不同類型解磷劑對施入磷礦粉土壤有效磷含量的影響

薛亞男，萬亞珍，梅丹丹，付文杰，張文輝

(鄭州大學化工學院，河南 鄭州 450001)

【研究意義】磷素是植物生長發育所必需的營養元素[1]，有效磷是指土壤中能直接被植物吸收利用的磷[2]。由于常規磷銨、過磷酸鈣等工業生產的磷肥施入土壤后容易被固定成難溶性磷，導致磷肥的當季利用率較低[3-4]。在目前能源供應緊張、磷資源特別是高品位磷礦資源緊缺[5]、環境問題日益受到關注的情況下，傳統磷肥工業的生產技術體系，由于存在高能耗、高污染等弊端[6]，已不能滿足經濟和社會發展需要。因此，為緩解資源危機和環境壓力，突破磷肥行業經濟技術瓶頸，磷礦粉可作為一種緩釋磷肥確保我國糧食安全和農業的可持續發展。我國磷礦資源在數量上比較豐富，但以中、低品位為主(約占60 %)，磷礦在工業上必須使用高品位的磷礦為原料加工成磷銨、磷酸基NPK復合肥、硝酸磷肥等磷肥滿足農業生產需要，并且也可直接施入土壤，依靠土壤酸性、解磷菌、作物根系分泌的弱酸等作用轉化成被作物吸收的磷，不過磷素釋放慢、肥效差[7-9]；在我國磷礦資源不足、品位較低的情況下，應充分提高低品位磷礦粉中磷的釋放，使其肥效接近或高于同等量的化學磷肥[10]。解決這一問題的關鍵在于改進磷肥的性狀，提高難溶性磷形態向更有利于植物利用的有效形態轉化，提高其有效性。近年來，利用有機酸類[8,11-12]及高表面活性礦物[13]活化磷礦粉的促釋活化技術因具有高效、節能、環保等特點越來越受到重視。因此，在石灰性土壤中施用被解磷劑處理過的低品位磷礦粉，研究其在土壤中的解磷效果，對緩解磷礦資源危機具有十分重要的戰略意義。【前人研究進展】γ-聚谷氨酸具有良好的水溶性、生物相容性、生物可降解性、無毒性等優點[14-16]，該物質可以改善土壤的保水能力以及土壤團聚體的結構及穩定性[17-18]，同時具有較強的螯合土壤中鐵、鋁、鈣等陽離子的能力，有利于提高土壤磷的有效性。關于外源有機質γ-聚谷氨酸的輸入對土壤解磷的研究尚處于起步階段，尤其對石灰性土壤解磷研究鮮有報道?！颈狙芯康那腥朦c】本文以草酸和γ-聚谷氨酸2種解磷劑為研究對象，通過分析加入量等因素對河南鄭州石灰性土壤中的有效磷、pH等影響的規律，揭示解磷劑的作用機理，為低品位磷礦粉的使用提供數據支持?！緮M解決的關鍵問題】石灰性土壤中使用解磷劑能夠促進低品位磷礦粉向有效磷轉化并保持持久的有效性，以期為石灰性土壤中的低品位磷礦粉的資源化利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤 供試土壤屬潮土，采自河南省鄭州市高新區。土壤樣品的采集按照NYT395-2012中所描述的方法進行操作。土樣風干后研細，過100目篩后備用。供試土壤化學性質如表1所示。

表1 供試土壤基本性狀

1.1.2 供試磷礦粉 磷礦粉由河南力浮科技有限公司提供，品位17 %，為低品位磷礦粉；磨細過100目篩備用。

1.1.3 供試解磷劑 本試驗研究所用化學試劑：γ-聚谷氨酸、沸石粉、木質素、氨基酸、海泡石粉、硅藻土、腐殖酸、硫磺粉均由河南力浮科技有限公司提供；草酸、EDTA-2Na、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙二酸、海藻酸、檸檬酸、丁二酸均為分析純。

1.2 實驗設計

室內土壤培養實驗于2019年4-9月分兩部分進行。第一部分有16種解磷劑，共18個處理(土壤用量為500 g，解磷劑用量為1.25 g，磷礦粉用量為2.5 g)，每個處理重復3次；第二部分有兩種解磷劑，共8個處理(土壤用量為500 g，解磷劑用量為1.25、0.75、0.25 g，磷礦粉用量為2.5 g),每個處理重復3次。

土培實驗選用10.2 cm×18 cm ×11 cm培養盆，每盆裝土500 g，磷礦粉2.5 g，解磷劑1.25 g，將土壤濕度調節至田間持水量的70 %，充分混勻后于人工氣候箱培養70 d，期間通過稱重保持土壤含水量不變。第1、10、30、50、70、90天分別取1份土壤樣品，烘干研磨裝袋用于土壤各種理化性質的的測定。人工氣候箱光周期L∶D=14 h∶10 h，溫度為(25±1)℃、相對濕度為(70±5) %。

1.3 測定方法

土壤pH采用PHS-3C型數顯酸度計測定(土水比=1∶2.5)；土壤全磷采用H2SO4-HClO4消煮法測定；土壤有效磷含量使用0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提測定；土壤有機質采用高溫加熱重鉻酸鉀氧化法測定；土壤無機磷分級用參照魯如坤[19]的方法進行有效磷浸提試驗。

1.4 數據處理

試驗數據使用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析，結果用平均值±標準差表示。使用DPS 7.05軟件進行多重比較，以P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 各解磷劑對土壤速效磷含量的影響

在整個土壤培養階段，各處理組速效磷含量大都高于對照組(圖1)。γ-聚谷氨酸與草酸活化土壤難溶性磷的效果顯著大于其他的解磷劑。檸檬酸與丁二酸處理組的有效磷含量低于單施磷礦粉組，這與介曉磊[20]在石灰性潮土上利用不同濃度的低分子量有機酸活化土壤無機磷的研究結果一致。在低濃度下，低分子量有機酸對土壤磷的活化具有抑制作用[12]，可能是由于少量有機酸促進土壤對磷的吸附作用。隨有機酸濃度增大其抑制作用減弱，進而促進了土壤中磷素的活化。由于γ-聚谷氨酸與草酸活化土壤難溶性磷的效果明顯優于其他解磷劑，故本研究繼續對γ-聚谷氨酸和草酸不同加入量對土壤有效磷含量的影響進行探究。

在試驗的1，10， 30， 50， 70 d，γ-聚谷氨酸和草酸處理組的速效磷含量顯著高于單施磷礦粉組(圖2)，且隨著解磷劑加入量的增大土壤中有效磷含量隨之提高。在培養期70 d內，γ-聚谷氨酸、草酸處理組的速效磷含量比單施磷礦粉組平均提高了46.95 %、30.93 %。以上結果表明，γ-聚谷氨酸和草酸解磷劑均能促釋難溶態磷，增加土壤中有效磷含量。其原因可能為γ-聚谷氨酸和草酸施入土壤后能改善土壤的物理環境，活化難溶性磷，提高磷的利用率;另一方面，γ-聚谷氨酸和草酸能螯合土壤中能與磷結合的鈣、鐵、鋁，提高了有效磷的含量。

2.2 不同解磷劑處理對土壤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]。培養初期，土壤pH整體升高(圖3)，后期又下降。草酸施入土壤后，由于其含有羧基酸性基團，通過酸解把土壤中的難溶性磷轉化為有效磷。培養后期，由于土壤具有比較強的緩沖能力，所以土壤pH在一定程度上升高。與草酸相比，γ-聚谷氨酸在整個培養期間土壤pH一直比對照組(單施磷礦粉)高，但是其有效磷卻最高。說明γ-聚谷氨酸作為解磷劑不是通過酸解作用促釋難溶性磷，可能是由于γ-聚谷氨酸比較強的螯合能力促釋難溶性磷[21]。

2.3 γ-聚谷氨酸解磷劑對土壤無機磷含量的影響

由表2所示，無機磷是主要的土壤磷源，據文獻報道土壤無機磷中的Ca8-P，Ca2-P是重要的有效磷源， Al-P、Fe-P是重要的潛在速效磷供給源，而O-P(閉蓄態磷)、Ca10-P為植物難以利用的磷。潮土中無機磷的77 %是Ca10-P，由于實驗所用磷礦粉中Ca10-P含量與潮土原有含量相當，土壤中添加磷礦粉后， Ca10-P含量顯著提高。實驗70 d內，與單施磷礦粉組相比，γ-聚谷氨酸和草酸處理均可增加土壤中的Fe-P， Ca8-P，Ca2-P含量，降低Ca10-P的含量;實驗70 d內，γ-聚谷氨酸處理組 Ca10-P的量均比草酸處理組低，說明γ-聚谷氨酸螯合鈣離子的能力優于草酸。石灰性土壤中添加草酸和γ-聚谷氨酸都能活化土壤難溶性磷，并且γ-聚谷氨酸的活化效果優于草酸。

表2 解磷劑對石灰性土壤中各無機磷組分的的影響

3 討 論

與單施磷礦粉組相比，添加γ-聚谷氨酸均可以顯著提高土壤中速效磷的含量，在整個實驗過程中γ-聚谷氨酸處理有效磷含量提高46.95 %，第50 天有效磷凈增量最高為60.10 %。隨著γ-PGA加入量的增加有效磷含量增加的效果更加明顯。從增加的趨勢來看，γ-聚谷氨酸的加入量每增加20 %，土壤有效磷含量的增加率分別為217.49 %和71.66 %,說明隨著γ-聚谷氨酸量的增加，土壤有效磷含量雖然也在增加，但是增加速率放緩。

γ-聚谷氨酸可以促進Ca10-P向Al-P、Fe-P， Ca2-P，Ca8-P轉化，增加土壤中有效磷的含量。

石灰性土壤中磷主要與鈣結合從而使磷逐漸喪失有效性，γ-聚谷氨酸比草酸作用效果好，是因為γ-聚谷氨酸螯合堿性土壤鈣離子的能力優于草酸。本研究為今后磷礦粉在石灰性土壤上的直接應用提供了理論參考，γ-聚谷氨酸與磷礦粉可以在石灰性土壤上混合施用。