畜禽有機肥磷的形態、養分礦化及流失潛力評價研究進展

摘 要：系統分析了國內外畜禽有機肥磷的形態及組成，簡述畜禽有機肥磷的養分釋放規律和流失潛力評價，建議在制定有機肥最佳施用量時，應充分考慮土壤中磷素消耗以及磷素環境風險因素。同時，應進一步完善和改進傳統的模型，以便更科學地模擬有機肥磷地表徑流流失潛力。

關鍵詞：畜禽有機肥；養分釋放；流失潛力

中圖分類號 S85134+72 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）03-73-03

1 國內外研究概況

綠色農業、有機農業、生態農業等均重視施用有機肥，有機肥含有豐富有機質和礦質營養元素，它不僅是作物養分的直接來源，又可活化土壤中潛在養分和增加土壤生物學活性，促進物質轉化和能量循環。目前國內農業生產均大力倡導施用有機肥，每1hm2有機肥推薦施用量一般為15t。但同時也有相關研究表明：長期大量或不合理施用有機肥易導致土壤磷素的富集[1]，并通過地表徑流和地下淋溶滲漏等方式[2]，進入河流和地下水，進而造成水體污染[3]。曹志洪[4]指出溫帶地區大多數地表水體富營養化的限制因子是磷，在磷素非點源污染中，畜禽、人的排泄物及生活污水、淡水養殖業等對磷流失的貢獻率在90%左右。農田土壤長期大量施用有機肥后，均易導致大量磷素在土壤剖面累積[5-7]，同時當土壤吸附磷的能力達到最大時，會加速剖面中磷的淋溶和側滲，進而增加地表徑流和地下水磷的濃度[8]，尤其在易發生徑流流失區域，磷的流失風險更大[9]。

2 畜禽有機肥中磷的形態及組成

畜禽有機肥中磷的形態劃分存在較大差異，傳統分類方法是將其簡單區分為有機態和無機態，并認為畜禽有機肥磷主要是以有機態形式存在，但是莫淑勛[10]認為畜禽有機肥中磷的形態主要是以無機態形式為主，并提出無機態磷的有效性與化學磷肥基本相當。王旭東[11]研究也表明，糞肥中無機磷占全磷含量的54.64%～63.22%。

當前對于有機肥中磷的劃分最主要是依據浸提劑不同而有所區分，其中Barnett[12]利用乙醇與二乙醚混合液（3∶ 1）、5%TCA以及殘留的灰化方法，將有機肥中磷形態分成磷脂、無機態磷、酸溶性磷和殘留磷等；Dou[13]等應用H2O、0.5mol/L NaHCO3、0.5mol/L NaOH和1mol/L HCl等浸提劑，提出用H2O或0.5mol/L NaHCO3浸提劑能較好評價磷流失潛力大小。宋春平[14]則采用H2O、0.5mol/L NaHCO3逐級浸提法，提出水溶性磷及易溶磷含量分別占全磷的20%和40%。針對有機肥中有機態磷組分劃分，王旭東[11]提出將其分為活性、中活性、中穩性和高穩性等4類，其中，中活性有機磷和中穩性有機磷之和占總有機磷的69.5%～83.7%。此外，關于有機肥磷的劃分方法，還有利用NaOH-EDTA混合液來浸提[15]，將有機肥磷分為總磷、反應磷、非反應磷、正磷酸鹽、正磷酸鹽單脂、磷脂和多磷酸鹽等，但這種方法應用不多。總體而言，目前有關有機肥磷組分的劃分還沒有統一的定論，因此還需要進一步開展相關研究。

3 畜禽有機肥磷的養分礦化規律

畜禽有機肥中磷的礦化特征受有機肥本身化學特性、水分、溫度、pH、C/P、微生物活性、土壤質地等諸多因素影響，目前有關有機肥磷的礦化規律主要是以室內培養、模擬試驗為主。楊蕊[16]研究表明：有機肥磷礦化釋放主要發生在14～21d，連續培養105d，豬糞、雞糞有效磷釋放率分別達34.0%～41.6%、30.2%～37.8%；而趙明[17]等研究雞糞、牛糞和豬糞中磷的養分釋放規律，120d內其有效磷的釋放率也分別為24.6%、61.3%和34.8%。有關試驗表明，C/N、C/P比值較高者，有機肥礦化過程中土壤微生物活性會更強[18]，從而會提高有機磷的礦化釋放[16]。此外，畜禽有機肥在礦化分解中產生有機陰離子，與磷酸根競爭固相表面專性吸附點位[19]，從而減少了土壤對磷的吸附；同時畜禽有機肥磷在分解中產生的有機酸和其它螯合劑的作用，進而釋放出CaCl2-P、Al-P和Fe-P。

4 畜禽有機肥磷的流失潛力評價

4.1 畜禽有機肥磷的地表徑流 畜禽有機肥磷經礦化分解后形成各種作物吸收的有效態磷，其中可溶態磷和顆粒態磷均易隨地表徑流而流失[20]，而顆料態磷又占流失總磷的80%以上[21]， 這也是造成農業非點源污染的重要原因。目前國內外開展此類研究較多，主要是應用室內模擬試驗[22-23]，研究了有機肥中水溶性磷和地表徑流中磷流失量的相關性，結果表明這兩者間存在顯著的相關性，因此提出用有機肥中水溶性磷表示有機肥磷流失潛力。針對有機肥中水溶性磷和徑流水中可溶性磷關系，Vadas等[24]建立了一個相對簡單的預測表示有機肥徑流的可溶性磷模型。在此基礎上，Ebeling[25] 則增加了施肥時間和施肥量等參數，通過回歸分析，得出指導性較強的回歸方程。然而針對畜禽有機肥磷的地表徑流流失評價上也存在其它方法，Sharpley[26]提出在過量施用有機肥的土壤上，適宜用Mehlich-3-P評價土壤磷徑流流失風險；Delaune[27]研究指出：P-index與土壤徑流液中的水溶性磷呈顯著正相關，提出用P-index來反映土壤磷的流失潛能。由于上述研究結果都是在特定試驗條件下，因此地表徑流流失評價存在明顯不同。

4.2 畜禽有機肥磷的滲漏流失 農田土壤磷的滲漏是磷素流失的重要方式之一，其主要受土壤質地、磷素水平、磷的吸附解析特性、磷肥施用量等影響。目前許多研究均圍繞土壤磷的形態來間接反映農業磷滲漏的淋失風險，主要包括有Mehlich-3-P[28]、Olsen-P[29]、CaCl2-P[30]、土壤磷吸附飽和度（DSP）[31]和磷吸持指數（PSI）[32]等。張作新[33]提出隨著土壤磷水平和有機肥用量的增加，土壤CaCl2-P、Olsen-P顯著增加，磷素滲漏風險也增大。呂家垅[29]基于洛桑試驗站長期肥料定位試驗，提出土壤磷素拐點論，當Olsen-P>60mg/kg時，土壤磷的滲漏顯著增加。大多研究表明，施用有機肥有利于促進土壤中各種磷素形態的增加，其中隨著有機肥用量增加，土壤Olsen-P、水溶性磷、土壤磷的吸附飽和度及土壤灌溉滯留水可溶性磷含量均顯著增加。由于磷具有遷移滲漏作用，已有研究表明[34]，大量施用磷肥和有機肥，易導致20～40cm土層的Olsen-P、CaCl2-P顯著增加，從而增加滲漏流失風險。魯如坤[35]進一步提出，土壤Olsen-P為50～70mg/kg是農田磷通過滲漏污染水源的大致臨界指標。農田土壤磷的滲漏流失正越來越受到研究者的關注。

5 發展方向

當前有機肥施用量通常是以作物養分需求為依據，且主要是以氮素需求來計算。由于畜禽有機肥中N/P普遍偏低，長期施用易造成磷素在土壤表層中累積。因此，有機肥的施用量首先要根據土壤中磷素消耗情況來合理制定[36]，其次要充分考慮磷素環境風險因素。一些歐洲國家用土壤吸附飽和度的25%作為判定土壤磷流失潛力臨界值和推薦有機肥用量的閾值[37]。劉建玲[34]從產量和環境效應考慮，提出磷肥和有機肥的用量不應超過360kg/hm2和150t/hm2。此外，由于有機肥中磷的有效性與C/P、磷的形態等有關，因此，在推薦有機肥施用量時，應充分考慮各方面的因素而確定合理的施用量。

有關有機肥中磷的流失潛力評價方面，目前研究大多數都是應用室內模擬，各種試驗結果也較一致，都認為有機肥中水溶性磷與地表徑流中存在較大的相關性。筆者認為有機肥中水溶性磷反映的是有機肥自身特性，而施肥時間和施肥量則反映的是施用技術，同時還應結合當地土壤質地、有機質含量、降水、溫度等因素，因而原有的傳統模型有必要進一步改進完善，通過統計軟件，模擬出有機肥磷地表徑流流失模型，這樣才更具有科學性和現實可操作性。

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（責編：徐世紅）