磷肥品种和施用方式对灌耕灰漠土有效磷和无机磷形态的影响

龚会蝶,王雪艳,王宇莹,盛建东,程军回

(新疆农业大学 资源与环境学院/新疆土壤与植物生态过程重点实验室,乌鲁木齐 830052)

土壤有效磷是表征土壤供磷能力的重要指标,也是影响作物产量的主要限制性养分之一[1-2]。为提高土壤有效磷含量,农业生产中通常采取的措施为增施磷肥,磷肥施入土壤后经过一系列物理和化学等变化,生成Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P等多种形态[3],进而对土壤有效磷含量产生影响[4]。在石灰性土壤中,Ca10-P含量最高但有效性最低,Ca2-P含量最低但有效性最高,Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P含量和有效性则介于上述二者之间[5]。研究表明施用磷肥可改变土壤中无机磷形态的含量,但影响幅度因磷肥品种、施用方式和土壤类型的不同而异[6-8]。因此,研究不同磷肥品种和施用方式对特定土壤类型有效磷和无机磷形态的影响,对提升土壤供磷能力有重要的科学意义。

目前,我国使用最广泛的磷肥品种主要有重过磷酸钙、磷酸一铵和磷酸二铵等[9]。有研究表明在壤质棉田中,重过磷酸钙基施处理的有效磷含量显著高于磷酸二铵基施[10],但在壤质灰漠土中,重过磷酸钙和磷酸二铵基施处理对有效磷的影响无显著差异[11],表明在相同的施用方式下,不同磷肥品种对土壤有效磷的影响因土壤类型不同而异。此外对于同一磷肥品种,其分次滴施处理的有效磷含量高于一次性基施处理[12-13]。导致土壤有效磷变化的一个主要原因是,不同的磷肥品种和施用方式对无机磷形态的影响存在差异。以潮土为例,在5～10cm土层聚磷酸铵基施处理的有效磷含量显著高于磷酸二铵基施;进一步研究其无机磷形态,发现聚磷酸铵基施生成了更多的Ca8-P、Al-P和Fe-P[14]。褚贵新等[15]研究表明在石灰性土壤上,相较于固体磷肥基施,液体磷肥分次滴施增加Ca2-P和Ca8-P含量,提高土壤磷的有效性。因此,综合分析磷肥品种和施用方式对土壤有效磷和无机磷形态各自变化和内在联系的影响,有助于深入理解土壤供磷能力的变化。

灰漠土是新疆重要的耕地资源之一,主要分布在昌吉州、博州、伊犁州和乌鲁木齐市[16]。灰漠土中无机磷含量较高,占土壤全磷的86%[17],然而前人研究多从长期施肥和添加柠檬酸等方面进行灰漠土无机磷形态的研究[18-19],对适宜灌耕灰漠土的磷肥品种和施用方式的研究较少。因此本研究通过土壤培养试验,以北疆典型的灌耕灰漠土为研究对象,选择两种酸性(重过磷酸钙和磷酸一铵)和一种中性新型磷肥(聚磷酸铵),设置一次性滴施和基施两种施用方式,研究土壤有效磷、无机磷形态含量变化和分布特征,旨在明确适合灌耕灰漠土的磷肥品种和施用方式。

1 材料与方法

1.1 土壤概况

培养试验所用土壤为新疆昌吉市二六工镇(87°9′18″E,43°59′38″N)采集的0～20 cm土层的灌耕灰漠土。其有机质含量9.41 g/kg,全磷含量0.6 g/kg,全氮含量1.9 g/kg,全钾含量7.1 g/kg,无机磷总量471.24 mg/kg,有效磷含量15.4 mg/kg,碱解氮含量53.8 mg/kg,速效钾含量314 mg/kg,pH(水土比5∶1)为8.4。

1.2 试验设计

为明确磷肥品种和施用方式对灌耕灰漠土有效磷、无机磷形态含量及分布的影响,将采集的灌耕灰漠土风干后过2 mm筛,进行土壤培养试验。试验地点为新疆慧尔农业集团有限公司的现代化温室。试验设不施磷(CK)、重过磷酸钙基施(TSP)、磷酸一铵基施(MAP-B)、聚磷酸铵基施(APP-B)、磷酸一铵一次性滴施(MAP-D)和聚磷酸铵一次性滴施(APP-D)6个处理,因重过磷酸钙溶解度较低,滴施时会造成滴管的堵塞,所以未设置一次性滴施处理。每个处理重复4次,共需24个条盆(底×宽×高: 77 cm×33 cm× 26 cm),每盆装土50 kg,土层厚度20 cm,进行随机区组排列。

对3种磷肥基施处理(TSP、MAP-B和APP-B),磷肥与土壤混合均匀后,统一装入条盆。对于两种磷肥一次性滴施处理(MAP-D和APP-D),先把土壤装入条盆,之后磷肥溶于水(10 L)一次性滴施进入土壤。此时土壤含水量为田间持水量的80%,滴施装置如图1所示,其他处理也加入等体积的水。

图1 滴施装置Fig.1 Dripping irrigation application device

本研究除CK处理外,各个处理纯磷(P)的施入量均为100 mg/kg,3种磷肥的具体施用量如表1所示。在土壤培养试验期间,每周采取称重法浇水保持每个盆中土壤含水量一致,均为田间持水量的60%～80%。田间持水量为25%。

表1 磷肥基本信息Table 1 Basic information of phosphate fertilizers

1.3 样品采集与测试分析

2019年7月12日开始试验,在第1、3、15、30、60天和第120天,用直径为5 cm的土钻在每个条盆中采集0～5、5～10和10～20 cm土层的土样。土样经风干和磨碎后,过1.00 mm筛,使用0.50 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量[20]。第120天的土样磨碎,过0.15 mm筛,参照《土壤农化分析》,使用蒋柏藩和顾益初提出的石灰性土壤无机磷分级方法,测定各形态无机磷[20]。土壤有效磷和无机磷形态的测定使用仪器均为分光光度计,无机磷总量为各形态无机磷之和。

1.4 数据处理与统计方法

采用Excel 2003软件进行数据整理和图形绘制,R-3.6.3软件进行数据的单因素方差分析[21]。

2 结果与分析

2.1 灌耕灰漠土有效磷含量与培养时间的关系

回归分析结果表明,MAP和APP一次性滴施处理(MAP-D和APP-D)不同土层有效磷含量和培养时间之间均无显著关系(P>0.05)(图2),二者5～10 cm土层有效磷含量随培养时间呈现增长的趋势。3种磷肥基施处理(TSP、MAP-B和APP-B),有效磷含量在0～5、 5～10和10～20 cm土层均呈现线性降低、指数降低和先增加后降低的多种变化趋势,除了APP-B处理在 10～20 cm土层无显著关系外(图2)。以上结果表明3种磷肥基施处理的0～20 cm土层有效磷含量随培养时间显著降低,MAP和APP一次性滴施处理的5～10 cm土层有效磷含量随培养时间呈现增长的趋势。

图中数据表示平均值±标准误,下同; NS表示Olsen-P含量和培养时间无显著关系

2.2 磷肥品种和施用方式对灌耕灰漠土有效磷含量的影响

施磷显著提高了灌耕灰漠土有效磷含量,不同磷肥品种对其无显著影响,不同磷肥施用方式对其影响显著(图3)。3种磷肥基施处理0～5、 5～10和10～20 cm土层有效磷含量均无显著差异。与MAP和APP基施处理相比,二者一次性滴施处理均能显著提高0～5 cm土层有效磷含量,分别提高3.77和3.04倍;但5～10和10～20 cm土层有效磷含量均显著降低。APP-D处理5～10 cm土层有效磷含量显著高于MAP-D处理,二者有效磷含量在其他土层(0～5和10～20 cm)无显著差异。

图中不同小写字母表示不同处理间的差异达到显著水平 (P<0.05),下同

2.3 磷肥品种和施用方式对灌耕灰漠土无机磷总量的影响

施磷提高了灌耕灰漠土无机磷总量,不同磷肥品种对其无显著影响,不同磷肥施用方式对其影响显著(表2)。3种磷肥基施处理3个土层无机磷总量无显著差异,除了TSP处理的10～20 cm土层无机磷总量较APP-B处理显著提高 9.27%。与MAP和APP基施处理相比,二者一次性滴施处理0～5 cm土层无机磷总量分别均显著提高39.02%和29.39%;10～20 cm土层无机磷总量均显著降低。

表2 不同处理灌耕灰漠土无机磷总量Table 2 Total inorganic phosphorus amount in irrigated grey desert soil under different treatments mg/kg

2.4 磷肥品种和施用方式对灌耕灰漠土无机磷形态的影响

不施磷处理灌耕灰漠土中无机磷均以Ca10-P和O-P为主,分别占无机磷总量的47.94%和23.76%;其次是Ca8-P、Al-P和Fe-P,分别占无机磷总量的15.06%、7.00%和4.95%;最后是Ca2-P,占无机磷总量的1.28%(表3)。

表3 各形态无机磷占灌耕灰漠土无机磷总量的比例Table 3 Proportion for each form of inorganic phosphorus in total inorganic phosphorus amount in irrigated grey desert soil %

施磷使各形态无机磷的比例产生不同程度的变化(表3)。与CK处理相比,3种磷肥基施处理(TSP、MAP-B、APP-B)均提高了0～5、5～10和10～20 cm土层Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的比例(表3)。三者之间的Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的比例均无显著差异,除了MAP-B处理较TSP和APP-B处理显著提高了5～10 cm土层Al-P含量;同时显著提高了5～10和10～20 cm土层Fe-P含量。在3个土层TSP处理的O-P含量高于MAP-B和APP-B处理,Ca10-P的含量低于二者,表明3种磷肥基施时,O-P和Ca10-P互相转化。

磷肥一次性滴施显著提升了0～5 cm土层的供磷能力(表3)。与MAP和APP基施处理相比,二者一次性滴施处理均显著提高0～5 cm土层Ca2-P和Ca8-P占无机磷总量的比例,Ca2-P分别提高1.59和0.96倍,Ca8-P分别提高0.38和0.19倍;二者一次性滴施处理均显著降低Ca10-P的比例,分别降低0.52和0.30倍(表3)。二者一次性滴施处理的5～10和10～20 cm土层Ca2-P的比例均显著低于其基施处理。MAP-D处理的5～10 cm土层Al-P和Fe-P的比例显著低于MAP-B处理,APP-D处理的5～10 cm土层Fe-P的比例显著低于APP-B处理。

3 讨 论

3.1 磷肥品种和施用方式对灌耕灰漠土有效磷和无机磷总量的影响

有效磷是表征判断土壤肥力的重要指标,有研究表明施磷肥进红壤后,有效磷含量在前3 h以直线关系下降,之后以渐减性曲线下降[22]。本研究获得相似的结果,3种磷肥基施处理(TSP、MAP-B和APP-B)的有效磷含量随培养时间显著降低,究其原因是由于土壤中对磷的固定,但3种磷肥基施处理的有效磷含量呈现线性降低、指数降低和先增加后降低的变化趋势,可能是因为不同磷肥在土壤中的固定率存在差异[23],还可能与土层的不同有关。此外第120天3种磷肥基施处理的有效磷含量和无机磷总量均无显著性差异,表明此时3种磷肥补充土壤磷库的能力相同。

大量研究认为磷肥分次滴施处理的土壤有效磷含量高于基施[12,24-25],但关于一次性滴施对有效磷的影响的研究较少。本研究中磷肥一次性滴施和基施处理对有效磷和无机磷总量的影响不同,与MAP和APP基施处理相比,二者一次性滴施处理均只显著提高0～5 cm土层有效磷含量和无机磷总量,土壤磷素主要集中分布在0～5 cm土层。究其原因可能是由于灰漠土是石灰性土壤,滴施的磷肥易被固定[26],其移动性较弱导致,亢龙飞等[27]也发现与一次性滴施相比,聚磷酸分次滴施增加的移动距离仅有5 mm。

3.2 磷肥品种和施用方式对灌耕灰漠土无机磷形态的影响

不施磷处理灌耕灰漠土中无机磷以Ca10-P和O-P为主,其次是Ca8-P、Al-P和Fe-P,最后是Ca2-P,这和张倩等[28]在陕北的黄绵土上的研究结果一致。施磷使各形态无机磷含量和比例产生不同程度的变化[29]。柴立涛等[30]研究发现施用磷肥提高了盐碱土水田土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的含量。王海龙等[31]研究发现施用磷肥可提高Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P占无机磷总量的比例。这与本研究的结果相似,3种磷肥基施处理均提高0～20 cm土层的Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的比例。但三者的O-P和Ca10-P相互转化,可能是因为O-P的形成和土壤钙沉积相关,灌耕灰漠土中Ca-P含量较高,形成Ca-P的羟基磷灰石会随O-P而变化[32]。

褚贵新等[15]研究表明液体磷肥分次滴施增加Ca2-P和Ca8-P含量,提升了土壤供磷能力。本研究获得相似的结果,与MAP和APP基施处理相比,二者一次性滴施处理显著提高0～5 cm土层的Ca2-P和Ca8-P占无机磷总量的比例,显著降低Ca10-P的比例,提升了0～5 cm土层的灌耕灰漠土供磷能力。

4 结 论

灰漠土是新疆重要的耕地资源之一,不施磷处理灌耕灰漠土中无机磷以Ca10-P和O-P为主,其次是Ca8-P、Al-P和Fe-P,最后是Ca2-P。3种磷肥基施处理0～20 cm土层有效磷含量随培养时间显著降低,但3种磷肥基施处理0～20 cm土层灰漠土有效磷含量、无机磷总量以及Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P的比例均增加,表明0～20 cm土层的土壤供磷能力提升;与基施处理相比,MAP和APP一次性滴施处理只提升了0～5 cm土层的土壤供磷能力。重过磷酸钙基施,能提高0～20 cm土层的灌耕灰漠土的供磷能力,同时价格较低,推荐在生产中施用。