與轉化、固磷機制與積累規(guī)律及施肥、利用方式及農(nóng)藝措施對土壤磷素演變的影響已有較多的研究[1，15-20]，但多數(shù)研究對象為微酸至石灰性的水田、旱地和果園土壤，對酸性至強酸性茶園鐵鋁土磷素形態(tài)特征及影響因素的關注較少。為此，本研究從浙江省境內(nèi)采集35個代表性茶園紅壤，詳細鑒定土壤無機磷和有機磷各形態(tài)，并與茶園周圍的荒地紅壤進行比較，旨在了解紅壤地區(qū)茶園土壤磷素的演變規(guī)律，為茶園科學施肥提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試土壤

供試土壤分2類，一類為茶園紅壤，共35個樣品，采自浙江省茶齡在10年以上典型茶園；另一類為茶園周圍的荒地紅壤，共12個，代表種植茶樹之前的狀況。2類土壤的采樣深度均為0～30 cm，成土母巖包括玄武巖、Q2紅土、變質巖、砂巖和泥頁巖等。

1.2分析方法

采集的土壤樣品經(jīng)室內(nèi)混勻、風干處理后全部磨細過2 mm土篩，部分樣品過0.15 mm，供土壤分析。同時對土壤中的無機磷和有機磷形態(tài)進行分析，其中，土壤無機磷形態(tài)按蔣柏藩等[21]提出的方法測定，把土壤無機磷分為Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P、Fe-P（鐵磷）、Al-P（鋁磷）和O-P（閉蓄態(tài)磷），Ca2-P和Al-P是無機磷中有效性較高的磷形態(tài)；土壤有機磷的分組采用Bowman和Cole改進方法[22]，根據(jù)其可分解釋放的能力和對植物生物有效性的大小，把有機磷分為活性有機磷、中度活性有機磷、中穩(wěn)性有機磷和高穩(wěn)性有機磷等4種形態(tài)。土壤pH值、全磷和有效磷含量用常規(guī)方法測定[23]。

1.3統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003處理，統(tǒng)計分析采用SPSS 12.0軟件完成。不同處理之間變量的顯著性檢驗采用最小顯著差異法（LSD）。

2結果與分析

2.1茶園土壤磷積累的變化及組成特點

2.1.1土壤磷積累的變化35個茶園土壤pH 3.79～ 5.21，平均為pH 4.66，變異系數(shù)6.54%；有機碳含量在7.65～29.65 g/kg之間（表1），平均為18.66 g/kg，變異系數(shù)28.74%；全磷在214～876 mg/kg之間，平均為521 mg/kg，變異系數(shù)35.28%。各態(tài)磷含量也有較大的變化，Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P、Fe-P、Al-P和O-P含量分別在42.50～287.61、1.06～22.07、0.45～9.20、16.90～ 54.28、10.13～265.58、4.58～28.47、113.96～351.60 mg/kg之間變化。

2.1.2土壤磷的組成特點對35個不同母質發(fā)育的茶園土壤磷形態(tài)的鑒定表明，茶園紅壤無機磷明顯高于有機磷，有機磷和無機磷分別占總磷的16.54%～ 41.25%和58.75% ～83.46%，平均分別為27.39%和72.61%。無機磷由Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P、Fe-P、Al-P和O-P等形態(tài)組成，茶園紅壤的無機磷主要以O-P形式存在，其占總磷的31.44%～62.15%，平均達44.76%；其次為Fe-P，占總磷的3.71%～31.43%，平均為18.73%；Al-P的含量較低，占總磷的1.78%～3.32%，平均為2.68%。3種鈣結合的無機磷均較低，并以Ca10-P相對較高，占總磷的4.95%～8.65%，平均為6.93%；其次為Ca2-P，占總磷的0.39%～2.65%，平均為1.53%；Ca8-P是含量最低的磷形態(tài)，僅占總磷的0.21%～1.31%，平均為0.67%。土壤中的有機態(tài)磷可根據(jù)其生物有效性進一步分為活性有機磷、中度活性有機磷、中穩(wěn)性有機磷和高穩(wěn)性有機磷等4種形態(tài)（生物活性順次下降）。統(tǒng)計（表2）表明，茶園土壤中的有機磷主要以中度活性有機磷形態(tài)存在，其占有機磷總量的40.38%～59.68%，平均占比為49.06%；其次為中穩(wěn)性有機磷，占有機磷總量的28.51%～50.50%，平均占比為38.33%；活性有機磷和高穩(wěn)性有機磷的數(shù)量較小，分別占有機磷總量的1.78% ～7.35%和3.56% ～17.52%，平均占比分別為3.89%和8.71%。

2.2茶園土壤磷形態(tài)演變及影響因素分析

2.2.1土壤磷積累對各態(tài)磷的影響相關分析（表3）表明，土壤中各形態(tài)磷的絕對含量均與其全磷呈正相關，表明隨著茶園紅壤磷素的積累，各形態(tài)的磷均有增加的趨勢，其中Ca2-P和Al-P受土壤全磷的影響最為顯著。

由表3結果還可知，茶園紅壤有效磷與各形態(tài)的磷均存在著相關，但相關系數(shù)最高的為Ca2-P和Al-P，表明這2種形態(tài)的磷是影響土壤有效磷的主要形態(tài)。

2.2.2影響磷形態(tài)百分組成的因素分析由表4可知，有機磷的比例與土壤有機碳的相關性最高，表明其主要受土壤有機碳積累的影響。Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、Al-P的比例與土壤全磷的相關性高，并呈現(xiàn)正相關，而Ca10-P和O-P的比例與全磷呈顯著的負相關，表明茶園土壤磷素積累的增加，更有利于Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、AlP的形成，而Ca10-P和O-P的比例趨向下降。表4結果還表明，土壤有機質的積累可在一定程度上降低O-P的比例。另外，土壤pH值的提高可促進Ca2-P、Ca8-P、Al-P的形成，而降低O-P的比例。

表5是根據(jù)施肥不同對土壤磷素組成比例的統(tǒng)計結果，由于各樣地磷素組成變化較大，總體上兩者之間的磷素組成不存在顯著差異，但從平均值的差異可以看出，施用有機肥有利于土壤有機磷的形成，不利于Fe-P和O-P的形成，這可能是因為施有機肥可提高土壤有機質的積累，促進了生物循環(huán)和有機磷的形成，降低了土壤磷的固定，從而減少了Fe-P和O-P的形成。

另外，母巖類型對茶園土壤磷素組成也有輕微的影響（表6），砂巖、泥頁巖、玄武巖形成的茶園土壤有機磷比例較高，玄武巖和變質巖形成的茶園土壤Ca2-P比例較低，玄武巖形成的茶園土壤Fe-P較低，但O-P比例較高，砂巖形成的茶園土壤Fe-P較高，但O-P比例較低。

2.3茶園與荒地土壤磷素組成的差異

由表7可知，與茶園周圍的荒地比較，由于總磷的增加和有機碳的積累，茶園土壤O-P明顯下降，而相應地有機磷、Ca2-P、Al-P的比例顯著地增加。同時，鐵磷也有輕微的增加，Ca2-P和Ca8-P有輕微下降。這一結果表明，荒地紅壤開墾種植茶樹后，土壤磷素的積累更有利于有效性較高的磷形態(tài)（有機磷、Ca2-P、Al-P）轉化。

3結論

（1）荒坡紅壤種植茶樹后經(jīng)過長期施肥培育，土壤有機磷、Ca2-P和Al-P呈現(xiàn)顯著的增加。

（2）茶園紅壤磷素以無機磷為主，有機磷與無機磷占全磷的比例平均分別為27.39%和72.61%，有機磷占全磷的比例與土壤有機碳含量呈正相關。茶園紅壤有機磷主要為中度活性有機磷和中度穩(wěn)定性有機磷為主，高度穩(wěn)定性有機磷和活性有機磷占比較低，表明有機磷的生物有效性以中等為主；無機磷以閉蓄態(tài)磷為主，其次為鐵磷和鋁磷，鈣結合態(tài)磷含量較低。

（3）茶園紅壤有效磷與Ca2-P、Al-P的相關性最高；Ca2-P、Al-P和Fe-P占全磷的比例隨土壤磷素積累而提高；施用有機肥可促進茶園紅壤有機磷、Ca2-P和Al-P的形成。

4討論

4.1茶園土壤磷的組分

本研究結果表明，茶園紅壤無機磷明顯高于有機磷，這與紅壤為高度風化的土壤有關。紅壤含有豐富的氧化鐵和氧化鋁及高嶺石等礦物[24]，后者對磷有強烈的固定作用，易形成各類無機態(tài)磷。茶園紅壤的無機磷主要以O-P和Fe-P形式存在，其占總磷的比例平均分別達44.76%和18.73%，這也是茶園紅壤高量氧化鐵對土壤磷素強烈固定的結果。茶園土壤中鈣結合態(tài)磷含量較低，這與茶園土壤多呈酸性和強酸性、鈣含量普遍較低有關。以上結果表明茶園土壤對磷素有較強的固定作用，這在一定程度上影響了磷肥的肥效。

4.2磷素積累對茶園土壤磷組分的影響

磷素過度積累已成為農(nóng)業(yè)土壤磷素管理的重要問題[4-5]。磷素進入茶園土壤后可與土壤中的各種組分發(fā)生化學作用[25]，其作用方式及強度與土壤的化學組成、土壤性狀等有關。本研究結果表明，土壤中各形態(tài)磷的絕對含量均與土壤磷素積累呈正相關，隨著茶園紅壤磷素的積累各形態(tài)的磷均有增加的趨勢，表明進入茶園土壤中的磷素可與土壤中各類無機和有機成分同時發(fā)生作用。相關分析表明，有機磷的比例與土壤有機碳的相關性最高，這說明有機磷的形成與茶園土壤有機磷的積累密切相關。結果還表明，Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、Al-P的比例與土壤全磷呈正相關，而Ca10-P和OP的比例與全磷呈顯著的負相關，這說明茶園土壤磷素積累的增加有利于Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、Al-P的形成，Ca2-P和Al-P是土壤中有效性較高的磷形態(tài)，所以茶園土壤磷素積累可顯著增加土壤中的有效磷水平，這與文獻上報道的隨著磷積累的增加土壤磷釋放會發(fā)生明顯增加的結果一致[18]。

本研究初步提示了茶園土壤的磷素組成受母巖類別、磷素積累及有機碳的影響，明確了高富鋁化特性和低土壤pH值是導致茶園土壤磷有效性較低的主要原因。但因研究中沒有涉及不同茶園年齡土壤磷素的比較，也沒有考慮不同類型化肥種類對磷形態(tài)的影響，有關紅壤植茶過程中土壤磷素的演變及化學肥料種類對土壤磷形態(tài)的影響還有待進一步研究。另外，研究中主要采用化學方法對無機磷和有機磷形態(tài)進行鑒定，有關茶園土壤中更詳細的磷存在形態(tài)還需采用礦物學和光譜學方法作進一步探討。

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