高磷條件下腐殖酸和生物炭配施對土壤磷素轉化的影響

劉暢 王茜 賀浩強 李曉寒 岳彪輝 普紅青 袁義麗 桂枝 盧樹昌

摘要：研究腐殖酸和生物炭2種調理劑配合施用對土壤磷素吸收與轉化的影響，設空白對照、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個處理。結果表明，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生物炭處理既促進了作物對有效磷源Ca2-P的吸收，提高了各磷組分之間的轉化，也促進了土壤磷素向Fe-P、O-P 轉化，有利于降低土壤磷素負荷;1/2腐殖酸+生物炭處理可以促進土壤磷素向Ca8-P、Fe-P轉化。

關鍵詞：腐殖酸;生物炭;高磷土壤;吸收;轉化;磷素

中圖分類號： S156.2;X53文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）08-0284-04

收稿日期：2019-03-24

基金項目：天津市大學生創新訓練計劃（編號：201810061075）;天津市高校學科領軍人才培養計劃（編號：J01009030705）。

作者簡介：劉?暢（1996—），女，河北灤平人，從事農田土壤與作物生長環境關系方面研究。E-mail：1591092998@qq.com。

通信作者：盧樹昌，博士，教授，從事農田土壤質量與植物營養的教學與科研工作。Tel：（022）23781298;E-mail：lsc9707@163.com。

磷是作物生長必需營養元素之一。磷肥施入土壤中后，很容易被土壤固定，加上當季作物磷肥利用率比較低[1]，導致過量的磷素積累在土壤中，不僅使生產效益降低，還會抑制植物對其他微量元素[2]的吸收，使土壤中缺素[3]，同時還會使土壤磷淋失，造成水體富營養化等[4-5]。腐殖酸是一類成分復雜的天然有機高分子混合物，需要通過微生物將動植物殘體和微生物細胞等分解和轉化，并經一系列地球化學過程積累而成。許多研究表明，腐殖酸在農業生產上有很大的應用潛力，可以改善土壤結構，提高作物產量和品質[6]。生物炭（biochar）是在低氧或缺氧條件下，農作物秸稈、木質物質、禽畜糞便和其他材料等有機物質經過高溫熱解而形成的產物[7-8]。生物炭可以改變土壤的理化和微生物性質[9]，提高作物產量[10]，并對磷有吸附作用[11]。本試驗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土壤磷素吸收與轉化的影響，旨在為設施土壤磷素面源污染控制提供技術途徑。

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，生育期為130～140 d。

供試調理劑：腐殖酸，草本生物炭（秸稈炭）。

供試土壤：取自天津市武清區大孟莊鎮后幼莊村集約化設施菜田，其基本理化性質如表1所示。

1.2?試驗處理

將土壤樣品自然風干后過5 mm篩，每盆裝土 3 kg（盆高15 cm、口徑21 cm）。共設6個處理，分別為T1空白對照、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，每個處理3個重復，每盆定植2株。

試驗時間為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?測試方法

土壤有效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬藍比色法測定，水溶性磷含量采用CaCl2浸提-鉬藍比色法，總磷含量采用濃硫酸-高氯酸消煮、鉬藍比色法測定，無機磷組分含量采用蔣柏藩等的方法測定[12]。

1.4?數據處理

試驗數據采用Excel 2007方法進行處理， 采用DPS 7.05軟件進行統計分析。

2?結果與分析

2.1?腐殖酸和生物炭配合處理對土壤總磷含量的影響

腐殖酸和生物炭配合處理對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處理無顯著差異，說明T4處理更有利減少土壤總磷含量，降低土壤磷素負荷。T2、T6處理總磷含量高于T1處理，但無顯著差異，說明腐殖酸和生物炭配合對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。

2.2?腐殖酸和生物炭配合處理對土壤有效磷含量的影響

腐殖酸和生物炭配合處理對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，但無顯著差異，說明腐殖酸、生物炭單施或配合施用均能促進磷素有效化。其中T4處理對于降低土壤有效磷含量相對較好，而T2、T3、T5、T6處理更有利于促進磷素有效化。

2.3?腐殖酸和生物炭配合處理對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處理無顯著差異，其中降低土壤中水溶性磷含量效果相對較好的是T4處理，其次是T6處理，說明T4、T6處理可以降低土壤磷素淋溶風險。而T2、T3、T5處理土壤中水溶性磷含量高于T1處理，說明T2、T3、T5處理可促進土壤磷素轉化。

2.4?腐殖酸和生物炭配合處理對土壤無機磷含量的影響

腐殖酸和生物炭配合處理對土壤無機磷組分含量和所占總無機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含量無顯著差異，T5處理的含量相對較少;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轉化。其主要機理是，T4處理促進土壤磷素吸收;T5處理既促進磷素吸收，也促進了土壤磷素向Fe-P、O-P轉化;T6處理主要是促進了土壤磷素向Ca8-P、Fe-P轉化。

在石灰性土壤無機磷中約有70%～80%是以Ca-P形態存在的[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含量所占比例來看，腐殖酸和生物炭的施加使土壤無機磷組分中Ca10-P所占比例增加，其中T5處理比例增幅相對較大。

3?討論

土壤磷素轉化主要包括土壤磷素沉淀和溶解、吸附和解吸，還包括無機磷的生物固定以及有機磷的礦化等一系列復雜的生物化學過程[15]。對于土壤總磷，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土壤中磷素的吸收，也可能是由于腐殖酸和生物炭對磷素的吸附作用[11，16];對于土壤有效磷，T5、T6處理顯著高于T1處理，T2、T3、T4處理與對照無顯著差異，可能是由于腐殖酸促進了土壤磷素的釋放[16]。

土壤無機磷組分中，Ca2-P是植物吸收的有效磷源。本盆栽試驗中未施加磷肥，Ca2-P被作物吸收后只能通過其他形態的磷進行補充，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轉化，但是由于無磷肥的施入，使Ca8-P被作物吸收消耗沒有得到轉化，說明T5處理有效促進了作物對土壤中磷素的吸收。而T5處理 Ca10-P含量所占無機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轉化，使磷素都固定在土壤中。

4?結論

本試驗以甜高粱為供試作物，研究腐殖酸和生物炭配施對土壤磷素轉化的影響。結果表明，腐殖酸和生物炭配合施用可以促進土壤中磷素的轉化，從而促進作物對磷素的吸收。在腐殖酸和生物炭配施不同處理中，T4處理對于降低土壤中總磷、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，減少磷素環境風險。T5處理既促進了作物對有效磷源Ca2-P的吸收，提高了各磷組分之間的轉化，也促進了土壤磷素向Fe-P、O-P轉化。T6處理主要是促進了土壤磷素向Ca8-P、Fe-P轉化。而腐殖酸和生物炭配施對土壤磷素的影響，因材料施入土壤時間、作物種類和土壤自身養分狀況等因素存在著不確定性，其影響還有待進一步深入研究。

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