不同磷肥對潮土磷形態及有效性的影響

王柏寒，郭斗斗，黃紹敏，徐祺豪，張珂珂

(河南省農業科學院 植物營養與資源環境研究所，河南 鄭州 450002)

磷是作物生長發育所必需的大量營養元素，是作物主要的營養限制因子。作物吸收的磷基本來自土壤中的有效磷，而土壤中的磷素來源主要是肥料中帶入的磷素，因此，施磷肥是增加土壤磷含量，提高作物產量和磷素有效性的主要方法[1-2]。由于磷肥在土壤中的移動性差，長期施入磷肥導致磷素在土壤中積累，磷肥利用率低，磷素當季利用率只有10%～25%[3-5]，且潮土是石灰性土壤，富含碳酸鈣，對磷有強烈的固定作用，極大地降低了土壤中磷的有效性，過量的磷固定在土壤中還可能造成土壤磷素的淋失，加劇環境風險[6-9]，所以在農田施肥中，應根據土壤磷素狀況科學施肥[10]。

而磷肥的有效性和作物產量與磷肥自身組成、形態以及施入土壤的特性及數量有關[11-14]，所以探究磷肥類型及磷肥施用量對作物產量及土壤磷含量的影響，對合理施用磷肥提高土壤磷有效性，既能保證我國糧食安全生產，又不破壞土壤及水環境具有重要意義。

大量研究表明，長期合理施用磷肥可顯著提高土壤全磷含量，提高有效磷庫、土壤無機態磷含量[15-20]。而不同外源磷形態及施肥方式對土壤磷素有效性及磷素在土壤中的累積和轉化存在差異[15，21]。郭斗斗等[22]分析化肥、有機肥、秸稈作為主要外源磷素形態對潮土磷素有效性的影響，結果表明，化學磷素與有機肥磷素協同使用可促使無效態磷向有效態磷及緩效態磷轉化，提升土壤磷素有效性；金亮等[23]研究結果表明，磷酸一銨施入石灰性土壤后，肥料磷具有較高的移動性和有效性，明顯提高了土壤磷的有效利用；張皓禹等[12]研究不同種類的磷肥施用后土壤磷有效性的動態變化和分布特點，結果表明，水溶性聚磷酸銨在土壤中移動性較好，使土壤深層有效磷含量增加，利于根系生長和養分的吸收，提高產量；馬丹等[24]田間試驗結果表明，磷酸一銨和磷酸脲提高壤土土壤有效磷含量，作物產量及磷肥利用率的效果優于重過磷酸鈣。已有研究表明，不同磷肥種類對土壤磷有效性的影響不同，但針對磷肥種類影響潮土土壤磷有效性的機理及磷肥種類對潮土磷形態的影響鮮有報道。

磷肥的有效性及作物產量與磷肥自身組成、形態及施用量有關，潮土作為黃淮海平原最主要的農業土壤，探究不同磷肥對潮土土壤作物產量及磷有效性影響的差異，為提高潮土磷有效性及作物產量提供理論依據，顯得尤為重要。為此，于2016-2019年采用田間微區試驗，分析磷酸一銨和過磷酸鈣在不同施用量條件下，對作物產量和潮土土壤磷素有效性影響的差異，并通過對比不同磷肥對土壤有效磷、各形態無機磷含量的影響，進一步分析土壤磷素有效性差異的原因，以期為磷肥的合理施用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況及試驗設計

試驗設置在國家潮土土壤肥力和肥料效益長期監測基地，其屬于溫帶季風氣候，年均降雨量約660 mm，主要集中于7-9月。選擇試驗基地內原始磷水平(Olsen-P含量)為22.5 mg/kg的試驗區，分割成1.20 m×0.60 m=0.72 m2的微區，每個微區用60 cm×40 cm×3 cm的石板隔開。選用過磷酸鈣(標記為SSP)和磷酸一銨(標記為MAP)2個磷肥品種，分別設置3個磷肥水平(P1、P2、P3)，P2O5用量分別是，小麥季：55.1，82.5，110.0 kg/hm2，玉米季：62.6，93.8，125.0 kg/hm2；各處理N、K肥用量相同(小麥季N：165.0 kg/hm2，K2O：82.5 kg/hm2；玉米季N：187.5 kg/hm2，K2O：90.0 kg/hm2)，每個水平重復3次，對比施用過磷酸鈣和磷酸一銨作為磷肥來源的效果。氮肥使用尿素，鉀肥使用KCl試劑。

試驗從2016年10月開始，小麥玉米輪作，連續種植。各年度依據土壤和天氣狀況播種，小麥播種時間為10月中旬，玉米為6月上旬。施肥時間為播種前一天，施肥后，各小區深翻一次。各年度依據土壤狀況適當灌溉，保證作物正常生長。

1.2 樣品采集及測定方法

冬小麥6月上旬收獲，收獲方法為貼地面收割各小區地上部全部小麥，整捆裝網袋，測產。夏玉米9月下旬收獲，收獲方法為各小區地上部玉米全部收割，放入網袋風干后測產。小麥、玉米收獲后采集土壤樣品，使用取土鉆在各小區內隨機取兩點混合為一個土樣，取土深度為0～20 cm，土樣帶回實驗室風干，揀去雜物后研磨，過2 mm篩測定土壤有效磷含量，過0.149 mm篩測定土壤無機磷形態。試驗開始連續4季試驗取耕層土樣后，從第4季開始，每周年取一次耕層土樣。基礎供試土壤有效鉀含量為62.6 mg/kg、有效磷22.5 mg/kg、堿解氮79.9 mg/kg、有機質13.6 g/kg、全磷0.64 g/kg、全氮0.75 g/kg。

土壤有效磷含量使用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定[25]，土壤無機磷形態分級使用顧益初等[26]的無機磷分級法測定。

1.3 數據計算及處理

磷肥偏生產力(kg/kg)=施磷處理產量/施肥量，無機磷相對含量(%)=(某一形態無機磷含量(mg/kg))/(無機磷總量(mg/kg))×100%。

試驗數據采用Microsoft Excel和Origin 2018進行分析和制圖。

2 結果與分析

2.1 不同磷肥對小麥、玉米產量的影響

在各施磷水平下，小麥、玉米產量除2018年外，均表現為磷酸一銨處理高于過磷酸鈣處理(表1)。與過磷酸鈣處理相比，磷酸一銨處理在3種施磷水平(P1、P2、P3)下，小麥平均產量分別增加24.9%，19.7%，22.0%，玉米平均產量分別增加29.6%，28.7%，32.2%。磷酸一銨對玉米平均產量的提高效果整體大于小麥。受年際間產量變化的影響，2018年和2019年小麥、玉米產量較2017年均有所降低，但在產量降低的情況下，磷酸一銨處理小麥、玉米產量仍高于過磷酸鈣處理。

表1 不同磷肥對小麥、玉米產量的影響Tab.1 Effects of different phosphate fertilizer on wheat and maize yield kg/hm2

對小麥玉米年均總產量分析，過磷酸鈣處理在3種施磷水平(P1、P2、P3)下，小麥玉米年均總產量分別為15 728，14 736，16 872 kg/hm2，磷酸一銨處理分別為20 063，18 348，21 334 kg/hm2。與P1水平相比，P3水平下過磷酸鈣和磷酸一銨處理的小麥玉米年均總產量分別提高7.3%，6.3%，與P2水平相比分別提高14.5%，16.3%。

2.2 不同磷肥對潮土磷肥偏生產力的影響

由表2可知，不同施磷水平下，過磷酸鈣和磷酸一銨處理小麥、玉米磷肥偏生產力存在差異。對小麥、玉米年均磷肥偏生產力分析，其隨施磷水平的增加呈降低趨勢。過磷酸鈣處理在3種施磷水平(P1、P2、P3)下，小麥季磷肥年平均偏生產力分別為124.2，82.7，62.0 kg/kg，玉米季分別為142.1，84.4，78.8 kg/kg；磷酸一銨處理小麥季磷肥年平均偏生產力分別為155.2，98.9，75.7 kg/kg，玉米季分別為184.2，108.6，104.2 kg/kg。與過磷酸鈣處理相比，在P1、P2、P3水平下磷酸一銨處理小麥季磷肥年平均偏生產力分別提高31.0，16.2，13.6 kg/kg，玉米季磷肥年平均偏生產力分別提高42.1，24.2，25.4 kg/kg。不同施磷量下小麥、玉米的磷肥偏生產力表現為磷酸一銨處理高于過磷酸鈣處理，磷酸一銨對玉米磷肥偏生產力的提高效果優于小麥。

表2 不同磷肥對小麥、玉米磷肥偏生產力的影響Tab.2 Effects of different phosphate fertilizer on the partial productivity of phosphate fertilizer in wheat and maize kg/kg

2.3 不同磷肥對潮土土壤有效磷的影響

由表3可知，在不同施磷水平下，土壤有效磷含量總體隨施磷量的增加呈增加趨勢。對連續3 a施用不同磷肥的土壤有效磷平均含量進行分析，P3水平下過磷酸鈣和磷酸一銨處理的土壤有效磷平均含量分別比P1水平提高34.1%，29.0%，分別比P2水平提高9.9%，20.0%。與施用過磷酸鈣處理相比，磷酸一銨處理在施磷水平P1、P3下，土壤有效磷平均含量分別提高9.6%，5.4%；在施磷水平P2下土壤有效磷平均含量降低3.4%，磷酸一銨對土壤有效磷含量的提高效果總體優于過磷酸鈣。

表3 不同磷肥對土壤有效磷的影響Tab.3 Effect of different phosphate fertilizer on soil available phosphorus mg/kg

在本試驗條件下，通過對施用不同磷肥土壤pH值與有效磷含量相關關系進行分析，土壤有效磷含量與pH值呈負相關，相關方程為：YSSP=-6.225 1X+70.08，YMAP=-21.214X+198.17，土壤pH值每降低1個單位，過磷酸鈣處理土壤有效磷約增加6.23 mg/kg，磷酸一銨處理土壤有效磷約增加21.21 mg/kg，也證明了磷酸一銨提高土壤磷素有效性的能力強于過磷酸鈣。

2.4 不同磷肥對潮土無機磷組分的影響

由表4可知，施用不同磷肥土壤無機磷組分轉化不同。施用過磷酸鈣和磷酸一銨均能增加土壤無機磷總量，與2017年相比，2019年過磷酸鈣處理在3種施磷水平(P1、P2、P3)下土壤無機磷總量分別增加70.5，42.2，134.5 mg/kg，以Al-P、Fe-P增加為主，其中土壤Al-P含量分別增加19.1%，23.7%，23.1%，Fe-P含量分別增加24.9%，23.3%，32.6%；磷酸一銨處理土壤無機磷總量分別增加22.2，26.0，37.2 mg/kg，以Ca2-P、Ca8-P增加為主，其中土壤Ca2-P含量分別增加13.4%，18.5%，26.1%，Ca8-P含量分別增加17.2%，21.3%，15.8%。磷酸一銨處理土壤Ca10-P、O-P平均含量分別減少2.8%，14.5%，過磷酸鈣處理土壤Ca10-P、O-P平均含量分別增加2.1%，10.9%。磷酸一銨對土壤Ca2-P、Ca8-P的提高程度高于過磷酸鈣處理，且降低了無效態的Ca10-P、O-P的含量，故磷酸一銨提高土壤磷素有效性的能力高于過磷酸鈣。

表4 2019年不同磷肥處理土壤各形態無機磷的含量Tab.4 The content of inorganic phosphorus under different phosphorus fertilizer treatments in 2019 mg/kg

過磷酸鈣和磷酸一銨處理土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量均隨施磷量的增加而增加。與過磷酸鈣處理相比，2019年磷酸一銨處理在不同施磷水平(P1、P2、P3)下，土壤Ca2-P含量分別提高18.5%，9.4%，14.9%，土壤Ca8-P含量在P1、P3水平下分別提高4.0%，8.9%，在P2水平下降低4.1%；與磷酸一銨處理相比，過磷酸鈣處理在不同施磷水平(P1、P2、P3)下，土壤Al-P含量分別提高21.1%，22.6%，19.9%，土壤Fe-P含量分別提高27.9%，36.4%，31.0%。磷酸一銨處理土壤無機磷增加以Ca2-P、Ca8-P為主，過磷酸鈣處理以Al-P、Fe-P為主，且過磷酸鈣對土壤Al-P、Fe-P的增加幅度高于磷酸一銨對Ca2-P、Ca8-P的增加幅度，所以與過磷酸鈣相比，磷酸一銨更能提高土壤中有效性較高的無機磷含量。

2.5 不同磷肥對潮土無機磷組分分布的影響

對施用不同磷肥土壤各形態無機磷的相對含量變化進行分析(圖1)，在3種施磷水平(過磷酸鈣處理標記為SSP-1、SSP-2、SSP-3，磷酸一銨處理標記為MAP-1、MAP-2、MAP-3)下，2019年磷酸一銨處理土壤Ca2-P相對含量分別為1.4%，2.0%，2.1%，比過磷酸鈣處理提高0.25，0.30，0.33百分點，土壤Ca8-P相對含量分別為28.7%，30.3%，33.1%，比過磷酸鈣處理提高1.73，0.80，3.60百分點；而過磷酸鈣處理土壤Al-P相對含量分別為6.6%，7.0%，7.2%，比磷酸一銨處理提高1.27，1.19，1.26百分點，土壤Fe-P相對含量分別為8.1%，9.0%，8.6%，比磷酸一銨處理提高2.12，2.87，2.49百分點。磷酸一銨處理增加Ca2-P、Ca8-P相對含量的效果優于過磷酸鈣處理，而過磷酸鈣處理增加土壤Al-P、Fe-P相對含量的效果強于磷酸一銨處理。與2017年相比，過磷酸鈣處理土壤Ca10-P相對含量平均減少2.87百分點，O-P相對含量平均提高0.19百分點；磷酸一銨處理土壤Ca10-P、O-P相對含量分別平均減少2.47，2.07百分點，磷酸一銨處理降低O-P相對含量的效果優于過磷酸鈣處理。過磷酸鈣主要提高土壤中Al-P、Fe-P相對含量，而磷酸一銨可以提高有效性強的Ca2-P、Ca8-P相對含量，減少Ca10-P、O-P相對含量，從而減少磷在潮土中的固定和沉淀，所以磷酸一銨提高土壤磷有效性的能力強于過磷酸鈣。

圖1 不同磷肥種類對土壤無機磷組分分布的影響Fig.1 Effects of different phosphate fertilizer varieties on the distribution of inorganic phosphorus components in fluvo-aquic soil

3 結論與討論

與過磷酸鈣處理相比，磷酸一銨能夠提高潮土土壤作物產量及磷肥偏生產力。施用磷酸一銨與過磷酸鈣均能提高土壤有效磷、無機磷含量，且施磷水平越高提高程度越大。磷酸一銨對土壤有效磷、Ca2-P、Ca8-P的提高程度均高于過磷酸鈣處理，過磷酸鈣對土壤Al-P、Fe-P的增加幅度高于磷酸一銨處理，磷酸一銨提高潮土磷素有效性的能力高于過磷酸鈣。

在磷肥施用量相同的前提下，不同的磷肥種類對作物產量和磷肥有效性的影響存在差異，應從土壤類型、肥料的酸堿度和水溶性等因素綜合考慮[27-29]。本試驗結果表明，磷酸一銨在潮土的施用效果優于過磷酸鈣，其原因可能包括：由于磷在土壤中的不易移動性和易固定性，肥料在土壤中的溶解度對其是否易被吸收顯得尤為重要，磷酸一銨的溶解度高于過磷酸鈣，故磷酸一銨施入土壤后，能夠較快地溶解并被作物吸收，被土壤固定下來的量減少，其有效性高于過磷酸鈣，最終磷酸一銨的磷肥利用率顯著高于過磷酸鈣；也有可能與土壤的酸堿度有關，蘇同慶等[30]結果表明，土壤Olsen-P含量與pH值呈明顯的負相關，此結果與本試驗結論一致。

在潮土各形態無機磷組分中，以Ca2-P最容易被作物吸收利用，有效性最高，其次是Ca8-P；Al-P、Fe-P的有效性低于Ca2-P和Ca8-P，Ca10-P和O-P有效性最低。對本試驗條件下，不同磷肥種類對土壤各形態無機磷的影響分析可知，與過磷酸鈣處理相比，磷酸一銨處理能提高土壤Ca2-P、Ca8-P含量及相對含量，降低Ca10-P、O-P含量及相對含量，在作物帶走土壤磷基礎上，通過提高土壤有效性較高的無機磷含量，保持土壤中有效磷含量高于過磷酸鈣處理，增加作物產量，此結果與金亮等[23]提出的MAP施用后，土壤各種形態無機磷以有效性較高的Ca2-P、Ca8-P的增幅較大的結論基本一致。