高磷條件下腐殖酸和生物炭配施對(duì)土壤磷素轉(zhuǎn)化的影響

劉暢 王茜 賀浩強(qiáng) 李曉寒 岳彪輝 普紅青 袁義麗 桂枝 盧樹(shù)昌

摘要：研究腐殖酸和生物炭2種調(diào)理劑配合施用對(duì)土壤磷素吸收與轉(zhuǎn)化的影響，設(shè)空白對(duì)照、生物炭、腐殖酸、腐殖酸+生物炭、腐殖酸+1/2生物炭、1/2腐殖酸+生物炭共6個(gè)處理。結(jié)果表明，在腐殖酸和生物炭配施不同處理中，腐殖酸+生物炭處理對(duì)于降低土壤總磷、有效磷、水溶性磷含量效果較好，可以減少土壤中磷素積累;腐殖酸+1/2生物炭處理既促進(jìn)了作物對(duì)有效磷源Ca2-P的吸收，提高了各磷組分之間的轉(zhuǎn)化，也促進(jìn)了土壤磷素向Fe-P、O-P 轉(zhuǎn)化，有利于降低土壤磷素負(fù)荷;1/2腐殖酸+生物炭處理可以促進(jìn)土壤磷素向Ca8-P、Fe-P轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：腐殖酸;生物炭;高磷土壤;吸收;轉(zhuǎn)化;磷素

中圖分類號(hào)： S156.2;X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2020）08-0284-04

收稿日期：2019-03-24

基金項(xiàng)目：天津市大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃（編號(hào)：201810061075）;天津市高校學(xué)科領(lǐng)軍人才培養(yǎng)計(jì)劃（編號(hào)：J01009030705）。

作者簡(jiǎn)介：劉?暢（1996—），女，河北灤平人，從事農(nóng)田土壤與作物生長(zhǎng)環(huán)境關(guān)系方面研究。E-mail：1591092998@qq.com。

通信作者：盧樹(shù)昌，博士，教授，從事農(nóng)田土壤質(zhì)量與植物營(yíng)養(yǎng)的教學(xué)與科研工作。Tel：（022）23781298;E-mail：lsc9707@163.com。

磷是作物生長(zhǎng)必需營(yíng)養(yǎng)元素之一。磷肥施入土壤中后，很容易被土壤固定，加上當(dāng)季作物磷肥利用率比較低[1]，導(dǎo)致過(guò)量的磷素積累在土壤中，不僅使生產(chǎn)效益降低，還會(huì)抑制植物對(duì)其他微量元素[2]的吸收，使土壤中缺素[3]，同時(shí)還會(huì)使土壤磷淋失，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化等[4-5]。腐殖酸是一類成分復(fù)雜的天然有機(jī)高分子混合物，需要通過(guò)微生物將動(dòng)植物殘?bào)w和微生物細(xì)胞等分解和轉(zhuǎn)化，并經(jīng)一系列地球化學(xué)過(guò)程積累而成。許多研究表明，腐殖酸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有很大的應(yīng)用潛力，可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。生物炭（biochar）是在低氧或缺氧條件下，農(nóng)作物秸稈、木質(zhì)物質(zhì)、禽畜糞便和其他材料等有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過(guò)高溫?zé)峤舛纬傻漠a(chǎn)物[7-8]。生物炭可以改變土壤的理化和微生物性質(zhì)[9]，提高作物產(chǎn)量[10]，并對(duì)磷有吸附作用[11]。本試驗(yàn)以飼用甜高粱為供試作物，研究腐殖酸和生物炭配合施用對(duì)土壤磷素吸收與轉(zhuǎn)化的影響，旨在為設(shè)施土壤磷素面源污染控制提供技術(shù)途徑。

1?材料與方法

1.1?供試材料

供試作物：飼用甜高粱，品種為甜雜2號(hào)，生育期為130～140 d。

供試調(diào)理劑：腐殖酸，草本生物炭（秸稈炭）。

供試土壤：取自天津市武清區(qū)大孟莊鎮(zhèn)后幼莊村集約化設(shè)施菜田，其基本理化性質(zhì)如表1所示。

1.2?試驗(yàn)處理

將土壤樣品自然風(fēng)干后過(guò)5 mm篩，每盆裝土 3 kg（盆高15 cm、口徑21 cm）。共設(shè)6個(gè)處理，分別為T1空白對(duì)照、T2生物炭（30 g）處理、T3腐殖酸（1.875 g）處理、T4腐殖酸+生物炭（1.875 g+30.0 g）處理、T5腐殖酸+1/2生物炭（1.875 g+15.0 g）處理、T6 1/2腐殖酸+生物炭（0.938 g+30.0 g）處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每盆定植2株。

試驗(yàn)時(shí)間為2018年5—11月。甜高粱種植期間每隔2 d灌水1次，每次灌水400～500 mL/盆。

1.3?測(cè)試方法

土壤有效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法測(cè)定，水溶性磷含量采用CaCl2浸提-鉬藍(lán)比色法，總磷含量采用濃硫酸-高氯酸消煮、鉬藍(lán)比色法測(cè)定，無(wú)機(jī)磷組分含量采用蔣柏藩等的方法測(cè)定[12]。

1.4?數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007方法進(jìn)行處理， 采用DPS 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?腐殖酸和生物炭配合處理對(duì)土壤總磷含量的影響

腐殖酸和生物炭配合處理對(duì)土壤總磷含量的影響如圖1所示，可以看出，T3、T4、T5處理土壤總磷含量均較T1處理低，其中T4處理土壤總磷含量最低，為 3.86 g/kg，較T1處理顯著降低7.70%;T3、T5處理與T1處理無(wú)顯著差異，說(shuō)明T4處理更有利減少土壤總磷含量，降低土壤磷素負(fù)荷。T2、T6處理總磷含量高于T1處理，但無(wú)顯著差異，說(shuō)明腐殖酸和生物炭配合對(duì)土壤總磷含量存在影響，且影響程度與其不同配比密切相關(guān)。

2.2?腐殖酸和生物炭配合處理對(duì)土壤有效磷含量的影響

腐殖酸和生物炭配合處理對(duì)土壤有效磷含量的影響如圖2所示，可以看出，T5、T6處理土壤有效磷含量均顯著高于T1處理，較T1處理分別高12.3%、19.2%;T2、T3、T4處理土壤有效磷含量也高于T1處理，但無(wú)顯著差異，說(shuō)明腐殖酸、生物炭單施或配合施用均能促進(jìn)磷素有效化。其中T4處理對(duì)于降低土壤有效磷含量相對(duì)較好，而T2、T3、T5、T6處理更有利于促進(jìn)磷素有效化。

2.3?腐殖酸和生物炭配合處理對(duì)土壤水溶性磷含量的影響

如圖3所示，施用腐殖酸和生物炭處理土壤水溶性磷與T1處理無(wú)顯著差異，其中降低土壤中水溶性磷含量效果相對(duì)較好的是T4處理，其次是T6處理，說(shuō)明T4、T6處理可以降低土壤磷素淋溶風(fēng)險(xiǎn)。而T2、T3、T5處理土壤中水溶性磷含量高于T1處理，說(shuō)明T2、T3、T5處理可促進(jìn)土壤磷素轉(zhuǎn)化。

2.4?腐殖酸和生物炭配合處理對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷含量的影響

腐殖酸和生物炭配合處理對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷組分含量和所占總無(wú)機(jī)磷含量比例的影響如表2、表3所示。如表2所示，各處理間土壤中Ca2-P含量無(wú)顯著差異，T5處理的含量相對(duì)較少;T4、T5處理的Ca8-P含量顯著低于T1處理，而T6顯著高于其他處理;各處理間Ca10-P含量無(wú)顯著差異;T6處理的Al-P含量顯著低于T1處理;T6處理的Fe-P含量顯著高于T1處理;T5處理的O-P含量顯著高于T1處理。總體來(lái)看，T4、T5處理有利于降低土壤中Ca8-P含量，T6處理有利于土壤磷素向Ca8-P、Fe-P轉(zhuǎn)化。其主要機(jī)理是，T4處理促進(jìn)土壤磷素吸收;T5處理既促進(jìn)磷素吸收，也促進(jìn)了土壤磷素向Fe-P、O-P轉(zhuǎn)化;T6處理主要是促進(jìn)了土壤磷素向Ca8-P、Fe-P轉(zhuǎn)化。

在石灰性土壤無(wú)機(jī)磷中約有70%～80%是以Ca-P形態(tài)存在的[13-15]。如表3所示，各處理的 Ca8-P含量所占比例最大，約占總量的56.35%～66.09%，其中T6處理最大。而從Ca10-P含量所占比例來(lái)看，腐殖酸和生物炭的施加使土壤無(wú)機(jī)磷組分中Ca10-P所占比例增加，其中T5處理比例增幅相對(duì)較大。

3?討論

土壤磷素轉(zhuǎn)化主要包括土壤磷素沉淀和溶解、吸附和解吸，還包括無(wú)機(jī)磷的生物固定以及有機(jī)磷的礦化等一系列復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程[15]。對(duì)于土壤總磷，T4處理土壤總磷含量顯著低于T1處理，可能是由于T4處理配比的腐殖酸和生物炭有利于植物對(duì)土壤中磷素的吸收，也可能是由于腐殖酸和生物炭對(duì)磷素的吸附作用[11，16];對(duì)于土壤有效磷，T5、T6處理顯著高于T1處理，T2、T3、T4處理與對(duì)照無(wú)顯著差異，可能是由于腐殖酸促進(jìn)了土壤磷素的釋放[16]。

土壤無(wú)機(jī)磷組分中，Ca2-P是植物吸收的有效磷源。本盆栽試驗(yàn)中未施加磷肥，Ca2-P被作物吸收后只能通過(guò)其他形態(tài)的磷進(jìn)行補(bǔ)充，而T5處理可能由于腐殖酸和生物炭的配施促使Ca8-P向更有效的磷源Ca2-P轉(zhuǎn)化，但是由于無(wú)磷肥的施入，使Ca8-P被作物吸收消耗沒(méi)有得到轉(zhuǎn)化，說(shuō)明T5處理有效促進(jìn)了作物對(duì)土壤中磷素的吸收。而T5處理 Ca10-P含量所占無(wú)機(jī)磷總量的比例在各處理中最大，Ca2-P、Ca8-P含量減少也可能是由于部分磷素向難溶性磷素Ca10-P轉(zhuǎn)化，使磷素都固定在土壤中。

4?結(jié)論

本試驗(yàn)以甜高粱為供試作物，研究腐殖酸和生物炭配施對(duì)土壤磷素轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明，腐殖酸和生物炭配合施用可以促進(jìn)土壤中磷素的轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)作物對(duì)磷素的吸收。在腐殖酸和生物炭配施不同處理中，T4處理對(duì)于降低土壤中總磷、有效磷、水溶性磷含量效果較好，可以減少土壤中磷素的積累，減少磷素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。T5處理既促進(jìn)了作物對(duì)有效磷源Ca2-P的吸收，提高了各磷組分之間的轉(zhuǎn)化，也促進(jìn)了土壤磷素向Fe-P、O-P轉(zhuǎn)化。T6處理主要是促進(jìn)了土壤磷素向Ca8-P、Fe-P轉(zhuǎn)化。而腐殖酸和生物炭配施對(duì)土壤磷素的影響，因材料施入土壤時(shí)間、作物種類和土壤自身養(yǎng)分狀況等因素存在著不確定性，其影響還有待進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳?磊，王盛鋒，劉榮樂(lè)，等. 不同磷供應(yīng)水平下小麥根系形態(tài)及根際過(guò)程的變化特征[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2012，18（2）：324-331.

[2]趙榮芳，鄒春琴，張福鎖. 長(zhǎng)期施用磷肥對(duì)冬小麥根際磷、鋅有效性及其作物磷鋅營(yíng)養(yǎng)的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13（3）：368-372.

[3]盧樹(shù)昌，陳?清，張福鎖，等. 河北果園主分布區(qū)土壤磷素投入特點(diǎn)及磷負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41（10）：3149-3157.

[4]堪?蕓，何丙輝，趙秀蘭，等. 小江流域農(nóng)地水土流失對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2010，24（4）：31-35.

[5]焉?莉，高?強(qiáng)，張志丹，等. 自然降雨條件下減肥和資源再利用對(duì)東北黑土玉米地氮磷流失的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2014，28（4）：1-6.

[6]陳?靜，黃占斌. 腐殖酸在土壤修復(fù)中的作用[J]. 腐植酸，2014（4）：30-34，65.

[7]Xu G，Lv Y C，Sun J N，et al. Recent advances in biochar applications in agricultural soils：benefits and environmental implications[J]. Clean-Soil，Air，Water，2012，40（10）：1093-1098.

[8]翁福軍，盧樹(shù)昌. 生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的研究進(jìn)展與前景[J]. 北方園藝，2015（8）：199-203.

[9]余慧敏，郭?熙. 生物炭與生物炭基肥利用研究進(jìn)展[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，24（12）：82-86.

[10]武?玉，徐?剛，呂迎春，等. 生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的研究進(jìn)展[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展，2014，29（1）：68-79.

[11]Chintala R，Schumacher T E，McDonald L M，et al.Phosphorus sorption and availability from biochars and soil/biochar mixtures[J]. Clean-Soil，Air，Water，2014，42（5）：626-634.

[12]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000：42-48，93-96.

[13]安衛(wèi)紅，張淑民. 石灰性土壤無(wú)機(jī)磷的分級(jí)及其有效性的研究[J]. 土壤通報(bào)，1991，22（1）：35-37.

[14]蔣柏藩. 石灰性土壤無(wú)機(jī)磷有效性的研究[J]. 土壤，1992，24（1）：61-65.

[15]林治安，謝承陶，張振山，等. 石灰性土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)、轉(zhuǎn)化及其有效性研究[J]. 土壤通報(bào)，1997，28（6）：274-276.

[16]路艷艷，吳欽泉，陳士更，等. 腐殖酸對(duì)磷鉀吸附及活化性能研究[J]. 腐植酸，2018（2）：40-44.