氨基酸增效磷肥對黃褐土磷有效性的影響

劉博　雒沛文　齊永波　張國漪　 黃界潁　梁越敢　章力干

摘要：我國當(dāng)季的磷肥利用率較低，因此，提高磷肥的利用率是迫切需要解決的技術(shù)難題。擬通過土壤培養(yǎng)試驗，探明氨基酸增效磷肥對土壤磷有效性的影響。設(shè)置不施肥組（CK）、單施磷肥組（P）、1%氨基酸+磷肥組（AP1）和5%氨基酸+磷肥組（AP2），在實驗室進(jìn)行90 d的黃褐土培養(yǎng)試驗，研究氨基酸增效磷肥對土壤中速效磷含量、磷形態(tài)轉(zhuǎn)化和磷酸酶活性等的影響。與單施磷肥組相比，氨基酸增效磷肥可以顯著提高培養(yǎng)過程中前期（培養(yǎng)3 d）、后期（培養(yǎng)90 d）土壤的速效磷含量，提升幅度約為6%～8%。氨基酸增效磷肥提高土壤速效磷含量的原因包括3個方面：首先，氨基酸可以促進(jìn)土壤磷酸鈣鹽（Ca-P）向磷酸鋁（Al-P）、磷酸鐵（Fe-P）轉(zhuǎn)化，減少土壤中磷的固定;其次，氨基酸增效磷肥可以提高土壤中磷酸二酯酶、堿性磷酸單酯酶的活性，從而促進(jìn)土壤中有機(jī)磷向無機(jī)磷轉(zhuǎn)化;再次，氨基酸增效磷肥降低了土壤的pH值。研究結(jié)果為氨基酸增效磷肥的推廣提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氨基酸增值磷肥;黃褐土;有效性;磷轉(zhuǎn)化;酶活性

中圖分類號： S143.2? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）04-0269-04

磷（P）是植物生長發(fā)育過程中不可缺少的一種必要營養(yǎng)元素[1]。由于土壤特定的理化性質(zhì)和磷酸鹽的化學(xué)行為，磷進(jìn)入土壤后的有效性迅速降低，當(dāng)季利用率一般僅有10%～25%，絕大多數(shù)肥料磷以無效態(tài)存在于土壤中[2]。添加磷肥雖然增加了土壤磷的供應(yīng)能力，但是超過一定限度時會危害水體生態(tài)安全[3]。因此，如何減少土壤磷的固定，提高磷肥的利用率是迫切要解決的技術(shù)難題。

目前在腐殖酸、海藻酸、氨基酸等增效劑提高磷肥利用率方面已有探索性的研究。日本橋本雄司曾發(fā)現(xiàn)，腐殖酸能減少土壤對磷的固定[4];李志堅等研究發(fā)現(xiàn)，由改性腐殖酸、聚合谷氨酸、發(fā)酵海藻液制成的增效磷肥能提高土壤中磷肥的利用率[5];周紅梅將海藻提取物作為添加劑進(jìn)行土壤培養(yǎng)試驗，發(fā)現(xiàn)海藻提取物能提高土壤無機(jī)磷酸二鈣（Ca2-P）、磷酸鋁（Al-P）含量，從而提高磷在土壤中的有效性[6]。氨基酸富含氨基和羧基，與磷銨混合可能會提高磷的有效性，改善土壤中磷的營養(yǎng)狀況[7]。張健研究表明，水溶性肥料中添加氨基酸發(fā)酵尾液能產(chǎn)生明顯的增效作用，從而提升土壤中的速效磷（Olsen-P）含量[8]。但是氨基酸對土壤酶活性、磷形態(tài)轉(zhuǎn)化等的影響及其增效作用機(jī)制尚不清楚。

本研究設(shè)置氨基酸與磷酸氫二銨的不同配比試驗組進(jìn)行土壤培養(yǎng)試驗，研究氨基酸增效磷肥對土壤中速效磷、磷形態(tài)轉(zhuǎn)化和磷酸酶活性的影響，以期闡明氨基酸增效劑提高磷利用效率的機(jī)制，為氨基酸增效劑的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2017年7—11月在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗室進(jìn)行。供試土壤為黃褐土，采于安徽合肥，供試土壤的基本理化性狀如下：有機(jī)質(zhì)含量為9.3 g/kg，全氮含量為0.85 g/kg，堿解氮含量為51.3 mg/kg，總磷含量為0.32 g/kg，速效磷含量為639 mg/kg，pH值為7.45。供試氨基酸溶液由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗共設(shè)置4個處理：（1）不施肥（CK）;（2）單施磷肥（P）;（3）1%氨基酸+磷肥（AP1）;（4）5%氨基酸+磷肥（AP2）。每個處理重復(fù)15次，每次取樣時從每組中破壞性取3個。

培養(yǎng)方法：稱取50 g土壤于培養(yǎng)杯中，根據(jù)試驗設(shè)計分別加入磷肥（P2O5含量為0.3 g/kg）、氨基酸磷肥（氨基酸量分別按磷肥的1%、5%投加），與土壤均勻混合后，調(diào)節(jié)土壤的含水量為田間持水量的60%，用帶孔保鮮膜封口，將培養(yǎng)杯置于25 ℃人工氣候箱內(nèi)保持濕度培養(yǎng)。試驗期間定期稱質(zhì)量，用質(zhì)量法補(bǔ)充水分。在培養(yǎng)后的3、15、30、60、90 d取樣，部分新鮮土樣用于磷酸單酯酶、磷酸二酯酶活性以及31P核磁共振的測定，其余土樣風(fēng)干、研磨并過尼龍篩后備用，用于pH值、速效磷、無機(jī)磷形態(tài)的分析。

1.3 分析方法

速效磷含量采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法[9]測定，總磷含量采用鉬酸銨分光光度法測定，pH值用pH計測定（土水比為1 mL ∶ 2.5 g）。無機(jī)磷形態(tài)Al-P、磷酸鐵（Fe-P）、閉蓄態(tài)磷（O-P）和Ca-P的分析采用無機(jī)磷形態(tài)分級測定方法[10]。將培養(yǎng)的新鮮土壤樣品用氫氧化鈉-乙二胺四乙酸（簡稱NaOH-EDTA）浸提離心后，取其上清液，用于液態(tài)31P核磁共振波譜分析[11-12]。磷酸單酯酶活性的測定采用對硝基苯磷酸鹽法，磷酸二酯酶活性的測定采用雙對硝基苯磷酸鹽法[10]。

磷肥的固定可以用如下公式計算[13]：固定率=[（施入的P2O5量-土壤速效磷增加量）/施入的P2O5量]×100%。其中，速效磷增加量是指90 d時施磷肥組與CK組速效磷用量的差值。

1.4 統(tǒng)計分析

運用SPSS統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行相關(guān)性和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨基酸磷肥對土壤速效磷含量的影響

由圖1可以看出，在整個土壤培養(yǎng)階段，各處理組速效磷含量隨著培養(yǎng)時間的延長而逐漸降低，氨基酸處理組速效磷含量均高于單施磷肥組。在試驗后的3、15、90 d，氨基酸處理組的速效磷含量顯著高于單施磷肥組。在試驗后的90 d，氨基酸處理組的速效磷含量比單施磷肥組提高了6%（AP1）、8%（AP2）。以上結(jié)果表明，氨基酸增效劑能在前期、后期減少磷在土壤中的固定，增加土壤中的速效磷含量。因為氨基酸施入土壤后能改善土壤的物理環(huán)境，活化難溶的磷，提高磷的利用率;另一方面，氨基酸在微生物作用下被分解為有機(jī)酸，進(jìn)而絡(luò)合土壤中能與磷結(jié)合的鈣、鐵、鋁，減少磷的固定，提高了磷的利用率[14-15]。

與1%氨基酸處理組相比，5%氨基酸處理能顯著提高土壤中的速效磷含量，在試驗后的3、15、90 d，速效磷含量分別提高了8%、9%、7%。表明增加氨基酸施用濃度對土壤中速效磷含量有一定的促進(jìn)作用，可以提高磷的有效性。

2.2 氨基酸磷肥對土壤pH值的影響

土壤pH值是土壤酸堿度的重要指標(biāo)，是影響土壤中營養(yǎng)元素釋放和有效性的重要因素[16]。由圖2可以看出，在培養(yǎng)的前30 d，pH值總體呈下降的趨勢。在試驗后15、30 d，與單施磷肥組相比，氨基酸處理組的pH值明顯降低。這是因為氨基酸在土壤中易被微生物水解，生成酸性物質(zhì)。在黃褐土中施入氨基酸增效磷肥可以降低土壤pH值，這有助于提高磷肥的有效性[7]。

2.3 氨基酸磷肥對土壤無機(jī)磷含量的影響

無機(jī)磷是主要的土壤磷源，土壤中的Al-P、Fe-P是重要的潛在速效磷供給源，而O-P（閉蓄態(tài)磷）、Ca-P為植物難以利用的磷。由表1可以看出，黃褐土中的Al-P、Fe-P、Ca-P含量較高，O-P含量較低。在試驗后3 d，與單施磷肥組（P）相比，氨基酸處理組（AP1、AP2）可以增加土壤中的Al-P、Fe-P含量，降低Ca-P的含量;Al-P含量增加了19.22%（AP1）、20.37%（AP2），F(xiàn)e-P含量提高了24.22%（AP1）、30.23%（AP2）。結(jié)果表明，氨基酸能夠促進(jìn)Ca-P向 Al-P、Fe-P轉(zhuǎn)化。Al-P、Fe-P作為速效磷的重要供給源，其含量的增加有利于提高土壤中磷的有效性[17-20]。

由表2無機(jī)磷與速效磷含量的相關(guān)性可知，Al-P、Fe-P 含量與速效磷含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明Al-P、Fe-P 含量可以反映土壤中磷的有效性。在試驗中期（試驗后30 d），與單施磷肥相比，氨基酸組的Al-P、Fe-P含量低于單施磷肥組，Al-P、Fe-P含量的減少降低了土壤磷的有效性。在試驗?zāi)┢冢ㄔ囼灪?0 d），氨基酸組的Al-P、Fe-P含量整體上高于單施磷肥組。

2.4 氨基酸磷肥對黃褐土31P-NMR的影響

土壤31P-NMR圖譜常見含磷化合物（NaOH-EDTA提取）的化學(xué)位移在25～-25 ppm之間[21]，本研究中添加氨基酸的土壤中主要有正磷酸鹽（簡稱Ortho-P，化學(xué)位移為5～7 ppm）和焦磷酸鹽（簡稱Pyro-P，化學(xué)位移為-4～-5 ppm）。正磷酸鹽為土壤中主要的無機(jī)磷形態(tài)，占總磷的90%～100%（表3、圖3）。31P-NMR圖譜中有機(jī)磷（磷酸單脂的化學(xué)位移為3～6 ppm，磷酸二脂的化學(xué)位移為2.5～-1.0 ppm）含量很低，可能與土壤有機(jī)質(zhì)含量較低有關(guān)[22]。

由表3、圖3可以看出，與空白組相比，單施磷肥和添加氨基酸磷肥均能提高土壤正磷酸鹽含量。單施磷肥組與氨基酸處理組的磷形態(tài)無明顯差異，在土壤中主要以無機(jī)磷為主。這與已有土壤類型的磷形態(tài)研究結(jié)果類似[23-25]，因為添加的肥料為無機(jī)磷肥，提高了土壤中的無機(jī)磷含量。在試驗?zāi)┢冢ㄔ囼灪?0 d）， 與空白組相比， 單施磷肥組與氨基處理組均降低了焦磷酸鹽含量，氨基酸處理組的焦磷酸鹽含量高于單施磷肥組。

2.5 氨基酸磷肥對黃褐土磷酸酶活性的影響

磷酸二酯酶主要作用于土壤中的磷酸二酯，將其水解為磷酸單脂，此后又在磷酸單酯酶的作用下轉(zhuǎn)化為植物可利用的正磷酸鹽[26]。在試驗的前期、末期（試驗后3、90 d），與單施磷肥組相比，氨基酸處理組（AP1、AP2）能顯著提高土壤中磷酸二酯酶活性，其中試驗后3 d的AP1、AP2處理組磷酸二酯酶活性分別提高了50%、54%（圖4）。磷酸二酯酶活性與無機(jī)正磷酸鹽具有相同的變化趨勢，表明磷酸二酯酶活性的增強(qiáng)能提高無機(jī)正磷酸鹽含量。

磷酸酶在土壤磷循環(huán)中起重要作用，可將有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷而被作物吸收利用[27-29]。與單施磷肥（P）相比， 在整個培養(yǎng)階段添加氨基酸的處理（AP1、AP2）會降低酸性磷酸單酯酶活性，不同濃度氨基酸處理組之間的酶活性無顯著差異。酸性磷酸單酯酶在低磷條件下會被刺激分泌，當(dāng)氨基酸含量增加時，土壤中速效磷含量增加，酸性磷酸單酯酶的刺激作用減弱，導(dǎo)致酸性磷酸單酯酶活性降低[30]。

堿性磷酸單酯酶活性是衡量環(huán)境中有機(jī)態(tài)磷轉(zhuǎn)化潛力與補(bǔ)給機(jī)制的重要因素[31]。在試驗前、 后期（試驗后3、90 d），添加氨基酸對堿性磷酸單酯酶活性的影響不顯著。在試驗中期（試驗后30 d），與單施磷肥組相比，氨基酸處理組能夠提高堿性磷酸單酯酶活性。堿性磷酸單酯酶活性的增強(qiáng)能夠促進(jìn)土壤中有機(jī)磷向無機(jī)磷轉(zhuǎn)化。

3 結(jié)論

與單施磷肥組相比，添加氨基酸可以顯著地增加土壤中速效磷的含量，尤其是在試驗前期，并且土壤速效磷含量隨著氨基酸用量的增加而提高。氨基酸可以降低土壤初期的pH值，促進(jìn)Ca-P向Al-P、Fe-P轉(zhuǎn)化。31P核磁共振結(jié)果表明，黃褐土中磷以無機(jī)正磷酸鹽為主，氨基酸可以提高土壤中的正磷酸鹽含量。此外，氨基酸可以提高土壤中磷酸二酯酶、堿性磷酸單酯酶的活性，促進(jìn)有機(jī)磷向無機(jī)磷轉(zhuǎn)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]高小龍，張恒文. 甘肅天水市麥積區(qū)果蔬土壤中氮、磷元素的測定[J]. 北京農(nóng)業(yè)，2014（15）：132-133.

[2]邱蘭蘭，賀山峰，石元亮. 活化劑對黑土磷有效性影響研究[J]. 土壤通報，2013，44（5）：1168-1172.

[3]蔣柏藩. 磷肥在土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化及其有效性[J]. 土壤學(xué)進(jìn)展，1981，9（2）：1-11.

[4]邱 燕，張鼎華. 南方酸性土壤磷素化學(xué)研究進(jìn)展[J]. 福建稻麥科技，2003，21（3）：14-17.

[5]李志堅，林治安，趙秉強(qiáng)，等. 增效磷肥對冬小麥產(chǎn)量和磷素利用率的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2013，19（6）：1329-1336.

[6]周紅梅. 海藻提取物對石灰性土壤磷及小油菜品質(zhì)的影響[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2006.

[7]李志堅，林治安，趙秉強(qiáng)，等. 增值磷肥對潮土無機(jī)磷形態(tài)及其變化的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2013，19（5）：1183-1191.

[8]張 健. 氨基酸發(fā)酵尾液對水溶肥料的增效作用與機(jī)理研究[D]. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[9]周明樂，夏國光，彭漢橋，等. 水中總磷測定——過硫酸鉀氧化分光光度法[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，1986（4）：20-22.

[10]魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

[11]Smith M T，Cade-Menun B J，Tibbett M. Soil phosphorus dynamics and phytoavailability from sewage sludge at different stages in a treatment stream[J]. Biology and Fertility of Soils，2006，42（3）：186-197.

[12]Turner B L. Organic phosphorus in Madagascan rice soils[J]. Geoderma，2006，136（1/2）：279-288.

[13]李 麗，武麗萍，成紹鑫. 腐殖酸鉀與速效磷肥結(jié)合形態(tài)對磷的有效性影響[J]. 土壤肥料，2000（3）：7-9.

[14]Bolan N S，Syers J K，Tillman R W. Ionic strength effects on surface charge and adsorption of phosphate and sulphate by soils[J]. European Journal of Soil Science，1986，37（3）：379-388.

[15]Brady N C，Weil R R. The nature and properties of soils[M]. New Jersey，USA：Prentice-Hall Inc，1996.

[16]黃文鵬. 不同氮磷鉀肥對土壤pH和鎘有效性的影響[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2015（20）：267.

[17]聶廣森. 長期定位施肥對潮土磷素組分和含量的影響[D]. 開封：河南大學(xué)，2017.

[18]韓曉日，馬玲玲，王曄青，等. 長期定位施肥對棕壤無機(jī)磷形態(tài)及剖面分布的影響[J]. 水土保持學(xué)報，2007，21（4）：51-55，144.

[19]王 斌，馬興旺，許詠梅，等. 腐殖酸對灰漠土棉田土壤無機(jī)磷形態(tài)的影響[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，44（3）：312-317.

[20]周紅梅，黃成星，段成鼎，等. 海藻提取物對石灰性土壤無機(jī)磷組分及速效磷的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（6）：73-76.

[21]汪 洪，宋書會，張金堯，等. 土壤磷形態(tài)組分分級及31P-NMR技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2017，23（2）：512-523.

[22]解 鋒，李穎飛. 土壤中磷的形態(tài)及轉(zhuǎn)化的探討[J]. 楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011，10（1）：4-8.

[23]彭喜玲，方海蘭，占新華，等. 利用31P核磁共振技術(shù)研究污泥中磷在土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)換[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28（10）：2104-2110.

[24]馬 瑞，方海蘭，梁 晶，等. 利用31P核磁共振技術(shù)研究不同磷肥施用方式對土壤磷形態(tài)的影響[J]. 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，29（3）：14-19.

[25]韓曉日，溫秋香，李 娜，等. 棕壤有機(jī)無機(jī)磷分級方法的比較研究[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，42（6）：692-697.

[26]曲 博. 濕地土壤磷酸酶活性對土壤有機(jī)磷形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2015.

[27]謝鈺容，周志春，廖國華，等. 低磷脅迫下馬尾松種源酸性磷酸酶活性差異[J]. 林業(yè)科學(xué)，2005（3）：58-62.

[28]于姣妲，殷丹陽，李 瑩，等. 生物炭對土壤磷素循環(huán)影響機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（18）：17-21.

[29]任美霖，王紹明，張 霞，等. 準(zhǔn)噶爾盆地南緣2種禾本科植物根鞘土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量及土壤酶活性研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（5）：227-231.

[30]陳 歡，李 瑋，張存嶺，等. 淮北砂姜黑土酶活性對長期不同施肥模式的響應(yīng)[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，47（3）：495-502.

[31]李文華，邵學(xué)新，吳 明，等. 杭州灣潮灘濕地土壤堿性磷酸酶活性分布及其與磷形態(tài)的關(guān)系[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2013，33（12）：3341-3349.姜 霞，吳 鵬，郭金鵬，等. 雷公山自然保護(hù)區(qū)森林土壤的持水性能及其海拔響應(yīng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（4）：273-277.