隴中黃土高原不同耕作措施下土壤磷動(dòng)態(tài)研究*

許 艷 張仁陟

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州 730070）

隴中黃土高原不同耕作措施下土壤磷動(dòng)態(tài)研究*

許 艷 張仁陟?

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州 730070）

依托隴中黃土高原旱作農(nóng)田已實(shí)施13 a的保護(hù)性耕作試驗(yàn)，研究傳統(tǒng)耕作、免耕、傳統(tǒng)耕作秸稈還田、免耕秸稈覆蓋、傳統(tǒng)耕作地膜覆蓋和免耕地膜覆蓋6種耕作措施下土壤全磷及磷組分動(dòng)態(tài)變化特征。結(jié)果表明：試驗(yàn)期各處理土壤全磷和總無機(jī)磷均逐年增長；兩個(gè)秸稈還田處理總有機(jī)磷逐年增長，免耕地膜覆蓋和免耕處理總體增長，傳統(tǒng)耕作和傳統(tǒng)耕作地膜覆蓋處理相對穩(wěn)定；各無機(jī)磷組分均總體增長，其中氫氧化鈉提取態(tài)無機(jī)磷、水溶態(tài)無機(jī)磷和碳酸氫鈉提取態(tài)無機(jī)磷漲幅較大，平均漲幅分別為253.6%、128.6%和66.9%；保護(hù)性耕作可不同程度地提高水溶態(tài)無機(jī)磷、碳酸氫鈉提取態(tài)無機(jī)磷和氫氧化鈉提取態(tài)無機(jī)磷含量，相同覆蓋條件下免耕較傳統(tǒng)耕作效果明顯，尤其免耕秸稈覆蓋處理最明顯；耕作方式對濃鹽酸提取態(tài)無機(jī)磷和殘留磷的影響不明顯；保護(hù)性耕作可提高碳酸氫鈉提取態(tài)有機(jī)磷和氫氧化鈉提取態(tài)有機(jī)磷含量，兩個(gè)秸稈還田處理最明顯，兩處理也可提高濃鹽酸提取態(tài)有機(jī)磷含量，但免耕、傳統(tǒng)耕作地膜覆蓋和免耕地膜覆蓋處理下該組分含量降低。綜上，采取保護(hù)性耕作可適當(dāng)減少磷肥用量，保護(hù)性耕作尤其是免耕秸稈覆蓋方式值得在該區(qū)推廣。

隴中黃土高原；耕作措施；土壤全磷；土壤磷組分

磷是作物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素，它來源于土壤，土壤中磷的豐缺程度對作物的生長發(fā)育有重大影響［1］。磷在土壤中存在多種形態(tài)，不同形態(tài)對作物的有效性不同，但它們很難直接測定，人們通常采用一定的分組方法了解土壤供磷狀況，Tiessen和Moir［2］改進(jìn)的Hedley法是目前公認(rèn)的比較全面合理的磷素分組方法。

隴中黃土高原地處中國內(nèi)陸，氣候干旱少雨，植被稀疏，生態(tài)環(huán)境脆弱。該區(qū)土壤類型以黃綿土為主，土層深厚，質(zhì)地疏松綿軟，極易受侵蝕，土壤養(yǎng)分含量低，普遍缺磷，是我國大量施用磷肥的區(qū)域之一［3］。但由于磷肥施入土壤后很快會(huì)發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)化，使其可利用率降低，大量殘留在土壤中。加之該區(qū)耕作方式常年以傳統(tǒng)耕作為主，頻繁擾動(dòng)土壤，使土層更加疏松，加劇了土壤侵蝕和水土流失，增加了土壤磷引起的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何通過改善農(nóng)田管理措施，減少土壤養(yǎng)分流失，提高磷肥利用效率和土壤磷素有效性，是該區(qū)亟待解決的農(nóng)業(yè)問題。近年來，已有學(xué)者研究證實(shí)黃土高原地區(qū)實(shí)施保護(hù)性耕作可以提高土壤全磷和有效磷含量［4-5］，但目前缺乏長期定位試驗(yàn)的磷組分動(dòng)態(tài)變化的報(bào)道，因此，本文依托隴中黃土高原旱作農(nóng)田連續(xù)13 a的保護(hù)性耕作試驗(yàn)，采用Tiessen 和Moir［2］的土壤磷分組方法，系統(tǒng)研究黃綿土全磷和磷組分對不同耕作措施的響應(yīng)動(dòng)態(tài)，以期揭示不同耕作措施對土壤磷素的影響機(jī)制，旨在為該區(qū)改革原有耕作方式，建立新型的、可持續(xù)發(fā)展的耕作模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在黃土高原半干旱丘陵溝壑區(qū)的甘肅省定西市安定區(qū)李家堡鎮(zhèn)麻子川村。該區(qū)平均海拔2 000 m，年均太陽輻射594.7 kJ cm-2，日照時(shí)數(shù)2 476.6 h，年均氣溫6.4℃，≥0℃年積溫2 933.5℃，≥10℃年積溫2 239.1℃，無霜期140 d，多年平均降水量390.9 mm，年蒸發(fā)量1 531 mm，干燥度2.53，80%保證率的降水量為365 mm，變異系數(shù)為24.3%。農(nóng)田土壤為典型的鈣積正常干旱土。試驗(yàn)期各年降水量見圖1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖1 試驗(yàn)區(qū)2001—2014年降水量Fig. 1 Annual rainfall in the experimental area during the period of 2001—2014

試驗(yàn)始于2001年8月，采取春小麥—豌豆、豌豆—春小麥雙序列年間輪作方式，采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)6個(gè)處理，包括傳統(tǒng)耕作和5種保護(hù)性耕作方式，3次重復(fù)，小區(qū)大小20 m×4 m。具體處理如下：（1）傳統(tǒng)耕作（T）：試驗(yàn)地前茬作物收獲后3耕2耱，8月份收獲后即進(jìn)行第1次耕作，8月底和9月分別進(jìn)行第2、3次耕作，耕深依次為20、10、5 cm，第3次耕完耱1次，土壤凍結(jié)前再耱1次。（2）免耕（NT）：全年免耕不覆蓋。（3）傳統(tǒng)耕作秸稈還田（TS）：耕作方式同T，但第1次耕作時(shí)將前茬作物收獲的所有秸稈脫粒切碎后翻入原小區(qū)。（4）免耕秸稈覆蓋（NTS）：全年免耕，前茬作物收獲的所有秸稈脫粒切碎后立即覆蓋于原小區(qū)。（5）傳統(tǒng)耕作地膜覆蓋（TP）：試驗(yàn)地耕耱同T，10月份最后1次耱后覆蓋塑料薄膜。膜寬40 cm，膜兩側(cè)種作物，因此該處理作物寬窄行種植，寬行40 cm，窄行10 cm，平均25 cm。（6）免耕地膜覆蓋（NTP）：全年免耕，覆膜方式同TP。為避免前茬秸稈掛破薄膜，收獲后剪平或耱平殘茬。

供試作物豌豆品種選用“綠農(nóng)1號”，于每年4月上旬播種，播量180.0 kg hm-2，行距24 cm，每公頃施純N 20 kg（尿素，46% N），純P2O5105 kg（過磷酸鈣，14% P2O5）；春小麥品種選用“定西35號”，于每年3月中旬播種，播量187.5 kg hm-2，行距20 cm，施肥種類和施肥量同豌豆種植期。所有肥料均作基肥在播種時(shí)一次施入。各處理均使用中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的免耕播種機(jī)播種，豌豆和小麥分別于每年7月、8月中旬收獲。

1.3 土樣采集與保存

每年豌豆和小麥?zhǔn)斋@后隨即采用S形5點(diǎn)采樣法，分別采集各小區(qū)0～30 cm土層土樣，混勻后去除根系和石子，帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后研磨、過篩，常溫下保存于密封袋中。本研究取2001年實(shí)驗(yàn)前、2005年、2008年、2011年和2014年豌豆地土樣供磷組分測定和分析。

1.4 測定方法

磷素分級采用Tiessen和Moir［2］改進(jìn)的Hedley法，共用6種浸提液按由弱到強(qiáng)的順序提取9種組分：去離子水提取并用陰離子交換樹脂膜吸附的水溶態(tài)無機(jī)磷（Resin-Pi）、碳酸氫鈉提取態(tài)無機(jī)磷（NaHCO3-Pi）和有機(jī)磷（NaHCO3-Po）、氫氧化鈉提取態(tài)無機(jī)磷（NaOH-Pi）和有機(jī)磷（NaOHPo）、稀鹽酸提取態(tài)無機(jī)磷（D.HCl-Pi）、濃鹽酸提取態(tài)無機(jī)磷（C.HCl-Pi）和有機(jī)磷（C.HCl-Po）以及殘留磷（Residual-P）。該法省去了土壤中微生物生物量磷，更適合于長期保存土樣磷組分的測定。土壤全磷為各組分含量之和。植株有機(jī)磷測定采用差減法，其中全磷采用濃H2SO4-H2O2消煮―鉬銻抗比色法測定，無機(jī)磷測定采用鉬銻抗比色法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和圖表繪制，利用SPSS 18.0軟件進(jìn)行方差分析，采用單因素方差分析（ANOVA）p＜0.05對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1 不同耕作方式下土壤全磷動(dòng)態(tài)變化

從表1可以看出，試驗(yàn)期各處理土壤全磷含量年際間差異顯著，均呈逐年上升趨勢，漲幅在8.1%～15.6%，漲幅順序?yàn)镹TS ＞TS ＞NTP≈NT≈T≈TP；NTS、TS和NTP處理均自2005年起顯著高于T處理，TP處理2008年起顯著高于T處理，NT處理各年與T處理差異不顯著；方差分析表明，2005年處理間全磷含量差異達(dá)顯著水平（p=0.019），2008年、2011年和2014年差異達(dá)極顯著水平（p=0.000）。各處理總無機(jī)磷含量年際間差異顯著，均呈逐年增長趨勢，其中NTS處理漲幅最大，自2008年起顯著高于其他處理；不同處理總有機(jī)磷變化趨勢不同，NTS和TS處理呈逐年增長趨勢，多數(shù)年份間差異顯著，截至2014年漲幅分別為48.7%、46.0%，NTP和NT處理總體增長，但漲幅較前者小，分別為18.9%、16.3%，而T和TP處理相對穩(wěn)定，多數(shù)年份間差異不顯著，總體漲幅較小，僅8.7%、8.0%。

表1 各處理土壤全磷、總無機(jī)磷和總有機(jī)磷動(dòng)態(tài)變化Table 1 Dynamic changes of total phosphorus，inorgnic phosphorus，and orgnic phosphorusrelative to treatment（mg kg-1）

2.2 不同耕作方式下土壤無機(jī)磷組分動(dòng)態(tài)變化

由圖2可知，試驗(yàn)期總體上各處理Resin-Pi呈積累狀態(tài)，6個(gè)處理的平均漲幅為128.6%，漲幅順序?yàn)镹TS≈NT＞NTP≈TS＞TP≈T；各處理Resin-Pi含量多數(shù)年際間差異顯著，2011年較2008年顯著降低，降幅為13.0%～27.2%，2014年較2011年大幅增長，漲幅為65.8%～91.4%；NTS處理2005年起顯著高于T處理，NT處理2011年起顯著高于T處理，TS處理除2011年外其余年份均顯著高于T處理，TP處理各年份均與T處理差異不顯著，NTP處理至2014年顯著高于T處理；對比相同覆蓋條件（秸稈或地膜）下的兩處理，至2014年免耕處理顯著高于耕作處理；試驗(yàn)期處理間的差異逐漸增大，處理間的變異系數(shù)由2005年的9.5%增至2014年的15.7%。

試驗(yàn)期總體上各處理N a H C O3-P i呈積累狀態(tài)，平均漲幅為66.9%，漲幅順序?yàn)镹TS＞NT≈TS≈NTP＞TP≈T；NaHCO3-Pi的年際變化趨勢與Resin-Pi相似，2011年較2008年顯著降低，而2014年又出現(xiàn)大幅增長；NTS處理2005年起顯著高于T處理，至2014年顯著高于其他保護(hù)性耕作處理，NT處理自2008年顯著高出T處理，TS和NTP處理至2014年顯著高于T處理，TP處理各年與T處理差異不顯著；至2014年相同覆蓋條件下免耕處理顯著高于耕作處理；處理間的變異系數(shù)由2005年的3.9%增至2014年的5.8%。

試驗(yàn)期各處理NaOH-Pi含量呈逐年增長趨勢，漲幅較前兩組分大，平均漲幅為253.6%，其中，NTS處理漲幅最大；處理間的變異系數(shù)由2005年的8.1%上漲至2014年的9.3%；試驗(yàn)前期各保護(hù)性耕作方式均與T處理差異不顯著，至2011年除TP外的其余處理均顯著高于T處理，2014年除NT外其余處理均顯著高于T處理；同種覆蓋條件下，各年免耕處理和耕作處理差異不顯著。

試驗(yàn)期總體上各處理D.HCl-Pi含量呈增長趨勢，但漲幅較前幾種組分小，平均漲幅為6.3%，各處理除2014年較2011年變化不大外，其余年際間差異顯著，其中2011年較2008年漲幅最大，為1.6%～3.2%；試驗(yàn)前期處理間的差異不顯著，至2008年NTS處理開始顯著高于T處理和其他處理，NT、TS、TP和NTP處理各年均與T處理差異不顯著；秸稈覆蓋條件下免耕處理2008年起顯著高于耕作處理，地膜覆蓋條件下各年免耕與耕作處理差異不顯著；處理間差異呈逐漸增大趨勢，變異系數(shù)由2005年的0.7%增加至2014年的1.4%。

試驗(yàn)期各處理C.HCl-Pi含量呈逐年增長趨勢，漲幅在21.8%～27.4%，多數(shù)處理2005年較2001年、2011年較2008年的漲幅較大，年際差異達(dá)顯著水平，而2008年較2005年、2014年較2011年漲幅較小，年際差異不顯著；C.HCl-Pi對耕作方式的反應(yīng)不敏感，4個(gè)年份處理間最大相差分別僅3.0、2.7、2.6、2.4 mg kg-1，各年份處理間的差異多不顯著。

2.3 不同耕作方式下土壤有機(jī)磷組分動(dòng)態(tài)變化

從圖3可以看出，試驗(yàn)期各處理的NaHCO3-Po含量總體呈增長趨勢，TS和NTS兩處理漲幅最大，分別為57.1%、54.2%，T處理漲幅明顯較其他處理小，僅14.4%；各處理2011年與2008年差異不顯著，變化較小，而各保護(hù)性耕作處理2014年較2011年出現(xiàn)大幅增加，漲幅為13.5%～23.0%；試驗(yàn)前期各處理NaHCO3-Po含量差異不顯著，至2008年NTS、TS、NTP和TP處理顯著高于T處理，NT處理至2014年也顯著高于T處理；秸稈覆蓋條件下各年免耕處理和耕作處理差異不顯著，地膜覆蓋條件下2014年免耕處理顯著高于耕作處理；處理間的差異呈逐漸增大趨勢，變異系數(shù)由2005年的2.7%增加至2014年的11.0%。

試驗(yàn)期各處理N a O H-P o含量呈總體增長趨勢，其中NTS和TS兩處理漲幅最大，分別為125.3%、104.7%，T處理漲幅最小，僅20.2%；5個(gè)保護(hù)性耕作處理下除2011年與2008年差異不顯著外，其余年際間差異顯著，2014年漲幅最大，較2011年增加29.5%～57.7%，T處理除2014年外其余年份間差異不顯著；試驗(yàn)前期各保護(hù)性耕作處理與T處理差異不顯著，自2008年起NTS、TS、NTP處理顯著高于T處理，NT、TP處理至2014年顯著高于T處理；秸稈覆蓋條件下免耕與耕作處理2011年起差異變顯著，地膜覆蓋條件下2014年免耕處理顯著高于耕作處理；處理間的變異系數(shù)總體增大，由2005年的5.4%增至2014年的22.9%。

圖2 各處理土壤無機(jī)磷組分動(dòng)態(tài)變化Fig. 2 Dynamic changes of fractions of soil inorganic phosphorus relative to treatment

與前兩種有機(jī)磷組分不同，試驗(yàn)期不同處理C.HCl-Po含量變化趨勢不同，NTS和TS處理呈總體增長趨勢，但漲幅較前兩種有機(jī)磷組分小，分別為21.2%、20.5%，T處理相對穩(wěn)定，年際間差異不顯著，NT、TP和NTP處理總體呈下降趨勢，降幅分別為5.7%、17.9%和11.6%；NTS和TS兩處理自2008年起顯著高于T處理，TP處理2008年起顯著低于T處理，NT和NTP處理至2014年顯著低于T處理；秸稈覆蓋條件下免耕處理2008年顯著高于耕作處理，地膜覆蓋條件下2014年免耕處理顯著高于耕作處理；處理間的變異系數(shù)逐年增大，由2005年的2.8%增至2014年的16.2%。

2.4 不同耕作方式下殘留磷動(dòng)態(tài)變化

從圖4可以看出，試驗(yàn)期各處理Residual-P含量相對穩(wěn)定，多數(shù)年份間差異不顯著，各處理年際變化無明顯規(guī)律；處理間的差異較其他磷組分小，各年多數(shù)處理均與T處理差異不顯著；秸稈覆蓋條件下免耕處理2014年顯著低于耕作處理，其余年份差異不顯著，地膜覆蓋條件下各年免耕處理與耕作處理差異不顯著。

2.5 不同耕作方式下土壤磷組分相對含量動(dòng)態(tài)變化

從表2可以看出，截至2014年各處理無機(jī)磷組分中Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi占全磷的百分比明顯增加，D.HCl-Pi相對含量有所降低，C.HCl-Pi變幅較小，T、NT、TP和NTP處理下總無機(jī)磷比例有小幅增加，而TS和NTS處理下則有所下降；有機(jī)磷組分中，T處理下3種有機(jī)磷組分及總有機(jī)磷比例變化不大，TS和NTS處理下3種有機(jī)磷組分和總有機(jī)磷比例均明顯增長，NT、TP、NTP處理下NaHCO3-Po和NaOH-Po的相對含量有所增加而C.HCl-Po有所下降，總有機(jī)磷比例變化不大；各處理Residual-P相對含量略有下降。

3 討 論

2001―2014年各處理土壤全磷呈增長趨勢，漲幅在8.1%～15.6%，這說明施入土壤的過磷酸鈣除一部分被植物吸收外，還有盈余在土壤中積累。水溶性磷肥施入土壤很快會(huì)與土壤成分進(jìn)行各種化學(xué)、生物反應(yīng)，使磷肥形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)化，磷肥的當(dāng)季利用率只有10%～25%［6］，其余未被作物吸收的磷會(huì)以多種形態(tài)積累下來，但土壤類型不同磷組分積累程度亦不同［7］。朱佳穎等［8］認(rèn)為棕壤經(jīng)過30 a施肥NaHCO3-Pi和NaOH-Pi增加而HCl-Pi減少，各有機(jī)磷形態(tài)穩(wěn)定；戚瑞生等［9］認(rèn)為黑壚土的磷肥積累以Ca2-P和Ca8-P占的比例最大；韓曉飛等［10］則認(rèn)為紫色水稻土長期施肥過后土壤磷以閉蓄態(tài)O-P和Ca10-P為主。本研究發(fā)現(xiàn)黃綿土施用等量磷肥的各處理中無機(jī)磷各組分均呈總體增長趨勢，其中NaOH-Pi漲幅最大，其次為Resin-Pi和NaHCO3-Pi，且3種組分的相對含量也明顯提高，而穩(wěn)定態(tài)的D.HCl-Pi和C.HCl-Pi變幅較小，且其相對含量較穩(wěn)定，保護(hù)性耕作下有機(jī)磷組分有不同變化，但傳統(tǒng)耕作下有機(jī)磷組分較穩(wěn)定，說明殘留的磷肥多以活性較強(qiáng)的無機(jī)磷組分NaOH-Pi、Resin-Pi和NaHCO3-Pi形態(tài)存在，其對有機(jī)磷組分影響不大，但耕作措施會(huì)使有機(jī)磷組分發(fā)生變化。

Resin-Pi是與土壤溶液處于平衡狀態(tài)的土壤固相無機(jī)磷，有效性最高；NaHCO3-P是吸附在土壤顆粒表面的活性無機(jī)磷和與低分子有機(jī)物（如核糖核酸、核苷酸和甘油磷酸鹽等）結(jié)合的活性有機(jī)磷；NaOH-P是化學(xué)吸附在鐵鋁氧化物表面的中活性無機(jī)磷和與腐殖酸、褐菌素等結(jié)合的中活性有機(jī)磷；D.HCl-Pi是土壤母質(zhì)中鈣結(jié)合態(tài)磷；C.HCl-P是與鐵鋁氧化物、磷灰石緊密結(jié)合的穩(wěn)定態(tài)無機(jī)磷和顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)中含有的磷［11］。本研究發(fā)現(xiàn)活性無機(jī)磷組分Resin-Pi和NaHCO3-Pi在2011年較2008年明顯減少，有機(jī)磷組分NaHCO3-Po和NaOH-Po 在2011年較2008年無顯著增長，幾種磷組分卻在2014年大幅增加，而較穩(wěn)定的D.HCl-Pi和C.HCl-Pi呈相反的變化趨勢——2011年較2008年顯著增長，2014較2011年變幅不大。可能是由于受降雨的影響，實(shí)驗(yàn)區(qū)2009―2011年連續(xù)3 a降水低于多年平均降水量，而2012―2014年雨量充沛。水分是影響土壤磷形態(tài)轉(zhuǎn)化和有效性的因素之一，較低的土壤水分條件下，磷擴(kuò)散活化能高，降低了磷的擴(kuò)散能力［12］，使可溶態(tài)的Resin-Pi、NaHCO3-Pi被Ca、Al和Fe離子固定而轉(zhuǎn)化為D.HCl-Pi、C.HCl-Pi；而較高的土壤水分條件下，土壤還原條件改善，鐵鋁氧化物被還原，使C.HCl-Pi中的磷酸根離子得以釋放［13］，向Resin-Pi或NaHCO3-Pi轉(zhuǎn)化；同時(shí)，充足的土壤水分條件下微生物活性提高，顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)腐解產(chǎn)生有機(jī)酸（腐殖酸和低分子量有機(jī)酸等），使穩(wěn)定態(tài)有機(jī)磷活化為NaOHPo、NaHCO3-Po甚至活性無機(jī)磷。

國內(nèi)外很多研究表明耕作方式會(huì)對磷組分產(chǎn)生影響［14-16］，本研究也發(fā)現(xiàn)，隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長，各磷組分在處理間的差異呈增大趨勢。耕作方式對磷素組分的影響主要通過對水分運(yùn)動(dòng)、溫度、生物和土壤磷素化學(xué)等的影響而實(shí)現(xiàn)［17］。本研究還發(fā)現(xiàn)保護(hù)性耕作會(huì)對不同磷組分產(chǎn)生不同影響。保護(hù)性耕作可以不同程度地提高活性無機(jī)磷組分Resin-Pi、NaHCO3-Pi和中活性NaOH-Pi的含量，同種覆蓋方式下，免耕較傳統(tǒng)耕作效果明顯，尤其以免耕秸稈覆蓋最明顯。這是因?yàn)椋好飧苊饬送寥罃_動(dòng)使土壤結(jié)構(gòu)得到改善，使土壤保水能力增強(qiáng)［18］，地面覆蓋又可減少土壤水分蒸發(fā)，秸稈覆蓋還可減少地表徑流促進(jìn)雨水下滲，土壤水分的增加可提高可溶性磷肥的溶解度，減少磷肥的固定；秸稈腐解過程中產(chǎn)生的有機(jī)陰離子通過占據(jù)磷的吸附點(diǎn)位而使磷酸根離子釋放［19］；此外，免耕保水、地膜覆蓋和秸稈覆蓋保溫，這為微生物生長和繁殖提供了良好的環(huán)境條件，加快了有機(jī)磷的礦化分解和穩(wěn)定無機(jī)磷的活化。D.HCl-Pi、C.HCl-Pi和Residual-P是相對穩(wěn)定的磷組分，研究發(fā)現(xiàn)免耕秸稈覆蓋可提高D.HCl-Pi含量，但耕作方式對C.HCl-Pi和Residual-P的影響不大，這是因?yàn)槊飧斩捀采w不會(huì)使土壤裸露在地表，可以避免因水蝕或風(fēng)蝕帶走的磷素?fù)p失。張曉艷［20］在本試驗(yàn)區(qū)的研究數(shù)據(jù)表明，免耕秸稈覆蓋較傳統(tǒng)耕作可減少16.0%～45.9%的土壤侵蝕量，這在土壤中含量最高的D.HCl-Pi（60.6%～64.5%）上體現(xiàn)最明顯，而含量相對較少的C.HCl-Pi和Residual-P不明顯。研究還發(fā)現(xiàn)保護(hù)性耕作可提高NaHCO3-Po和NaOH-Po含量，尤其以NTS和TS處理最明顯，NTS 和TS處理還可提高C.HCl-Po含量，且兩處理下3種有機(jī)磷組分和總有機(jī)磷組分相對含量不斷增長，但NT、TP和NTP處理下C.HCl-Po下降。NTS和TS處理可提高3種有機(jī)磷組分含量，主要是因?yàn)樽魑餁報(bào)w含有機(jī)磷，據(jù)測算試驗(yàn)地豌豆秸稈有機(jī)磷含量（2.1±0.4）mg kg-1，春小麥秸稈有機(jī)磷含量（1.4±0.1）mg kg-1，秸稈還田處理一個(gè)輪作周期帶入土壤總有機(jī)磷約6.4 kg hm-2，秸稈中有機(jī)磷雖然以中活性和中穩(wěn)性為主［21］，但秸稈降解過程中磷發(fā)生著一系列復(fù)雜變化，包括有機(jī)磷的活化、礦化和顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)對磷的固定，因此，3種有機(jī)磷組分均較其他處理高，這與關(guān)連珠等［19］的研究結(jié)果相似。NT、TP和NTP處理下NaHCO3-Po、NaOH-Po含量升高而C.HCl-Po含量下降是因?yàn)楸Ｗo(hù)性耕作可增加土壤微生物含量；羅珠珠等［22］在本試驗(yàn)區(qū)的研究數(shù)據(jù)表明，保護(hù)性耕作下微生物數(shù)量較傳統(tǒng)耕作高2.4%～52.3%，微生物的增加一方面加快了穩(wěn)定性有機(jī)磷的降解，另一方面微生物不斷將無機(jī)磷合成磷酸酯（如核酸、甘油磷酸鹽和磷脂等）儲存于體內(nèi)［23］。

4 結(jié) 論

試驗(yàn)地每年所施磷肥在土壤中有盈余，殘留的磷肥主要以中活性NaOH-Pi、活性Resin-Pi和NaHCO3-Pi形態(tài)存在，其對有機(jī)磷組分影響不大；降雨較少的年份不利于活性Resin-Pi、NaHCO3-Pi 和NaHCO3-Po以及中活性NaOH-Po的積累，而使穩(wěn)定組分D.HCl-Pi、C.HCl-Pi積累較多；耕作措施會(huì)對多數(shù)磷組分動(dòng)態(tài)產(chǎn)生影響，隨著時(shí)間的延長，其影響越發(fā)明顯；保護(hù)性耕作有利于無機(jī)磷組分Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi和有機(jī)磷組分NaHCO3-Po、NaOH-Po的積累，尤其免耕秸稈覆蓋效果最明顯，此外，免耕秸稈覆蓋方式下較穩(wěn)定的磷組分D.HCl-Pi、C.HCl-Po含量也較其他耕作方式高。因此，采取保護(hù)性耕作可以適當(dāng)減少磷肥用量，保護(hù)性耕作尤其是免耕秸稈覆蓋方式是值得在該區(qū)推廣的耕作方式。

致 謝感謝甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院張冰橋和張春紅老師、武均和程睿芳同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中給予的幫助。

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Dynamics of Soil Phosphorus as Affected by Tillage on the Loess Plateau in Central Gansu，China

XU Yan ZHANG Renzhi?
（College of Resources and Environmental Sciences，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China）

【Objective】The Loess Plateau in Central Gansu is one of the most seriously eroded regions in China. In this area the soil is generally in lack of phosphorus，and the conventional tillage pattern prevailing in the region exacerbates the loss of phosphorus and other soil nutrients. Therefore，it is urgent to address the problem by improving farmland management and hence to uplift utilization efficiency of soil phosphorus. This study attempts to characterize dynamic changes of soil total phosphorus and phosphorus fractions in the soil under six different tillage patterns，so as to reveal mechanisms of the six tillage patterns affecting soil phosphorus，and provide a theoretical basis for remolding the original tillage pattern or establishing a new sustainable tillage pattern.【Method】For this study，a 13-year-long field experiment on tillage has been carried out in an upland farm on the Loess Plateau in Central Gansu. The experiment is designed to have six different tillage patterns，that is，conventional tillage（T），no-tillage（NT），conventional tillage with straw incorporation（TS），no-tillage with straw mulching（NTS），conventional tillage with plastic mulching（TP），and no-tillage with plastic mulching（NTP）. For in-lab analysis，Tiessen’s modified Hedley method was used for fractionation of soil phosphorus. Six extractants were used sequentially from weak to strong in capacity to extract nine fractions of phosphorus，that is，Resin-Pi，NaHCO3-Pi，NaHCO3-Po，NaOH-Pi，NaOH-Po，D.HCl-Pi，C.HCl-Pi，C.HCl-Po and Residual-P.【Result】Results show：（1）During the experiment，soil total phosphorus in all the treatments increased year by year，with a rate ranging from 8.1% to 15.6%，and in terms of soil phosphorus increase rate，the six treatments exhibited an order of NTS＞TS＞NTP≈NT≈T≈TP. Total inorganic phosphorus also showed an increasing trend in all the treatments. In Treatments NTS and TS，total organic phosphorus increased the fastest or by48.7% and 46.0%，respectively，and in Treatments NTP and NT it did by 18.9% and 16.3%，respectively，while in Treatments T and TP it remained almost unchanged；（2）During the experiment，all the fractions of inorganic phosphorus were on a rising trend，except for Resin-Pi and NaHCO3-Pi，which declined slightly in 2011. Among all the inorganic phosphorus fractions，NaOH-Pi rose the fastest with an average growth rate of all the six treatments reaching up to 253.6%；Resin-Pi and NaHCO3-Pi followed，with an average growth rate being 128.6% and 66.9%，respectively；And the relative content of the three fractions also some what increased；（3）NaHCO3-Po and NaOH-Po showed an overall increasing trend except for a slight fall in 2011 in the five treatments of conservation tillage，however，they did not change much in Treatment T，throughout the entire experiment. C.HCl-Po increased year by year in Treatments TS and NTS，and remained almost unchanged in Treatment T，and showed overall downward trends in Treatments NT，TP and NTP；（4）The five patterns of conservation tillage raised the content of Resin-Pi、NaHCO3-Pi and NaOH-Pi，and no tillage was more effective than conventional tillage，when the same in supplementary measure，with Treatment NTS in particular，which increased the content of D.HCl-Pi. The effect of tillage on C.HCl-Pi and Residual-P was not obvious. The five treatments of conservation tillage，especially Treatments NTS and TS，increased the content of NaHCO3-Po and NaOH-Po，and Treatments NTS and TS，also raisedthe content of C.HCl-Po，but Treatments NT，TP and NTP reduced the content of C.HCl-Po，in comparison with Treatment T.【Conclusion】Phosphorus fertilizer would accumulate in the soil year by year，existing in the soil in the form of NaOH-Pi，moderate in activity and in the form of Resin-Pi and NaHCO3-Pi，high in activity，and the accumulation does not have much impact on fractions of organic phosphorus. Sparse rainfall is no good to accumulation of phosphorus of active fractions，such as Resin-Pi，NaHCO3-Pi and NaHCO3-Po，but conducive to that of phosphorus of stable fractions，such as D.HCl-Pi and C.HCl-Pi. Conservation tillages may increase the content of phosphorus of the fractions，moderate and high in activity，especially Treatment NTS. Therefore，it can be concluded that the adoption of conservation tillage can reduce the consumption of phosphorus fertilizer to a certain extent. Conservation tillage，especially the practice of notillage with straw mulching，is worth promoting in this area.

Loess Plateau in Central Gansu；Tillage pattern；Soil total phosphorus；Soil phosphorus fractions

S343.1；S157.4+2

A

（責(zé)任編輯：陳榮府）

* 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31160269，31571594）和國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD14B03）資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（Nos. 31160269 and 31571594）and the National Key Technology R&D Program of China （No. 2012BAD14B03）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：zhangrz@gsau.edu.cn

許 艷（1980—），女，甘肅文縣人，博士研究生，講師，主要從事土地生態(tài)和耕地保護(hù)研究。E-mail：xuy@ gsau.edu.cn

2016-07-22；

2016-12-15；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2017-01-06

10.11766/trxb201607220250