长期弃耕降低红壤稻田土壤磷库

龚梦瑶，李巧云,2*，陈安磊，葛体达，李宇虹，秦红灵，马国辉

（1 湖南农业大学资源环境学院, 湖南长沙 410128；2 广州新华学院, 广东广州 523133；3 湖南农业大学农学院, 湖南长沙 410128；4 中国科学院亚热带农业生态研究所 / 亚热带农业生态过程重点实验室, 湖南长沙 410125；5 宁波大学植物病毒学研究所, 浙江宁波 315211；6 杂交水稻国家重点实验室 / 湖南杂交水稻研究中心, 湖南长沙 410125）

我国执行了世界上最严格的耕地保护政策，但南方红壤区传统稻田仍面临着弃耕的风险，水稻种植在区域变化趋势上呈现南缩北扩的现象[1-2]。自1980年以来，稻田面积每年以0.5%的速率下降，水稻播种面积减少13%左右，水稻产量减少5.4%[1,3]。2021年《农业农村部关于统筹利用撂荒地促进农业生产发展的指导意见》强调耕地撂荒及季节性撂荒已导致土地资源浪费和耕地质量下降(肥力变差、地力等级下降)。目前研究多集中在弃耕后土壤有机碳含量，如有研究报道了南方稻田弃耕后土壤有机质呈现快速下降趋势[4]，不同于我国北方草地草甸、南方喀斯特区、黄土丘陵区和红壤旱地的退耕(弃耕)还林还草后土壤有机碳的积累特征[5-8]。

土壤磷素是退耕生态系统植被生长的关键养分限制因子，但有关稻田弃耕后土壤磷素变化特征鲜有报道。磷素不参与大气循环，不同于土壤有机碳的积累趋势，弃耕旱地研究表明随着撂荒时间延长，撂荒地土壤全磷含量随之减少[6,9]。红壤因其粘、瘦等缺点导致60%的稻田缺磷，粘粒对磷素的强固持能力导致磷肥的有效性低[10]。红壤稻田弃耕后，土壤环境由淹水厌氧环境转化为落干好氧环境，继而土壤物理、化学、生物学特征也随之发生剧烈的变化，如土壤团聚体、有机碳、氧化还原状态和地上植被等变化[4,11]，这些性质的变化不同于红壤旱地和其他土壤类型弃耕后的变化特征，可能对弃耕稻田土壤磷素转化产生不同的影响。弄清弃耕后土壤磷库变化趋势及其驱动机制，对弃耕红壤稻田土壤肥力的研究及管理有重要指导意义。

为此，依托弃耕红壤稻田长期定位试验(开始于1991年)，研究不同施肥背景(CK、NK和NPK)弃耕稻田土壤磷库变化特征，进一步探索对弃耕敏感的磷素组分及其与土壤环境因子(植被磷素固持量和土壤微生物生物量碳、磷等)的关系，以期为弃耕红壤稻田的管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

稻田弃耕长期定位试验位于中国科学院桃源农业生态试验站内(湖南省桃源县，北纬28°55'，东经111°26')的梯田上，该试验田与上下梯田的田面落差在1 m 左右，具备完善的排灌水设施条件。该地区属于亚热带湿润季风气候，年均降雨量为1450 mm，年均气温为16.5℃，无霜期283天。土壤母质为第四纪红色粘土。

1.2 试验设计

该定位试验开始于1991年，1991—2006年为双季稻施肥试验，2007—2014年为弃耕试验。双季稻施肥试验(弃耕前1991—2006年)处理为：1) CK处理，不施肥；2) NK处理，施用N、K肥；3) NPK处理，施用N、P、K肥。各施肥处理N、P2O5、K2O年施用量分别为292.5、50.4和132.8 kg/hm2，施用的肥料分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾。试验为随机区组设计，每个处理4次重复(4个小区)，每个小区的面积为20 m2。种植制度为双季水稻，早稻移栽期为4月底，收获期为7月中旬；晚稻移栽时间为7月中旬，10月底收获；水稻收获后，稻草全部移出稻田；10月底到次年4月中旬为稻田休闲期。稻田弃耕后(2007—2014年)，不进行田间管理(既不耕作、不施肥和不种植水稻)，维持田间植被的自然恢复及生长状态(田间禾本科杂草自然生长和死亡)。试验前(1991年)土壤(0—20 cm)基础肥力性状为：土壤有机碳为16.5 g/kg、土壤全磷为0.45 g/kg、土壤全钾为12.6 g/kg、全氮为1.79 g/kg、pH为5.45。

1.3 样品采集与测定

利用历史保存样品开展研究，选用的2006和2014年样品分别代表弃耕前和弃耕8年的样品，具体采样和分析方法如下。

1.3.1 土样采集 分别于2006、2014年3—4月份，在CK、NK和NPK处理小区采集表层土样(0—20 cm)，每个小区采用九点取样法采集土样，所取土样在室内风干和制备过程中去除根系、凋落物和植物残体等杂物，分别过0.84和0.149 mm筛孔，备用于全磷、速效磷及各磷素组分测试分析。其中2014年所取新鲜土样分取一部分于4℃ 冰箱冷藏，用于测定微生物生物量碳和磷。

1.3.2 Hedley-P分级的测定 磷分级采用Maranguit等[12]改进后的Hedley-P分级法：称取1.00 g土样(过0.149 mm筛孔)于50 mL离心管内，依次用30 mL去离子水(Resin-P)、0.5 mol/L NaHCO3(pH 8.5)(NaHCO3-P)、0.1 mol/L NaOH (NaOH-P)、0.1 mol/L NaOH (加入后超声，59 KHz，2 min) (Sonic-P)、1 mol/L HCl (HCl-P)分别提取(室温25℃±2℃，180 r/min振荡16 h)，提取后3000 r/min离心8 min，保存上清液待测。

NaHCO3和NaOH浸提液中的全磷(Pt)包括有机磷(Po)和无机磷(Pi)两种形态。其中无机磷，如Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、Sonic-Pi和 HCl-P，直接用钼蓝比色法测定。浸提液全磷，如NaHCO3-Pt、NaOH-Pt和Sonic-Pt的测定，需分别取5 mL NaHCO3、NaOH和超声后的NaOH浸提液于25 mL比色管中，然后分别加入0.32 g (浸提液为NaHCO3)和0.43 g (浸提液为NaOH)过硫酸铵，再加入6 mL 1.8 mol/L H2SO4，在高温灭菌锅中120℃消化1 h，冷却后定容至25 mL，最后用钼蓝比色法测定总磷(Pt)。有机磷含量为总磷与无机磷的差值，即有机磷(Po)=总磷(Pt)-无机磷(Pi)。残余磷(Residual-P)使用硫酸(5 mL)-高氯酸(0.5 mL)消煮后定容至50 mL，取上清液测定其含量。各磷素组分检测仪器为多功能酶标仪(Infinite M200 PRO)。

1.3.3 土壤全磷和Olsen-P的测定方法 全磷含量为Hedley-P分级中各组分磷含量之和。Olsen-P采用0.5 mol/L NaHCO3(pH 8.5)浸提[13]，采用钼蓝比色法测定上清液磷含量，检测仪器为多功能酶标仪(Infinite M200 PRO)。

1.3.4 土壤微生物生物量碳、磷测定方法 土壤微生物生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸-K2SO4方法提取[14-15]，测定仪器为TOC自动分析仪(Phoenix-8000)。土壤微生物生物量磷(MBP)采用氯仿熏蒸-NaHCO3方法提取[14]，测定仪器为分光光度计(UV8500-Ⅱ型)。

1.3.5 植物样品采集及样品磷含量测定 于2012、2013、2014年的7、8月份采集杂草样品。杂草地上部生物量和地表枯草落叶采集样方为1 m2，所采植物样在105℃烘箱中杀青0.5 h，然后75℃烘干至恒重后称重，计算干物量重。杂草根采样样方为20 cm×20 cm，采样深度为0—20 cm，每个小区3次重复，用水洗出土样中的根系，按上述杀青和烘干方法获得杂草根系生物量数据。烘干的植物样品(2014年)粉碎过0.25 mm (60目)筛，用硫酸-双氧水消煮后，采用钼蓝比色法测定上清液中磷含量，再计算植物样品中的磷含量。

1.4 数据处理及分析

采用Microsoft Excel 2020和Origin 2018软件处理数据和作图，采用SPSS 23.0软件中单因素分析中的SNK和邓尼特T3法进行同年份不同处理间各级磷含量的差异显著性分析，采用独立样本T检验分析年份间磷含量的差异显著性(P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 弃耕前后土壤全磷、速效磷(Olsen-P)的变化规律

弃耕前，双季稻田P肥施用显著提高土壤全磷含量(图1a)，与试验前(0.45 g/kg)相比NPK处理全磷含量提高了52.4% (1991—2006年)；而长期不施用磷肥土壤全磷含量下降明显，如CK和NK处理分别下降了21.5%和20.2%。稻田弃耕8年后(2014年)，土壤全磷含量与弃耕前(2006年)相比下降了19.3～160.8 mg/kg，下降幅度为5.4%～23.4%，其中CK和NPK施肥背景的土壤全磷下降幅度分别为9.5%和23.4%，达到显著水平(P＜0.05)。

土壤Olsen-P对施肥和弃耕的响应与土壤全磷的变化规律一致。稻田弃耕前，施用磷肥显著提高土壤Olsen-P含量，NPK处理土壤Olsen-P含量分别是CK和NK处理的4.4和5.4倍(P＜0.05，图1b)。弃耕8年后，土壤Olsen-P含量与弃耕前相比下降了0.7～14.1 mg/kg (下降幅度为11.0%～45.4%)，其中CK和NPK施肥背景的土壤Olsen-P下降幅度达到显著水平，分别下降了38.3%和45.4% (P＜0.05，图1b)。总体来看，Olsen-P含量高的土壤(NPK处理)受弃耕影响大，但弃耕8年后其含量水平仍显著高于弃耕前不施用磷肥的土壤(CK和NK) (P＜0.05，图1b)。

图1 稻田弃耕前(2006年)、后(2014年)土壤全磷和Olsen-P含量Fig.1 Total-P and Olsen-P content of paddy field pre- (in 2006) and post-abandonment (in 2014)

2.2 弃耕土壤微生物生物量磷(MBP)和微生物生物量碳(MBC)含量

弃耕土壤MBP含量范围为15.1～16.7 mg/kg，该含量与土壤全磷和Olsen-P含量高低无关，即全磷和Olsen-P含量的高低不影响MBP含量水平，弃耕8年后CK、NK和NPK背景的土壤MBP含量无显著差异(图2a，P＞0.05)。低磷背景土壤(CK、NK处理)的MBP含量是Olsen-P的3.2～3.4倍，而高磷背景土壤(NPK处理)两者差异较小。弃耕土壤MBC含量范围为576～613 mg/kg，CK、NK和NPK处理背景土壤MBC含量无显著差异(图2b，P＞0.05)。

图2 弃耕稻田土壤微生物生物量磷(MBP)和微生物生物量碳(MBC)含量Fig.2 Soil microbial biomass P (MBP) and microbial biomass C (MBC) content after abandonment

2.3 稻田弃耕土壤磷组分变化特征

稻田弃耕前后，稻田土壤磷组分含量总体规律均为：Residual-P＞NaOH-Po＞NaOH-Pi＞Sonic-Pi＞NaHCO3-Po＞HCl-P＞Sonic-Po＞NaHCO3-Pi＞Resin-P (表1)。除Resin-P和弃耕后土壤Sonic-Po外，NPK背景土壤各磷组分含量均显著高于CK和NK处理(P＜0.05)；CK和NK处理除弃耕后Residual-P、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po有显著差异外(P＜0.05)，其它磷组分无显著差异(P＞0.05)。磷组分占比规律和含量规律一致(表2)，其中Residual-P占比最高(25.3%～43.6%)，其次为NaOH-Po(24.4%～28.7%)和NaOHPi(15.7%～20.9%)，占比最少的组分为Resin-P (仅占0.1%～0.3%)。

不同土壤磷素组分对弃耕的响应不同。总体来看，相比弃耕前，弃耕后土壤Resin-P和Residual-P变化幅度分别为0.0～0.3和0.5～5.1 mg/kg，弃耕前后无显著差异(P＞0.05，表1)，且不受施肥背景影响。其它磷组分都呈下降趋势，其中施磷背景土壤(NPK处理)各磷组分弃耕前后差异均达到显著水平，不施磷背景土壤(CK和NK处理)中仅无机态磷组分(如NaHCO3-Pi、NaOH-Pi和Sonic-Pi)显著降低(P＜0.05)，而有机态磷组分(如NaHCO3-Po、NaOHPo和Sonic-Po)下降不显著(P＞0.05，表1)。可见，弃耕后土壤磷组分的变化幅度不仅与施磷背景有关，还与土壤磷组分形态有关。

表1 稻田弃耕前后土壤磷组分变化特征(Pmg/kg)Table 1 Change in soil phosphorus fraction pre- andpost-abandonment of paddy field

弃耕后各磷组分在全磷中的占比也发生差异性变化(表2)。Resin-P占比基本不变，Residual-P占比呈上升趋势，其中CK和NPK施肥背景土样Residual-P占比提高幅度达显著水平(P＜0.05，表2)。其他土壤磷组分占比总体呈下降趋势，其中NPK背景土壤NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po和HCl-P占比下降幅度达显著水平，CK背景土壤NaHCO3-Pi和HCl-P占比下降幅度达显著水平(P＜0.05)，而NK背景土壤所有磷组分占比在弃耕前后无显著变化(P＞0.05，表2)。

表2 土壤磷组分在总磷中的占比(%)Table 2The proportion of phosphorus fraction in total P

2.4 弃耕对土壤磷活性组分的影响

按Hedley-P分级方法，把土壤磷组分分成4个活性水平，既活性磷(Resin-P+NaHCO3-Pi+NaHCO3-Po)、中活性磷(NaOH-Pi+NaOH-Po+Sonic-Pi+Sonic-Po)、低活性磷(HCl-P)和稳定态磷(Residual-P)。弃耕前、后各活性磷的含量大小顺序总体为：中活性磷＞稳定态磷＞活性磷＞低活性磷，占全磷的比率平均分别为52.0%、35.6%、7.5%和4.6%。

弃耕前，磷肥施用显著提高土壤活性磷和中活性磷含量，即NPK处理土壤活性磷和中活性磷含量显著高于无磷肥施用的土壤(CK和NK处理) (P＜0.05，图3)。弃耕后，NPK背景土壤活性磷显著下降(下降量29.1 mg/kg，P＜0.05，图3a)；而无磷背景土壤活性磷呈小幅下降趋势，下降量分别为5.6和2.8 mg/kg，其含量与弃耕前相比无显著差异(P＞0.05)。总体来看，活性磷下降对全磷下降的贡献较小，范围为14.5%～18.1% (图4)。弃耕后，中活性磷下降量对全磷下降的贡献最大(贡献率为51.7%～78.6%)，如NPK背景土壤中活性磷下降量为100.8 mg/kg，对全磷总下降量的贡献占62.7%，CK和NK背景土壤中活性磷分别下降了26.3和10.0 mg/kg，对全磷总下降量贡献分别为78.6%和51.7% (P＜0.05，图3b和图4)。

低活性磷的含量及其在全磷中的占比是4个活性磷组分中最小的。弃耕前NPK处理土壤低活性磷含量显著高于无磷肥背景土壤，无磷肥背景土壤低活性磷含量维持在较低水平(图3c)。弃耕后，低活性磷含量下降明显(16.0%～43.2%)，其中CK和NPK背景土壤下降幅度达到显著水平(下降幅度分别为43.2%和42.7%，P＜0.05)，对全磷下降的贡献率分别为13.1%和18.7%；NK背景土壤低活性磷含量下降量对全磷下降的贡献率仅为7.7%。稳定态磷是土壤活性最低的磷组分，磷肥施用能显著提高该形态磷含量，与CK处理相比提高了23.8% (图3d，P＜0.05)，但弃耕后该形态磷几乎没有变化(下降0.3%，P＞0.05)。弃耕后无磷背景土壤稳定态磷变化也很小，与弃耕前相比平均下降0.9% (P＞0.05，图4)。

图3 弃耕对土壤活性磷(a)、中活性磷(b)、低活性磷(c)和稳定态磷(d)的影响Fig.3 Effects of abandoning paddy field on soil labile phosphorus (a), moderately labile phosphorus (b), low active phosphorus (c) and stable phosphorus (d)

图4 弃耕土壤各形态磷下降量及占比Fig.4 Reduction of soil P fraction and its proportion in total P loss after abandonment

总体来看，稻田弃耕后各形态磷下降量大小顺序为：中活性磷＞活性磷＞低活性磷＞稳定态磷，其下降量在磷下降总量的占比(均值)分别为64.3%、16.4%、13.2%和6.1% (图4)。施肥背景影响弃耕后磷素损失形态和比例，如土壤中活性磷损失组分中无机和有机磷相差较大，NPK土壤NaOH浸提的无机和有机磷损失比重各占50%左右，而NK土壤中NaOH浸提的无机磷损失比重在90%以上，CK土壤中有机磷损失占比(56.7%)略大于无机磷(43.3%)。

3 讨论

3.1 弃耕对红壤稻田土壤全磷含量的影响

一般认为农田弃耕或者撂荒有利于土壤肥力的恢复(主要指土壤碳、氮库的积累)，其主要驱动因素是弃耕有利于植被恢复，水土流失的减少和有机物碳、氮归还量的增加[7,16]。但不同于C、N元素，土壤磷素不参与大气循环，损失途径较少[8]，因此弃耕土壤磷素的变化特征应不同于C、N的转化积累过程。本研究数据显示，稻田弃耕后土壤全磷和Olsen-P都呈降低趋势，特别是高磷背景土壤磷素下降对弃耕更为敏感(图1)。按Chen等[4]方法对土壤磷储量进行估算，结果表明弃耕8年后CK、NP和NPK施肥背景土壤磷库损耗量分别为68、39和325 kg/hm2。同区域弃耕红壤旱地研究也表明，弃耕27年后土壤及团聚体中全磷含量水平持续降低[5]，喀斯特山区和北方草甸草原弃耕后土壤全磷在植被恢复过程中也呈整体下降趋势[6,8]。

稻田弃耕后自然植被逐渐恢复，植物生长所需的磷素主要来源于土壤磷素的供应(极少部分来源于干湿沉降)。本研究中自然恢复的植被主要为禾本科杂草[4]，杂草根和地上部磷固持量为18.3～30.0 kg/hm2，地表枯草落叶磷固持量为2.6～13.4 kg/hm2(图5)，总固持磷量为21.3～48.3 kg/hm2。杂草生物固持磷量可解释CK和NK处理弃耕土壤磷库损耗量的40.6%～54.9%去向，但对NPK土壤磷损耗的解释度较低(仅为14.9%)，可见对高磷土壤应有其它主要损失途径导致磷素的损耗。亚热带旱地秸秆分解速率(21%～28%)高于水田(18%～21%)[17]，但弃耕后每年死亡杂草的持续堆积、分解和积累，其总量和固持磷量不容忽视。本试验田已观察到地表存留有较明显的有机物层(但未有调查数据)，该层磷相对富集，特别是对于高生物量的NPK弃耕土壤。但该层在取样和调查中无单独取样，一部分容易收集的相对较大的植物残体、碎屑计入地表枯草落叶层样品，另一部分小的碎屑在土样采集和制备过程中挑出损失掉，未纳入到植物固持磷量的估算。如单独计量和统计该数据应能更好的解释磷库损耗的去向。另外，杂草生物量季节变化和年际变化也将影响土壤磷库的大小，如黄土丘陵区退耕植被的研究表明，随季节性变化的根系固持磷量显著影响土壤磷库大小水平[18]。总体来看，植被(包括植物残体)对磷固持是土壤损耗磷的去向之一。

图5 稻田弃耕后杂草磷固持量Fig.5 P sequestration of weeds after abandonment of paddy field

除植被对磷固持外，土壤磷主要损耗途径还包括地表径流(植物残体等有机物流失)，土壤侵蚀和渗漏淋溶[19-22]。本研究区域年均降雨量较大(年均1450 mm，主要集中的4—7月份)，容易产生地表径流和渗漏。因小区在水泥田埂内，本试验田在弃耕后杂草很快覆盖田面，田间并没有观测到土壤的侵蚀[4]，因此不考虑土壤侵蚀的磷素损耗途径。但存在地表径流产生的植物残体流失，本试验站相似地形旱地梯田年均径流量为4702 m3/hm2(数据未发表)，退耕恢复草地的有机物(枯枝落叶和植物残体)年均流失量达120 kg/hm2，径流中颗粒态有机物量也较高[23-24]。特别是弃耕期内有2个年份有强降雨(2010和2012年降雨量超过1700 mm)，其中4—5月份降雨量占全年的30% (数据未发表)，可能导致地表枯草、落叶和腐解的植物残体的大量流失，这也是磷库损失的途径之一。此外，弃耕后土壤干湿交替频繁，加上植物根系或蚯蚓等土壤动物的活动促进土壤裂缝或空隙度增多[4]，加速了植物残体和颗粒态有机物在土壤中的迁移、渗漏，而这部分有机物残体在取样和土样制备过程中被清除掉，未被计入土壤中植物磷库部分。NPK背景土壤杂草生物量大，其植物残体等流失风险相对较高。这可能是NPK背景土壤植物固持磷对土壤磷库损耗解释度低的原因。红壤具有渗透性和淋溶作用强的特征，弃耕稻田土壤磷素的淋失、迁移及流失量变化特征，及其对土壤磷库损耗的贡献可能因磷库含量不同而不同，虽然红壤对磷有高吸附特征，但高磷土壤仍然存在较高的淋溶风险[20,22]。可见，随降雨产生的磷的径流和渗漏损失不容忽视，配合植被磷固持量分析，应能很好解释弃耕土壤磷库损耗的去向，值得开展进一步的深入研究。

微生物介导了土壤碳、磷等营养元素转化的各种生物地球化学过程，是土壤碳磷循环过程中的重要驱动者[25]。与同区域的旱地土壤相比，稻田MBC是旱地土壤的2倍，在淹水厌氧环境下微生物碳同化率高、周转速度慢，是稻田土壤有机碳含量高的主要原因[26-27]。稻田弃耕后，土壤环境由周期性淹水厌氧环境转变为较长时间的好气环境(类似旱地好氧土壤环境)，会导致土壤微生物碳周转速率加快，碳同化速率降低。与相邻稻田相同处理2004年的土壤MBC (840 mg/kg)和 MBP (17.6 mg/kg )相比[28]，弃耕土壤MBC和MBP分别低了28.9%和9.5%。本试验田弃耕后有机物碳的归还量并没有降低，但土壤碳库快速下降[4]，结合区域旱地水田碳积累差异机制[26-27]，可推论弃耕后土壤微生物碳同化率降低、周转速率增高，对应其它土壤养分元素也有较高的周转速率。如低磷土壤MBP是Olsen-P的3倍左右(图1b和图2a)，增强了土壤磷活性，能促进土壤磷素在土壤-植物系统的吸收、转化。相关分析表明，弃耕后C、P丢失速率有显著的正相关关系(R2=0.431，n=12，P＜0.05)。这可能是弃耕土壤磷素处于耗竭状态下(CK和NK土壤全磷和速效磷都处于较低水平)，杂草仍能吸收利用土壤磷素，是土壤磷库持续降低的关键驱动因素之一。

3.2 弃耕对红壤磷组分变化的影响

活性磷是土壤磷组分中活性最高的部分，包括易溶解和释放的矿质磷和吸附在土壤表面的磷，如Resin-P和NaHCO3-P，其中NaHCO3-P主要是吸附在土壤团聚体表面的有机磷和无机磷，其无机磷部分易被作物直接吸收，有机磷部分在植物和土壤活性酶作用下也易矿化被植物吸收[29]。活性磷易受土地利用方式变化的影响，长期弃耕的葡萄园和农田演替为森林的研究表明，弃耕后土壤NaHCO3-P含量呈总体下降趋势，之后稳定在较低水平[30-31]。

NaOH-P主要指以化学作用吸附在土壤铁、铝氧化物表面的磷，是土壤中主要的活性磷组分，在土壤-植物磷素循环过程中起主要作用。本研究的土壤富含铁、铝氧化物[10]，因此与铁、铝氧化物含量密切相关的NaOH-P含量高，在全磷中的占比范围为48.6%～54.3% (表2)。弃耕后该形态磷易于被植物吸收利用并呈现显著下降趋势(图3)，其下降量能解释土壤磷库损耗量的51.7%～78.6% (图4)。NaOH-P包括有机态和无机态磷，在长期磷耗竭的土壤中两者活性存在差异，与弃耕前相比各施肥背景土壤NaOH-Pi都显著下降，而土壤NaOH-Po只在NPK背景土壤出现显著下降(P＜0.05，表1)。De Schrijver等[30]的研究也表明无机态磷下降是NaOH-P下降的主要形态。可见，施肥背景会影响NaOH-P组分活性的差异，NaOH-Pi活性高于NaOH-Po活性，弃耕后更易被植物吸收利用。这可能受土壤有机质快速下降和杂草等有机物大量分解(量大但不能弥补碳损失)影响[4]，两者分解都会产生大量的有机酸，而有机酸含量上升会解吸铁、铝氧化物吸附的磷，这可能是弃耕后NaOH-P显著下降的影响因素之一。而可能因NaOH-Po键能高于NaOH-Pi导致该形态有机磷解吸量相对较小，这会造成NaOH-Po和NaOHPi活性差异，表现出各施肥背景下弃耕土壤NaOHPi都呈显著下降现象。

HCl-P是磷与钙形成的稳定态矿物磷，活性较低，不易被植物和微生物利用[30]。本研究的红壤为酸性土壤，钙含量相对较低，因此该形态磷在全磷中的占比最少(仅占全磷的1.8%～10.2%)。该形态的磷虽然活性低、转化速度慢，但从长期的角度来看依然是自然生态系统中植物和微生物的磷素重要供应源。Richter等[32]对森林土壤长期研究表明，在成林过程中HCl-P具有持续、缓慢供应特征，是生物磷素重要来源之一。稻田弃耕后由周期性的淹水状态改变为长期落干状态，土壤物理、化学和生物学特征显著变化[4,11]，如土壤碳库快速下降等情况，可能加速该形态磷的转化或者淋溶[20]，导致本研究中HCl-P出现显著下降现象。Residual-P 被认为是土壤中难溶性的磷(磷酸盐)，该形态磷素很难被吸收利用，即使在长期磷耗竭的情况下这部分磷含量基本没有变化(图3)。磷肥的施用能显著提高该形态磷的含量，弃耕后这部分磷变化甚微，可见 Residual-P稳定性强，很难被植物吸收利用。

4 结论

弃耕降低了土壤全磷、Olsen-P含量，施肥产生的高磷土壤对弃耕更敏感，弃耕8年后，其全磷和Olsen-P分别显著下降了23.4%和45.4%；磷组分中，除Resin-P和Residual-P对弃耕不敏感外，其他磷组分在弃耕后显著下降。

磷库中中活性磷含量占比高达52.0%，中活性磷的降低对全磷下降的贡献率为51.7%～78.6%，而中活性磷的下降主要源于中活性无机态磷组分(NaOHPi和Sonic-Pi)的降低。微生物生物量磷的含量不受弃耕的影响。

弃耕后，植物带走的磷量占高磷土壤磷库损耗的比例仅为14.9%，而微生物量磷不受弃耕的影响，因此，提高土壤有机质含量可能是防止弃耕土壤磷库降低的有效措施。