长期施肥条件下有机磷组分在潮土中淋溶特性研究

陈军平+汪金舫

摘    要：采用Bowman和Cole提出的有机磷分级体系，研究长期施肥条件下不同施肥处理的潮土O～60 cm土层中有机磷组分的动态变化。结果表明，有机磷组分在0～60 cm土壤中的迁移性较大。与对照CK相比，施无机肥的处理显著提高了40～60 cm土层的活性有机磷含量;施用有机肥和有机无机肥配施显著提高了40～60 cm土层的中活性有机磷含量;所有施肥处理都显著提高了0～60 cm土层的中稳定性有机磷含量;施用有机肥能显著增加 20～60 cm土层的高稳定性有机磷含量。

关键词：潮土;长期施肥;有机磷组分

中图分类号： TQ440.1              文献标识码： A            DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.11.004

Leaching of Organic Phosphorus Fractions in Fluvo-aquic Soil under Long-term Fertilization

CHEN Jun-ping1， WANG Jin-fang2

（1.Evironmental Monitoring of Jiangxi Province， Nanchang， Jiangxi 330039， China;2.Institute of Soil Science， Chinese Academy of Sciences， Nanjing， Jiangsu 210008， China）

Abstract： By the method of Bowman and Cole， this paper studied the dynamics of organic phosphorus fractions in fluvo-aquic 0～60 cm soil layers under long-term fertilization. The results showed that the movements of organic phosphorus fractions were great in 0～60 cm soil layers. Compared with the CK treatment， the amount of labile organic phosphorus were increased in 40～60 cm soil layers with the duration of chemical fertilizer NPK; Moderately labile organic phosphorus contents were increased in 40～60 cm soil layers with the OM and 1/2OM+1/2NPK treatments; All fertilization treatments enhance the contents of moderately resistant organic phosphorus in 0～60 cm soil layers; And the contents of highly resistant organic phosphorus in 20～60 cm soil layers with the organic manure applications.

Key words： fluvo-aquic; long-term fertilization; organic phosphorus fraction

土壤中磷的形态及其转化、运移以及与土壤供磷能力的关系，始终是土壤化学的研究热点[1-6]。研究磷在土壤中的形态和转化过程，有助于合理施用磷肥，提高磷肥肥效，并减小环境危害[7]。以往的研究主要集中在无机磷的动态变化方面，而针对有机磷的研究较少。据Chardon等[8]报道，有机肥中磷的移动性较大，其中淋失的磷70%～90%属可溶性有机磷。为此，本研究以田间长期定位施肥试验为基础，探讨长期施肥对潮土中不同组分有机磷动态变化的影响。

1 材料和方法

1.1 试验设计

肥料长期定位试验设在中国科学院封丘农业生态实验站内。土壤为轻壤质潮土，设4个处理，4次重复，小区面积47.5 m2，分4个区组，随机排列。试验起始于1989年秋，采用小麦-玉米1年2熟轮作制。试验开始前土壤耕层（0～20 cm）的理化性质为：全氮为0.445 g·kg-1，全磷为0.5 g·kg-1，有机磷为35.83 mg·kg-1，其中含活性有机磷1.41 mg·kg-1，中活性有机磷28.26 mg·kg-1，中稳定性有机磷含5.10 mg·kg-1，高稳定性有机磷含1.06 mg·kg-1，pH值8.65。

4个处理分别为（1）CK（对照，不施肥）;（2）1/2OM（有机肥）+1/2NPK;（3）OM;（4）NPK 。N肥为尿素（N：46%），P肥为过磷酸钙（P2O5：15.5%），K肥为硫酸钾（K2O：49.6%）。其中处理（2）、（4）小麦、玉米都施基肥和追肥，处理（3）OM（有机肥）全季肥料都作基肥一次施入，不施追肥。肥料用量见表1[9]。有机肥（OM）以粉碎的麦秆为主，每季施用量约4 500 kg·hm-2 （以鲜质量计），加上适量的大豆饼和棉仁饼，以提高有机肥的含N量。 有机肥经过堆制发酵后施用，施用前先分析N、P、K养分含量。以等N量为标准。有机肥中的P、K不足部分用P、K化肥补足到等量（表1）。本试验中，在秋季玉米收获后，采集0～60 cm的土壤样品来分析各组分有机磷的含量。

1.2 分析方法

测定方法：土壤全磷测定采用H2SO4-HClO3 消化法;土壤速效磷测定采用Olsen法[10];土壤有机磷分组采用Bowman-Cole分组方法[11];数据处理采用SPSS11.5统计软件。

2 结果与分析

2.1 土层中活性有机磷的含量变化

从活性有机磷含量在潮土剖面中的分布特征来看（表2），试验前土壤的活性有机磷主要分布在0～20 cm的土层，占0～60 cm土壤总量的52.03%;经过15年的定位试验，不施肥的CK处理活性有机磷含量在0～20 cm土层中最高，为3.76 mg·kg-1，并随着土层加深，含量逐渐降低，均达到显著差异水平;而其他施肥处理（1/2OM+1/2NPK、OM和NPK）0～60 cm土层的活性有机磷含量都相对保持稳定。说明不施肥时，植物根茬及生物活动都主要集中在0～20 cm的土层中，从而导致了活性有机磷含量较高，而其他施肥处理则由于有机磷和无机磷的逐年不断加入，使得在0～60 cm土层中的活性有机磷含量都较试验初土壤有显著增加。这与前人报道的土壤中有机磷有较大迁移性的研究结果相一致[8]。

与试验前相比，4个处理在0～60 cm土层的活性有机磷含量总体表现出随着试验年限的增加而逐年增加的趋势。试验进行15年后，与对照CK相比，NPK处理在40～60 cm土层的活性有机磷有显著提高，而其他两个处理的活性有机磷含量没有显著差异，表明施用无机肥的处理比施有机肥和有机无机配施更容易促使活性有机磷向下迁移，导致在深层土壤中累积。

2.2 中活性有机磷的含量变化

从表3可以看出，与其他组分有机磷相比，中活性有机磷是有机磷最主要的组成部分，通常占有机磷总量的67.02%～92.88%。从中活性有机磷在土层中的分布来看，试验前各层间分布很均匀，经过15年的试验，所有处理0～60 cm土层的中活性有机磷含量都比试验初有所增加;CK处理主要集中在0～40 cm两个土层，其中以20～40 cm土层最多，各土层间均差异显著;1/2OM+1/2NPK和NPK处理的中活性有机磷主要集中在20～40 cm土层，与其他两个土层达到了显著差异水平;OM处理的中活性有机磷在各土层间分布比较均匀，3个土层间都没有差异。说明施用有机肥比无机肥更能促进中活性有机磷在土层间的迁移。

与试验前相比，各处理0～60 cm土层的中活性有机磷含量总体也呈增加的趋势。0～20cm土层CK和1/2OM+1/2NPK处理的中活性有机磷含量年际间波动性较大，NPK处理的中活性有机磷含量基本维持在同一水平，OM处理随着试验年限逐年累积，在15年后达到49.59 mg·kg-1，与NPK处理差异显著，这可能与有机肥本身中活性有机磷含量较高，而且有机肥中含有的大量微生物容易吸附土壤中的化学磷而转化为有机磷有关[12]。

20～40 cm土层的中活性有机磷，4个处理都表现为逐年增加的趋势，与对照CK处理相比，NPK处理差异显著，15年中积累达到了80.45 mg·kg-1; 40～60 cm的土层的中活性有机磷，施用了有机肥的（OM、1/2OM+1/2NPK）2个处理都有很大积累，与CK处理相比，都达到了显著差异水平，其中1/2OM+1/2NPK处理积累量最多，达到45.33 mg·kg-1。由此可以看出，1/2OM+1/2NPK和 OM处理的中活性有机磷迁移深度比NPK处理更深。说明施用有机肥在培肥地力和改善土壤生物化学性质的同时，也促进了中活性有机磷向下迁移，其中有机无机配施的迁移效果比单施有机肥的效果更明显。

2.3 中稳定性有机磷的含量变化

从中稳定性有机磷在潮土剖面的分布可以看出（表4），试验前主要集中在0～40 cm的土壤中，40～60 cm土层的中稳定性有机磷含量很少;经过15年的试验，CK、1/2OM+1/2NPK和OM 3个处理的中稳定性有机磷主要集中在0～20 cm土壤，与其他两个土层差异显著; NPK处理的中稳定性有机磷也主要集中在0～20 cm土壤，并且3个土层的中稳定性有机磷含量都达到了显著差异水平。

对于0～20 cm土壤的中稳定性有机磷，CK处理在试验过程中变化幅度不大（表4），主要维持在6.29 mg·kg-1左右波动。1/2OM+1/2NPK、OM和NPK 处理在试验中都逐年增加，较试验前都有了大幅提高。15年后，与对照CK相比，1/2OM+1/2NPK、OM和NPK 3个施肥处理的中稳定性有机磷含量都有显著增加，而且施用有机肥的1/2OM+1/2NPK、OM处理增幅比施用无机肥的NPK处理明显。说明无论施用无机肥、有机肥还是有机无机配施都能增加潮土0～20 cm土壤中稳定性有机磷含量，但单施有机肥的效果最好，前人在这方面的研究结果很不一致[13-16]，这可能与试验所用的有机肥的种类和土壤类型有关。

对于20～40 cm土层的中稳定性有机磷含量，对照 CK在整个试验过程中基本维持在试验前的水平，1/2OM+1/2NPK和OM处理在试验前期大幅增加而后期随着试验进行逐年下降，NPK处理在试验过程中变化不大。说明施用有机肥和有机无机配施能促使中稳定性有机磷向其他形态的磷转化。15年后，与对照CK处理相比，1/2OM+1/2NPK和NPK处理显著增加20～40 cm土层的中稳定性有机磷含量，其中NPK处理效果更明显。对于40～60 cm土层的中稳定性有机磷，4个处理都比试验初有显著的提高，而且在整个试验过程中都呈逐年增加趋势。与对照CK处理相比，1/2OM+1/2NPK、OM和NPK 3个施肥处理的增幅更加明显，方差分析都达到了显著差异水平，而且NPK、1/2OM+1/2NPK处理比OM处理更为明显。说明无论无机肥、有机肥还是有机无机配施，都能促进中稳定性有机磷向深层土壤迁移，从深层土壤的中稳定性有机磷的积累效果来看，施用无机肥的效果比有机肥更为明显。

2.4 高稳定性有机磷的含量变化

从高稳定性有机磷在潮土剖面间分布可以看出（表5），试验初主要集中在0～40 cm土壤层。经过15年的试验，4个处理0～20 cm土层的高稳定性有机磷含量都为零，20～60 cm土层的含量也很少。对照CK和1/2OM+1/2NPK处理0～40 cm与40～60 cm土层的高稳定性有机磷含量差异显著，OM处理20～40 cm与40～60 cm土层含量相当，与0～20 cm土层差异显著，NPK处理3个土壤层间差异都达到显著水平。

从表5可以看出，高稳定性有机磷在潮土中含量极少，对于耕层土壤（0～20 cm）高稳定性有机磷含量（CK、1/2OM+1/2NPK、OM和NPK）4个处理在整个试验过程中，都表现出前期有所积累，随后逐年下降的相似规律，到2004年4个处理的高稳定性有机磷含量几乎测定不出。说明长期试验促进了高稳定有机磷转化为其他形态的磷，随着试验年限的增加，无论施肥还是不施肥、施有机肥还是施无机肥都表现出相同的效果。

20～40 cm土层的高稳定性有机磷含量，（CK和1/2OM+1/2NPK）2个处理在试验前期积累，后期逐年下降，15年后分别只有0.57 mg·kg-1和0.54 mg·kg-1;NPK处理的高稳定性有机磷含量在试验过程中变化不大，15年后为0.68 mg·kg-1;OM处理有一定的波动，总体上是增加的趋势，到2004年为2.04 mg·kg-1。与对照CK处理的高稳定性有机磷相比，只有OM处理达到显著差异水平。对于40～60 cm土层的高稳定性有机磷含量，CK、1/2OM+1/2NPK、OM和NPK 4个处理总体上都表现为逐年增加的趋势，15年后，与对照CK处理相比，只有OM处理的高稳定性有机磷含量有显著提高。说明施用有机肥促进20～40 cm和40～60 cm土层的高稳定性有机磷的积累，这可能与OM处理本身有机磷含量较高有关，虽然该处理的高稳定性有机磷也向其他活性较高的磷形态转化，但还是有较多的高稳定性有机磷向深层土壤迁移。

3 结  论

（1）长期试验显著提高了0～60 cm土壤的活性有机磷含量;对照CK处理各土层的活性有机磷含量差异显著，与对照CK相比，施用无机肥能显著促进活性有机磷向下迁移，迁移距离深达40～60 cm土壤层。

（2）中活性有机磷是有机磷的最主要的组成部分，通常占有机磷总量的67.02%～92.88%，主要集中在20～40 cm的土壤层。与对照CK相比，NPK处理显著增加20～40 cm土层的中活性有机磷含量;施用有机肥（OM、1/2OM+1/2NPK）处理显著促进中活性有机磷向40～60 cm土层迁移累积。

（3） 各处理的中稳定性有机磷主要分布在0～40 cm土层。与对照CK相比，施肥处理（1/2OM+1/2NPK、OM和NPK）显著增加了0～60 cm土壤的中稳定性有机磷的含量，在0～20 cm土层施用有机肥效果最明显，而在40～60 cm土层有机无机配施的效果更明显。

（4） 潮土的高稳定性有机磷含量极少。在本试验条件下，0～40 cm土层的高稳定性有机磷不断地向其他活性较高的磷形态转化。与对照CK相比，施用有机肥能显著促进高稳定性有机磷向20～40 cm和40～60 cm的土层迁移累积。

参考文献：

[1] 顾益初，钦绳武.长期施用磷肥条件下潮土中磷素的积累、形态转化和有效性[J].土壤，1997（1）： 13-17.

[2] 刘建玲.土壤磷素化学行为及影响因素研究进展[J].河北农业大学学报，2002，23（3）： 36-40.

[3] 刘建玲， 张福锁.小麦—玉米轮作长期肥料定位试验中土壤磷库的变化.Ⅱ土壤Olsen-P 及各形态无机磷的动态变化[J].应用生态学报，2000，11（3）：365-368.

[4] HAYNES R J， WILLIANS P H. Long term effect of super-phosphate on accumulation of phosphorus and exchangeable cation on grazed irrigated pasture site [J].Plant and Soil，1992，142：123-133.

[5] AOGYAMA M， ANGERS D A， DAYEGAMIYE N. Particulate and mineral-associated organic matter in water-stable aggregates as affected by mineral fertilizer and manure application [J].Soil Sci，1999，79：295-302.

[6] SAMADI A， GILKE R J. Forms of phosphorus in virgin and fertilized calcareous soils of Western Australia. [J].Soil Res，1998，36：585-601.

[7] 鲁如坤.土壤—植物营养学原理和施肥[M].北京：化学工业出版社，1998：152-203.

[8] CHARDON W J， OENEMA O， CASTILHO P， et al. Organic phosphorus in solutions and leachates from soils treated with animal slurries [J]. Environ Qual， 1997， 26：372-378.

[9] 钦绳武，顾益初，朱兆良.潮土肥力演变与施肥作用的长期定位试验初报[J].土壤学报，1998，35（3）：367-375.

[10] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，2000：172-175，179-180.

[11] BOWMAN R A， COLE C V. An exploratory method for fractionation of organic phosphorus from grassland soils [J].Soil Sci， 1978， 125： 95-101.

[12] 周广业，阎龙翔.长期施用不同肥料对土壤磷素形态转化的影响[J].土壤学报，1995，30（4）：443-446.

[13] 王伯仁，徐明岗，文石林.长期施肥对红壤旱地磷的影响[J].中国农学通报，2005，21（9）： 255-259.

[14] 赵吴琼，李菊梅，徐明岗，等.长期不同施肥下灰漠土有机磷组分的变化[J].生态环境，2007，l6（2）： 569-572.

[15] 赵少华，宇万太，张璐，等.土壤有机磷组分的研究[J].应用生态学报，2004，l5（11）：2189-2194.

[16] 赵晶晶，郭颖，陈欣，等.有机物料对土壤有机磷组分及其矿化进程的影响[J].土壤，2006，38（6）： 740-744.