鄂西植煙土壤磷素形態分布特征研究

周劍雄，鄧建強，徐大兵，向修志，趙書軍，任曉紅

（1.湖北省農業科學院植保土肥研究所/農業農村部廢棄物肥料利用重點實驗室，武漢 430064；2.湖北省煙草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000）

磷（P）是烤煙生長必需的三大營養元素之一，對煙株新陳代謝和生長發育起重要作用［1］。在農業生產上施用磷肥是提高作物產量的有效措施之一，但是磷肥的當季利用率一般都很低，導致大量磷素在土壤中富集［2］，同時土壤中富集的磷素還會向附近的水體遷移，造成水體的富營養化［3］。因此對土壤磷素的研究一直是作物養分研究的熱點。磷素供應狀況直接影響到煙葉的產量和品質［4，5］。磷素供應適宜時，煙株生長較好，煙葉易烘烤，化學成分協調、煙葉品質好［4］。而磷素過多則易造成煙葉柵欄組織及煙葉變厚，烘烤后煙葉缺乏油分和彈性、易破碎，煙葉的產量和品質下降［6］。然而磷素的供應直接受土壤對磷吸附作用的制約［7］。目前對土壤磷素形態特征的研究一直受到人們的關注［8-10］。水稻、小麥、蔬菜等農作物土壤磷素形態研究常見報道，同時煙草上關于磷素的研究主要集中在不同類型磷肥對煙草生理和品質的影響［11，12］，對植煙土壤磷素形態研究尚不多見，特別是富磷情況下土壤磷素形態特征的研究。

土壤中磷可分為無機態磷和有機態磷，前者包括可溶態磷、吸附態磷、礦物態磷。其中，可溶態磷是植物吸收利用的主要形態。由于直接測定土壤無機磷比較困難，因此，通常采用蔣柏藩等［13］無機磷分級、Bowman等［14］有機磷分級體系來評價土壤有效磷庫的大小和土壤磷素的供應狀況。Tiessen等［15］對磷素分級法做了進一步修正，該方法已經成為目前應用最廣泛的磷素分級法。同時土壤磷素活性還受土壤氧化還原電位、土壤質地、有機質含量、含水量、pH、微生物活性等諸多因素影響［16］。本研究以鄂西長期連作優質的植煙土壤為研究對象，通過對植煙土壤速效磷、pH、有機質的分析測定，研究了速效磷、pH、有機質對土壤磷素形態的關系，旨在為磷肥的田間施用以及土壤磷素的科學管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

在煙葉采烤結束后，采用多點采樣法采集0～20 cm耕層混合土樣，帶回實驗室去除土壤中的植物殘渣以及小石塊，經過自然風干后過篩（20目和100目）待測，恩施州一共采集48份土樣，每個取樣點采用GPS定位。

1.2 測定項目及方法

土壤有機質（SOM，外加熱-重鉻酸鉀氧化法）、pH（土水比1∶2.5，電位法）、速效鉀和堿解氮采用常規方法測定［17］，磷素形態測定采用Tiessen-Moir［16］分級法。

1.3 數據處理與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2016軟件進行數據處理，單因素ANOVA方差分析和Duncan比較采用SPSS 22.0軟件。

2 結果與分析

2.1 植煙黃棕壤磷素形態和相關性分析

從表1可以看出，植煙土壤pH、有機質、堿解氮都屬于中等水平，而速效磷和速效鉀則比較豐富。水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、氫氧化鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘渣磷分別占總磷的2.96%、26.56%、38.45%、10.22%和21.80%，其中無機磷和有機磷分別占總磷的51.91%和48.09%。

表1 土壤基本屬性和磷素形態描述性分析

從表2可以看出，pH與氫氧化鈉-總磷、氫氧化鈉-無機磷呈顯著負相關，而與鹽酸-無機磷呈現出極顯著的正相關。有機質與水溶性磷、氫氧化鈉-有機磷、總磷和有機磷均呈現出顯著的正相關，而速效磷與碳酸氫鈉-總磷、碳酸氫鈉-無機磷、氫氧化鈉-總磷、氫氧化鈉-無機磷、總磷和無機磷均呈現出顯著的正相關。然而速效鉀與磷素形態相關性較小。

表2 植煙土壤磷素形態特征與土壤基本屬性相關性分析

2.2 不同速效磷水平土壤磷素形態特征分析

將植煙土壤速效磷含量按照小于30 mg/kg（LAP）、30～50 mg/kg（MAP）和大于50 mg/kg（HAP）的標準分類（表3），土壤速效磷分別為20.84、42.22、68.14 mg/kg，且3個水平間差異達顯著水平。隨著速效磷水平的提高，水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、氫氧化鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘渣磷含量均逐漸增加。與LAP相比，MAP和HAP有效性磷（水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷）分別增加了2.35倍和361%；有效性磷占總磷百分比分別為13.00%、28.73%和31.43%。MAP和HAP緩效和難溶性磷（氫氧化鈉-總磷、鹽酸-總磷、殘渣磷）分別比LAP增加了24.02%和50.25%，其占總磷的百分比分別達到了87.00%、71.27%和68.57%。

表3 不同速效磷水平土壤磷素形態與含量（單位：mg/kg）

從圖1可以看出，隨著速效磷含量的增加，無機磷形態中水溶性磷和NaHCO3浸提磷逐漸增加，HAP土壤均顯著高于LAP土壤，且水溶性磷和NaHCO3浸提磷分別增加了9.92倍和2.55倍。而HCl浸提無機磷則逐漸減少。與LAP相比，MAP和HAP總的無機磷（水溶性浸提磷、NaHCO3浸提磷、NaOH浸提磷、HCl浸提磷）分別增加了45.53%和69.00%，且主要增加了水溶性磷和NaHCO3浸提磷的占比。

圖1 不同速效磷水平土壤無機磷形態特征

從圖2可以看出，有機磷形態中NaOH浸提磷、HCl浸提磷和殘渣磷均隨著速效磷水平的提高逐漸增加。與LAP相比，MAP和HAP總的有機磷（NaOH浸提磷、NaHCO3浸提磷、HCl浸提磷、殘渣磷）分別增加了59.09%和119%，且主要增加了NaHCO3和HCl浸提磷的占比。但是與LAP相比，MAP中NaHCO3浸提有機磷、NaOH浸提有機磷、HCl浸提有機磷和殘渣磷分別增加了9.00倍、15.35%、5.03倍和16.74%，而HAP則分別增加8.43倍、75.92%、14.71倍和50.29%。

圖2 不同速效磷水平土壤有機磷形態特征

2.3 不同pH條件下土壤磷素形態特征分析

將植煙土壤pH按照小于5.50（LpH）、5.50～6.50（MpH）和大于6.50（HpH）的標準分類（表4），隨著pH的增加，土壤速效磷含量逐漸降低，但是差異不顯著（表4），說明土壤酸化會導致速效磷的富集。與LpH（<5.50）相比，MpH（5.50～6.50）條件下土壤水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘渣磷分別增加了1.02倍、6.70%、57.92%和8.99%，而氫氧化鈉-總磷則減少了22.62%。與HpH相比（＞6.50），MpH條件下土壤水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、氫氧化鈉-總磷和鹽酸-總磷分別增加了34.25%、56.40%、27.36%和9.53%，而殘渣磷則減少了21.25%。LpH條件下總磷和緩效難溶性磷（氫氧化鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘渣磷之和）分別比MpH增加了0.33%和5.53%，而有效性磷（水溶性磷和碳酸氫鈉-總磷之和）則減少了13.06%。

表4 不同pH條件下土壤磷素形態分布特征（單位：mg/kg）

從圖3可以看出，與MpH相比，LpH條件下土壤無機磷形態中水溶性磷、NaHCO3浸提磷和HCl浸提磷分別減少了50.55%、6.28%和36.68%，而NaOH浸提磷和總無機磷則分別增加了29.24%和8.08%，這主要是降低了水溶性磷、NaHCO3浸提磷和HCl浸提磷的占比。

圖3 不同pH條件下土壤無機磷形態特征

從圖4可以看出，與MpH相比，LpH條件下土壤有機磷形態中NaHCO3浸提磷、HCl浸提磷和總有機磷分別減少了0.21%、37.97%和7.47%，而NaOH浸提磷則增加了9.58%，這主要是降低了HCl浸提磷和殘渣磷的占比，但是增加了NaHCO3浸提磷和NaOH浸提磷的占比。

圖4 不同pH條件下土壤有機磷形態特征

2.4 不同有機質含量土壤磷素形態特征分析

將植煙土壤有機質按照小于45 mg/kg（LOM）、45～60 mg/kg（MOM）和大于60 mg/kg（HOM）的標準分類（表5），隨著有機質含量的增加，土壤速效磷含量也逐漸增加。與LOM相比，MOM和HOM氫氧化鈉-總磷、總磷（水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、氫氧化鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘渣磷之和）分別增加了5.57%和31.63%、42.26%和48.04%，且總磷差異均達顯著水平。對水溶性磷、碳酸氫鈉-總磷、鹽酸-總磷和殘渣磷而言，MOM最高，且分別比LOM增加了2.32倍、49.64%、2.12倍、65.27%。

表5 不同有機質含量土壤磷素形態特征分析（單位：mg/kg）

從圖5可以看出，與LOM相比，MOM無機磷形態中水溶性磷、NaHCO3浸提磷和總無機磷分別增加了2.32倍、49.63%和29.58%，HOM則分別增加了2.06倍、38.13%和13.52%，而NaOH浸提無機磷則隨著有機質含量的升高而降低。

圖5 不同有機質含量土壤無機磷形態特征

從圖6可以看出，與LOM相比，MOM有機磷形態中NaOH浸提磷、HCl浸提磷、殘渣磷和總有機磷分別增加40.97%、12.32倍、65.27%和59.44%，而HOM則 分 別 增 加 了1.76倍、15.10倍、48.86%和94.81%。隨著有機質含量的增加，主要是降低了NaHCO3浸提有機磷和殘渣磷的占比。

圖6 不同有機質含量土壤有機磷形態特征

3 討論

3.1 速效磷對土壤磷素形態的影響

施入土壤的磷肥受土壤內部環境等因素的影響，會轉化為其他磷素組分［18］，致使不同形態磷的含量及有效程度改變。土壤各磷組分之間存在一定的協同與拮抗作用，作物有效磷源的多少取決于土壤各磷組分之間的分布狀況和轉化方向［19］，各磷組分之間的轉化實質也是無機磷和有機磷之間的轉化。因此，通過對土壤速效磷的分析，來窺伺土壤中各組分磷素形態的轉化與影響。本研究中，隨著速效磷含量的增加，水溶性磷和碳酸氫鈉浸提磷逐漸增加，而鹽酸浸提磷則逐漸減少。與低磷土壤相比，中磷土壤中碳酸氫鈉浸提有機磷、氫氧化鈉浸提有機磷、鹽酸浸提有機磷和殘渣磷分別增加了9.00倍、15.35%、5.03倍和16.74%，而高磷土壤則分別增加8.43倍、75.92%、14.71倍和50.29%。吳璐璐等［20］認為土壤中除有機磷與速效磷無相關關系外，其余各形態磷均與速效磷存在相關關系，相關系數為Resin-Pi（0.909）>NaHCO3-Pi（0.873）>NaOH-Pi（0.851）>Residual-P（0.789）>D.HCl-Pi（0.727）＞NaHCO3-Po（0.674）>C.HCl-Pi（0.640）>C.HCl-Po（0.555）。

3.2 pH對土壤磷素形態的影響

有學者認為［21］，調節土壤pH能夠釋放出有效磷。當土壤pH為6～7時，土壤中的Fe、Al、Ca等元素對磷素的固定作用最小。本研究中隨著土壤pH增加，速效磷含量呈降低的趨勢，說明土壤酸化會導致速效磷的富集。有研究表明，聚磷酸鹽對金屬離子有一定的螯合能力，在堿性土壤中具有更好的穩定性［22］。另有研究表明，土壤pH低，但有效磷含量不低，是因為土壤中可能含有大量能被植物直接吸收利用的正磷酸根，有利于煙株的生長發育［23］。這與當前鄂西煙區植煙土壤磷素富集比較一致。

3.3 有機質對土壤磷素形態的影響

關于有機質對土壤磷素形態的影響，前人在秸稈還田以及施用有機肥方面做了大量研究，較為一致的結論是，增加土壤中有機質的含量不僅可以增加土壤有效養分含量，還可以提高作物對肥料的吸收利用效率，進而達到作物提質增效的效果。有研究表明，施用生物炭不僅可以促進棕壤磷素積累并提高其活性，還活躍了Al-P、LOP等棕壤磷素的組分［24］。另有學者的研究表明，有機肥合理配施化肥，可以激發磷素后效，使積累磷素向有效態轉化，施用有機肥料能顯著提高土壤中各磷組分含量，可以通過施用有機肥或秸稈來保持高比例的土壤有效磷庫［21］。本研究中，隨著有機質含量的增加，土壤速效磷含量也逐漸增加。對水溶性磷、碳酸氫鈉浸提磷、鹽酸浸提磷和殘渣磷而言，MOM最高，且分別比LOM增加了2.32倍、49.64%、2.12倍65.27%。而氫氧化鈉浸提無機磷則隨著有機質含量的升高而降低。隨著有機質含量的增加，主要是降低了碳酸氫鈉浸提有機磷和殘渣磷的占比。因此，鄂西煙區在充分利用有機肥的基礎上，提高土壤有機質，對節省資源、減少環境污染、增產增效和增加農民收入具有重要意義。