不同磷肥品種在石灰性土壤中的磷形態差異

吉冰潔，李文海，徐夢洋，牛金璨，張樹蘭，楊學云

西北農林科技大學資源環境學院，陜西楊凌 712100

0 引言

【研究意義】磷是作物生長發育不可缺少的主要營養元素，也是北方石灰性土壤作物增產的主要限制因子之一[1]。在某些條件下，盡管土壤的全磷含量較高，但可供植物吸收利用的有效磷仍然很低[2]，只有施磷才能滿足作物需要。施入到石灰性土壤中的磷，大部分與 Ca2+等發生沉淀反應[3]，有近 75%—90%的磷轉化為難溶性磷酸鹽而累積在土壤中，致使主要農作物的磷肥當季利用率僅為 10%—25%[4-5]。統計結果表明，至 2010年中國土壤磷的盈余量已增長到 P 40.8 kg·hm-2·a-1[6]。這不僅浪費了有限的磷礦資源，還可能帶來潛在的環境問題。因此，提高土壤磷素有效性是減少土壤磷素累積的關鍵，對于提高磷肥利用率和減少環境污染，實現農業可持續發展具有重要意義。【前人研究進展】有報道指出，土壤磷素有效性與磷肥品種密切相關。目前，市面上的磷肥品種繁多，如水溶性、弱酸溶性和難溶性的；生理酸性、堿性和中性的，以及不同養分含量的。不同磷肥品種由于其組成、溶解性、酸堿性等性質的差異，在不同土壤中的肥效也不盡相同[7-9]。一般認為過磷酸鈣適用于石灰性土壤，如王少仁等[10]研究表明，在施用等量磷的條件下，石灰性土壤上不同磷肥利用效率表現為過磷酸鈣＞鈣鎂磷肥＞磷酸二銨；而鈣鎂磷肥在酸性土壤上的施肥效果與水溶性肥料相當甚至更高[11]。朱宏斌等[8]研究表明，在酸化的石灰性砂姜黑土上，磷肥對玉米生長和產量的影響均表現為鈣鎂磷肥＞磷酸二銨＞過磷酸鈣。近年來，聚磷酸銨、磷酸脲等作為新型高效磷肥品種逐漸受到關注。尤其在新疆地區，磷酸脲、聚磷酸銨等水溶性肥料被廣泛用于膜下滴灌棉花，對于促進棉花的生長、提高棉花品質都發揮了很好的作用，肥效優于可溶性磷銨[12]。因而根據土壤和作物施用不同種類磷肥有助于提高磷肥利用效率，減少磷肥施用。磷肥的有效性不僅與磷肥的組成、形態及作物有關，而且取決于與土壤反應產物的形態和有效性[13]。在判斷土壤磷肥力時，一般習慣于將有效磷作為最重要的一個衡量指標，而忽略了磷在土壤中的化學行為和存在形態[14-15]。磷素在土壤中的存在形態和轉化直接影響作物對磷素的吸收利用[16-18]。土壤中磷素形態復雜，且處于動態平衡之中，一般采用土壤磷素分級法來定性、定量地評價。1989年，蔣柏藩和顧益初提出了適用于石灰性土壤磷的分級方法，把土壤無機磷分為Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P六種形態[19]。研究表明，Ca2-P是作物最有效的磷源，Al-P、Ca8-P、Fe-P可視為緩效磷源，O-P和Ca10-P短期內難以被植物吸收利用，被視為潛在磷源[20-21]。長期施化學磷肥可以不同程度地增加土壤有效態和緩效態磷含量[22]。【本研究切入點】土是關中平原地區特有的主要土壤類型之一，關中平原是陜西省乃至西北地區最主要的糧食生產基地。關于提高磷肥利用率的研究，大多集中于單一品種磷肥的長期定位試驗、磷肥施用量、肥料管理措施以及土地管理方式等[23-26]，如何匹配磷肥-作物-土壤，使其發揮最大效率，目前研究相對很少。因此，搞清不同磷肥品種在土中磷形態轉化及有效性差異，是合理選用磷肥品種的前提條件，對提高土磷素有效性，實現農業可持續生產和環境保護具有重要意義。【擬解決的關鍵問題】本試驗選用目前市場上主要的6種磷肥品種，通過盆栽試驗初步探討了不同種類磷肥進入石灰性土后的土壤磷形態轉化及其有效性。旨在選擇合適的磷肥品種來提高土壤有效態和緩效態磷，減弱固定態磷的累積，從而提高土壤磷素利用率，為該區磷肥-作物-土壤匹配提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本盆栽試驗于2019年7—9月在“國家黃土肥力與肥料效益監測基地”進行，基地位于黃土高原南部的陜西省關中平原楊凌示范區（34°17′51″ N、108°00′48″ E），海拔 534 m，年平均氣溫 12.9℃，年降水量為550—600 mm，降雨量主要集中在6—9月份。年均蒸發量993 mm，無霜期184—216 d，屬于暖溫帶大陸性季風氣候。供試土壤為旱耕土墊人為土，黃土母質，采自長期定位試驗地低有效磷含量的耕層（0—20 cm）土壤。土壤質地為粉砂黏壤土、土壤pH（1∶2.5）8.37、有機質 16.6 g·kg-1、全氮 1.1 g·kg-1、有效磷 6.2 mg·kg-1、速效鉀 236.4 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗共設8個處理，4次重復，共32盆，培養時采取完全隨機排列。8個肥料處理分別為：（1）不施磷肥（Control）；（2）過磷酸鈣（SSP）；（3）鈣鎂磷肥（CaMg P）；（4）磷酸一銨（MAP）；（5）磷酸二銨（DAP）；（6）聚磷酸銨（Poly P）；（7）磷酸脲（Urea P）；（8）過磷酸鈣加硫酸銨（SSP+ASA）。各磷肥處理施肥量為100 mg P·kg-1風干土，按含磷量折算施入。硫酸銨施用量為50 mg N·kg-1風干土。試驗開始前，將土壤風干，所有土壤過2 mm篩混勻備用。稱3.5 kg土壤放入塑料袋中，將下述養分分別單獨配成營養液，按（1）—（7）順序依次加入（鈣鎂磷肥、過磷酸鈣等不完全溶解磷肥研磨過 2 mm篩均勻混入）。土壤N、P、K及中微量元素等養分加入量（mg·kg-1風干土）和順序為：（1）尿素，補齊氮素調節在同一氮水平，即 200 mg N·kg-1風干土；（2）K2SO4335.10；（3）CaCl2125.67；（4）MgSO4·7H2O 43.34；（5）EDTA-FeNa 5.80；（6）MnSO4·4H2O 6.67，ZnSO4·7H2O 10，CuSO4·5H2O 2，H3BO30.67，(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.26；（7）磷肥（表 1）。充分混勻土壤，風干 1 d后根據需要再過2 mm篩，將土從塑料袋中轉移到陶瓷盆（直徑18 cm，高19 cm）中，加水至田間持水量的50%后平衡2 d左右播種。供試作物選用鄭單958，提前萌發種子，待種子長出1 cm左右的芽后，選取萌發狀況相對一致的種子播種。每盆播種5粒，待出苗5 d左右間苗，保留2株長勢相對一致的幼苗。播種后澆適量水，開始盆栽試驗（60 d）。試驗期間采用稱重法澆水，使含水量保持在田間持水量的70%—80%，以滿足作物對水分的需求。定期通過稱重法（忽略植株干重的差異）將所有盆的含水量調節一致（至少每周一次）。

表1 盆栽試驗肥料性質及用量Table 1 Characteristics and application amount of fertilizer in the pot experiment

1.3 樣品采集與分析

用手鉆（內徑1.6 cm，長20 cm）均勻采集盆內土樣，每盆3個取樣點，取土約50 g/pot，分別在播種后第0、7、15、30、60天取土壤樣品測定有效磷含量，并于第60天采集土樣，測定磷組分。土樣仔細挑揀出所有根系之后，再將土壤充分混勻，風干后按照不同測定指標的要求過篩。有效磷測定過1 mm篩，磷組分測定過0.15 mm篩。植株培養60 d收獲（從播種當天開始計），收獲時用剪刀將植株從莖基部剪斷，收取植株地上部裝入信封，收獲的地上部植株在 105℃下殺青30 min后，在65℃烘干至恒重。稱重后研磨粉碎并過篩，測定植株吸磷量。土壤有效磷（Olsen P）采用pH 8.5的0.5 mol·L-1NaHCO3溶液浸提，植物樣品全磷采用H2SO4–H2O2消煮[27]。無機磷形態分組按照蔣柏藩和顧益初提出的石灰性土壤無機磷分級法[19]，將土壤無機磷形態分為Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P 和 Ca10-P，分別用 0.25 mol·L-1NaHCO3溶液（pH 7.5）、0.5 mol·L-1NH4OAc 溶液（pH 4.2）、0.5 mol·L-1NH4F 溶液（pH 8.2）、0.1 mol·L-1NaOH-0.1 mol·L-1Na2CO3溶液、0.3 mol·L-1檸檬酸鈉溶液+0.5 mol·L-1NaOH 溶液、0.5 mol·L-1H2SO4溶液連續浸提、振蕩、離心。所有浸提液及消煮液中磷含量用鉬銻抗比色法測定[27]。

1.4 計算方法

磷肥利用效率用以下公式計算[24]。

差減法：磷肥利用率（PUE，%）=（U-U0）/F×100 （1）

平衡法：磷肥利用率（PUE，%）= U/F×100 （2）式中，U代表施磷肥處理作物地上部吸磷總量（mg/pot），U0代表未施磷肥處理作物地上部吸磷總量（mg/pot），F為磷肥施用量（mg/pot）。

1.5 數據處理與統計分析

試驗數據用Excel 2016和SPSS 25.0軟件進行統計分析，用單因素方差分析（One-way ANOVA）Duncan（P＜0.05）法進行多重比較，采用Origin 2020軟件制作圖。

2 結果

2.1 不同磷肥品種對土壤有效磷動態的影響

由于磷肥性質不同，等量施用不同品種的磷肥對石灰性土壤有效磷的影響存在顯著差異（圖 1）。各磷肥品種土壤有效磷含量較對照均有顯著增加，平均提高了 1.52—40.08 mg·kg-1。DAP、Urea P、Poly P 和MAP處理土壤平均有效磷含量范圍為 32.47—47.40 mg·kg-1，SSP和 SSP+ASA處理土壤平均有效磷含量分別為24.68和27.49 mg·kg-1，CaMg P處理土壤平均有效磷含量為8.84 mg·kg-1。在玉米種植期間，施不同磷肥品種的土壤平均有效磷含量大小順序為：DAP＞Urea P≥Poly P＞MAP＞SSP+ASA＞SSP＞CaMg P＞Control。

土壤有效磷（Olsen P）含量因磷肥品種（處理）而產生顯著差異，且隨施入土壤時間而發生不同變化（圖1）。鈣鎂磷肥（CaMg P）處理土壤Olsen P 較Control提高約 2 mg·kg-1左右，且這兩個處理土壤Olsen P含量在作物生長期內均維持在一個很低的水平，變化幅度不大且均顯著低于其他施磷處理。SSP和 SSP+ASA處理土壤 Olsen P含量較對照提高約18—22 mg·kg-1，表現為在 0—30 d時穩定，30—60 d時開始緩慢下降，與初始值相比，分別減少了 15.1%和11.3%；在整個生長期內，SSP+ASA處理土壤Olsen P始終高于SSP處理，平均約為11.4%，且SSP+ASA處理土壤有效磷含量下降速度低于SSP處理，說明石灰性土壤施硫酸銨酸化后有助于減緩磷素的固定。Poly P施入后，土壤Olsen P含量和SSP+ASA一樣，但在0—30 d時一直提高，在15 d后Olsen P顯著高于除DAP外的其他所有處理，至播種30 d時提高幅度達31.3%，此后開始緩慢下降。MAP和Urea P施入土壤后Olsen P分別達到43.39和54.38 mg·kg-1，較Control分別提高576.6%和747.9%，且均隨時間一直降低，其中0—7 d時均迅速下降、7—60 d時下降幅度變緩。與初始值相比，不同施磷處理中Urea P處理土壤有效磷含量下降幅度最大，為52.1%，MAP處理土壤有效磷含量降幅僅次于Urea P，為43.6%。二者在7 d時有效磷和Poly P相當，15 d時顯著低于Poly P處理，30—60 d時大體與SSP+ASA處理一致。DAP處理土壤有效磷含量較Control提高44.78 mg·kg-1，且在0—15 d時無顯著性變化、15—60 d時呈下降趨勢，在播種 60 d時下降了 25.1%。除剛施入土壤時低于Urea P外，幾乎在整個作物生長期間Olsen P均顯著高于其他所有處理。

2.2 不同磷肥品種對玉米植株干物質量及吸磷量的影響

所有磷肥品種均可顯著提高玉米植株干物質量和吸磷量（表 2），分別較 Control提高了 2.40—8.18 g/plant（64.8%—221.3%）和 3.69—19.19 mg/plant（114.1%—593.0%）。不同磷肥品種中，DAP和Poly P處理玉米植株干物質量和吸磷量最高，分別較Control增加了2.17和2.21倍、5.93和5.87倍，且兩個處理無顯著差異。MAP處理玉米植株干物質量、吸磷量僅次于DAP和Poly P處理。CaMg P處理玉米植株干物質量、吸磷量增加幅度最小，為 64.8%和114.1%。SSP+ASA、Urea P和SSP處理玉米植株干物質量及吸磷量差異不顯著，但均高于CaMg P處理。等量施磷情況下，不同磷肥品種磷肥利用率表現為：DAP≥Poly P＞MAP＞SSP+ASA≥Urea P≥SSP＞CaMg P。

表2 不同磷肥品種對玉米植株干物質量、吸磷量及磷肥利用率的影響Table 2 Effects of different varieties of phosphorus fertilizers on above-ground biomass, P uptake of maize, and P use efficiency

在本研究中，土壤有效磷含量與玉米植株吸磷量和干物質量均呈極顯著的正相關關系（P＜0.01），線性關系決定系數分別為0.8987和0.7795（圖2）。

2.3 不同磷肥品種對土壤無機磷形態的影響

有效態、緩效態和固定態磷分別表征土壤的高活性、中等活性和低活性磷[28]。由圖3可知，不同磷肥品種對土壤各形態無機磷有顯著影響。不同磷肥品種土壤中總無機磷含量變化范圍為 487.62—574.85 mg·kg-1，所有磷肥品種均較對照（Control）顯著提高了總無機磷的含量，但各施磷處理間無顯著差異（P＜0.01）。

土壤中有效態磷（Ca2-P）含量在 2.50—17.75 mg·kg-1之間，各施磷處理土壤Ca2-P含量均較對照顯著增加，增幅達36.9%—610.0%。依其顯著性各處理Ca2-P依次為DAP＞Poly P＞Urea P＞MAP≥SSP+ ASA＞SSP＞CaMg P＞Control（圖3-a）。與MAP處理相比，DAP、Poly P和Urea P處理土壤Ca2-P含量分別增加了9.70、8.85和4.05 mg·kg-1。SSP+ASA處理土壤Ca2-P含量顯著高于SSP處理，增加了24.9%。各施磷處理中，CaMg P處理土壤Ca2-P含量最低，僅為3.42 mg·kg-1。

土壤中緩效態磷（Ca8-P、Al-P和 Fe-P）含量介于104.25—170.20 mg·kg-1之間，各施磷處理土壤該形態磷含量均較 Control顯著增加，增幅達 24.7%—63.3%，依其顯著性 DAP≥MAP＞Urea P＞SSP+ASA≥SSP＞Poly P＞CaMg P＞Control。其中，土壤Ca8-P 變幅為 49.84—92.43 mg·kg-1，除 CaMg P 外的其余施磷處理Ca8-P均顯著增加，增加幅度為21.7%—85.5%。與DAP處理相比，MAP、Poly P和Urea P處理土壤Ca8-P含量分別減少了6.5%、20.1%和11.8%。各施磷處理中，SSP和SSP+ASA處理土壤Ca8-P含量增加幅度較小，分別為 23.2%和 21.7%，二者無顯著性差異。土壤Al-P含量范圍為22.09—40.42 mg·kg-1，其中 SSP+ASA處理增幅最大，為 83.0%，顯著高于除CaMg P外的其他處理；Poly P處理增加最小，為57.2%；除SSP+ASA處理外，其余處理間無顯著差異，但均顯著高于Control；與SSP處理相比，SSP+ASA處理Al-P含量顯著增加了11.9%。土壤Fe-P含量在32.32—57.46 mg·kg-1之間，各磷肥品種均較 Control顯著提高了Fe-P含量，其中SSP和SSP+ASA處理增幅最高，分別增加了77.8%和75.0%，且均顯著高于其他處理。CaMg P、MAP、DAP、Poly P和Urea P處理增幅為28.5%—34.4%，且處理間差異不顯著（圖3-b）。

土壤中固定態磷（O-P和Ca10-P）含量變化范圍為 380.87—423.27 mg·kg-1，CaMg P 處理的 O-P 和Ca10-P含量均顯著高于其他處理，分別較Control增加了22.2%、9.2%，其他施磷處理和Control相比略有增加，但均未達到顯著水平（圖3-c）。

在土壤無機磷各組分中，難以被植株吸收利用的固定態磷（Ca10-P和O-P）占無機磷的比例最大，為67.3%—78.1%。與Control相比，除CaMg P處理的 O-P百分比沒有降低外，其余施磷處理均降低了O-P的百分比，為4.4%—9.8%，其中DAP和Urea P處理達到顯著水平；各施磷處理均減少了Ca10-P的百分比，為4.4%—14.6%，其中DAP處理降幅最大。土壤中緩效態磷（Ca8-P、Al-P和 Fe-P）占無機磷的比例分別為 9.1%—16.1%、4.5%—7.3%和 6.6%—10.4%。與Control相比，各施磷處理顯著提高了Ca8-P、Al-P和Fe-P的百分比，分別提高了 7.2%—57.4%、36.3%—61.0%和 9.0%—57.0%，而 CaMg P處理的Ca8-P占無機磷的比例比Control顯著降低了11.0%。Ca2-P被視為作物最有效的磷源，其在無機磷中所占比例最小，約為0.5%—3.1%。與Control相比，各施磷處理均顯著提高了Ca2-P的百分比，為20.6—506.0%，其中DAP和Poly P處理增加最大（圖4）。各級磷組分占總無機磷的比例平均依次為：Ca10-P（60.2%）＞Ca8-P（12.6%）＞O-P（11.2%）＞Fe-P（8.1%）＞Al-P（6.3%）＞Ca2-P（1.7%）。說明在石灰性土壤中無機磷主要以有效性較低的固定態磷（Ca10-P和O-P）存在，而高活性的有效態磷（Ca2-P）很少。

2.4 土壤磷組分與土壤有效磷及植株吸磷量的相關關系

將不同磷肥品種的土壤磷組分與土壤有效磷含量進行相關性分析（圖 5），可以看出土壤有效磷含量和Ca2-P、Ca8-P、Al-P含量之間均呈顯著正相關關系（P＜0.05），其決定系數分別為0.8925、0.6307和0.1634。植株吸磷量與不同磷肥品種土壤磷組分的關系顯示植株吸磷量和Ca2-P、Ca8-P、Al-P含量極顯著正相關（P＜0.01），斜率大小為Ca2-P＞Al-P＞Ca8-P（圖6）。土壤有效磷含量及植株吸磷量均與Fe-P、O-P、Ca10-P含量無顯著相關關系（圖5，圖6）。

3 討論

3.1 不同磷肥品種與土壤有效磷及其生物有效性

試驗開始時Poly P處理土壤有效磷含量低于MAP，DAP和Urea P，在15 d后Poly P處理的Olsen P含量顯著高于除DAP外的其他所有處理（圖1）。這主要歸因于聚磷酸鹽的緩釋作用。Poly P是由正磷酸鹽、焦磷酸鹽和多聚磷酸鹽組成，正磷酸鹽可以被作物直接吸收利用，多聚磷酸鹽可逐步水解為正磷酸鹽后供作物吸收[29-31]。據報道，焦磷酸鹽在水環境中經過15 d可完全水解為正磷酸鹽[31]。此外，多聚磷酸鹽與磷酸根競爭吸附和絡合位點，減少了土壤黏粒對正磷酸鹽的吸附以及正磷酸鹽與土壤金屬離子的化學沉淀，從而提高了土壤有效磷的含量[32]。

本研究發現，正磷酸鹽肥料由于其本身的形態和性質，自施入土壤后有效磷含量就很高（此時正磷酸鹽還未來得及和Ca2+等結合），隨著時間的變化，正磷酸鹽與Ca2+等結合發生固定，因其性質、酸堿性等的差異，有效磷動態存在顯著差異。DAP處理土壤有效磷含量在15 d后才開始緩慢下降，而Urea P和MAP施入土壤后前兩周有效磷快速下降，尤其是Urea P處理最為明顯，三者固定率大小為 Urea P（52.1%）＞MAP（43.6%）＞DAP（25.1%）（圖1）。本結果和李書田等[33]研究一致，他們通過室內培養試驗也觀察到了類似的結果，相同時間內土壤對 MAP的固定較強，顯著大于DAP。這可能是因為Urea P和MAP均為酸性肥料（pH：Urea P＜MAP），對肥際微域碳酸鹽的溶解破壞促進了磷酸鈣鹽的形成，使有效磷被大量固定[34]。雖然DAP是弱堿性肥料，但同時也是生理酸性磷肥，銨態氮硝化過程會產生H+局部酸化肥際土壤，同樣促進了鈣磷形成和磷固定。

SSP為非正磷酸鹽肥料，其為磷灰石經硫酸高溫熔融冷卻制得，主要成分為一水磷酸一鈣，有效磷含量在一開始施入土壤時就不高，僅大于CaMg P。雖然SSP的飽和溶液pH為最低，一方面可以促進碳酸鈣的溶解，使磷酸一鈣進一步轉化為磷酸二鈣、磷酸八鈣等；另一方面SSP的酸性是來自于肥料制作過程中的硫酸，而不是它本身，硫酸也可以促進磷的溶解。而且它的有效磷含量也只能在短時間內維持不降，隨著作物對磷的吸收，土壤有效磷開始下降。

CaMg P施入土壤后的土壤Olsen P含量較對照有所提高，達到約9 mg·kg-1（圖 1），低于 14 mg·kg-1的玉米農學磷閾值[35-36]，但其玉米地上部生物量及吸磷量均較對照提高約一倍（表 2），盡管大大低于其他所有處理。這是因為其磷主要以枸溶態存在，溶解度很低，加之供試土壤Olsen P低于玉米生長磷閾值，同時玉米苗期雖然吸磷能力弱，但其根系可以分泌質子，活化利用一部分肥料磷。

有研究表明，施用硫酸銨可以降低土壤pH，提高土壤有效磷含量[37]，并且可以為作物提供必需營養元素氮和硫[38]。也有研究表明，施用酸性物質可以提高植株吸磷量[39]。本研究發現，SSP+ASA處理土壤有效磷和 Ca2-P含量分別比 SSP處理提高了 11.4%和24.9%。且添加硫酸銨后減緩了土壤有效磷的固定（圖1）。這主要是因為生理酸性肥料硫酸銨通過植物的代謝產生分泌酸降低了植物根際pH，從而促進了鈣磷的溶解。但本試驗中施用硫酸銨對植株干物質量及植株吸磷量沒有顯著影響（表 2）。這可能與玉米生育時期有關，玉米苗期吸磷量少可能是一個重要原因[40]。本研究表明，施用酸性物質硫酸銨顯著提高了Al-P的含量（圖 3-b），也與土壤的酸化有關。黃運湘和周雨舟等[41-42]研究表明，土壤交換性Al3+含量與土壤pH呈極顯著負相關關系。周雨舟等[43]研究發現，土壤pH的降低可以增加Al-P的含量，土壤 Al-P與pH呈顯著負相關關系。

在一定范圍內，植株吸磷量及生物量隨著土壤Olsen P的增加而增加[44]。本試驗結果也顯示，植株吸磷量和干物質量與土壤有效磷含量呈極顯著正相關關系（圖2）。然而本研究中DAP處理（47.40 mg·kg-1）土壤平均有效磷含量大于Poly P（35.50 mg·kg-1），且一直維持在一個很高水平（圖1），但和Poly P處理玉米吸磷量及生物量無顯著性差異（表 2）。一方面是因為聚磷酸鹽釋放的磷與作物對磷的需求同步[31]。表明磷肥的有效性不僅決定于土壤有效磷的含量，還取決于被作物吸收一部分磷之后，有效磷庫能否迅速得到補充，繼續保持植物所需磷的最佳濃度。另一方面，玉米植株吸磷量與土壤速效磷含量僅在一定范圍直線相關，一般呈現二次曲線關系。張立花等[45]在低磷土壤（Olsen P 4.9 mg·kg-1）上的研究表明，玉米地上部對磷的吸收是有限的，當土壤有效磷達到一定值后，玉米地上部吸磷量不再進一步增加。植物吸收的磷主要是正磷酸形態的磷，其中以H2PO4-最易吸收，HPO42-次之，PO43-吸收較差[46]。Urea P 磷形態為 PO43-，只有轉化為H2PO4-和HPO42-才能供作物吸收，但只有部分轉化，且轉化的過程需要一定時間，不利于作物的吸收。MAP含有一定量的銨態氮，銨態氮會酸化根際土壤，促進作物的磷素吸收，這可能是Urea P處理土壤有效磷含量在整個生育期內均大于 MAP處理，但肥效卻不如MAP的原因。此外，當pH較高時，根系吸收HPO42-較多[46]，DAP處理土壤有效磷含量較高，保證了苗期磷素充分供應，因此DAP處理肥效較高。

3.2 不同磷肥品種與土壤無機磷組分

當磷肥進入石灰性土壤后，并不以原有形態存在于土壤中，而是發生各種化學反應轉化成另一些新的磷酸鹽形態，結果使磷肥以各種形態固定在土壤中[13]。本研究表明，不同施磷處理均可顯著增加土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P含量，其增幅大小為Ca2-P＞Al-P＞Ca8-P＞Fe-P，O-P和Ca10-P增加不明顯（圖3）。這與其他研究者在石灰性土壤上報道的結果一致[1,47]。呂家瓏等[48]在紅油土上的研究結果表明，長期施肥能夠明顯地提高 Ca2-P、Ca8-P、Al-P和 Fe-P含量，其中Ca2-P的增幅最大，Fe-P增幅最小，O-P和Ca10-P也均有所增加；在短期室內模擬實驗中，施磷對O-P和Ca10-P沒有影響。這說明施入石灰性土壤中的磷肥主要轉化為 Ca2-P、Ca8-P、Al-P和 Fe-P，短期內沒有O-P的形成，Ca8-P也不會轉化為Ca10-P。

磷肥品種不同，其對土壤無機磷組分的影響也存在顯著差異。從圖3可以看出，水溶性強的磷酸鹽肥料MAP、DAP、Poly P和Urea P可在短時間內顯著提高石灰性土壤高中活性磷（Ca2-P和Ca8-P）含量，SSP和SSP+ASA處理可顯著提高中活性磷（Al-P和Fe-P）含量，CaMg P處理可顯著提高石灰性土壤中固定態磷（O-P和Ca10-P）含量。也進一步表明不同磷肥品種影響土壤磷形態進而影響到其有效性。蔣柏藩[13]在石灰性土壤中也報道了類似的結果。其研究表明，過磷酸鈣主要成分為一水磷酸一鈣，由于其異成分溶解的特性，初期產物中除了生成二水和無水磷酸二鈣外，主要是磷酸鐵、鋁化合物。此外，過磷酸鈣在生產過程中，一水磷酸一鈣與磷礦本身帶入的鐵、鋁雜質發生反應，形成不溶性的磷酸鐵鋁沉淀；水溶性磷肥（MAP和 DAP）施入石灰性土壤后，反應初期主要是磷酸二鈣或磷酸八鈣以及含鎂的磷酸鹽。CaMg P處理對O-P和Ca10-P含量增加可能與磷肥本身性質有關。據報道，鈣鎂磷肥是由磷灰石和橄欖石等含鎂礦物按一定比例，在高爐中經高溫熔融，然后加水驟冷，再經磨細而成的肥料[49]。磷灰石本身的形態就是Ca10-P，因此鈣鎂磷肥施入土壤后本身帶入一部分Ca10-P。劉世亮等[9]在黃潮土上研究發現，DAP、SSP和CaMg P處理間相比，對Ca8-P和O-P增加量最大的是DAP處理，對Ca2-P、Al-P和Fe-P含量SSP處理增幅最大，CaMg P處理的Ca10-P含量顯著高于其他處理。部分結果的差異可能與土壤肥力、土壤類型和施肥時間等不同有關。

正磷酸鹽與土壤金屬離子發生沉淀反應的速率顯著高于焦磷酸鹽[50]。MCBEATH等[51]在多種澳大利亞土壤上的試驗表明，焦磷酸鹽提供的磷比正磷酸鹽具有更強的吸附親和力。本試驗結果表明，磷酸鹽肥料中 Poly P處理土壤有效態磷（Ca2-P）含量顯著高于MAP和Urea P處理，僅次于DAP處理，但土壤緩效態磷（Ca8-P）含量顯著低于DAP、MAP和Urea P處理。與陳小娟等[52]發現Poly P處理較MAP 處理降低了土壤低活性磷 （HCl-P）和中活性磷 （NaOH-P）含量，提高了土壤高活性磷含量的結果相似。高艷菊等[53]在灌耕灰漠土上的研究也表明聚磷酸磷肥增加了土壤高活性磷（Resin-P，NaHCO3-P）含量，降低了土壤中活性磷（NaOH-P）與低活性磷（HCl-P，Residue-P）含量。說明Poly P可減少磷在石灰性土壤中的沉淀。

3.3 土壤無機磷組分的供磷能力及其生物有效性

土壤無機磷組分與土壤有效磷含量及植株吸磷量相關性分析結果顯示，土壤Ca2-P、Ca8-P和Al-P與土壤有效磷和植株吸磷量之間均呈顯著正相關關系，單位組分增加對玉米的貢獻大小為 Ca2-P＞Al-P＞Ca8-P（圖5、圖6）。表明Ca2-P、Ca8-P和Al-P是石灰性土壤中有效磷的重要來源，也是植物磷吸收的主要來源。土壤有效磷含量及植株吸磷量均隨著Fe-P含量的增加而增加，但未達到顯著水平。反映出在本試驗供試土壤條件下，Fe-P對土壤有效磷及作物生長有一定貢獻，但低于Ca2-P、Al-P和Ca8-P。土壤有效磷含量及植株吸磷量隨著O-P和Ca10-P含量的增加而減小，但均未達到顯著性水平。說明O-P和Ca10-P難以被作物吸收利用。本研究結果與蔣柏藩、沈仁芳和林治安等[13,20,54]的報道一致。馮固等[55]用32P示蹤法研究 5種形態磷酸鹽對玉米的有效性依次為 Ca2-P＞Al-P＞Ca8-P＞Fe-P＞Ca10-P。李若楠等[56]通過通徑分析表明，在土上不同磷水平下無機磷各組分對有效磷的貢獻（直接通徑系數）依次為：Ca2-P（0.974）＞Al-P（0.186）＞Ca8-P（0.182）＞Fe-P（0.150）＞Ca10-P（0.007）＞O-P（-0.074）。張英鵬等[57]研究表明Ca2-P、Fe-P和Ca8-P是土壤有效磷的主要磷源。劉世亮[58]研究發現，土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P在小麥的不同生育時期表現出不同的有效性。結果的差異一方面與土壤類型和施磷水平有關，另一方面可能與作物有關。

4 結論

等磷量施用不同品種磷肥對石灰性土壤有效磷及其生物有效性、磷肥利用率和無機磷組分的影響均存在顯著差異，其中磷酸二銨（DAP）處理土壤平均有效磷含量和磷肥利用率均為最高，短期內土壤對該肥料磷固定較低，且土壤無機磷組分中有效性較高的Ca2-P和Ca8-P含量及比例顯著提高，固定態磷（O-P和 Ca10-P）的比例降低；聚磷酸銨（Poly P）由于其緩釋作用，能迅速補充土壤磷消耗，繼續保持玉米所需磷的最佳濃度，其肥效與DAP相當，且Poly P處理降低了土壤Ca2-P向Ca8-P的轉化，可減少磷在石灰性土壤中的固定。因此，在土-玉米體系上施用DAP和Poly P，既可以保證玉米對磷的需求，又提高了土壤中有效態和緩效態磷，減弱固定態磷的累積，從而提高磷肥利用率。