不同磷源對橡膠樹幼苗生長及土壤磷素組分特征的影響

郭海超　羅雪華　王文斌　吳小平　周杰

摘 要 通過盆栽試驗及Hedley土壤磷素分組法研究了海南省玄武巖發育磚紅壤上施用不同磷源對橡膠樹幼苗生長的影響及土壤磷素組分變化。磷肥處理分別為不施磷處理、施用昆陽磷礦粉100 mg/kg（以全P計，下同）、施用昆陽磷礦粉250 mg/kg和施用普通過磷酸鈣100 mg/kg。結果表明：施用磷礦粉和普通過磷酸鈣均顯著增加了橡膠樹幼苗干物重、株高、莖粗和吸磷總量，但高磷礦粉處理和普通過磷酸鈣處理橡膠樹幼苗葉片磷含量顯著降低；高磷礦粉處理取得了與普通過磷酸鈣相當的肥效；磷礦粉施用后，土壤樹脂提取態磷（Resin-P）、碳酸氫鈉提取態無機磷（NaHCO3-Pi）、氫氧化鈉提取態無機磷（NaOH-Pi）、鹽酸提取態磷（HCl-P）和殘余態磷（Residual-P）等組分含量均顯著增加，但碳酸氫鈉提取態有機磷（NaHCO3-Po）和氫氧化鈉提取態有機磷（NaOH-Po）不受施磷影響；干物質重和吸磷總量均與土壤Resin-P、NaHCO3-Pi和NaOH-Pi呈顯著的正相關關系；磷礦粉施用11個月后，平均33.1%磷礦粉溶解在土壤中，平均43.5%的磷礦粉殘留在土壤Residual-P組分中。為改善玄武巖發育磚紅壤上有效磷及橡膠樹磷素營養狀況，應選擇施用高活性磷礦粉以降低磷礦粉顆粒被大量包被的風險。

關鍵詞 磷礦粉；橡膠樹幼苗；磚紅壤；Hedley磷分組

中圖分類號 S153.6 文獻標識碼 A

Abstract The effects of different sources of phosphorus fertilizer application on rubber tree seedling growth and soil phosphorus fractions on Latosol derived from basalt were studied in a pot experiment. Hedley's sequential extraction method was used to investigate the effect of different P fertilization on the changes of the inorganic and organic P fractions. The Kunyang Phosphate Rock（KPR， as P）was added to obtain rates of 0 mg/kg soil（CK）， 100 mg/kg soil（PR100）， and 250 mg/kg soil（PR250）and superphosphate at 100 mg/kg soil（SSP100）. The results showed that the application of phosphate rock（PR）and superphosphate significantly increased the rubber tree seedling dry weight， plant height， stem diameter， and total phosphorus uptake， and leaf P concentration of the rubber tree seedling under PR250 and SSP100 treatments significantly decreased. After PR application， soil Resin-P， NaHCO3-Pi and NaOH-Pi， HCl-P and Residual-P were significantly increased， and NaHCO3-Po and NaOH-Po were stable and not affected. Plant dry weight and total phosphorus uptake were both positively correlated with soil Resin-P， NaHCO3-Pi and NaOH-Pi at 0.05 level. At the end of the experiment， it was found that 33.1% of KPR was dissolved into soils， and 43.5% of the KPR existed in the soil as the form of Residual-P under the two rates of the KPR applications. In order to improve soil P availability and P nutrition status of rubber tree on soils derived from basalt， it is highly recommended to select and use high reactive PR for direct application， which may reduce the risk of coating of PR particles by soil iron， aluminum and manganese oxide.

Key words Phosphate rock； Rubber tree seedlings； Latosol； Hedley's phosphorus sequential fraction

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.01.001

磷（P）是植物生長發育不可缺少的營養元素之一。研究發現，磷素供應充分與否在很大程度上影響橡膠樹的生長發育狀況和干膠產量[1]。施用磷肥是保障橡膠樹速生、高產的重要措施之一，也是膠園土壤肥力改良的基礎工作。有研究結果表明，在大多數熱帶地區酸性土壤上施用磷礦粉能夠取得與水溶性磷肥相當的效果[2-3]。目前中國熱帶地區橡膠樹等多年生經濟作物施肥實踐中基本以施用水溶性磷肥為主，而磷礦粉在膠園土壤上的施用并未得到相應的重視。因地制宜地在膠園土壤中應用磷礦粉，既可以節約制造水溶性磷肥所需的硫資源，又可以在一定程度上降低投入成本，進而增加農民收入，對推進礦產資源綜合利用、降低水體富營養化風險、實現農業可持續發展具有重要的意義[4-5]。有關膠園磷肥目前主要集中研究水溶性磷肥在熱帶土壤中的轉化規律及殘效、水溶性磷肥不同施用方法以及不同施磷濃度對橡膠幼苗根系生長的影響[6-7]，而有關磷礦粉在膠園土壤上應用研究較少，且不夠系統。

海南省膠園土壤主要由花崗巖、玄武巖、淺海沉積物、變質巖和砂質巖等幾種母質發育而成，分別形成硅鋁質磚紅壤、鐵質磚紅壤、硅質磚紅壤和鐵鋁質磚紅壤[8]。筆者對磷礦粉在膠園不同母質磚紅壤溶解特性的研究發現，土壤游離氧化鐵含量可能是決定磷礦粉在磚紅壤中最大溶解量的主要因素，磷礦粉在玄武巖發育磚紅壤溶解和有效性最高[9]。磷礦粉在磚紅壤上溶解特征已被揭示，但磷礦粉施用對橡膠樹生長、磷礦粉施用后土壤磷素組分變化特征及在土壤中的去向和殘留的研究相對較少。為此，本研究通過在玄武巖發育磚紅壤進行盆栽試驗，探索施用不同磷源（磷礦粉及普通過磷酸鈣）對橡膠樹幼苗生長的影響及土壤磷素組分的變化，為橡膠樹合理施用磷肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤 供試土壤為玄武巖發育的鐵質磚紅壤，采自海南省國營紅華農場表層（0～20 cm）土壤。土壤經風干、磨碎過2 mm篩。土壤理化性質按常規方法測定[10]，具體為：pH4.18，有機質22.58 g/kg，有效磷（P）5.3 mg/kg，全磷（P）0.52 g/kg，粘粒含量59.2%。參考Hedley等[11]的方法進行土壤磷素組分分級，土壤磷素各組分含量見表1。

1.1.2 磷肥品種 供試磷礦石采自云南省昆陽磷礦（KPR），磨碎過100目篩，全磷（P）含量138.5 g/kg，2%檸檬酸提取態磷（P）含量29.1 g/kg；同時采用Phillips-PW1732 X衍射分析儀對磷礦粉進行X衍射分析，磷礦中磷灰石的分子式為Ca9.83Na0.12Mg0.05（PO4）5.50（CO3）0.50F2.20。供試水溶性磷肥為普通過磷酸鈣（SSP），其有效磷（P）含量69.8 g/kg。

1.1.3 橡膠樹幼苗 供試橡膠樹幼苗為長勢均勻的2蓬葉齡熱研7-33-97組培苗，移栽前測定橡膠樹幼苗的株高和莖粗作為本底值。

1.2 方法

試驗設4個處理：不施磷（CK）、施KPR 100 mg/kg（PR100，以全P量計，下同）、施KPR 250 mg/kg（PR250）和施用SSP 100 mg/kg（SSP100），每處理設3次重復，隨機排列。每盆用土量2.0 kg，氮肥為尿素（含N 46%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。K2O施用量為150 mg/kg，磷鉀肥料一次性施入土壤，并與土壤充分混勻；橡膠樹幼苗移栽至盆中后，定期澆去離子水，初始N施用量為150 mg/kg，橡膠苗生長過程中定期補充氮肥。其他按照常規措施進行管理。

1.3 樣品采集及指標測定

橡膠苗移栽11個月后測定橡膠樹幼苗株高和莖粗，將植株分為葉片、葉柄、莖和根4個部分，各部分用去離子水洗凈后70 ℃烘干48 h，稱重，磨碎過1 mm篩。植株各部分重量之和為干物重。植株全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮，連續流動分析儀測定[12]。植株采樣后，采集盆中土樣，風干混勻磨碎過100目篩，按Hedley等[11]方法進行土壤磷素組分分級，其中Resin-P、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po之和為土壤中植物有效態磷含量[13]；根據Apthorp方法[14]即施磷礦粉處理Resin-P、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi和NaOH-Po這5個磷素組分之和減去對照處理中這5個磷素組分之和來估算磷礦粉溶解量。

1.4 數據分析

利用SPSS 19.0進行統計分析，多重比較（ANOVA）采用最小顯著差異法（LSD），采用Pearson方法進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同磷肥處理對橡膠樹幼苗生長的影響

從表2可以看出：與不施磷CK和PR100處理相比，高磷礦粉施用量處理PR250和水溶性磷肥處理SSP100橡膠樹葉片含磷量顯著下降；各處理間橡膠樹幼苗葉柄含磷量差異不顯著；SSP100處理橡膠樹幼苗莖的含磷量顯著低于PR100及CK處理；SSP100處理橡膠樹幼苗根含磷量顯著低于其他處理。

從表3可以看出，與不施磷處理相比，各施磷處理顯著增加了橡膠樹幼苗干物質、吸磷總量、株高增量和莖粗增量。其中PR100和PR250處理干物質重分別為SSP100處理的88%和92%，總吸磷量分別是SSP100處理的89%和96%，株高增量分別是SSP100處理的94%和103%，莖粗增量分別是SSP100處理的80%和73%。高磷礦粉施用量取得了與水溶性磷肥相當的效果。

2.2 土壤磷素組分的變化特征

由表4可知，與不施磷處理相比，磷礦粉處理后（PR100和PR250），土壤Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-P和Residual-P含量均顯著增加，水溶性磷肥處理SSP100僅顯著增加了土壤Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi的組分含量。各施磷處理的NaHCO3-Po、NaOH-Po有機磷組分則比較穩定，不受磷肥施用和橡膠樹幼苗種植的顯著影響。

與不施磷處理相比，施磷處理PR100、PR250和SSP100土壤Resin-P含量分別增加了8.76、13.43和16.12 mg/kg，土壤NaHCO3-Pi含量分別增加了9.76、14.67和22.60 mg/kg，土壤NaOH-Pi含量分別增加了18.31、41.14和51.99 mg/kg。通過計算發現，施磷處理PR100、PR250和SSP100土壤中植物有效態磷含量分別比不施磷處理增加了18.61、29.48和38.12 mg/kg，其中PR100、PR250處理相當于水溶性磷肥100 mg/kg（SSP100）施用后土壤中植物有效態磷增加量的48.82%和77.33%。磷礦粉處理PR100和PR250的HCl-P含量分別比不施磷處理增加了12.70和68.35 mg/kg，Residual-P含量分別比不施磷處理增加了45.92、102.62 mg/kg。

通過計算不同磷肥施用后土壤磷素各組分增加量占總施磷量的百分比發現，磷礦粉處理PR100和PR250施入土壤后，分別有39.20%和26.97%磷礦粉溶解在土壤中，12.70%和27.34%磷礦粉存在于鹽酸提取態磷組分中，45.92%和41.05%磷礦粉存在于殘余態磷組分中。磷肥處理SSP100施入土壤后，88.14%水溶性磷肥溶解在土壤中，分別有4.60%和1.46%存在于鹽酸提取態磷和殘余態磷組分中（圖1）。

2.3 橡膠樹幼苗生長與土壤磷素各組分的相關性分析

從表5可以看出，橡膠樹幼苗干物重和吸磷總量與土壤Resin-P、NaHCO3-Pi和NaOH-Pi呈顯著或極顯著的正相關關系，而根系含磷量與土壤Resin-P、NaHCO3-Pi和NaOH-Pi呈顯著或極顯著的負相關關系。株高增量僅與土壤Resin-P呈顯著正相關關系。

3 討論

本研究結果發現，磷肥施用顯著增加了橡膠樹幼苗的生物量、株高、莖粗和總吸磷量，且高磷礦粉施用量（250 mg/kg）取得了與水溶性磷肥相當的效果。與不施磷對照和低磷礦粉施用量（100 mg/kg）相比，高磷礦粉處理和普通過磷酸鈣處理后，橡膠樹幼苗葉片磷素含量反而顯著降低，這可能是由養分的“組織稀釋”效應引起的，當土壤中養分和水分供應充足時，葉片中的養分往往會被分配用于增加植物干物重，從而引起葉片養分含量顯著下降[15]。與不施磷處理相比，施用磷礦粉處理顯著增加了土壤中植物有效態磷含量，磷礦粉施用量250 mg/kg情況下，土壤中植物有效態磷增加量相當于施用水溶性磷肥100 mg/kg后土壤中植物有效態磷增加量的77.33%，這也部分解釋了高磷礦粉施用量情況下橡膠樹幼苗的生長狀況接近水溶性磷肥處理。

本研究發現施用水溶性磷肥后土壤中NaOH-Pi顯著增加，即50.0%的水溶性磷轉化為NaOH-Pi（圖1），而NaOH-Pi是通過化學吸附緊密結合在土壤鐵鋁化合物表面的無機磷，其對植物的有效性較低[11，13]，這在一定程度上反映了磷由水溶態向難溶性鐵鋁化合物結合態的轉化。

與不施磷和水溶性磷肥處理相比，施磷礦粉后土壤HCl-P和殘余態磷含量顯著增加，HCl-P通常被認為是鈣結合態磷[13]，HCl-P的顯著增加可能是由于施入土壤的部分未溶解磷礦粉所引起。殘余態磷素組分通常指無法被樹脂、碳酸氫鈉、氫氧化鈉和鹽酸等提取劑浸提的比較穩定的磷組分，主要含土壤鐵、鋁氧化物包被態磷、其他礦物包被的鈣結合態磷和不可提取態有機磷組分[16]。本研究磷礦粉施用后殘余態磷顯著增加，兩個磷礦粉處理后平均有43.5%磷礦粉存在于殘余態磷組分中。而同樣施用KPR，在水稻土種植黑麥草后，KPR施用并未顯著增加殘余態磷素組分[17]。在強固磷酸性火山灰土輻射松種植園中施用摩洛哥磷礦粉2 a后，Rivaie等[18]也發現施用磷礦粉不會對土壤殘余態磷素組分產生影響。本研究中殘余態磷素組分的顯著增加可能來源于磷礦粉顆粒被土壤中鐵、鋁等氧化物包被，變得難以被提取劑浸提而殘留在土壤殘余態磷組分中。玄武巖發育的磚紅壤經熱帶地區強度富鐵鋁化與高度生物富集的成土過程，土壤游離氧化鐵含量較高[19]，而有研究發現，在水分變化的情況下，土壤氧化-還原作用交替出現，鐵、錳氧化物易在細小的土壤顆粒和礦物表面形成膠膜[20-21]。磷礦粉施入土壤后，磷礦粉溶解釋放的磷以及未溶解的磷礦粉均可為植物生長提供有效磷[22]，但若磷礦粉顆粒被土壤鐵、鋁、錳氧化物膠膜所包被、閉蓄而轉化為土壤殘余態磷將很難被植物再次利用，除非改旱地為水田[3]。另外，與可直接施用的商用級別磷礦粉相比[23]，本研究中所用磷礦粉活性相對較低，磷礦粉較低的活性及其自身緩慢釋放磷特性可能會加劇磷礦粉被玄武巖發育磚紅壤中鐵、鋁、錳化合物大量包被，從而影響磷礦粉的后效。

4 結論

本研究發現磷礦粉施用顯著增加了橡膠樹幼苗的干重、株高、莖粗和總吸磷量，磷礦粉施用量250 mg/kg處理取得了與水溶性磷肥相當的效果。磷礦粉施用后顯著提高了土壤中植物有效態磷水平，且磷礦粉施用量越大，土壤中植物有效態磷水平增加越大。磷礦粉施用后平均33.1%溶解在土壤中，但同時發現平均43.5%的磷礦粉存在于土壤殘余態磷組分中。為改善玄武巖發育磚紅壤上有效磷狀況，應優先選擇施用高活性的磷礦粉或施用水溶性磷肥，以減小磷礦粉顆粒被大量包被的風險。

參考文獻

[1] 何 康， 黃宗道. 熱帶北緣橡膠樹栽培[M]. 廣州： 廣東科技出版社， 1987.

[2] Bolan N S， White R E， Hedley M J. A review of the use of phosphate rocks as fertilizers for direct application in Australia and Zealand[J]. Australian Journal of Experimental Agriculture， 1990， 30（2）： 297-313.

[3] 李慶逵， 蔣柏藩， 魯如坤. 中國磷礦的農業利用[M]. 南京： 江蘇科學技術出版社， 1992.

[4] Chien S H， Prochnow L I， Cantarella H. Recent developments of fertilizer production and use to improve nutrient efficiency and minimize environmental impacts[J]. Advances in Agronomy， 2009， 102： 267-322.

[5] Gikonyo E， Zaharah A R， Hanafi M M， et al. Phosphorus leaching in an acid tropical soil “recapitalized” with phosphate rock and triple superphosphate[J]. The Scientific World Journal， 2010， 10： 1 498-1 508.

[6] 張少若， 鄭宗貞， 杜海群. 磷肥在熱帶土壤中的轉化規律及殘效[J]. 熱帶作物學報， 1991， 12（2）： 53-56.

[7] 賀軍軍， 陶仲華， 林釗沐， 羅微， 等. 不同施磷措施對橡膠幼苗根系生長的影響[J]. 林業科技開發， 2008， 22（3）： 64-66.

[8] 何向東， 吳小平. 海南墾區膠園肥力演變探研[J]. 熱帶農業科學， 2002， 22（1）： 16-22.

[9] 周 杰， 郭海超， 羅雪華， 等. 磷礦粉在橡膠園不同母質磚紅壤中溶解特性研究[J]. 中國生態農業學報， 2012， 20（9）： 1 119-1 126.

[10] 魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京： 中國農業科技出版社， 1999.

[11] Hedley M J， Stewart J W B， Chauhan B S. Changes in inorganic and organic soil phosphorus fractions induced by cultivation practices and by laboratory incubations[J]. Soil Science Society of America Journal， 1982， 46： 970-976.

[12] 中國熱帶農業科學院橡膠研究所. 一種植物氮、磷同時測定方法[P]. CN 104142323 A. 2014-11-12.

[13] Cross A F， Schlesinger W H. A literature review and evaluation of the Hedley fractionation： applications to the biogeochemical cycle of soil phosphorus in natural ecosystems[J]. Geoderma， 1995， 64： 197-214.

[14] Apthorp J N， Hedley M J， Tillman R W. The effects of nitrogen fertilizer form on the plant availability of phosphate from soil， phosphate rock and mono-calcium phosphate[J]. Fertilizer Research， 1987， 12： 269-284.

[15] Barbosa E R M， Tomlinson K W， Carvalheiro L G， et al. Short-term effect of nutrient availability and rainfall distribution on biomass production and leaf nutrient content of savanna tree species[J]. PlOS One， 2014， 9（3）： e92619.

[16] Tiessen H， Stewart J W B， Cole C V. Pathways of phosphorus transformations in soils of differing pedogenesis[J]. Soil Science Society of America Journal， 1984， 38： 853-858.

[17] Guo H C， Zhang Q C， Wang G H， et al. Phosphorus fractions of soils treated with phosphate rock and monocalcium phosphate after ryegrass growth[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis， 2011， 42： 93-99.

[18] Rivaie A A， Loganathan P， Graham J D， et al. Effect of phosphate rock and triple superphosphate on soil phosphorus fractions and their plant-availability and downward movement in two volcanic ash soils under Pinus radiata plantations in New Zealand[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems， 2008， 82（1）： 75-88.

[19] 曾水泉. 海南島鐵質磚紅壤的形成過程[J]. 熱帶地理， 1987， 7（4）： 382-389.

[20] 張西科， 張福鎖， 毛達如. 植物根表鐵、錳氧化物膠膜及其在植物營養中的作用[J]. 土壤學進展， 1995， 23（6）： 1-8.

[21] 徐仁扣， 肖雙成. 氧化鐵的存在方式對土壤和黏土礦物膠體動電電位的影響[J]. 土壤學報， 2009， 46（5）： 945-947.

[22] Chien S H. Soil testing for phosphate rock application[M]// Zapata F， Roy R N. Use of Phosphate Rocks for Sustainable Agriculture. FAO Fertilizer and Plant Nutrition Bulletin 13. Rome， Italy， 2004： 59-68.

[23] Smalberger S A， Singh U， Chien S H， et al. Development and validation of a phosphate rock decision support system[J]. Agronomy Journal， 2006， 98（3）： 471-483.

責任編輯：趙軍明