不同有機碳水平下土磷的有效性及無機磷形態轉化

路鵬，李文海，牛金璨，Batbayar Javkhlan，張樹蘭，楊學云

不同有機碳水平下土磷的有效性及無機磷形態轉化

路鵬，李文海，牛金璨，Batbayar Javkhlan，張樹蘭，楊學云

西北農林科技大學資源環境學院/農業農村部西北植物營養與農業環境重點實驗室，陜西楊凌 712100

【】在土壤Olsen-P和全磷含量基本接近但土壤有機碳水平呈梯度的陜西省關中平原土上，研究有機碳對土壤各形態無機磷有效性及其形態轉化的影響，為合理培肥土壤，有效利用土壤累積態磷提供理論依據。采集并選取了陜西省關中平原小麥-玉米種植體系下土Olsen-P含量相近（平均含量范圍17.41—18.72 mg·kg-1），不同有機碳水平（有機碳平均含量分別為6.38、8.34、10.17、11.95、13.64和15.74 g·kg-1）的土壤樣品，采用蔣柏藩-顧益初改進的Chang和Jackson的石灰性土壤無機磷分級方法分別對土壤中各磷組分（二鈣磷（Ca2-P）、八鈣磷（Ca8-P）、鋁結合態磷（Al-P）、鐵結合態磷（Fe-P）、閉蓄態磷（O-P）和十鈣磷（Ca10-P））含量進行測定。在陜西關中平原小麥-玉米種植區土中，有機碳對土壤各形態磷素水平及形態轉化起重要作用。隨著有機碳含量的增加，土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P、緩效磷庫（Ca8-P、Al-P和Fe-P）和難利用磷庫（O-P和Ca10-P）含量均顯著增加（≤0.05），Ca10-P相對穩定。有機碳含量與土壤活性磷庫（Ca2-P）、緩效磷庫（主要為Al-P）的相對含量（占無機磷總量的比例）呈極顯著正相關關系，與難利用磷庫（主要是Ca10-P）呈極顯著負相關關系。土壤Olsen-P含量與難利用磷庫含量呈顯著正相關關系。在Olsen-P相近，全磷也基本相似的條件下，土壤有機碳促進了土壤中難溶態磷酸鹽向緩效態磷庫和活性態磷庫的轉化，提高了有效磷源占無機磷總量的比例，從而提高了土壤磷素有效性。研究結果表明可通過合理的措施培肥土壤，從而有效地促進土壤累積態磷的活化利用。

無機磷分組；小麥-玉米體系；土；磷有效性；無機磷轉化

0 引言

【研究意義】磷是植物生長發育所必需的大量營養元素之一，參與植物各種生理代謝過程，增強作物的抗性，在作物產量和品質形成中具有不可替代的作用[1-2]。磷素在土壤中移動性差，易發生化學固定，由水溶性磷酸一鈣轉化為難溶性磷酸鹽而殘留在土壤中，導致磷肥當季利用率只有10%—25%[3]。據報道，全球約有30% 耕地土壤缺磷[4]，施磷肥是提高土壤磷素水平和保障作物產量的重要措施。為了追求更高的產量，農戶往往會投入更多的磷肥。調查結果顯示，陜西關中平原小麥-玉米種植區35% 的農戶存在過量施用磷肥的問題[5]。長期過量施用磷肥不僅浪費了資源，也會增加磷素通過地表徑流等造成水體富營養化的風險[6]。因此，合理施用磷肥對該地區節約磷肥資源，減少環境污染，提高作物產量十分必要。【前人研究進展】土壤磷素有效性主要由磷的形態決定[7]，以往的研究認為在石灰性土壤中Ca2-P易被作物吸收，是有效磷庫；Ca8-P、Al-P 和 Fe-P的有效性低于Ca2-P，可作為作物的第二有效磷源，即緩效磷庫；Ca10-P和O-P在短時期內不易被作物吸收利用，是作物難利用的潛在磷庫[8-10]。其中難利用磷庫含量最高，約占土壤無機磷總量的80%左右[10]。英國洛桑試驗站115年耗竭試驗結果表明, 施入土壤中的磷進入活性磷庫的不足50%，一半以上的磷進入難利用磷庫[11]。長期施用磷肥可導致土壤無機磷形態發生改變，從而影響作物磷素有效性[12]。石灰性土壤中磷主要以無機磷形態存在，其形態分布及之間的轉化對磷素有效性有重要影響。研究表明，盡管土壤中各形態無機磷對作物營養的貢獻不同[13]，但它們之間始終處于一個動態平衡過程，相互影響和制約，任何形態無機磷的變化都會或多或少地引起有效磷水平的波動。李若楠等[8]研究了不同有效磷水平石灰性土無機磷形態，結果表明土壤磷有效性的提高主要通過增加高有效性形態磷的比例，如Ca2-P和緩效磷如Ca8-P、Al-P的比例，降低土壤中有效性極低的Ca10-P的比例來實現的。土壤中磷的形態變化也會受土壤有機質、pH、全氮、堿解氮等因素影響[14]。其中有機質對磷形態的影響尤為明顯。土壤有機質的快速提升主要依賴于大量有機物料施入，有機物料能夠減少土壤對化肥磷的固定，在增加土壤碳源的同時能夠增加土壤中的有效磷源，從而提高土壤磷的生物有效性[15-16]。周寶庫等[17]在黑土長期肥料定位試驗中發現，長期施入馬糞可以提高土壤中活性磷（Ca2-P）和緩效態磷（Ca8-P、A1-P和Fe-P）的含量，而對作物難利用的潛在磷源Ca10-P的影響較小。王永和[18]添加豬糞、紫云英等有機物料的室內培養試驗也得到了相似的結果。WU等[19]通過室內培養試驗研究了添加葡萄糖及水稻秸稈對紅壤磷轉化的影響，結果顯示，添加有機物料增加了土壤微生物對磷素的吸收，同時還促進了緩效磷A1-P和Fe-P的活化。另一個短期培養模擬試驗中，安志裝等[20]研究了有機物料對石灰性土壤無機磷形態轉化的影響，結果表明隨腐殖酸用量的增加，土壤中Ca2-P和Ca8-P顯著增加。在4個月的培養時間內Ca2-P一直穩定在一個較高的水平，Ca8-P的含量增加，Fe-P、Al-P含量下降，而難利用態O-P呈輕微下降，Ca10-P變化不明顯。很顯然，研究結果并不一致，甚至相反。需要指出的是，有機肥的大量施入在快速提高土壤有機質的同時也不可避免地施入了大量磷素。亦即，通常的研究中有機質的提升總是和土壤磷的增加相伴。在此條件下，隨有機物帶入的磷和土壤反應的中間產物轉化可能歷時很久[21]，因此，在此條件下研究不同有機質水平下各形態磷對有效磷的貢獻可能有一定的不確定性。短期培養試驗也有同樣的問題。研究土壤有機質對土壤磷形態轉化的影響最可靠的方法應該是在土壤磷素水平盡可能一致的條件下進行。【本研究切入點】到目前為止，據我們所知，在Olsen-P含量相近，全磷的含量也基本相近，在土壤有機碳水平呈梯度的土壤上研究有機碳對土壤無機磷各組分影響及轉化及對土壤有效磷影響的研究很少。同時，作物難利用的無機磷含量相對較高，向其他形態轉化進行得極慢，磷素有效性較低。【擬解決的關鍵問題】本研究采集了陜西關中平原小麥-玉米種植區大量土樣本，并從中選擇了Olsen-P含量相近但有機碳含量不同的土壤樣品進行磷組分測定，研究不同有機碳含量土壤中不同形態磷分布和變化及其對土壤有效磷的貢獻，旨在研究是否有機碳的提升可以促進難利用態磷的活化，為有機肥及磷肥的合理施用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區域為陜西省中部關中平原一年兩熟的冬小麥-夏玉米種植區，該區為暖溫帶半濕潤氣候，年平均降水量約為500—650 mm。冬小麥一般于10月初播種，次年6月中旬收獲，小麥收獲后即時播種玉米，當年9月底10月初收獲。該區域主要土壤是土（土墊旱耕人為土），各種養分的平均含量分別為土壤有機質16.8 g·kg-1、全氮1.13 g·kg-1、堿解氮95.8 mg·kg-1、有效磷20.2 mg·kg-1、有效鉀169.2 mg·kg-1。

1.2 樣品采集

土壤樣品采集時間為2011年8—10月，選取了陜西關中地區具有代表性的3個地（市）的10個縣（區），每個縣（區）選擇4—18個鄉（鎮），每個鄉（鎮）選擇3—10個村，每個村選擇4—5個地塊為采樣區（點），每個采樣區（點）為0.5—0.8 hm2。采用直徑為2.8 cm土鉆，按照棋盤格采樣法采集0—20 cm耕層土樣，共20鉆，并將其混合均勻，放入布袋帶回實驗室，剔除石礫和動植物殘體，風干后過2 mm及100目篩備用。共采集土壤樣品458個，經過測定土壤有機碳、有效磷、pH和全磷等基本化學性質，從中選取了6組土壤樣品（S1、S2、S3、S4、S5和S6），其有效磷含量為17.41—18.72 mg·kg-1，有機碳含量6.38—15.74 g·kg-1，具體分別為6.38、8.34、10.17、11.95、13.64和15.74 g·kg-1（表1）。每個SOC水平土壤選擇2—4個SOC含量基本相等（變異系數CV＜10.03%）的土壤樣本作重復（S4組選擇了4個土壤樣本作為重復，S6組選擇了2個土壤樣本作為重復，S1、S2、S3、S5組均選擇了3個土壤樣本作為重復）共計18個土壤樣品。

1.3 樣品分析

采用 0.5 mol·L-1NaHCO3提取-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷（Olsen-P）含量；K2Cr2O7外加熱-FeSO4滴定法測定土壤有機碳含量；土壤全磷采用H2SO4- HClO4消煮-鉬銻抗比色法；pH測定采用1﹕2.5（土﹕水）比，pH計測定[22]。采用蔣柏藩-顧益初提出的石灰性土壤無機磷形態的分級方法[23]，分別測定土壤樣品的二鈣磷（Ca2-P）、八鈣磷（Ca8-P）、鋁結合態磷（Al-P）、鐵結合態磷（Fe-P）、閉蓄態磷（O-P），十鈣磷（Ca10-P）等各形態無機磷含量。無機磷按對作物的有效性可分為活性磷庫（Labile P，指Ca2-P）、緩效磷庫（moderately labile P，為Ca8-P、Al-P和Fe-P之和）和難利用磷庫（stable P，為Ca10-P和O-P之和）[9-10]。供試土壤基本化學性質見表1。

表1 陜西關中平原供試土基本化學性質

Table 1 Some soil chemical properties of investigated tier soil collected in Guanzhong Plain of Shaanxi Province

表1 陜西關中平原供試土基本化學性質

土壤樣品Soil sample有機碳含量SOC (g·kg-1)有效磷含量Olsen-P (mg·kg-1)酸度(1﹕2.5土﹕水)pH全磷含量Total P (g·kg-1) S1 6.38f17.41a7.160.857 S2 8.34e17.52a7.541.030 S310.17d17.55a7.571.014 S411.95c17.20a7.610.990 S513.64b18.10a7.851.012 S615.74a18.72a7.941.067

同列數字后不同小寫字母代表土壤樣品間差異顯著（≤0.05）

Different lower-case letters in the same column represent significant difference between soil samples at≤0.05 level

1.4 數據處理與分析

采用SPSS軟件進行單因素方差分析，方差分析達到顯著水平（≤0.05）時，采用LSD法進行多重比較。Excel 2019 軟件作圖。

2 結果

2.1 不同有機碳水平土壤各形態無機磷及不同磷庫含量

圖1為不同土壤有機碳梯度土中各形態無機磷含量。有機碳含量從6.38 g·kg-1增加到15.74 g·kg-1，土壤無機磷總量平均為720.17 mg·kg-1（變異系數CV=10.85%）。除Ca10-P外，其他各形態無機磷均有增加趨勢。Ca2-P平均含量為15.62 mg·kg-1，變幅10.66—23.10 mg·kg-1；Ca8-P平均109.77 mg·kg-1，變幅84.13—125.96 mg·kg-1；Ca10-P平均含量為377.69 mg·kg-1，變幅352.05—401.68 mg·kg-1；Al-P平均含量為86.65 mg·kg-1，變幅48.96—143.40 mg·kg-1；Fe-P平均含量42.75 mg·kg-1，變幅34.60—50.39 mg·kg-1；O-P平均含量87.69 mg·kg-1，變幅74.31—105.16 mg·kg-1；緩效磷庫（moderately labile P）平均含量為239.17 mg·kg-1，變幅167.69—317.14 mg·kg-1，是活性磷庫（Ca2-P）的10—20倍；難利用磷庫（stable P）平均含量為465.38 mg·kg-1，變幅426.36—506.85 mg·kg-1，大致為緩效磷庫的2倍。總體上，土壤樣品S1—S4各無機磷含量順序為Ca10-P＞Ca8-P＞O-P＞Al-P＞Fe-P＞Ca2-P，S5和S6樣品Al-P＞Ca8-P＞O-P（圖1）。

圖中柱上不同小寫字母表示同一形態磷在不同有機碳梯度土壤樣品間差異達顯著（5%）。Moderately labile P為Ca8-P, Al-P和Fe-P之和；Stable P 指Ca10-P和Occluded P (O-P)之和。圖2、圖3、圖4同

Ca2-P含量隨著有機碳濃度的升高顯著增加，土壤SOC為15.74 g·kg-1（S6）的Ca2-P含量最大，為22.10 mg·kg-1，且Ca2-P含量S3—S5土樣間無差異，S1與S2間無差異，但前者顯著高于后者。S6土樣的Ca8-P含量為125.96 mg·kg-1，顯著高于其他土壤樣品，其含量依其顯著性依次為S6≥S4≥S2≥S3≥S5＞S1土樣。S6樣品的Al-P含量也顯著高于其他土壤樣品，含量為143.40 mg·kg-1，依其含量顯著性依次為S6＞S5＞S4≥S3≥S2≥S1土樣。Fe-P含量最高的樣品為S4，依其顯著性依次為S4≥S6≥S3≥S5≥S2≥S1土樣。O-P在S5和S6樣品中含量無差異且均顯著高于其他土壤樣品，S4高于S1和S2，后二者無顯著差異。Ca10-P含量在各個土壤樣品間均無差異。緩效磷庫含量隨著有機碳濃度的升高顯著增加，S6含量最高，為317.14 mg·kg-1，S3—S5樣品間無顯著差異，但顯著高于S1。難利用磷庫含量在S1—S6中呈升高趨勢，除S1顯著低于S5、S6外，其他土壤樣品間無顯著差異（圖1）。

2.2 土壤各形態無機磷、不同磷庫含量及其相對含量與有機碳含量的關系

圖2為等Olsen-P含量條件下土壤有機碳含量與各形態無機磷和不同磷（形態）庫含量及相對含量（占無機磷總量的比例）之間的關系。可以看出耕層（0—20 cm）土壤SOC含量和Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P之間均呈顯著（≤0.05）或極顯著（≤0.001）正相關關系，其決定系數2分別為0.85、0.41、0.84、0.41、0.82，土壤SOC含量僅與Ca10-P無相關關系，同時緩效磷庫和難利用磷庫含量也均隨SOC升高而顯著提高（圖2）。

圖2 等Olsen-P不同含量有機碳水平土各無機磷組分含量及不同磷（形態）庫與有機碳含量的關系

隨著土壤有機碳含量升高，活性磷庫（Ca2-P）、緩效磷庫相對含量顯著增加，難利用磷庫相對含量則線性降低（圖3）。緩效磷庫中只有Al-P的相對含量顯著升高；而難利用磷庫中只有Ca10-P相對含量顯著降低，其他形態磷均無顯著變化（圖3）。

2.3 土壤各無機磷庫含量與有效磷的關系

為探討各無機磷庫對土壤有效磷含量的貢獻，對土壤Olsen-P含量和活性磷庫（Ca2-P）、緩效磷庫和難利用磷庫做散點圖（圖4），可以看出耕層（0—20 cm）土壤Olsen-P含量和難利用磷庫呈顯著正相關關系（≤0.05），決定系數2為0.24，與活性磷庫和緩效磷庫相關性不顯著。

圖3 土各形態無機磷及不同磷（形態）庫相對含量與有機碳的關系

圖中Labile P指Ca2-P Labile P refers to Ca2-P

2.4 土壤各形態無機磷含量與土壤基本性質的相關性

從表2可見，各形態無機磷之間及其與土壤基本性質之間多存在相關關系。Ca10-P與各形態無機磷均無顯著相關關系，Ca2-P、Ca8-P、O-P與除Ca10-P外的其他各形態無機磷均呈顯著或極顯著正相關關系，Al-P和Fe-P之間相關性不顯著。除Ca10-P與SOC相關性不顯著外，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P與SOC均呈極顯著正相關關系，Olsen-P則與各形態無機磷均無顯著的相關關系。Ca10-P和Al-P與土壤全磷呈顯著正相關關系。所有形態的無機磷與pH的相關性都不顯著。

表2 不同有機碳水平土各組分無機磷含量與土壤基本性質的關系

Table 2 The correlation between the soil chemical properties and different forms of inorganic phosphorus in soils with a gradient organic carbon level of a tier soil

表2 不同有機碳水平土各組分無機磷含量與土壤基本性質的關系

Ca2-PCa8-PCa10-PAl-PFe-PO-PSOCOlsen-PTotal PpH Ca2-P 10.624**0.3630.841**0.652**0.827**0.923**0.3880.3440.356 Ca8-P 10.2370.591**0.621**0.469*0.639**0.1140.4660.208 Ca10-P 10.4380.0770.3960.3960.4640.749**-0.015 Al-P 10.4120.854**0.854**0.3920.470*0.439 Fe-P 10.585*0.639**0.0490.1990.278 O-P 10.907**0.3260.3070.410 SOC 10.4010.3140.453 Olsen-P 10.103-0.008 Total P 10.015 pH1

*表示顯著相關（≤0.05）；**表示顯著相關（≤0.01）

*Indicates a significant correlation at≤0.05 probability level; ** Indicates a significant correlation at≤0.01 probability level

3 討論

3.1 土壤各形態無機磷含量及相對含量與有機碳的關系

在本研究中，土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P或活性磷庫、緩效磷庫及難利用磷庫均隨SOC含量增加而增加，呈顯著正相關（圖1，圖2）。與韓曉日等[24]報道的26年定位試驗結果相似，長期施用有機肥顯著增加了棕壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P含量，Ca10-P含量卻在耕層減少。作者認為這可能是由于長期施用有機肥使土壤中有機質積累，有機肥所含的磷被礦化成為有效態的無機磷。同時，有機肥在分解過程中產生有機絡合劑，把磷從一些不溶性磷酸鹽中釋放出來，導致土壤Ca10-P含量減少，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量增加，無機磷總量增加。土壤O-P含量增加可能是由于有機肥帶入的磷遠高于作物吸收利用的磷，使積累的磷一部分緩慢地轉化成O-P[25]，也可能是部分有效性較高的磷素形態轉變為閉蓄態磷[26]。本研究中，土壤Ca10-P含量隨著有機碳含量升高無明顯變化，可能是因為有機質可以減弱磷素的固定，或者是在磷素較低的條件下，磷向Ca10-P轉化量極低。同時，有機質分解過程中產生的有機酸對難溶性鈣磷有活化釋放作用，但由于其釋放量小，絕對含量高，短時間內難以轉化。由于隨著有機碳含量的升高，除Ca10-P外其他各形態的無機磷含量都呈增加趨勢，因此緩效磷庫和難利用磷庫含量也隨之增加。

土壤Ca2-P、Al-P和緩效磷庫相對含量（占無機磷總量的比例）隨著SOC含量升高而升高，且與SOC呈極顯著正相關關系，Ca10-P和難利用磷庫相對含量則隨SOC升高而下降，與SOC極顯著負相關，Ca8-P、O-P和Fe-P占無機磷比重則維持在同一個水平（圖3），表明土壤有機碳含量的改變可導致土壤中不同形態無機磷轉化，從而改變其相對含量。有機碳的提高促進了土壤中難利用磷庫向緩效或活性磷庫的轉化，提高了有效磷源占無機磷的比例。這與宋付朋[26]在石灰性土壤菜園耕層土中Ca2-P、Al-P 所占無機磷比例隨著種菜歷史的延長，有機質含量的不斷升高而顯著升高，Ca10-P則顯著下降的結果一致。在本研究中，Ca8-P、Fe-P 和O-P的相對含量隨著有機碳含量的增加基本無變化，與以往在石灰性土壤上研究結果不一致。謝林花[27]在石灰性土壤上長期施肥發現，化肥和有機肥中易溶性磷施入土壤后，不但形成易溶性和較易溶的Ca2-P和Ca8-P，也形成相當數量的Al-P、Fe-P，這可能與供試土壤性質，尤其是土壤樣品磷含量差異有關。本研究選取的土壤樣品Olsen-P和全磷含量基本相似，土壤有機碳含量呈梯度。因此，有機碳累積可能主要提高了可供作物直接利用的有效磷庫Ca2-P和緩效磷庫中Al-P的比例，降低難溶性磷庫中Ca10-P的比例來提高土壤磷素有效性。

3.2 土壤各形態無機磷轉化及與有效磷的關系

本研究結果中Olsen-P含量與難利用磷庫含量呈顯著正相關關系，與活性磷庫和緩效磷庫相關性不顯著（圖4）。該結果表明當前條件下土壤有效磷的主要來源是難利用磷庫，可能是其逐漸向緩效磷庫和活性磷庫轉化釋放供作物吸收。有研究表明，土有機碳達到10.0 g·kg-1后，作物產量不再隨之進一步增加[28]，S3樣品（SOC平均含量為10.17 g·kg-1）就已經達到閾值；同時土壤Olsen-P達到約17 mg·kg-1時作物對磷肥施入或Olsen-P進一步提升不再有響應[29-30]。可以認為，在目前土壤磷和S3—S6樣品土壤有機質含量條件下，磷的固定相對較弱，難利用態磷庫可以通過土壤有機碳的提高向緩效磷庫和活性磷庫轉化。COOKE[31]也認為，施入土壤中的磷素大部分最終都能被作物吸收利用。本研究中難利用態磷庫向緩效磷庫和活性磷庫轉化原因可能如下：（1）有機物對難利用磷庫有活化作用，促進了難利用態磷庫向活性磷庫和緩效磷庫的轉化。章永松等[32]在紅壤上采用逐級去磷的方法把土壤中的Ca10-P和O-P去除后，被豬糞活化的磷量與原來土壤相比顯著下降，說明有機物對難利用態Ca10-P和O-P有較強的活化作用；（2）有機碳的提升對土壤微生物和酶活性的激發效應，促使微生物快速生長繁殖，同時分解吸收大量生物活性較強的磷，從而促進了難利用磷庫向有效磷庫的轉化[33-34]。李蘊慧[35]通過研究不同種類農業有機物（秸稈、樹葉、豬糞、菌渣）對黑土磷素形態影響的長期動態變化規律，發現增施有機物料在顯著提升土壤有機碳的同時也顯著提高了土壤磷酸酶活性、活性磷庫和緩效磷庫與難利用態磷庫間的相關性；（3）有機酸溶解了土壤中難溶態的磷酸鹽，對磷起活化作用。趙曉齊等[36]采用雙氧水氧化去除土壤有機碳的方法探究了有機物的添加對磷吸附的影響，表明有機物分解過程中產生的有機酸能溶解土壤中難溶態的磷酸鹽，對磷起活化作用。楊毅等[37]研究了不同施肥制度對石灰性土壤無機磷形態的影響發現，在土壤中添加菌肥等有機物對Ca10-P、O-P等難溶性磷庫有一定地促溶或抑制其增加的作用；（4）有機碳減少了土壤對化肥磷的固定，活性磷含量增加，從而提高土壤磷素的有效性[38-39]。于群英等[40]在黃棕壤和林國林等[41]在潮土上研究得出一致結論，即與單施無機磷肥相比，用豬糞中的磷替代其中20%無機磷肥處理，提高了土壤中的Olsen-P 和Ca2-P含量。劉建玲等[42]在石灰性土壤上研究也表明，與單施無機磷肥相比，在無機磷肥中添加有機肥提高了施入的磷向活性磷庫Ca2-P的轉化量。

3.3 各形態無機磷之間及與土壤基本性質的相關性

土壤Ca10-P與各形態無機磷均無顯著相關關系，Al-P和Fe-P之間相關性不顯著，其他各形態無機磷均呈顯著或極顯著正相關關系（表2）。說明土壤各形態無機磷之間有明顯的轉化，它們之間存在一定程度的相互影響和制約，處于動態平衡。Ca10-P與其他各形態無機磷均沒有顯著相關關系，可能是由于Ca10-P作為難溶性磷酸鹽難以向其他磷組分轉化，或轉化量極低，尤其是在石灰性土壤中Ca10-P化學活性很低。沈仁芳等[10]在石灰性土壤上研究表明Ca10-P與作物吸磷量無相關性，供磷能力極低，只能作為一種潛在磷源的物質基礎。Al-P和Fe-P之間相關性不顯著，可能是由于Al-P和Fe-P對植物有效性相當，相互間維持較穩定的平衡關系。郭智芬等[12]在石灰性旱地灰潮土上以原子反應堆和放射化學標記合成的Ca2-32P、Ca8-32P、Al-32P、Fe-32P鹽標記土壤中相應的磷酸鹽的方法，評估了不同形態無機磷的有效性及對作物磷素營養的貢獻，發現Fe-P的有效性與Al-P基本相當。

在本試驗中pH與各形態無機磷均無顯著相關關系（表2）。以往研究認為土壤pH與除難溶性磷酸鹽外各形態無機磷均呈顯著負相關關系[26]，可能由于本研究中土壤CaCO3含量較高。因為土壤pH與CaCO3含量顯著相關[26]，有機物分解過程中產生的有機酸對石灰性土壤中CaCO3的溶解釋放能力非常有限，且與土壤中CaCO3的含量相關[43]。陸文龍等[43]通過模擬植物在缺磷脅迫條件下，根系分泌出的有機酸對石灰性土壤磷素吸附試驗發現檸檬酸對CaCO3含量較低的土壤鈣的最大累積釋放量比CaCO3含量較高的值大，說明有機酸對CaCO3的溶解能力有限，因此在CaCO3含量較高的土壤上，盡管有機質含量有差異，但對pH影響不大，因而難以對磷形態表現很大影響。

全磷是有效磷的來源，土壤Ca10-P、Al-P與土壤全磷呈顯著正相關關系（表2），前者是由于其含量最高，所占比重最大；后者可能是長期施肥對不同形態磷的富集作用，施入土壤中的磷素由于有機碳含量差異優先轉化為緩效態Al-P。余婉霞[44]和林志安等[45]的研究發現，在石灰性土壤中，當可溶性磷進入土壤后絕大多數以緩效態形式保存在土壤中。

4 結論

在陜西關中平原小麥-玉米種植區土中，隨著土壤SOC含量升高，土壤活性磷庫（Ca2-P）、緩效磷庫（Ca8-P、Al-P、Fe-P）含量及相對含量（主要是Al-P）均顯著提高，難利用態磷庫含量（主要是O-P）也顯著提升，但相對含量（主要是Ca10-P）顯著降低。土壤Olsen-P含量與難利用磷庫含量呈顯著正相關關系。以上結果表明，在Olsen-P含量相近，全磷含量也基本相近，土壤有機碳水平呈梯度的土上，有機碳提升促進了土壤中難利用磷庫向緩效磷庫和活性磷庫的轉化，提高了有效磷占無機磷的比例，從而提高了土壤磷素有效性。

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Phosphorus Availability and Transformation of Inorganic Phosphorus Forms Under Different Organic Carbon Levels in a Tier Soil

LU Peng, LI WenHai, NIU JinCan, BATBAYAR Javkhlan, ZHANG ShuLan, YANG XueYun

College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agro-Environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi

【】The influence of organic carbon on the contents and transformation of soil in organic phosphorus fractions were investigated, which can help to formulate soil managemental strategies whereby to improve phosphorus use efficiency in tier soil.【】The soil samples were collected and selected with a gradient of organic carbon levels but similar in Olsen-P (ranges from 17.41 mg·kg-1to 18.72 mg·kg-1) under winter wheat summer maize cropping in the Guanzhong Plain of Shaanxi Province. The organic carbon contents of the selected soil samples were 6.38, 8.34, 10.17, 11.95, 13.64 and 15.74 g·kg-1, respectively. Then the soil inorganic phosphorus fractions (dicalcium phosphate (Ca2-P), octa-calcium phosphate (Ca8-P), apatite (Ca10-P), aluminum bounded phosphate (Al-P), iron bounded phosphate (Fe-P) and occluded phosphate (O-P)) were analyzed with the phosphorus fractionation procedure proposed by Chang & Jackson and modified by Jiang and Gu.【】The results showed that organic carbon played an important role in transformation of soil inorganic phosphorus in the winter wheat-summer maize cropping in Guanzhong Plain of Shaanxi Province. The soil Ca2-P, Ca8-P, Al-P, Fe-P, O-P fractions, moderately labile P (Ca8-P, Al-P and Fe-P), and stable P (O-P and Ca10-P) pools were increased significantly and linearly with increasing soil organic carbon, whereas Ca10-P remained unchanged. The relative contents of labile-P (Ca2-P), moderately labile P (mainly Al-P) were significantly and positively correlated with SOC content, but stable P (mainly Ca10-P) showed significant negative correlation with SOC. Soil Olsen-P increased significantly and linearly with increasing stable P.【】Under the similar soil Olsen-P and total phosphorus conditions, soil organic carbon improved the availability of soil phosphorus mainly through promoting the conversion of stable P to moderately labile P and labile P in the soil, increasing the ratio of available phosphorus to inorganic phosphorus, and improving the availability of soil phosphorus. The results implied that improvement of soil fertility (SOC) could promote the activation and utilization of legacy phosphorus in soil.

fractionation of inorganic phosphorus; winter wheat-summer maize cropping; tier soil; phosphorus availability; inorganic phosphorus transformation

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.01.010

2020-12-23；

2021-02-20

國家重點研發計劃（2017YFD0200205）

路鵬，E-mail：lupeng8602@163.com。通信作者楊學云，E-mail：xueyunyang@hotmail.com

（責任編輯 李云霞）