氨基酸增效磷肥對黃褐土磷有效性的影響

劉博　雒沛文　齊永波　張國漪　 黃界潁　梁越敢　章力干

摘要：我國當季的磷肥利用率較低，因此，提高磷肥的利用率是迫切需要解決的技術難題。擬通過土壤培養試驗，探明氨基酸增效磷肥對土壤磷有效性的影響。設置不施肥組（CK）、單施磷肥組（P）、1%氨基酸+磷肥組（AP1）和5%氨基酸+磷肥組（AP2），在實驗室進行90 d的黃褐土培養試驗，研究氨基酸增效磷肥對土壤中速效磷含量、磷形態轉化和磷酸酶活性等的影響。與單施磷肥組相比，氨基酸增效磷肥可以顯著提高培養過程中前期（培養3 d）、后期（培養90 d）土壤的速效磷含量，提升幅度約為6%～8%。氨基酸增效磷肥提高土壤速效磷含量的原因包括3個方面：首先，氨基酸可以促進土壤磷酸鈣鹽（Ca-P）向磷酸鋁（Al-P）、磷酸鐵（Fe-P）轉化，減少土壤中磷的固定;其次，氨基酸增效磷肥可以提高土壤中磷酸二酯酶、堿性磷酸單酯酶的活性，從而促進土壤中有機磷向無機磷轉化;再次，氨基酸增效磷肥降低了土壤的pH值。研究結果為氨基酸增效磷肥的推廣提供了理論依據。

關鍵詞：氨基酸增值磷肥;黃褐土;有效性;磷轉化;酶活性

中圖分類號： S143.2? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）04-0269-04

磷（P）是植物生長發育過程中不可缺少的一種必要營養元素[1]。由于土壤特定的理化性質和磷酸鹽的化學行為，磷進入土壤后的有效性迅速降低，當季利用率一般僅有10%～25%，絕大多數肥料磷以無效態存在于土壤中[2]。添加磷肥雖然增加了土壤磷的供應能力，但是超過一定限度時會危害水體生態安全[3]。因此，如何減少土壤磷的固定，提高磷肥的利用率是迫切要解決的技術難題。

目前在腐殖酸、海藻酸、氨基酸等增效劑提高磷肥利用率方面已有探索性的研究。日本橋本雄司曾發現，腐殖酸能減少土壤對磷的固定[4];李志堅等研究發現，由改性腐殖酸、聚合谷氨酸、發酵海藻液制成的增效磷肥能提高土壤中磷肥的利用率[5];周紅梅將海藻提取物作為添加劑進行土壤培養試驗，發現海藻提取物能提高土壤無機磷酸二鈣（Ca2-P）、磷酸鋁（Al-P）含量，從而提高磷在土壤中的有效性[6]。氨基酸富含氨基和羧基，與磷銨混合可能會提高磷的有效性，改善土壤中磷的營養狀況[7]。張健研究表明，水溶性肥料中添加氨基酸發酵尾液能產生明顯的增效作用，從而提升土壤中的速效磷（Olsen-P）含量[8]。但是氨基酸對土壤酶活性、磷形態轉化等的影響及其增效作用機制尚不清楚。

本研究設置氨基酸與磷酸氫二銨的不同配比試驗組進行土壤培養試驗，研究氨基酸增效磷肥對土壤中速效磷、磷形態轉化和磷酸酶活性的影響，以期闡明氨基酸增效劑提高磷利用效率的機制，為氨基酸增效劑的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2017年7—11月在安徽農業大學實驗室進行。供試土壤為黃褐土，采于安徽合肥，供試土壤的基本理化性狀如下：有機質含量為9.3 g/kg，全氮含量為0.85 g/kg，堿解氮含量為51.3 mg/kg，總磷含量為0.32 g/kg，速效磷含量為639 mg/kg，pH值為7.45。供試氨基酸溶液由中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所提供。

1.2 試驗設計

本試驗共設置4個處理：（1）不施肥（CK）;（2）單施磷肥（P）;（3）1%氨基酸+磷肥（AP1）;（4）5%氨基酸+磷肥（AP2）。每個處理重復15次，每次取樣時從每組中破壞性取3個。

培養方法：稱取50 g土壤于培養杯中，根據試驗設計分別加入磷肥（P2O5含量為0.3 g/kg）、氨基酸磷肥（氨基酸量分別按磷肥的1%、5%投加），與土壤均勻混合后，調節土壤的含水量為田間持水量的60%，用帶孔保鮮膜封口，將培養杯置于25 ℃人工氣候箱內保持濕度培養。試驗期間定期稱質量，用質量法補充水分。在培養后的3、15、30、60、90 d取樣，部分新鮮土樣用于磷酸單酯酶、磷酸二酯酶活性以及31P核磁共振的測定，其余土樣風干、研磨并過尼龍篩后備用，用于pH值、速效磷、無機磷形態的分析。

1.3 分析方法

速效磷含量采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法[9]測定，總磷含量采用鉬酸銨分光光度法測定，pH值用pH計測定（土水比為1 mL ∶ 2.5 g）。無機磷形態Al-P、磷酸鐵（Fe-P）、閉蓄態磷（O-P）和Ca-P的分析采用無機磷形態分級測定方法[10]。將培養的新鮮土壤樣品用氫氧化鈉-乙二胺四乙酸（簡稱NaOH-EDTA）浸提離心后，取其上清液，用于液態31P核磁共振波譜分析[11-12]。磷酸單酯酶活性的測定采用對硝基苯磷酸鹽法，磷酸二酯酶活性的測定采用雙對硝基苯磷酸鹽法[10]。

磷肥的固定可以用如下公式計算[13]：固定率=[（施入的P2O5量-土壤速效磷增加量）/施入的P2O5量]×100%。其中，速效磷增加量是指90 d時施磷肥組與CK組速效磷用量的差值。

1.4 統計分析

運用SPSS統計分析軟件進行相關性和顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 氨基酸磷肥對土壤速效磷含量的影響

由圖1可以看出，在整個土壤培養階段，各處理組速效磷含量隨著培養時間的延長而逐漸降低，氨基酸處理組速效磷含量均高于單施磷肥組。在試驗后的3、15、90 d，氨基酸處理組的速效磷含量顯著高于單施磷肥組。在試驗后的90 d，氨基酸處理組的速效磷含量比單施磷肥組提高了6%（AP1）、8%（AP2）。以上結果表明，氨基酸增效劑能在前期、后期減少磷在土壤中的固定，增加土壤中的速效磷含量。因為氨基酸施入土壤后能改善土壤的物理環境，活化難溶的磷，提高磷的利用率;另一方面，氨基酸在微生物作用下被分解為有機酸，進而絡合土壤中能與磷結合的鈣、鐵、鋁，減少磷的固定，提高了磷的利用率[14-15]。

與1%氨基酸處理組相比，5%氨基酸處理能顯著提高土壤中的速效磷含量，在試驗后的3、15、90 d，速效磷含量分別提高了8%、9%、7%。表明增加氨基酸施用濃度對土壤中速效磷含量有一定的促進作用，可以提高磷的有效性。

2.2 氨基酸磷肥對土壤pH值的影響

土壤pH值是土壤酸堿度的重要指標，是影響土壤中營養元素釋放和有效性的重要因素[16]。由圖2可以看出，在培養的前30 d，pH值總體呈下降的趨勢。在試驗后15、30 d，與單施磷肥組相比，氨基酸處理組的pH值明顯降低。這是因為氨基酸在土壤中易被微生物水解，生成酸性物質。在黃褐土中施入氨基酸增效磷肥可以降低土壤pH值，這有助于提高磷肥的有效性[7]。

2.3 氨基酸磷肥對土壤無機磷含量的影響

無機磷是主要的土壤磷源，土壤中的Al-P、Fe-P是重要的潛在速效磷供給源，而O-P（閉蓄態磷）、Ca-P為植物難以利用的磷。由表1可以看出，黃褐土中的Al-P、Fe-P、Ca-P含量較高，O-P含量較低。在試驗后3 d，與單施磷肥組（P）相比，氨基酸處理組（AP1、AP2）可以增加土壤中的Al-P、Fe-P含量，降低Ca-P的含量;Al-P含量增加了19.22%（AP1）、20.37%（AP2），Fe-P含量提高了24.22%（AP1）、30.23%（AP2）。結果表明，氨基酸能夠促進Ca-P向 Al-P、Fe-P轉化。Al-P、Fe-P作為速效磷的重要供給源，其含量的增加有利于提高土壤中磷的有效性[17-20]。

由表2無機磷與速效磷含量的相關性可知，Al-P、Fe-P 含量與速效磷含量呈極顯著的正相關關系，表明Al-P、Fe-P 含量可以反映土壤中磷的有效性。在試驗中期（試驗后30 d），與單施磷肥相比，氨基酸組的Al-P、Fe-P含量低于單施磷肥組，Al-P、Fe-P含量的減少降低了土壤磷的有效性。在試驗末期（試驗后90 d），氨基酸組的Al-P、Fe-P含量整體上高于單施磷肥組。

2.4 氨基酸磷肥對黃褐土31P-NMR的影響

土壤31P-NMR圖譜常見含磷化合物（NaOH-EDTA提取）的化學位移在25～-25 ppm之間[21]，本研究中添加氨基酸的土壤中主要有正磷酸鹽（簡稱Ortho-P，化學位移為5～7 ppm）和焦磷酸鹽（簡稱Pyro-P，化學位移為-4～-5 ppm）。正磷酸鹽為土壤中主要的無機磷形態，占總磷的90%～100%（表3、圖3）。31P-NMR圖譜中有機磷（磷酸單脂的化學位移為3～6 ppm，磷酸二脂的化學位移為2.5～-1.0 ppm）含量很低，可能與土壤有機質含量較低有關[22]。

由表3、圖3可以看出，與空白組相比，單施磷肥和添加氨基酸磷肥均能提高土壤正磷酸鹽含量。單施磷肥組與氨基酸處理組的磷形態無明顯差異，在土壤中主要以無機磷為主。這與已有土壤類型的磷形態研究結果類似[23-25]，因為添加的肥料為無機磷肥，提高了土壤中的無機磷含量。在試驗末期（試驗后90 d）， 與空白組相比， 單施磷肥組與氨基處理組均降低了焦磷酸鹽含量，氨基酸處理組的焦磷酸鹽含量高于單施磷肥組。

2.5 氨基酸磷肥對黃褐土磷酸酶活性的影響

磷酸二酯酶主要作用于土壤中的磷酸二酯，將其水解為磷酸單脂，此后又在磷酸單酯酶的作用下轉化為植物可利用的正磷酸鹽[26]。在試驗的前期、末期（試驗后3、90 d），與單施磷肥組相比，氨基酸處理組（AP1、AP2）能顯著提高土壤中磷酸二酯酶活性，其中試驗后3 d的AP1、AP2處理組磷酸二酯酶活性分別提高了50%、54%（圖4）。磷酸二酯酶活性與無機正磷酸鹽具有相同的變化趨勢，表明磷酸二酯酶活性的增強能提高無機正磷酸鹽含量。

磷酸酶在土壤磷循環中起重要作用，可將有機磷轉化為無機磷而被作物吸收利用[27-29]。與單施磷肥（P）相比， 在整個培養階段添加氨基酸的處理（AP1、AP2）會降低酸性磷酸單酯酶活性，不同濃度氨基酸處理組之間的酶活性無顯著差異。酸性磷酸單酯酶在低磷條件下會被刺激分泌，當氨基酸含量增加時，土壤中速效磷含量增加，酸性磷酸單酯酶的刺激作用減弱，導致酸性磷酸單酯酶活性降低[30]。

堿性磷酸單酯酶活性是衡量環境中有機態磷轉化潛力與補給機制的重要因素[31]。在試驗前、 后期（試驗后3、90 d），添加氨基酸對堿性磷酸單酯酶活性的影響不顯著。在試驗中期（試驗后30 d），與單施磷肥組相比，氨基酸處理組能夠提高堿性磷酸單酯酶活性。堿性磷酸單酯酶活性的增強能夠促進土壤中有機磷向無機磷轉化。

3 結論

與單施磷肥組相比，添加氨基酸可以顯著地增加土壤中速效磷的含量，尤其是在試驗前期，并且土壤速效磷含量隨著氨基酸用量的增加而提高。氨基酸可以降低土壤初期的pH值，促進Ca-P向Al-P、Fe-P轉化。31P核磁共振結果表明，黃褐土中磷以無機正磷酸鹽為主，氨基酸可以提高土壤中的正磷酸鹽含量。此外，氨基酸可以提高土壤中磷酸二酯酶、堿性磷酸單酯酶的活性，促進有機磷向無機磷轉化。

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