長期不同施肥對南方黃泥田磷庫及其形態的影響

林 誠， 王 飛， 何春梅， 李清華， 李 昱， 林新堅

(福建省農業科學院土壤肥料研究所, 福州 350013)

福建屬亞熱帶氣候，溫暖濕潤，長期受季節性氧化-還原交替過程作用，鐵、 錳等元素的遷移強度超過地帶性土壤，因此其養分遷移、 積累和轉化具有一定的區域性[15]。黃泥田是廣泛分布于南方省份的一種典型滲育型水稻土，占福建省水稻土面積的30.4%，該水稻土通常因水分供應不足，磷、 鉀養分缺乏，屬中低產水稻田[16]。為此，本文基于26年長期定位肥料試驗，研究不同施肥處理對土壤磷庫及其形態的影響，以期深入認識黃泥田土壤的磷庫演變與施肥的關系，為黃泥田合理施用磷肥提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

1.2 分析方法

土壤無機磷的分組采用蔣柏藩-顧益初的土壤無機磷分組方法[17]，土壤有機磷分組采用Bowman-Cole土壤有機磷分組方法[18]。 全磷用堿熔—鉬銻抗比色法，有效磷用Olsen法[19]測定。

磷素吸收量=籽粒產出量×籽粒含磷量+地上部稻草產出量×稻草含磷量

磷素表觀盈余=進入土壤中磷的總量-被作物吸收帶走的磷的總量(根茬還田及降雨、 灌溉輸進磷素微量，可忽略，未統計在內)

試驗數據采用DPS數據處理系統和Excel進行分析。

2 結果與分析

2.1 長期施肥對土壤有效磷、 全磷含量的影響

圖1 長期定位施肥土壤有效磷和全磷動態變化Fig.1 Dynamics of soil available phosphorus and total phosphorus under the long-term fertilization treatments

圖1顯示， CK處理全磷含量年際變化呈緩慢下降趨勢，試驗至2010年全磷含量降為0.24 g/kg，較試驗初期下降了5.92%; 試驗至2003年，NPKM、 NPKS、 NPK處理較試驗初期增幅達114.2%、 67.8%、 68.3%，種植制度改變使得土壤全磷變化趨勢與有效磷相似，改種植單季稻后施肥處理土壤全磷呈下降趨勢。至2010年，NPKM、 NPKS、 NPK處理全磷含量分別為0.40、 0.30、 0.32 g/kg，較試驗初期增幅達59.4%、 22.1%、 25.9%。

2.2 長期施肥對土壤無機磷、 有機磷組分含量的影響

表1 長期施肥下無機和有機磷各組分含量(mg/kg)

土壤無機磷、 有機磷總量與土壤有效磷擬合方程發現(圖2)，二者與有效磷均呈極顯著線性相關，說明黃泥田無機磷、 有機磷庫均是有效磷的“源”，隨著土壤無機磷、 有機磷庫的增加，土壤磷素有效性也相應提高。

圖2 土壤有效磷含量與無機磷總量和有機磷總量的關系Fig.2 Correlations between the content of soil available phosphorus and the contents of total inorganic phosphorous and total organic phosphorous

2.3 長期施肥土壤無機磷、 有機磷在全磷中的比例

2.4 長期施肥對土壤無機磷/有機磷(TIP/TOP)比值的影響

TIP/TOP比值可反映土壤磷庫中無機、 有機磷庫的相對消耗或累積速度[8]。經過25年的試驗后(圖3)，CK、 NPK、 NPKM、 NPKS處理TIP/TOP值由試驗初期的1.47分別降為0.78、 1.06、 1.19、1.00，CK處理下降幅度最大，是因為有機磷總量提高而無機磷總量降低，而施肥處理TIP/TOP降低可能是因為有機磷含量與無機磷含量均同步提高，但無機磷含量增加的幅度較有機磷增加的幅度小。進一步分析表明，TIP/TOP比值與土壤有機質呈極顯著的正相關，說明土壤有機質含量的變化可直接影響土壤無機磷、 有機磷的相對消耗累積比。

表2 各級磷素含量占全磷量的比例(%)

圖3 長期施肥土壤無機磷/有機磷的比值及其與土壤有機質的關系Fig.3 The ratio of TIP to TOP of soils under long-term repeated different fertilizers and the relationship between the ratio of TIP to TOP and the content of soil organic matter

2.5 土壤有效磷含量與作物產量間的相關性

將土壤有效磷與水稻產量擬合發現(圖4)，無論是雙季稻還是單季稻，水稻產量與土壤有效磷含量均可擬合一元二次方程，且差異達極顯著水平。從擬合方程中可知，土壤有效磷含量為17.56 mg/kg時，晚稻產量達最高值，有效磷含量為16.94 mg/kg時，單季稻產量達最高值。說明在南方黃泥田上，隨著土壤磷素水平的提高，產量可呈增加趨勢，但并非磷素水平越高，產量就越高。因此合理的磷肥施用是作物高產的一個重要因素。

3 討論與結論

3.1 黃泥田土壤磷素表觀平衡

圖4 土壤有效磷含量與作物產量的相關性Fig.4 Correlations between the contents of soil available P and the grain yields

表3 土壤磷素(P2O5)表觀平衡(2008年)

表4 單季稻年份與雙季稻年份產量對比

3.2 土壤無機磷、 有機磷庫及其組分演變

本研究結果表明，在南方黃泥田水稻土上施肥均可增加土壤有效磷、 土壤無機磷、 有機磷組分含量，擴大磷庫含量，其中以NPKM處理提高效果最為顯著，此結果與黑土、 潮土、 紅壤上的變化一致[9, 12-13]。水稻吸收的磷主要來自于Fe-P、 Al-P[20]，在南方黃泥田上，與施氮磷鉀(NPK)處理相比，長期施用氮磷鉀和有機肥(NPKM)處理可顯著提高土壤Olsen-P、 Fe-P、 Al-P含量，其中Fe-P、 Al-P含量較NPK處理增加53.2%、 37.8%，主要原因是： 一方面增施有機物料直接增加了土壤磷素的投入量，可提高土壤有機磷含量，并通過礦化作用可釋放出無機磷[21]; 另一方面可能是牛糞施入土壤后腐解產生的有機酸類物質可溶解、 吸附土壤中的磷酸鹽，釋放出土壤中磷酸鈣、 磷酸鋁(鐵)中的磷酸根離子，有機酸根離子及有機質提供的陰離子與磷酸根離子競爭土壤吸附位點，從而減少土壤對磷的固定[22]。

從有機磷組分來看，NPKM處理土壤活性有機磷和中等活性有機磷均高于NPKS處理，這可能與牛糞與秸稈的有機磷組分差異有關，由于牛糞中4種有機磷組分含量為中等活性有機磷>活性有機磷>中等穩性有機磷>高穩性有機磷[23]，而稻草中則以中等活性和中等穩定性有機磷為主[24]，說明牛糞中有機磷的活性大于秸稈中的，進而施肥后也影響到土壤有機磷組分的活性。

本研究同時表明，與試驗前土壤相比，CK處理無機磷總量呈下降趨勢，而施肥各處理呈升高趨勢，但不論施肥與否，土壤有機磷總量均有明顯提高的趨勢。可能的原因是，長期不施肥仍可保持一定的生物產量[24]，使土壤中有一定的根茬殘留，其中的有機磷轉化進入了土壤有機磷庫，而不施肥條件下，由于微生物活性降低，土壤磷酸酶隨之下降[16]，一定程度上限制了有機磷庫向無機磷庫的轉變。而對各施肥處理而言，不同施肥均顯著提高了水稻產量[25]，每年根茬、 秸稈還田量相應增加，另外施入糞肥有機物料有機磷含量較高，也一定程度上補充了土壤有機磷庫。

3.3 長期施肥對土壤無機磷、 有機磷相互轉化的影響

土壤無機磷/有機磷比值與土壤有機質含量顯著相關，二者的動態轉化受有機質的影響較大。稻田微生物對磷的固持作用主要取決于土壤微生物本身的生物量大小，微生物的生長繁殖離不開土壤有機碳和大量新鮮碳源，稻田有機碳歸還量較大是維持較高微生物量的重要因子之一[26]。長期不施肥條件下，土壤有機質含量相對施肥處理顯著降低[25]，在低有機質條件下土壤微生物活性較弱[27]，微生物趨于以土壤有效磷為磷源，形成磷的生物固持。而NPK處理，特別是在NPK的基礎上增施有機物料土壤有機質含量顯著提高，當有機質含量增加到一定程度后，土壤微生物活性增強，微生物分泌的磷酸酶將植物鹽、 磷脂等有機磷化物水解轉化為簡單的無機化合物為植物吸收利用[28]。在定位試驗的第26年，本研究發現在南方黃泥田上不同施肥處理土壤TIP/TOP值總體呈下降趨勢，表明此條件下有機磷增加幅度要高于無機磷，土壤趨向有機磷的合成，但NPKM處理的TIP/TOP值最高，說明該施肥模式土壤磷素相對礦化程度高于其他模式，這也意味著配施牛糞對土壤無機磷組分增加貢獻較大，進而進一步提高土壤有效磷含量。因此，對南方黃泥田而言，土壤缺磷普遍，有機質含量在南方水田類型中也相對較低，在此類農田上施用磷肥，配合施用畜禽類有機肥是提高土壤磷素有效性的有效途徑。

3.4 不同有機物料配施對土壤磷庫的影響

從本研究結果可以看出，NPKS處理無機磷與有機磷庫各組分含量和NPK處理基本相似，即與NPK相比，秸稈還田對土壤磷庫總量與組分形態影響并不明顯，這與化肥配施牛糞明顯提高無機磷庫、 有機磷庫及總磷含量明顯不同。這除了牛糞帶入的磷素總量明顯高于秸稈外，可能還與二者有機物料組分差異有關。有研究表明，有機物料磷含量和碳/磷比(C/P)對水溶態磷的含量起關鍵作用[29]，當C/P大于200時，其在腐解過程中不僅不能釋放有效磷，而且還要從土壤中吸收有效磷，從而降低土壤有效磷水平[30]，當C/P小于200時才會有磷的凈釋放。在本試驗中雖然兩種有機無機肥配施模式均有外源磷素輸入，但配施牛糞中磷輸入量高于秸稈(表3)，且牛糞的C/P比為59.5，而稻稈C/P為227.3，因此相對秸稈還田來說，增施牛糞對于土壤中的磷素貢獻(包括總磷量與有效性磷)大于秸稈還田。但我們不能認為秸稈還田沒有優越性，從土壤有效性磷演變來看，NPKS處理的土壤有效磷仍然高于NPK處理，另外，由于秸稈的輸入可帶入部分磷素，并提高土壤有機質含量，改善土壤結構，促進根系生長，從而增加作物根系對土壤磷素的吸收利用，提高作物產量。但在秸稈還田過程中，應考慮到C/N、 C/P過大的問題，在化肥的施用時應注意調節C/N和C/P所需的額外用量。同時應該指出，與NPK處理相比，增加秸稈后水稻產量顯著增加，吸收的磷量也顯著增加，此時，兩個處理土壤的磷平衡狀況類似，即秸稈還田帶入的磷量基本上由作物增產攜出，這也反映出秸稈磷的有效性較高。綜上說明，配施牛糞的磷帶入總量與有效性均高于秸稈，而相對NPK而言，配施秸稈處理的磷素同樣得到高效利用，但對土壤磷庫增量貢獻不大。

另有研究認為， 施用畜禽糞便雖然可減少土壤對磷的固定，但會促進可溶性磷酸根向土壤深層遷移，造成土壤磷素的流失[31]，而秸稈和化學磷肥配施可降低土壤磷素流失[32]，所以秸稈就地還田的配施方式仍然是有機無機肥配施的重要模式之一。但化肥配施秸稈、 化肥配施牛糞最佳施用量及最佳還田方式還有待于進一步研究。

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