3种磷肥在北方6种土壤中的吸持固定特点

王晓红，柳小琪，吴璐璐，吕家珑

(西北农林科技大学 a.资源环境学院；b.农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西 杨凌 712100)

0 引言

中国耕地面积中有74%缺磷，但是，部分地区由于长期大量施用磷肥而造成土壤中磷的富积[1-2]，导致磷肥的当季利用率降低，通常情况下只有15%～25%，累积利用率不到50%[3-5]。土壤中施用的磷肥有效性差，在土壤中不断积累，同时大量磷素随着雨水的冲刷被带入水体，造成资源浪费，更造成面源污染[6-9]，因此，合理施用磷肥具有十分重要的意义。中国北方地域跨度大、气候变化剧烈、土壤类型繁多，自然环境复杂。总体上，土壤酸碱度高，固磷能力强，由于北方土壤特有的理化性状和磷酸盐在土壤中独特的化学行为，致使北方土壤中的作物对磷肥的利用率过低。文献[10]的研究表明：磷肥的有效性大小顺序为磷酸氢二铵>重过磷酸钙>钙镁磷肥>氟磷灰石。文献[11]研究表明：与磷酸一铵和磷酸二氢钙相比，磷酸氢二铵更适合在黑土中施用。文献[12]认为聚磷酸类磷肥较磷酸一铵显著提高了灰漠土中磷的有效性。

近年来，大量研究都是针对单一土壤中不同磷肥的有效性，很少系统地研究多种土壤中不同磷肥的固定。本文探讨北方6种不同类型土壤对不同形态磷肥施入后的固定特点，以及在土壤中添加硫铵对磷固定的阻控效果，可为不同类型土壤选择较合适的磷肥品种，以及磷肥的合理施用提供参考。

1 材料与方法

供试土样采自中国北方不同地点，基本理化性质见表l。供试的磷肥品种为聚磷酸铵(P2O5质量分数为60%)、磷酸一铵(P2O5质量分数为61%)、过磷酸钙(P2O5质量分数为14%)和硫酸铵(N质量分数为20.8%)。

称取300 g过2 mm筛的耕层土(0～20 cm)于培养盒中，磷肥用量按照大田90 kg ·ha-1P2O5，折合干土中含有0.04 g·kg-1P2O5，将供试磷肥与土壤混合均匀，置于室内25 ℃恒温培养。后期培养过程中采用称质量法补水，每隔3 d补一次水，使土壤含水量始终维持在田间持水量的60%。在培养第1天、第5天、第10天、第20天、第35天、第55天和第80天时分别取土样。试验分为对照(P0，不加磷肥)、聚磷酸铵(P1)、磷酸一铵(P2)和过磷酸钙配施硫铵 (P3，其中，w(N)∶w(P)=2∶1)4个处理，每个处理3次重复。

土壤基本理化性质采用文献[13]的方法测定，土壤速效磷采用钼锑抗比色法测定，土壤酸碱度采用pH计测定。磷肥在土壤中的固定指标：累计固磷量=(施入的磷量-土壤有效磷增量)，固定率=(施入的磷量-土壤有效磷增量)/施入的磷量，其中，有效磷增量是指培养后土壤有效磷与对照土壤的有效磷之差，试验结果为3次重复的平均值。试验数据采用Origin 2016软件和Microsoft Excel 2016软件处理。

表1 供试土样基本理化性质

2 结果与分析

2.1 不同类型土壤对磷的固定特征

图1为不同类型土壤中累计固磷量随培养时间的动态变化规律。由图1a～图1c可看出：3种酸性耕地土壤中累计固磷量均随着培养时间的延长而增加，不同土壤对磷的固定均可分为初期快速固定和后期慢速固定，初期一般在10 d左右，固定速度快、固定量大。其中，白浆土的累计固磷量大于其他土壤，黑土的累计固磷量低于其他土壤。不同磷肥施入黑土后10 d内固定率为38%～51%，培养80 d时，聚磷酸铵的固定率(68%)低于磷酸一铵的固定率(70%)和过磷酸钙配施硫铵的固定率(80%)，说明在黑土中聚磷酸铵可能会创造更多的土壤有效磷，见图1a。在弱酸性白浆土中，不同磷肥的固定主要发生在施肥后的前期，施肥30 d约80%的磷肥被固定；施肥80 d时，固定率进一步升高，聚磷酸铵、磷酸一铵和过磷酸钙配施硫铵的固定率分别为90%、95%和88%，见图1b。3种磷肥在棕壤中的固定率小于白浆土，培养80 d时，最终固定率相近，说明3种磷肥在棕壤中的有效性差异不大，固定率大小依次为：磷酸一铵>过磷酸钙配施硫铵 >聚磷酸铵，如图1c所示。

在碱性且碳酸钙含量较高的栗钙土中，磷酸一铵和过磷酸钙配施硫铵的累计固磷量显著低于聚磷酸铵，见图1d。棕钙土的累计固磷量大小依次为：聚磷酸铵>过磷酸钙配施硫铵>磷酸一铵，见图1e。相比聚磷酸铵和过磷酸钙配施硫铵，磷酸一铵更适合在棕钙土和栗钙土中施用。强碱性灰漠土的累计固磷量大小依次为：磷酸一铵>聚磷酸铵>过磷酸钙配施硫铵，见图1f。聚磷酸铵固定较少，可能是因为聚磷酸铵施入灰漠土显著降低了土壤pH值。添加硫铵能抑制磷在灰漠土和栗钙土中的固定，特别是栗钙土，施肥30 d后一直保持较低的固磷量，说明过磷酸钙配施硫铵更适合在栗钙土和灰漠土中施用。

(a) 黑土(b)

(b) 白浆土

(c) 棕壤

(d) 栗钙土

(e) 棕钙土

(f) 灰漠土

图1 不同类型土壤中累计固磷量随培养时间的动态变化规律

2.2 不同磷肥在土壤中固定能力的差异

图2 聚磷酸铵在不同土壤中的累计固磷随培养时间的变化规律

聚磷酸铵在不同土壤中的累计固磷量随培养时间的变化规律如图2所示。由图2可以看出，在整个培养阶段，各类型土壤累计固磷量大小依次为：白浆土>棕钙土>栗钙土>棕壤>灰漠土>黑土，且前3种土壤累计固磷量显著高于后3种。培养10 d左右，各类型土壤磷固定率可达40%～76%；在培养20 d时，磷固定率进一步升高，白浆土、棕钙土和栗钙土的磷固定率分别为80%、71%和76%，显著高于棕壤(61%)、灰漠土(54%)和黑土(38%)。培养40～80 d时，6种土壤累计固磷量均处于稳定状态，其中白浆土中90%的磷被固定，这可能与白浆土中固磷能力较强的铁铝锰化合物含量较高有关[14]。棕壤、灰漠土和黑土的磷固定率分别为70%、69%和68%。

磷酸一铵在不同土壤中的累计固磷量随培养时间的变化规律见图3。由图3可知：磷酸一铵和聚磷酸铵固定趋势一致。在整个培养阶段，各类型土壤累计固磷量大小依次为：白浆土>棕壤>灰漠土>黑土>棕钙土>栗钙土。培养10 d左右，磷固定率可达35%～75%。在培养20 d时，白浆土、棕壤和灰漠土的磷固定率分别为85%、63%和57%，高于黑土(48%)、棕钙土(47%)和栗钙土(45%)。培养40～80 d时，累计固磷量处于稳定状态，白浆土、棕壤、灰漠土、棕钙土、栗钙土和黑土的磷固定率分别95%、72%、78%、69%、51%和70%。可见磷酸一铵施入棕钙土和栗钙土的磷固定率低于其他土壤，有可能是酸性的磷酸一铵施入离子交换量较高的土壤后，在溶解的过程中使土壤pH值显著降低， 形成H2PO4-，继而与石灰性土壤中的阳离子Ca2+、Mg2+、Al3+相结合，生成了极易吸收的Ca(H2PO4)2等化合物。

图3 磷酸一铵在不同土壤中的累计固磷量随培养时间的变化规律

过磷酸钙配施硫铵在不同土壤中累计固磷量随培养时间的变化规律见图4。由图4可知，在整个培养阶段，各类型土壤累计固磷量大小依次为：白浆土>棕钙土>棕壤>灰漠土>黑土>栗钙土。培养10 d左右，各类型土壤磷固定率可达51%～80%；在培养20 d时，白浆土的磷固定率为76%，显著高于其他土壤。相比于聚磷酸铵和磷酸一铵，过磷酸钙配施硫铵在白浆土中的固定率较低，说明添加硫铵能稍微抑制磷在白浆土中的固定。黑土、棕钙土、栗钙土、棕壤和灰漠土的磷固定率分别为57%、62%、47%、60%和56%。培养40～80 d时，累计固磷量基本处于稳定状态，白浆土的磷固定率最高，可达88%，栗钙土最低，为50%。添加硫铵能有效抑制磷在栗钙土和灰漠土中的固定，特别是栗钙土在施肥30 d后一直保持较低的固磷量 。

图4 过磷酸钙配施硫铵在不同土壤中的累计固磷量随培养时间的变化规律

2.3 不同磷肥对土壤酸碱度的影响

不同类型土壤酸碱度随磷肥品种和培养时间的变化见图5。由图5a可以看出：培养55 d时，黑土在施肥土壤的酸碱度低于对照，其中过磷酸钙配施硫铵处理组的酸碱度降低最为明显，其次是磷酸一铵，最后是聚磷酸铵；在培养80 d时，施肥土壤的酸碱度高于对照，聚磷酸铵升高土壤酸碱度的幅度高于磷酸一铵和过磷酸钙配施硫铵。白浆土酸碱度变化趋势与黑土相同，如图5b所示，培养80 d时，酸碱度大小依次为聚磷酸铵>过磷酸钙配施硫铵 >磷酸一铵>对照。与培养第1天的对照相比，施肥土壤酸碱度有所升高，其中，过磷酸钙配施硫铵对土壤酸碱度的影响最大。在整个培养过程中，棕壤施肥土壤的酸碱度基本都低于对照(见图5c)，酸碱度大小依次为对照>磷酸一铵>聚磷酸铵>过磷酸钙配施硫铵。培养结束后，与培养第1天的对照相比，各施肥处理的土壤酸碱度有所提高。综上所述，酸性土壤施用聚磷酸铵、磷酸一铵和过磷酸钙配施硫铵在一定程度上可提高土壤酸碱度，对土壤酸性的改良有较显著的作用。

由图5d和图5e可看出：内蒙古两种耕地土壤棕钙土和栗钙土施肥后酸碱度呈先降低后升高的趋势，施肥土壤酸碱度在整个培养过程低于对照。在整个培养过程中，栗钙土过磷酸钙配施硫铵处理酸碱度降低最为明显，其次是磷酸一铵，最后是聚磷酸铵(见图5d)。培养结束后，过磷酸钙配施硫铵降低土壤酸碱度幅度高于磷酸一铵和聚磷酸铵。在整个培养过程中，棕钙土各磷肥处理土壤酸碱度大小依次为对照>聚磷酸铵>过磷酸钙配施硫铵>磷酸一铵(见图5e)。在整个培养过程中，灰漠土聚磷酸铵处理土壤酸碱度显著低于其他处理，说明对灰漠土碱性改良有较显著的作用，土壤酸碱度大小顺序为磷酸一铵>过磷酸钙配施硫铵>对照>聚磷酸铵(见图5f)。综上所述，在碱性土壤中施用聚磷酸铵、磷酸一铵和过磷酸钙配施硫铵，在一定程度上可以使土壤酸碱度接近于中性。 虽然聚磷酸铵和磷酸一铵对改良土壤酸碱度的机理还不清楚，但是其对土壤的酸碱度确实起到了保护和改良的作用。

(a) 黑土(b)

(b) 白浆土

(c) 棕壤

(d) 栗钙土

(e) 棕钙土

(f) 灰漠土

图5 不同类型土壤酸碱度随磷肥品种和培养时间的变化

3 讨论

通过室内培养试验发现：不同类型土壤对磷的固定均可分为初期快速固定和后期慢速固定。初期一般在10 d左右，磷固定速度快、固定量大，后期趋于缓和。文献[15-17]得出的磷肥固定率规律与本研究结果基本一致。在钙质土壤中，聚磷酸铵的肥效显著高于磷铵[18-20]。本文聚磷酸铵在灰漠土和黑土中有效性较高，而在棕钙土和栗钙土上有效性不如磷酸一铵，不同类型土壤的有效性不同很可能是土壤矿物质与水解速率综合影响的结果。文献[21]认为当酸性的磷酸一铵施入石灰性土壤后，肥料中的磷易与土壤中Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等阳离子发生络合反应生成沉淀，降低有效磷含量。从本文研究看，磷酸一铵在碳酸钙含量较高的棕钙土和栗钙土中的固定率比其他土壤中低。过磷酸钙配施硫铵除了含有主要养分P2O5外，还含有硫(质量分数10%～16%)，硫的肥效仅次于氮，是第2位的养分限制因子[22]。目前，施肥工作者重视硫元素的补充供给，在国外，肥料中的硫已开始按养分计价。本文中过磷酸钙配施硫铵在灰漠土、棕钙土和栗钙土中固定率较低，适合中国西北地区土壤施用，其原因可能是过磷酸钙配施硫铵是一种酸性化学肥料，能够通过酸碱中和作用，使土壤酸碱度趋于合理，一些在高酸碱度下难溶或不溶的养分溶解度增加，加上硫和氮的协同增效，从而活化土壤养分。磷肥施用量相同的情况下，聚磷酸铵、磷酸一铵和过磷酸钙配施硫铵可能是由于酸碱度的差异，使得其施入土壤后的转化不同，进而导致其固定率不同。

土壤磷素有效性一方面与磷肥类型有关，另一方面与土壤类型有很大关系。磷在土壤中形态转化过程与土壤类型有关[13，23]。本研究发现不同种类磷肥在黑土中的固磷量较低，可能是磷复肥(聚磷酸铵、磷酸一铵等)中含有少量速效氮，吉林省春播后土温偏低，土壤中有机氮矿化速度慢，往往缺乏速效氮，磷复肥中存在的速效氮对促进幼苗生育极为有利；此外，黑土有机质含量高，有机质与磷竞争土壤颗粒表面的吸附位点促进磷释放的作用占主导地位[24]。文献[16]在田间试验中发现磷肥施入栗钙土后前期固定较快，后期趋于平缓，磷酸一铵的固定率低于磷酸二铵、过磷酸钙配施硫铵，与本文磷酸一铵在栗钙土中的累计固磷量显著低于其他土壤的结论一致。文献[12]认为聚磷酸类磷肥较磷酸一铵显著提高了灰漠土中磷的有效性与磷肥肥效，减少土壤对磷的固定作用。本文研究表明：3种磷肥在灰漠土中对磷的固定作用大小依次为聚磷酸铵>过磷酸钙配施硫铵>磷酸一铵，且聚磷酸铵显著降低了土壤pH值。尚未查阅到有关磷肥在棕钙土固定方面的研究报道。不同地区可能由于施肥习惯不同和土壤本身所含磷量存在差异，导致土壤对磷的固定能力存在差异。

4 结束语

聚磷酸铵在灰漠土和黑土中的固定能力优于其他土壤。磷酸一铵在棕钙土和栗钙土中固定率较低，特别是栗钙土显著低于其他土壤。过磷酸钙配施硫铵在灰漠土和栗钙土中固定率相对较低，适合在灰漠土和栗钙土中施用。黑土的累计固磷量低于其他土壤，白浆土对磷肥固定作用最大。施用聚磷酸铵、磷酸一铵和过磷酸钙配施硫铵在一定程度上改良了土壤酸碱度，使土壤酸碱度接近中性。

不同类型土壤对磷肥的固定均主要发生在施肥后10 d内，因此磷肥应与播种同时施入，并采取减轻磷固定措施，在不同的土壤中选用合适的磷肥品种，以保持较高的有效磷浓度，充分满足幼苗的磷素营养临界期。