區域農田土壤有效磷的異質特性及其成因

張 劍，章明奎

（1溫州市植物保護與土壤肥料管理站，浙江溫州 325600；2浙江大學環境與資源學院，杭州 310058）

0 引言

磷是植物生長的必需元素，是植物體內許多重要化合物的組成部分，參與了植物體內許多代謝過程，可增強植物的抗逆性。土壤中磷的生物有效性不一定與全磷有關，其供應能力可用有效磷表示，可被植物直接吸收的磷主要包括水溶性的、弱酸溶性的磷素。由于土壤磷素的不足，施用磷肥是保障農作物高產穩產及調節土壤磷素水平的重要手段[1-3]。但是，與氮鉀相比，磷肥施入土壤后，很容易被土壤吸附轉化成作物不易吸收的難溶性磷酸鹽，因此磷肥的當季利用率較低，長期施用磷肥可導致磷素在土壤中積累[4]。研究也表明，被土壤固定的磷素可在一定條件下重新釋放，被后續作物吸收利用[5-6]。但磷在土壤中的轉化過程較為復雜，不僅與土壤物質組成、土壤性狀有關，也與磷肥種類、施用量及農作物的種類等密切相關[7-11]，因此，土壤有效磷常常存在較大的空間異質性。雖然，在許多文獻上也介紹了磷肥施用原則和方法，普遍認為磷肥的施用應與氮肥和鉀肥有所差異，但在實際生產中仍然存在較多的盲目施磷問題，一些地區農戶磷肥投入常常超出作物實際需磷量。另外，復合肥料的施用在一定程度上加劇了某些問題，在磷充足的土壤中施用復合肥料是常見的現象。至今，土壤磷有效性的研究已有廣泛報道，但多數研究主要探討磷肥的肥效及特定區域的土壤磷素時空變異[12-16]，較少關注磷肥施用不良習慣引起的區域土壤磷的異常分布。本研究以浙江省為例，通過對2015—2020年全省土壤有效磷測定結果的統計分析，研討了水稻土有效磷的異質特性、空間分異特點，剖析了磷肥施用中可能存在的問題，并提出了對策建議。

1 浙江省水稻土有效磷的分布特點及變化

本次共從浙江省各縣（市、區）2015—2020年獲得的測定數據中篩選了32416 個水稻土有效磷（以0.5 mol/L NaHCO3提取劑提取的有效磷）分析結果。統計表明，全省水稻土有效磷存在較大的變化，最低為0.2 mg/kg，最高達686.7 mg/kg，算術平均值為25.2 mg/kg，變異系數達178.2%。圖1 可知，全省水稻土壤速效磷呈偏態分布，上述算術平均并不能真正代表全省有效磷的總體水平，為此采用幾何平均計算了全省水稻土有效磷的平均含量，其值為11.1 mg/kg，此值與中值(11.3 mg/kg)較為接近，說明幾何平均值11.1 mg/kg 更能體現全省水稻土有效磷的總體水平。浙江省有效磷在10～30 mg/kg 之間水稻土占比較低，僅為33.0%；有效磷缺乏(＜10 mg/kg)的土壤占比過高，達45.9%；同時，還有12.0%土壤的有效磷存在過度積累問題（有效磷＞50 mg/kg）。在第二次土壤普查時[17]，浙江全省水稻土有效磷（0.5 mol/LNaHCO3提取磷）平均為6.0 mg/kg，可見相隔35年后浙江水稻土有效磷有顯著提高，增幅為85.0%。有效磷低于10.0 mg/kg 土壤的比例在第二次土壤普查時占71.5%，現已下降至45.9%。

圖1 土壤有效磷含量的頻率分布

另對省內514 個旱地土壤有效磷統計，含量在0.3～489 mg/kg 之間，變異系數為144.3%；算術平均為42.2 mg/kg，中值為23.8 mg/kg，幾何平均值為19.2 mg/kg。這一結果表明，水稻土有效磷明顯低于同一地區的旱地土壤。

2 不同地級市水稻土有效磷的差異及變化特點

由表1的變異系數可知，與整個浙江省一樣，各地級市水稻土有效磷也都有很大的變化，變異系數都在123.0%以上，變異最大的是紹興市，其次為金華市。各地級市之間水稻土有效磷存在很大的差異，從幾何平均值可知，最高的為麗水市(29.9 mg/kg)，最低的是紹興市(5.9 mg/kg)，最高值約是最低值的5倍。水稻土有效磷幾何平均值在10～15 mg/kg之間的地級市有杭州市、寧波市、溫州市、嘉興市、金華市和臺州市，其他地級市水稻土有效磷幾何平均值均在7～10 mg/kg 之間。紹興市、湖州市和舟山市有效磷平均在10 mg/kg以下的水稻土比例都高達63%～65%，表明這些地級市水稻土的磷缺乏都還較為普遍；麗水市相應磷級別的水稻土占比較低，只有19.2%；其他地級市有效磷在10 mg/kg 以下的水稻土比例在34%～50%之間。各地級市土壤有效磷較為合適(10～30 mg/kg)的水稻土比例在17%～42%之間，在40%以上只有杭州市和嘉興市，說明這2 個地級市水稻土有效磷合適的比例較高。舟山市水稻土有效磷合適的比例不足20%，而紹興市、金華市、麗水市、湖州市水稻土有效磷合適的比例在20%～30%之間，其他地級市的該比例在35%左右。水稻土有效磷較為豐富(30～50 mg/kg)的比例一般在10%左右，其中寧波市、衢州市、臺州市和麗水市的比例在10%以上，其他地級市均低于10%。

表1 不同地級市水稻土有效磷的統計結果

一般認為，當土壤有效磷高于50 mg/kg 時，土壤磷流失風險會大大增加。表1 可知，麗水市水稻土有效磷高于50 mg/kg 的比例高達36.9%，存在明顯的磷流失風險。寧波市、溫州市、金華市、衢州市和臺州市的該比例在15%左右，也存在較高的磷流失風險。其他地級市水稻土磷流失風險相對較低。

3 地貌、土壤質地和土壤類型對有效磷的影響

表2～4 可知，無論是地貌類型還是土壤類型或土壤質地，相同類別組的地貌、土壤和質地內部土壤有效磷均存在很大的變異性，表明浙江省內水稻土有效磷的空間變化是一個非常普遍現象。從幾何平均值來看，水網平原水稻土有效磷低于其他地貌類型地區，而濱海平原和河谷平原的水稻土有效磷略高于丘陵地區（表2）。在土壤質地組中，壤質土壤的幾何平均有效磷最高，其次為砂土，而粘壤土和粘土的水稻土有效磷較低（表3）。而從土壤類型來看，有效磷幾何平均值最低的是潛育水稻土，較低的為脫潛水稻土和潴育水稻土，而淹育和滲育水稻土的相對較高，總體上土壤有效磷高低呈現與土壤水分條件存在一定的關系，漬水的相對較低，地下水位較深、不易積水的土壤稍高。滲育水稻土有效磷平均含量約為潛育水稻土的近2倍。

表2 地貌類型對水稻土有效磷的影響

表3 土壤質地對水稻土有效磷的影響

表4 土壤類型對水稻土有效磷的影響

4 討論

4.1 影響土壤有效磷含量的主要因素

土壤有效磷含量變化是一個十分復雜的問題，它不但與不同生物氣候條件下土壤不同形態磷間的動態平衡有關，而且還與土壤水分條件、耕作施肥等密切相關[18-21]。在農作物生產中，土壤有效磷的含量是判定磷肥投入水平的重要因素，對農作物生長起著至關重要的作用。在自然條件下，土壤有效磷普遍較低，土壤有效磷的空間變化相對較小，其空間異質性較弱。但從文獻報道來看，農田土壤有效磷空間異質性是一個非常普遍的現象[13-15]；顯然，這種變化特點與人為活動有關。雖然土壤有效磷水平受多種因素影響，但對于浙江省水稻土有效磷的變化可能主要與磷肥施用的習慣及不合理施用有關。在浙江省的許多地區磷肥常被優先用于經濟作物，同時，復合肥的廣泛應用加劇的磷肥的過量施用。以上結果表明，麗水市水稻土有效磷為全省最高，這是由于該市許多水稻土分布在丘陵和河谷平原，比較適合并已廣泛種植茶葉等經濟作物，而后者的磷肥投入量明顯高于其他用地；而紹興、湖州等市的水稻土主要分布在水網平原，排水條件相對較差，不適合種植經濟作物，即這些地區經濟作物種植面積較小，磷肥的投入水平較低。表2和表3不同地貌類型或土壤類型之間水稻土有效磷的差異也證明了這一點（潛育水稻土、脫潛水稻土主要分布在水網平原）。

在浙江省第二次土壤普查期間，農田土壤中很少出現高有效磷積累的情況[17]，為什么35 年后有效磷＞50 mg/kg 的水稻土占比高達12.0%。對此，作者對不同有效磷水平農田的施肥情況進行了多地、多點訪問性調查。調查表明，對于土壤有效磷在5 mg/kg 以下的農田，農戶經常不施或偶爾施用磷肥，不常施用復合肥或復合肥只作基肥施用、不作追肥施用；可見，土壤有效磷的低下主要與磷肥施用不足有關。而對于有效磷在50 mg/kg 以上的農田，施肥具有2 個特征：（1）經常并高量施用磷肥；（2）施用的肥料主要為等氮肥、磷、鉀養分的復合肥，不僅基肥用復合肥，追肥也多用復合肥，甚至在土壤有效磷較為豐富的農田施用氮、鉀肥的同時，也因施用復合肥進一步提高了磷肥的投入水平。

4.2 優化施肥途徑

土壤有效磷的不足可影響農作物的正常生長，而有效磷的過度積累不僅浪費磷肥資源，影響鐵、鉀、銅、鎂、鋅等營養元素的吸收，而且會引起明顯的農業面源污染問題。基于農業土壤中有效磷的空間異質性問題突出，合理施用磷肥在農田管理中顯得尤為重要。鑒于磷肥當季利用率低、殘留明顯的特點，認為磷肥的施用應嚴格基于土壤有效磷狀況分類施用。對于土壤有效磷低于10 mg/kg以下的農田，可根據作物需要確定磷肥用量，每年以作物需磷量的1.5～2.0倍的用量施用磷肥，直至土壤有效磷水平達到20 mg/kg左右后再改變施肥策略；對于土壤有效磷在10～30 mg/kg 之間的農田，可采用略高于作物需磷量施用磷肥，每隔2～3年連續施用磷肥后停施一年；而對于土壤有效磷在30～50 mg/kg之間的農田，可采用補償施磷量（即根據作物需要確定磷肥用量），采用每5 年中施用磷肥2～3 年次；而對于土壤有效磷在50 mg/kg 以上的農田，應杜絕磷肥的施用。

另外，在水旱輪作時，磷肥應重點施于旱作；在早稻-晚稻連作時，磷肥應優先施于早稻。同時，磷肥施用應基肥為主，追肥為輔。此外，通過土壤環境調節，也可有效提高土壤有效磷水平，特別是把土壤酸堿度調整至中性。

5 結論與建議

對2015—2020 年浙江省農田土壤有效磷測定結果的統計分析說明如下。

（1）無論是全省、地級市或相同的地貌區內還是相同的土壤類型內，土壤有效磷含量均有非常大的變異，高低分布極不均衡，表明磷肥的施用存在較大的盲目性；有效磷缺乏(＜10 mg/kg)的占比過高(45.9%)，同時存在較高比例(12.0%)的農田有效磷過度積累問題(＞50 mg/kg)；幾何平均值比算術平均值更能體現區域有效磷的真實情況。

（2）從土壤有效磷平均水平來看，近35 年以來浙江省農田土壤有效磷顯著地提高，總體提高幅度約85.0%。

（3）農田土壤有效磷高低懸殊的原因是許多地區在磷肥施用上重經濟作物、輕糧食作物，復合肥料的推行在一定程度上加劇了這種趨勢。

（4）在磷肥施用上需強化測土配方工作，并基于土壤有效磷水平實行分類施磷，減少缺磷面積的范圍，同時杜絕土壤磷素的過度積累。