增值磷肥对潮土无机磷形态及其变化的影响

李志坚， 林治安， 赵秉强， 袁 亮， 李燕婷， 温延臣

(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所， 耕地培育技术国家工程实验室， 北京 100081)

增值磷肥对潮土无机磷形态及其变化的影响

李志坚， 林治安*， 赵秉强， 袁 亮， 李燕婷， 温延臣

(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所， 耕地培育技术国家工程实验室， 北京 100081)

增值磷肥； 潮土； 土壤培养； 无机磷组分

本文利用改性腐植酸、发酵海藻液、聚合谷氨酸作为增效剂，将其添加到磷酸一铵中，制备成增值磷肥试验产品，采用室内土壤培养试验，研究了增值磷肥在室内条件下对土壤性质及无机磷形态转化的影响，以期通过对磷肥的改性，减少磷在土壤中的固定，提高磷素的有效性，从而为磷肥高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验于2011年11月至2012年5月进行。供试土壤采自中国农业科学院德州实验站禹城试验基地连续三年以上未施用任何肥料的匀地试验田0—20 cm耕层土壤。土壤类型为潮土，质地为轻壤，pH值8.36，有机质含量为13.43 g/kg，全氮0.80 g/kg，速效磷(P2O5)10.91 mg/kg，速效钾(K2O)86.70 mg/kg，无机磷分组中Ca2-P 为11.09 mg/kg，Ca8-P为116.25 mg/kg，Al-P为18.39 mg/kg，Fe-P为25.80 mg/kg，Ca10-P为512.81 mg/kg。

1.2 供试肥料

将3种增效剂(改性腐植酸、聚合谷氨酸、发酵海藻液)按一定比例添加到磷酸一铵(普通磷肥，代号P，P2O5含量为61.13%)中，充分混匀、烘干、粉碎，制备成相应的增效磷肥试验产品。增效剂添加量为：改性腐植酸(H)按固形物的2‰、 5‰、 10‰； 聚合氨基酸(G)按固形物的2‰、 5‰、 10‰，发酵海藻液(A)按固形物的0.5‰、 2‰、 5‰。其中改性腐植酸是通过用0.3%的NaOH溶液提取风化煤中的腐植酸，腐植酸含量为10%；聚合氨基酸主要成分为谷氨酸，含量为10%；发酵海藻液主要成分为海藻酸，海藻酸的含量2.5%。供试肥料性质见表1。

表1 供试肥料的性质Table 1 Properties of the test fertilizers

注(Note): 1、 2和3分别表示腐植酸、海藻酸和谷氨酸的低、 中、 高三种不同添加量Suffix 1，2 and 3 represent the low，middle and high adding levels of humic acid，alginic acid and gultamic acid, respectively.

1.3 试验设计

按等量化肥磷(P2O50.30 g/kg， 土)投入原则设计试验，将供试肥料(P、H1-P、H2-P、H3-P、A1-P、A2-P、A3-P、G1-P、G2-P和G3-P)分别与过2 mm筛的100 g风干供试土壤混合均匀，装入塑料培养杯。重复3次，用重量法调节土壤含水量至20%，密封培养器，置于25 ℃人工气候箱恒湿培养，在培养后的第3 d、14 d、42 d、60 d、97 d、120 d、150 d和180 d分别取样，处理土壤样品，测定土壤速效磷含量、pH和培养第3 d、42 d、97 d、180 d的各形态无机磷含量。试验以不施肥土壤作为对照(CK)。

1.4 分析方法

土壤基本理化性状按常规分析方法进行，速效磷测定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，钼锑钪比色法[19]；采用顾益初和蒋柏藩土壤无机磷分级方法分别测定土壤样品的Ca2-P、 Ca8-P、 Al-P、 Fe-P、 Ca10-P等各形态无机磷含量[20]。

磷肥在土壤中的固定指标：

固定率(%)=(施入的P2O5-土壤有效磷增加量)×100/施入的P2O5量

其中， 有效磷增加量是指培养180 d后施磷肥处理与对照土壤的有效磷之差。

试验数据采用Excel和SAS软件进行统计分析，Duncan新复极差法对处理间差异进行多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 增值磷肥对土壤速效磷含量的影响

从表2亦可知，与不施磷肥的CK 相比，施用普通磷肥和增值磷肥均能明显增加土壤有效磷含量。与普通磷肥相比，含有增效剂的增值磷肥明显增加土壤速效磷含量，腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥处理(低、中、高3个增效剂添加量的平均值)的平均有效磷分别比普通磷肥增加12.24%、14.68%和9.17%。与普通磷肥相比，增值磷肥能明显降低土壤对磷的固定，腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥处理(低、中、高3个增效剂添加量的平均值)的磷固定率分别比普通磷肥降低7.32%、7.13%和11.99%。

综上所述，与普通磷肥相比，增值磷肥明显提高土壤速效磷含量，增加磷的有效性，减少土壤对磷的固定，从而提高土壤供磷水平。

2.2 增值磷肥对土壤pH的影响

注(Note): 表中数据为3次重复平均值 The data are mean of three replication. 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

表3 土壤培养条件下增值磷肥对土壤pH的影响Table 3 Effect of different value-added phosphate fertilizers soil on pH during incubation

注(Note): 表中数据为3次重复平均值 The data are mean of three replication. 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

2.3 不同增值磷肥对无机磷组成变化的影响

根据蒋柏藩、顾益初关于石灰性土壤无机磷形态分级体系[14]，将石灰性土壤中的无机磷划分为磷酸二钙盐类(Ca2-P)、磷酸八钙盐类(Ca8-P)、磷酸十钙盐类(Ca10-P)、磷酸铝类(Al-P)、磷酸铁盐类(Fe-P)和被难溶性金属氧化物包裹的可溶性磷酸盐(O-P)。这一分级体系为石灰性土壤无机磷形态转化规律研究开辟了新的途径。经过20余年的研究，普遍认为Ca2-P为速效性磷源，Ca8-P、Al-P和Fe-P为缓效性磷源，可以随着作物对磷的吸收和土壤有效磷含量的降低而逐渐释放，而Ca10-P和O-P为无效态的潜在性磷源，短时期内很难转化释放。本研究的土壤培养中，由于不同处理土壤Ca10-P和O-P变化甚微，本文未予讨论，下面仅就不同增值磷肥对土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的影响进行比较，为了得到磷肥在土壤中不同时间后转化为不同形态磷的数量，把施磷肥土壤中各形态的含量分别减去对照不施磷肥的土壤中各形态含量，即为磷肥在土壤中转化为各形态磷的含量[1]。

表4 土壤培养条件下不同增值磷肥对Ca2-P含量的影响 (mg/kg)Table 4 Effect of different value-added phosphate fertilizers on Ca2-P content during incubation

注(Note): 表中数据为3次重复平均值 The data are mean of three replication. 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

2.3.2 不同增值磷肥对土壤Ca8-P变化的影响 由表5可知，前3 d培养中，含腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥处理的土壤Ca8-P含量平均值分别为129.19、 126.91和170.04 mg/kg，均高于普通磷肥处理，以谷氨酸增值磷肥提高幅度最大，比普通磷肥增加了39.23%。三种增值磷肥均表现为增效剂高量添加量对土壤Ca8-P影响效果较中、低添加量明显，其中以G3-P处理的土壤Ca8-P含量最高。在培养180 d时，腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥处理土壤Ca8-P含量平均值分别为160.25、 171.98和166.67 mg/kg，均高于普通磷肥平均值 (149.71 mg/kg)，分别比对照提高了53.35%、64.57%和59.49%。与普通磷肥相比，增值磷肥促进土壤中Ca8-P的转化，提高了土壤中Ca8-P的含量。腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥(低、中、高3个增效剂添加量的平均值)Ca8-P的平均转化量分别比普通磷肥提高23.3%、49.3%和37.5%，其中以海藻酸增值磷肥提高Ca8-P的幅度最大。综上所述，增值磷肥对土壤Ca8-P有一定的增效作用。

表5 土壤培养条件下不同增值磷肥对Ca8-P的影响(mg/kg)Table 5 Effect of different value-added phosphate fertilizers on Ca8-P content during incubation

注(Note): 表中数据为3次重复平均值 The data are mean of three replication. 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.3.3 不同增值磷肥对土壤Al-P变化的影响 由表6看出，在第42 d培养时，腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥处理土壤Al-P含量平均值分别为40.75、 37.79和43.07 mg/kg，均比普通磷肥的51.24 mg/kg低，以海藻酸增值磷肥降幅最大。可能是在前期培养中，增值磷肥促进铝磷向其他形态转化。培养97 d后，与普通磷肥比较，增值磷肥提高了土壤中Al-P含量。到培养结束时，三种增值磷肥处理土壤Al-P含量平均值分别为48.73、 57.19和55.55 mg/kg，均高于普通磷肥处理的平均值 (46.49 mg/kg)，分别比对照增加了37.85%、61.87%和57.14%，其中腐植酸和海藻酸增值磷肥以增效剂高添加量表现最佳，而谷氨酸增值磷肥以中量添加量效果最好。到培养42 d时，增值磷肥处理的土壤中Al-P转化量均低于普通磷肥，而培养97 d后，增值磷肥处理的土壤中Al-P含量高于普通磷肥。腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥Al-P的平均转化量(低、中、高3个增效剂添加量的平均值)分别比普通磷肥增加12.03%、41.12%和56.84%，其中以谷氨酸增值磷肥的处理效果最佳。

表6 土壤培养条件下不同增值磷肥对Al-P的影响 (mg/kg)Table 6 Effect of different value-added phosphate fertilizers on Al-P content during incubation

注(Note): 表中数据为3次重复平均值 The data are mean of three replication. 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.3.4 不同增值磷肥对土壤Fe-P变化的影响 由表7可知，在第42 d时，与普通磷肥相比，腐植酸、海藻酸和谷氨酸增值磷肥处理均提高了土壤Fe-P含量。在培养42 d时腐植酸(H)、海藻酸(A)和谷氨酸(G)增值磷肥处理土壤Fe-P含量平均值分别为48.34、 58.77和47.34 mg/kg，以海藻酸增值磷肥处理Fe-P增幅最大。随着培养时间的延长，各处理土壤Fe-P含量呈下降趋势。到培养结束时，三种增值磷肥Fe-P含量平均值分别为40.16、 38.57和35.21 mg/kg，腐植酸增值磷肥比普通磷肥增加1.21 mg/kg，而海藻酸和谷氨酸增值磷肥比普通磷肥平均降低0.38 mg/kg和3.74 mg/kg。腐殖酸、海藻酸和谷氨酸增值磷肥对Fe-P转化量的影响效果不如其他三种形态磷，腐植酸(H)和谷氨酸(G)增值磷肥(低、中、高3个增效剂添加量的平均值)Fe-P的平均转化量低于普通磷肥，海藻酸增值磷肥(低、中、高3个增效剂添加量的平均值)Fe-P的平均转化量略高于普通磷肥。可见，培养开始时增值磷肥增加了土壤中Fe-P含量，而到培养后期则表现为降低土壤中Fe-P含量，以谷氨酸增值磷肥表现最为明显。

3 结论与讨论

前人对腐植酸与磷肥复混的研究较多，本研究选用中国农业科学院农业资源与农业区划研究所最新研制的改性腐植酸增效剂，将其添加到磷肥中，制备成腐植酸磷肥。王曰鑫等[22]研究认为腐植酸通过活化土壤中Ca8-P、Al-P和Ca10-P而减少磷的固定，提高磷的有效性；李丽等[23]研究认为腐植酸与磷酸盐反应形成不易被固定的有机-无机复合物而减少磷的固定；Weir和Soper、Sinha、Martine[17,24-26]等的研究认为有机物特别是腐植酸和富啡酸能溶解难溶性磷，通过形成络合金属元素形成腐植酸-金属-磷酸盐增加磷的移动性，从而减少磷的固定。通过室内土壤培养试验研究得出，与普通磷肥比较，腐植酸增值磷肥显著提高了土壤速效磷含量，减少土壤对磷的固定，提高土壤Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量，显著降低土壤pH。

尚未查阅到有关海藻酸和氨基酸对磷肥改性及改性后的磷肥在土壤中形态转化方面的研究报道，仅有的关于海藻提取物对土壤磷影响的研究，也得出了海藻提取物能提高土壤Ca2-P和 Al-P含量、降低土壤磷的固定，从而提高土壤中磷的有效性的结论。本研究结果表明，海藻酸增值磷肥和谷氨酸增值磷肥显著提高土壤速效磷含量和土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P含量，显著降低土壤pH。

表7 土壤培养条件下不同增值磷肥对Fe-P的影响 (mg/kg)Table 7 Effect of different value-added phosphate fertilizers on Fe-P content during incubation

注(Note): 表中数据为3次重复平均值 The data are mean of three replication. 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by diffeent letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

[13-14]

磷酸一铵为水溶性肥料，施入土壤后肥料中的磷容易与土壤中的Al3+、Fe3+、Ca2+、Mn2+等阳离子发生络合反应生成沉淀，降低有效磷含量，影响作物根系对磷的吸收而导致磷肥利用率降低。从本研究看，利用三种增效剂制备增值磷肥后，与普通磷肥相比，均能显著提高土壤速效磷含量，减少土壤对磷的固定。其原因可能是一方面增值磷肥活化土壤中的Ca8-P和Al-P，促进土壤中难溶性磷酸盐的溶解，使之向其他有效性较高的无机态磷转化，减缓Al-P向Fe-P的转化;另一方面是增值磷肥施入土壤后，增效剂通过改善土壤环境，进而减少了土壤对磷的固定。增效剂与磷酸一铵复混改性后，降低了土壤pH，减少磷酸根离子被土壤中的阳离子固定，提高了磷的有效性。此外，腐植酸中的羰基、羧基、醇羟基、酚羟基等多种活性官能团或发酵海藻中的糖类特别是海藻酸具有较强的络合能力，能络合土壤中铜、锰、镁、铁、钙等阳离子。

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Effectsofvalue-addedphosphatefertilizersontransformationofinorganicphosphorusincalcareoussoils

LI Zhi-jian， LIN Zhi-an*， ZHAO Bing-qiang， YUAN Liang， LI Yan-ting， WEN Yan-chen

(NationalEngineeringLaboratoryforImprovingQualityofArableLand/InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)

In this study, the value-added phosphate fertilizers were made by combining humic acid, alginic acid and glantamic acid with mono-ammonium phosphate (MAP), and the composition and transformation of inorganic phosphorus in calcareous soil were studied under laboratory incubation condition. The results show that the soil available phosphorus contents are significantly increased and soil pH is significantly decreased after 180 days’ incubation with the application of phosphate fertilizers, whether they are MAP or the value-added phosphate fertilizers. The soil available phosphorus contents are increased by 34.6 mg/kg to 41.92 mg/kg and soil pH decreased by 0.23 to 0.36 with the application of the value-added phosphate fertilizers. The value-added phosphate fertilizers decrease the P fixation obviously. Compared to the MAP treatment, the P fixation percentages of humic acid phosphate fertilizer, alginic acid phosphate fertilizers and glantamic acid fertilizers are decreased by 7.32%, 7.13% and 11.99%, respectively, and the value-added phosphate fertilizers increase the contents of Ca2-P, Ca8-P and Al-P and retard the transformation from Al-P to Fe-P.

value-added phosphate fertilizer; fluvo-aquic soil；incubation；soil inorganic phosphorus fraction

2012-12-17接受日期2013-06-04

现代农业产业技本体系建设专项经费(CARS-3-2-18)；“十二五”国家科技支撑计划课题(2011BAD11B05)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(2013-5)资助。

李志坚(1987—)，男，江西南昌人，硕士研究生，主要从事增值肥料与肥料增效剂研究。E-mail： lizhijian200@126.com * 通信作者 E-mail: zhianlin@163.com

S153.6+1; S143.2

A

1008-505X(2013)05-1183-09