不同磷源在堿性土壤中的淋溶特征研究

余凱凱，裴海榮，郭景麗，李圣君

(河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司 河南新鄉(xiāng) 453731)

磷在作物的生長發(fā)育、水分調(diào)控、光合作用、呼吸作用等生理過程中具有重要的功效，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位也日益突出[1]。多年來，盡管不斷大量施用磷肥來滿足農(nóng)作物的高產(chǎn)需求，但由于磷素極易被土壤吸附固定后形成難溶性磷，使得施入磷肥的當(dāng)季利用率僅為15%～25%[2]。此外，過量施用磷肥不僅浪費(fèi)磷資源，而且極易引起水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題[3]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一直將土壤有效磷含量作為土壤磷素豐缺的指標(biāo)[4]。篩選出高效磷肥，有效利用磷肥資源，保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，對土壤磷養(yǎng)分進(jìn)行最佳管理，已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)生產(chǎn)亟待解決的關(guān)鍵問題之一，同時(shí)也是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。

目前國內(nèi)外對采用不同磷素淋溶及遷移來反映肥料利用率已有大量研究。吳一群等[5]的研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施不僅能夠顯著增加土壤表層有機(jī)磷的含量，而且會(huì)增加底層土壤中有機(jī)磷的含量，提高了土壤有機(jī)磷含量與全磷含量的比值。金亮等[6]的研究表明，施入DAP，肥料磷具有較高的移動(dòng)性和有效性，同時(shí)肥料磷在土壤中的遷移距離大于MAP。田艷花[7]研究發(fā)現(xiàn)，在石灰性土壤中，MAP的肥料利用率大于過磷酸鈣和DAP，但是當(dāng)土壤磷素盈余時(shí)，MAP的肥料利用率則小于過磷酸鈣和DAP的。文獻(xiàn)[6-11]中多采用間歇浸提方法或短期培養(yǎng)試驗(yàn)，而短期的浸提試驗(yàn)存在著一定的弊端，過大的水土比、高強(qiáng)度的機(jī)械振蕩等條件與實(shí)際土壤環(huán)境不符。與間歇浸提法相比，土柱淋洗方法(流動(dòng)法)具有較小的水土比，能模擬植物根系不斷吸收養(yǎng)分[12]。因此，采用土柱淋洗法更有利于研究不同磷源進(jìn)入土壤中磷的釋放過程、固定程度，更真實(shí)地反映降雨作用下磷素在土壤中的移動(dòng)規(guī)律。

我國北方大部分地區(qū)土壤鹽堿化日趨嚴(yán)重，存在土壤板結(jié)、生物有效性差、養(yǎng)分利用率低等問題。因此，本試驗(yàn)分別以典型堿性土壤地區(qū)的大田土壤和大棚菜田土壤為研究對象，采用室內(nèi)土柱淋洗試驗(yàn)?zāi)M土壤環(huán)境，研究不同種類磷源在淋溶條件下土壤磷素的動(dòng)態(tài)遷移過程，以明確不同磷源對土壤磷的持續(xù)活化程度及規(guī)律，豐富土壤磷素遷移相關(guān)研究，為堿性土壤地區(qū)合理施用磷肥、保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤概況

富磷堿性土壤來自陜西省咸陽市三原縣安樂鎮(zhèn)安樂村，貧磷堿性土壤來自山西省運(yùn)城市臨猗縣楚侯鄉(xiāng)仁里村，均取自于0～20 cm耕作層，分別測定土壤理化性質(zhì)，結(jié)果見表1。

表1 富、貧磷堿性土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)材料

磷酸氫二銨(DAP)、磷酸二氫銨(MAP)、磷酸二氫鉀(MKP)中的w(P2O5)分別為53.78%、61.73%、52.12%，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；磷酸脲(UP)中的w(P2O5)為44.06%，什邡市康龍化工有限責(zé)任公司。根據(jù)DAP的習(xí)慣用量，計(jì)算填充土所對應(yīng)磷的用量，并以3倍磷用量配制成肥料溶液，相當(dāng)于每畝(1畝=667 m2，下同)用18-46-0的DAP 60 kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

模仿色譜原理，按照P2O5等質(zhì)量原則，配制DAP、MAP、UP、MKP質(zhì)量濃度依次為1 512、1 317、1 845、1 560 mg/L。在室內(nèi)以2 cm高的土柱進(jìn)行淋溶試驗(yàn)，取配制的4種磷源溶液各50 mL于塑料瓶中，借助靜脈注射器進(jìn)行淋溶，淋溶時(shí)速率盡可能大，以土柱上層剛好無積液為標(biāo)準(zhǔn)，減少磷從土柱管內(nèi)壁流失的量，然后量取225 mL自來水進(jìn)行洗滌。每25 mL淋洗液為一個(gè)樣品，共收集9個(gè)樣品。測定淋洗液中的水溶性無機(jī)態(tài)磷的含量，每種磷素重復(fù)4組，確定不同磷酸鹽中磷素的遷移能力。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

4種正磷酸鹽采用鉬銻抗比色法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均通過Microsoft Excel 2013和 SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和方差分析，圖表中數(shù)據(jù)均為4次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 富磷堿性土壤對不同磷源磷遷移的影響

施入土壤中的磷移動(dòng)性差是磷肥肥效低的主要原因之一，不同磷源在土壤中的移動(dòng)能力可通過淋洗液中有效磷的含量來反映。由圖1可知：在富磷堿性土壤中，不同磷源的淋洗液中有效磷含量均隨淋溶次數(shù)的增加先升高后降低；DAP與MKP的淋洗液中有效磷含量均在第6次時(shí)達(dá)到最大值；MAP與UP的淋洗液中有效磷含量則在第5次時(shí)達(dá)到最大值；在前2次淋洗液中，MAP淋洗液中有效磷的含量均為最大，且與MKP、UP淋洗液的差異顯著，但隨著淋溶次數(shù)的增加，差異越來越?。辉诘?次至第6次的淋洗液中，UP的淋洗液中有效磷含量呈現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢，處于最大值；在第7次淋洗之后，DAP的有效磷含量處于最大值。

圖1 富磷堿性土壤中不同磷源的遷移規(guī)律

富磷堿性土壤中不同磷源磷的表觀淋出率見表2。

表2 富磷堿性土壤中不同磷源磷的表觀淋出率

由表2可知：不同磷源經(jīng)過9次淋洗后，磷的表觀淋出率表現(xiàn)為DAP>MAP>MKP>UP；DAP、MAP、MKP與UP相比，磷的表觀淋出率均差異顯著；在富磷堿性土壤中，DAP的移動(dòng)能力最強(qiáng)。

2.2 貧磷堿性土壤對不同磷源磷遷移的影響

由圖2可知：在貧磷堿性土壤中，不同磷源的有效磷淋出量均隨著淋溶次數(shù)的增加而升高；從總體上看，UP的淋洗液中有效磷含量處于較高水平，MAP的次之，DAP與MKP的整體都較低；UP的第1次淋洗液中有效磷含量與MKP和DAP的差異顯著，UP、MKP、MAP的第2次淋洗液中有效磷含量均與DAP的差異顯著，MAP的第3次淋洗液中有效磷含量與DAP的差異顯著，隨著淋溶次數(shù)的增加，4種磷源淋洗液中有效磷含量無顯著性差異，UP的第8次和第9次淋洗液中有效磷含量與DAP、MKP的差異顯著。貧磷堿性土壤中不同磷源磷的表觀淋出率見表3。

表3 貧磷堿性土壤中不同磷源磷的表觀淋出率

圖2 貧磷堿性土壤中不同磷源的遷移規(guī)律

由表3可知：不同磷源經(jīng)過9次淋洗后，磷的表觀淋出率表現(xiàn)為UP>MAP>MKP>DAP；UP與DAP相比，磷的表觀淋出率差異顯著；在貧磷堿性土壤中，UP的移動(dòng)能力最強(qiáng)。

3 討論

施用不同形態(tài)的磷源直接影響土壤中有效磷的含量，最終影響作物的生長發(fā)育[13]。近年來，由于經(jīng)濟(jì)作物收益可觀，經(jīng)作區(qū)面積不斷擴(kuò)大，種植戶大量施肥，使得經(jīng)作區(qū)土壤中全磷不斷富集。本研究表明，在經(jīng)作區(qū)富磷的土壤條件下，4種磷源中DAP施入土壤中表現(xiàn)出強(qiáng)勁的遷移能力，而UP則表現(xiàn)最差。原因可能是在富磷環(huán)境下，酸性磷肥施入土壤后，降低了土壤的pH，土壤碳酸鹽及土壤中的鐵、鋁礦物發(fā)生分解，釋放出的Ca2+、Fe3+和Al3+會(huì)使肥料中的磷固定，阻礙肥料中磷的遷移，這與金亮等[6]的研究結(jié)果基本一致。但由于本試驗(yàn)中土壤類型單一，具體原因仍需進(jìn)一步研究。

大田作物區(qū)域由于施肥量的減少，加上土壤中磷素的移動(dòng)性、有效性較差和植物根系的吸收，根際土壤有效磷通常出現(xiàn)虧缺現(xiàn)象。本研究表明，在大田貧磷的土壤條件下，UP在土壤中的遷移能力最強(qiáng)，DAP最弱。原因可能是酸性肥料降低了貧磷土壤中肥際微域的pH，促進(jìn)肥料中磷向土壤中遷移(MAP呈酸性，飽和溶液的pH=3.47；DAP呈弱堿性，飽和溶液的pH=7.98；MKP呈酸性，飽和溶液的pH=4.46；UP呈酸性，飽和溶液的pH=1.89)，這與田艷花[7]的研究結(jié)果相吻合。

4 結(jié)語

通過室內(nèi)土柱模擬磷肥遷移試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)作區(qū)富磷堿性土壤中4種磷源的遷移能力表現(xiàn)為DAP>MAP>MKP>UP，而大田區(qū)貧磷堿性土壤中4種磷源的遷移能力表現(xiàn)為UP>MAP>MKP>DAP。