液態有機肥灌溉施用對南方橘園紅壤磷素累積及流失風險的影響

彌明言， 杜 超， 溫小珊， 姚鋒先， 紀玲玲， 李松濤， 王宵君， 程林秀

(1.贛南師范大學地理與環境工程學院/江西省城市固廢低碳循環技術重點實驗室，江西贛州 341000；2.國家臍橙工程技術研究中心，江西贛州 341000)

磷素是提高作物產量和品質的必要元素之一，對植物生長發育有著至關重要的作用[1]。但是，過量施入的磷素在紅壤中以吸附、沉淀、同晶置換等方式被土壤中鐵、鋁氧化物固定并遺留[2]，導致磷肥在紅壤中的當季利用率為10%～25%，75%～90%的磷肥被土壤吸附固持[3]。遺留磷在降水侵蝕等外營力驅動下的溶出，已經成為了環境污染尤其是農業面源污染的重要來源[4]。近年來，我國柑橘產業發展迅速，2018年的產量及栽培面積分別為4 138.14萬t、248.7萬hm2，已多年位居全球首位[5]。在農業部門的規劃指導下，贛南-湘南-桂北柑橘帶是我國特色柑橘生產重要基地之一，發展逐漸壯大，柑橘種植已成為我國南方農民增收的主要手段[6-7]。但是，過量施肥及施肥方式單一的問題在柑橘種植體系中廣泛存在，嚴重限制了我國柑橘產業的持續健康發展[8-9]。贛南作為我國柑橘的主產區，臍橙園大多建在丘陵山地上，坡度在10°～30°的占比達83.5%[10]，機械化普及率不夠，人工成本過高，常規傳統施肥方式效率低下，極大地限制了臍橙產業發展。因此，探究水肥一體化施用模式下紅壤磷素有效性及環境風險，對農業面源污染的調控具有迫切的理論和現實意義。

大量研究表明，有機肥的施用不僅提高了土壤保水保肥的能力，也可以提高土壤遺留磷的活化率，其中有機肥和無機肥配施可顯著提高土壤全磷和有效磷含量，保障植物生長階段磷的穩定供給[11-12]。有機肥施入土壤后，主要通過以下2種方式影響土壤磷有效性：其一，通過腐解產生的有機酸來提高土壤磷素的活化率；其二，有機肥分解出的高分子有機酸包被土壤黏粒，占據其吸附位點，來減少土壤礦物對遺留磷的吸附固持[13-14]。目前常見的有機肥施用方式多以撒施、溝施加澆灌等傳統方式為主，導致水肥利用率較低[15]。與固態有機肥相比，液態有機肥具有流動性和生物活性等特點，它不僅可以調整微生物結構(氨基酸)、豐富群落結構、改善土壤理化性質，還可以有效改善土壤中氮磷等營養元素的分配和遷移。目前，相關學者圍繞各種農業種植系統中液態有機肥灌溉施肥的影響開展了一些研究，主要在有機液肥來源、發酵方式、功能性成分特征以及有機肥施用后提升作物產量及品質，減輕農作物病蟲害，降低勞動成本等方面[16-17]。但是，關于液態有機肥施用后影響磷有效性及可能導致的環境問題沒有引起足夠的重視。此外，關于液態有機肥在柑橘種植體系的研究也不多見，奚輝等研究了施用有機液肥對柑橘園土壤環境、柑橘經濟效益的影響[18]，但同樣缺乏相關環境效應的研究。

液態有機肥灌溉施用作為一種省工省力的施肥新模式，有望破解南方丘陵山地柑橘園傳統有機肥施用面臨的“用工荒”難題[19]。此外，液態有機肥灌溉施用會顯著改變以土壤含水率為代表的土壤理化性質，可能影響土壤有機質及鐵鋁礦物與磷的相互作用，進而導致磷的有效性及環境流失風險的改變。目前，關于有機肥液態施用后的作用機制不清，須要深入研究。本研究通過施用不同液肥，探討土壤磷素累積量及磷素環境指標變化，可為提高南方丘陵區柑橘種植產業紅壤磷素有效性及防治面源污染提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究于2019年3月至2020年11月在國家臍橙工程技術研究中心基地(地理位置25°79′N，114°88′E)進行。土壤類型為丘陵紅壤土，基礎理化性質：pH值為4.50，黏粒含量為2.63%，粉粒含量為58.35%，砂粒含量為38.98%，比表面積(SSA)為23.19 m2/g，土壤有機質(SOM)含量為 6.94 g/kg，無定形氧化鐵(Fe0)1.65 g/kg，無定形氧化鋁(Al0)含量為1.37 g/kg，堿解氮含量為 46.43 mg/kg，有效磷(Olsen-P)含量為5.63 mg/kg，速效鉀含量為159.67 mg/kg。

1.2 試驗設計

本研究使用的液肥類型包括無機液肥、動物源有機液肥和植物源有機液肥。其中，動物源有機液肥由純雞糞漚制，植物源有機液肥由菜籽餅粕發酵而成，液態有機肥原液理化參數見表1。試驗共有6個處理(表2)，CK為清水澆灌處理，T1處理為1.58倍Hoagland營養液，T2處理為單施動物源液態有機肥，T3處理為單施植物源液態有機肥，T4處理為動物源有機液肥與無機營養液等比例混合配施，T5處理為植物源有機液肥與無機營養液等比例混合配施。采用隨機區組設計，每個處理重復6次，相鄰小區間用水泥磚隔開，小區面積1.0 m×1.0 m，每個小區定植長勢基本一致的1年生枳殼砧紐荷爾臍橙幼苗1株，嫁接時間為2018年8月，2019年3月定植，隨機區組排列。為了符合當地臍橙產業以氮定肥的實際現狀，試驗采用等氮設計，2019年和2020年累積施氮量分別為50、100 g/株，試驗結束時每株樹總施氮量為150 g。具體施肥情況見表2。氮肥為尿素(N含量為46%)和磷酸二氫銨(N含量為12%，P2O5含量為61%)，磷肥為磷酸二氫銨(N含量為12%，P2O5含量為61%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O含量為52%)。

2020年11月停止施肥后，每個處理隨機選取3個小區進行土樣采集，在臍橙樹滴水線外隨機選取3個點采集表層土壤(0～15 cm)并混勻，剔除根系后自然風干土樣過2 mm篩備用。

表1 液態有機肥原液理化參數

1.3 分析項目與測定方法

1.3.1 常規理化指標 土壤pH值按電位法(土水質量比1 ∶2.5)[20]進行測定；土壤質地采用氫氧化鈉分散-激光粒度儀[21]測定；土壤有機質含量采用油浴重鉻酸鉀法[22]測定；堿解氮含量采用堿解擴散法[23]測定；土壤比表面積采用氮氣物理吸附法[24]測定；無定形氧化鐵、無定形氧化鋁含量采用酸性草酸銨緩沖液浸提-電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)[25]測定。

1.3.2 土壤磷素指標測定 土壤全磷含量采用H2SO4-HClO4消化-鉬銻抗比色法[26]測定；土壤有效磷(速效磷)和土壤易解吸磷(RDP)含量分別采用NaHCO3和0.01 mg/L CaCl2浸提(土液質量比1 ∶20)，鉬銻抗比色法[27]測定。

表2 不同液肥處理下氮磷鉀的來源與構成

磷吸附指數(PSI)[28]，稱取過60目風干土樣2.00 g于50 mL離心管內，加入含磷濃度75 mg/L的0.01 mg/L CaCl2溶液25 mL(1 g土加磷量為1.50 mg)，加入2滴甲苯，25 ℃恒溫搖床振蕩24 h，5 000 r/min 離心8 min，收集上清液。采用鉬銻抗比色法測定溶液磷含量(C，μmol/L)，并計算磷吸附量(X，mg/100 g)。

磷等溫吸附[29]：稱取過60目篩的風干土樣2.00 g于50 mL離心管中，分別加入0、5、10、20、30、50、100 mg/L的0.01 mg/L CaCl2(pH值=7)溶液40 mL，加入3滴甲苯，在25 ℃恒溫搖床振蕩 24 h，5 000 r/min 離心8 min收集上清液，采用鉬銻抗比色法測定溶液磷含量。

磷等溫解吸[30]：將上述高速離心后殘渣先用無水乙醇清洗2遍，再加入40 mL 0.01 mg/L CaCl2溶液，同上25 ℃恒溫搖床振蕩24 h、5 000 r/min離心8 min，測定上清液磷含量。

1.4 數據處理與分析

1.4.1 數據處理

(1)Langmuir方程擬合磷的等溫吸附：

Ce/Qe=(K×Qmax)+Ce/Qmax。

(1)

式中：Ce為平衡液中的磷濃度，mg/L；Qe為土壤磷的吸附量，mg/kg；Qmax為磷最大吸附量，mg/g；K為吸附親和力常數。

(2)土壤最大緩沖量(MBC)：

MBC=K×Qmax。

(2)

(3)磷吸持飽和度(DPS)：

DPS=速效磷/Qmax×100%。

(3)

式中：Qmax通過Langmuir方程擬合獲得，mg/g；速效磷為有效磷含量(mg/kg)。

(4)磷吸附指數(PSI)：

PSI=X/lgC。

(4)

式中：C為平衡液中磷濃度，μmol/L；X為磷的吸附量，mg/100 g。

(5)磷素零點吸附平衡濃度(EPC0)：

EPC0(mg/L)值是通過Qe對Ce作圖，其直線與Ce軸的交點即為EPC0值。其計算公式為

Qe=Kd×Ce-S0；

(5)

EPC0=S0/Kd。

(6)

式中：S0為初始狀態下的吸磷量，mg/kg；Kd為線性吸附常數，L/kg。

1.4.2 數據分析 試驗數據采用Excel 2016進行處理后用SPSS 21.0對數據進行差異顯著性檢驗(LSD)，采用Origin 2021b進行擬合分析繪圖，采用Canono 5.0進行冗余分析(RDA)。

2 結果與分析

2.1 液態有機肥灌溉施用對紅壤理化性質及磷素累積的影響

2.1.1 液態有機肥灌溉施用對紅壤理化性質的影響 在不同有機液肥的施用下，土壤理化性質具有顯著性差異(表3)。土壤pH值為4.26～4.47，T2和T3處理與CK相比分別增加了0.09、0.05，但3個處理間均無顯著差異，T1、T4和T5處理與CK相比分別顯著減小了0.12、0.34、0.17，T1、T5處理之間無顯著性差異，但顯著高于T4處理。土壤黏粒占比在1.55%～2.58%，與CK相比均有所降低，CK、T5處理之間無顯著差異，但均顯著高于T1處理，其他處理間無顯著差異；比表面積值在21.55～22.90 m2/g，5種施肥處理后比表面積與CK相比均降低；土壤堿解氮含量為69.50～143.50 mg/kg，T1、T2、T3、T4和T5處理與對照相比分別升高了36.63、4.33、78.63、18.83、52.66 mg/kg，各處理間均具有顯著差異；土壤有機質含量為17.07～26.63 g/kg，T1和T5有機質與CK相比顯著增加了4.17、7.89 g/kg，T2、T3和T4處理比CK顯著降低了1.14、0.76、1.67 g/kg，T1、T3、T4、T5處理間均具有顯著性差異，T2和T3處理間無顯著差異；無定形氧化鐵含量為1.18～2.17 g/kg，T2和T3處理與CK相比增加了0.52、0.08 g/kg，T1、T4和T5處理與CK相比降低0.23、0.45、0.09 g/kg，T2處理含量最高，但與CK和T5處理差異不顯著，與其余處理差異顯著。5種處理的無定形氧化鋁含量與CK相比均降低，T5處理與CK無顯著差異，其余處理與CK相比均差異顯著。

表3 不同液態有機肥施用下紅壤的理化性質

2.1.2 液態有機肥灌溉施用對紅壤磷素累積的影響 土壤有效磷和全磷的變化可以反映出土壤磷素的積累情況。由圖1可知，不同有機液肥的灌溉施用均可以提高土壤有效磷和全磷的含量，但施肥對土壤有效磷的影響程度顯著大于對土壤全磷的影響程度，且因有機液肥的配施比例不同增加幅度也有所不同。通過不同液態有機肥的灌溉施用，不同處理之間具有顯著性差異，其中T5處理的速效磷顯著高于其他處理，與CK相比提高了12.90倍，T1、T2、T3、T4處理分別增加了1.66、2.45、2.96、2.28倍。T5處理的全磷含量顯著高于其他處理，與CK相比提高了2.60倍，T1、T2、T3、T4處理分別增加了0.23、0.77、0.57、0.33倍。植物源液肥與無機液肥配施可以顯著提高土壤中有效磷的含量，同時磷素在土壤中累積富集。

土壤有效磷累積含量的高低，不僅可以反映土壤磷素的肥力水平，而且在一定程度上可以反映通過降水徑流產生的磷素環境效應。從6種施肥處理可以看出，在同等施氮的條件下，隨著施磷量的增加，土壤中有效磷和全磷含量呈現增加的趨勢，同時有效磷在全磷中的占比也發生了相應變化，5種處理均增大了有效磷的占比，范圍為2.08%～4.11%，與CK相比，分別增加了1.23、1.02、1.62、1.55、3.05百分點，其中T5處理速效磷占比最大，T2處理最小。

2.2 液態有機肥灌溉施用對紅壤磷素吸附解吸特征及環境學指標的影響

2.2.1 液態有機肥灌溉施用對紅壤磷素吸附解吸特征的影響 不同有機液肥土壤磷等溫吸附曲線見圖2-a，各處理間存在較大差異。在低磷濃度時，外源磷在土壤表面的吸附急劇增加；高磷濃度時，吸附趨于穩定，外源磷在土壤表面的吸附量隨外源磷濃度的升高而降低。其中，T5處理吸附曲線的位置與其他處理相比最低，表明在相同的溶液磷濃度下，T5處理下土壤對磷的吸附量最小。T2處理在平衡液磷濃度0～30 mg/L時，曲線位置較高，反映了T2處理下土壤對磷素吸附較強。CK處理下土壤磷吸附量最大，可能是因為在清水澆灌的處理下土壤磷素含量虧缺，造成土壤對磷的吸附能力增強，吸附量顯著增加。土壤磷吸附量與平衡液磷濃度的關系用Langmuir等溫吸附方程有較好的擬合效果，Langmuir回歸方程擬合出的決定系數在0.91～0.96之間，均達到極顯著水平，由回歸方程估算得出相關參數可表征土壤磷吸附的基本特征。由表4可知，不同有機液肥處理的親和力常數(K)為0.02～0.21，除T4處理外，其他施肥處理的K值均小于CK；不同有機液肥處理Qmax為0.62～1.55 mg/g，其中T1、T2和T4處理均比CK值小，T3和T5處理均比CK值大，而T5的Qmax值小于T3，表明在不同液肥處理下，植物源有機液肥與無機液肥配施土壤的吸附能力小于單施植物源液肥處理。

由圖2-b可知，T4處理解吸曲線位置在T1之上，T2、T3和T5處理曲線趨于中間位置，而CK處理曲線在最下面。說明有機液肥與無機液肥配施處理的土壤對磷的吸附能力較弱，外源加入的磷更易被解吸出來進入液相；單施動物源液肥的土壤對磷的吸附較強，新加入的磷更難解吸出來。從吸附曲線的趨勢可以看出，在外源磷濃度較低時，解吸曲線增長趨勢較為平緩，而當外源磷濃度較高時，解吸曲線明顯變陡。表明在不同外源磷濃度下，土壤對磷的吸附能力也有所不同，高磷濃度下吸附固持的磷素更易解吸出來，土壤對磷的吸附能力降低。

表4 不同液態有機肥施用下紅壤吸附特征參數

2.2.2 液態有機肥灌溉施用對紅壤磷素環境學指標的影響 在不同有機液肥處理下，土壤中的磷素風險值發生了顯著變化(表5)。RDP、EPC0和DPS參數表征環境風險意義一致，均與土壤磷累積量呈顯著正相關。與CK相比，T5處理RDP含量增加了3.23 mg/kg，其他處理(T1、T2、T3、T4)分別降低了12.05%、4.01%、5.61%、20.14%，T5處理與其他處理之間具有顯著性差異，T1、T2、T3、T4之間無顯著性差異，說明不同有機液肥處理下，T5處理更易發生磷的流失，流失風險較大；EPC0是在平衡溶液中土壤磷素達到吸附與解吸的動態平衡時的濃度，表明在此濃度下土壤既不發生吸附，也不發生解吸。不同處理的EPC0為0.11～1.68 mg/L，與CK相比，T4、T5處理的EPC0分別增大0.21、1.38 mg/L，T1、T2、T3處理分別降低了0.06、0.04、0.19 mg/L，T3、T5處理間相差1.57 mg/L。DPS反映土壤吸附磷位點的飽和狀態，不同施肥處理下DPS為0.29%～3.72%；與CK相比，5種施肥處理的DPS值均增大，其中T5的DPS值顯著增大，是CK的11.83倍，T1、T2、T4處理間無顯著性差異。MBC和PSI參數表征環境風險意義一致，均與土壤磷累積量呈負相關關系。Qmax和K的乘積代表MBC，是判斷土壤供磷能力的綜合參數。不同有機液肥處理MBC為0.03～0.23，其中，CK處理最高，T5處理最低，表明CK處理下土壤對磷素的緩沖能力最大，而T5處理最小，T1、T2、T3和T4處理的土壤對外源磷的緩沖能力大小介于二者之間。PSI用于表征土壤中磷的吸持或釋放的可能性。不同處理的PSI值為 32.29～44.88 mg/kg。與CK相比，不同液態有機肥灌溉處理后土壤PSI值均顯著降低，其中T5處理的PSI值最小。

表5 不同液態有機肥施用下紅壤磷素環境學指標

2.3 液態有機肥灌溉施用下紅壤理化性質與磷環境學指標的關系

2.3.1 液態有機肥灌溉施用下磷素環境學指標與理化性質的相關性 由表6可知，RDP與SOM存在顯著正相關關系(r=0.83*)，與全磷和速效磷存在極顯著正相關關系(r=0.95**、r=0.96**)。EPC0與黏粒、SOM存在正相關關系(r=0.58，r=0.78)，與全磷和速效磷存在極顯著正相關關系(r=0.91**，r=0.94**)。DPS與SOM存在顯著正相關關系(r=0.82*)，與全磷和速效磷存在極顯著正相關關系(r=0.95**，r=0.96**)。Qmax與堿解氮存在正相關關系(r=0.62)，K值與SSA存在正相關關系(r=0.55)，與SOM、全磷、速效磷存在負相關關系(r=-0.54，r=-0.67，r=-0.70)，與堿解氮存在極顯著負相關關系(r=-0.92**)。MBC與SSA存在正相關關系(r=0.74)，與SOM、全磷、速效磷存在負相關關系(r=-0.59，r=-0.64，r=-0.68)，與堿解氮存在極顯著負相關關系(r=-0.94**)。PSI與pH值存在正相關關系(r=0.74)，與SOM和速效磷存在負相關關系(r=-0.50，r=-0.53)。

表6 不同液態有機肥施用對紅壤理化性質與磷流失風險參數的相關性分析

2.3.2 液態有機肥灌溉施用下磷素環境學指標與理化性質的冗余分析 土壤理化性質(環境因子)顯著影響磷素的環境學指標，本研究通過RDA分析環境學指標與土壤理化性質之間的關系。由圖3可見，RDA分析圖中磷素指標的箭頭與環境因子箭頭的夾角及連線長度可以看出理化性質對磷環境風險參數的影響。結果表明，RDA第1軸和第2軸累計解釋了土壤理化性質對紅壤旱地磷素含量變化影響程度的92.20%(P<0.01)，且第一軸包含了大部分磷環境風險影響因子信息，能解釋78.20%(P<0.01)。第一象限內的Qmax、RDP和EPC0與pH值、黏粒、Al0、堿解氮、全磷和速效磷呈正相關關系；第二象限內的PSI與SSA和Fe0呈正相關關系；DPS與SOM、全磷、速效磷和呈正相關關系。另外第二象限的PSI與SOM、全磷和速效磷呈負相關關系；第三象限的MBC和K值與黏粒、Al0、堿解氮、全磷、速效磷呈負相關關系。

3 討論與結論

3.1 液態有機肥灌溉施用對紅壤磷素累積的影響

本研究通過施用無機液肥和有機液肥或者兩者配施，來探究液態有機肥對紅壤磷素累積的影響。結果表明，施用液態有機肥可以顯著增加土壤磷素累積量，降低土壤對外源磷的固持能力。戚瑞生等[31]對黃土旱塬地區長期定位施肥處理下土壤磷素累積的研究結果表明，當土壤速效磷含量超過62.00 mg/kg時，磷素就容易發生地表徑流，造成環境污染。本試驗結果表明，速效磷含量在8.49～44.37 mg/kg之間，均不會發生地表徑流等環境風險問題。與動物源液肥處理相比，植物源液肥處理磷素累積量顯著增加，這可能是因為植物源液肥中含有大量的速效無機磷和有機磷，土壤在一定程度上固定了液肥中的磷素[32]。與單施植物源液肥相比，植物源液肥與無機液肥配施能更好地提高土壤有效磷含量，一方面可能是因為單施植物源有機肥中磷素起效慢，而與無機液肥配施迅速加快了肥料中磷素的利用率。另一方面，植物源液肥與無機液肥配施增加了土壤中有機質的含量，有機質進而轉化為腐殖酸，在酸性土壤中腐殖酸中的檸檬酸對磷的活化效果最好，因為酸性土壤中無機磷主要以磷酸鐵、鋁鹽的形式存在，檸檬酸與酸性土壤中鐵鋁離子絡合能力最好，抑制土壤對無機磷的固定，加大了土壤遺留磷的活性，影響磷素的轉化[33]。Kim等研究結果也表明在施用化肥的基礎上施加有機液肥，有利于土壤形成穩定團聚體，增加膠體物質，改善土壤理化特性，提高土壤含水率和透氣性能，提高土壤養分的利用率，為植物創造良好的生長環境[34]。

3.2 液態有機肥灌溉施用對紅壤磷素吸附解吸特征及環境學指標的影響

本研究表明，紅壤對磷的等溫吸附特征符合Langmuir方程，不同液肥灌溉施用會明顯影響紅壤對磷的吸附特性。當外源磷溶液濃度在0～30 mg/L時，吸附曲線具有較大的斜率，此階段為磷的快速吸附階段，原因可能有2個方面：其一可能是因為土壤中無定形鐵鋁氧化物對磷的化學吸附，其二可能是因為土壤中的黏粒上的鹽基離子對磷的共價吸附。當外源磷濃度大于30 mg/L時曲線特征趨于平緩，吸附量增加較慢，土壤磷素吸附量逐漸達到飽和，這一階段為慢速吸附階段，可能與土壤對磷的物理化學吸附有關[35]。本研究還表明，在整個等溫吸附過程中，植物源液肥處理的吸附曲線位置低于動物源液肥處理，其中植物源液肥與無機液肥配施的吸附曲線的位置最低，原因可能是隨著土壤磷素的積累，磷素表面的吸附位點被土壤遺留磷占位，從而降低了磷的吸附能力[36]。土壤磷解吸特征是土壤吸附的固態磷被一部分解吸進入溶液中，本研究表明，動物源液肥與無機液肥配施處理的土壤對磷的吸附較弱，可能是因為有機液肥的施用降低了土壤黏粒占比，導致土壤對磷的吸附結合能減少，進而土壤更容易解吸出已經被吸附固持的磷素[37]。因此，土壤磷解吸特征也是評價土壤磷環境風險大小的重要指標，同時也涉及到環境方面的問題。

土壤易解吸磷(RDP)是指土壤遺留磷容易進入液相的磷素，表征土壤磷素通過地表徑流流入水體的難易程度[38]。本試驗結果表明，除植物源與無機液肥處理外，其他處理的RDP含量均降低。一方面可能是因為液態肥料揮發性較強，另一方面液態肥料具有肥效快、流動性強等特點，更有利于在短期時間內供給植物更多的可溶性磷，殘留在土壤中的易解吸磷含量減少[39]。王敏峰等研究菜地中土壤磷素累積的結果表明，施用沼液后RDP含量達到了20.20 mg/kg，顯著提高土壤可溶性磷的累積，加大了環境風險[40]，與其相比本試驗風險較小。磷零點吸持平衡濃度(EPC0)用來表征土水界面磷交換的方向和含量，土壤磷素處于動態平衡時，其EPC0值越小土壤固相中的磷素較難進入液相，而EPC0值越大，則土壤固相中的也就更容易進入液相[41]。本研究表明，單施植物源液肥的植物源EPC0值最低，與無機配施處理的EPC0值最高，與有效磷含量呈顯著正相關。王艷玲等的研究結果也表明，與CK相比，施用無機肥和有機肥處理的EPC0呈增大趨勢，說明施用有機肥和無機肥均導致土壤磷素流失風險增大[42]。不僅如此，本試驗結果表明不同有機液肥的施用土壤磷吸持飽和度(DPS)也有不同程度的升高，因此將DPS能力來表征隨徑流或被淋溶的流失風險。Sekhon等認為當DPS大于25%，土壤磷素就容易流失[43]。本研究結果表明，與對照相比，在不同的液肥灌溉處理后，DPS值均增大，其中有機與無機液肥配施的DPS值大于單施有機液肥，但5種處理均未超出環境閾值。

土壤磷素的最大緩沖量(MBC)主要受土壤質地、有機物質和施肥模式等因素的影響[44]。本研究結果顯示，植物源液肥處理的最大緩沖量小于動物源液肥處理，且植物源液肥與無機液肥配施小于各處理，原因可能是一方面植物源液肥能有明顯提高有機質含量，有機質具有顯著的凝膠性質，顯著降低了土壤鐵鋁礦物對磷的吸附能力。另一方面可能是，液肥中含有大量的有機酸，而有機酸可以通過促進高穩性磷向活性磷轉化，顯著提高土壤速效磷含量，提高的幅度可達10～1 000倍，增大磷素的活化率，降低土壤磷素最大緩沖量[45]。土壤磷吸附指數(PSI)用于評判土壤磷素的吸持或釋放能力，評估磷素從固相磷向液相釋放的概率。本研究結果表明，與CK相比，5種施肥處理的土壤PSI值均顯著降低，有機與無機液肥配施的PSI值小于單施有機液肥，說明有機無機配施會顯著增大磷的流失風險，其中植物源與無機液肥配施風險較大。魏紅安等探究了紅壤磷素的環境臨界值，研究結果表明PSI的臨界值為23.46 mg/kg[46]，但本研究結果中5種施肥處理均未超出環境閾值。本試驗為探究短期內液態有機肥的灌溉施用對土壤磷素流失風險的影響，但由于液態肥料肥效時間較短，土壤中磷素含量累積不高，試驗中5種施肥處理均未超出環境閾值。如果在長期施肥模式下，隨著土壤吸磷量的增多，土壤固磷能力受限，磷素進入水體的可能性也將增大，因此液態有機肥灌溉施用對土壤磷素環境風險的影響值得關注。

本研究表明，不同的施肥模式直接影響土壤理化性質及土壤磷素的吸附、轉化和解吸的特征，間接影響著磷素環境學指標。因此，列舉不同施肥模式影響下速效磷、RDP、PSI和DPS相關環境風險值(表7)。研究結果表明，施肥可以迅速增加土壤中速效磷和RDP的含量，各處理PSI值遠遠超出環境閾值，部分處理的DPS也嚴重超出環境閾值，其中有機肥混合施用PSI超出閾值20.75 mg/kg，DPS超出環境閾值131.95%。液體豬糞處理PSI值超出閾值21.50 mg/kg，DPS也超過了9.00%，嚴重威脅到環境安全。本研究數據表明，植物源與無機液肥配施不僅提高了土壤中速效磷的含量，PSI與臨界值相比大7.29 mg/kg，DPS也比臨界值小21.58%，磷素環境風險較小。

3.3 液態有機肥灌溉施用下紅壤磷素環境學指標對理化性質變化的響應

不同液態有機肥灌溉施用下影響著土壤的理化性質(如pH值、土壤質地、鐵鋁氧化物、有機質等)進而間接影響土壤磷素的累積與釋放。本試驗中，易解吸磷(RDP)、磷零點吸持平衡濃度(EPC0)和磷吸附飽和度(DPS)與土壤磷素累積量呈正相關，表明當土壤磷素累積量增加時，風險參數值增大，加大土壤磷素的環境風險。一方面土壤磷素含量的累積是影響RDP、EPC0和DPS的主要因素，另一方面黏粒與其呈顯著正相關，可能是因為土壤黏粒含量越大，對磷的吸附能力增大，土壤黏粒含量的增大可增加土壤對磷的結合能，造成被土壤吸附的磷更容易被固持，再者土壤鐵鋁氧化物也與其具有較大的正相關性。陳波浪等在耕型紅壤上進行的12年長期肥力定位試驗結果表明，土壤中結晶態鐵鋁化合物被有機質通過溶解、絡合和還原的方式，提高鐵鋁化合物的活性使非晶質鐵鋁化合物增多，加大對磷的吸附能力[58]。土壤最大緩沖量(MBC)和磷吸附指數(PSI)與土壤累積量呈負相關，表明當土壤磷素累積量增加時，風險參數值減小，環境風險加大。SSA和有機質是影響MBC和PSI的主要因素，SSA與MBC和PSI具有較大的顯著正相關性，可能是因為土壤比表面積較小，土壤固持磷的能力減小[59]。研究結果也表明，pH值與PSI具有顯著負相關，可能是因為pH值與有機質呈顯著負相關關系，有機質含量增加可能會致使土壤pH值降低，而酸化的土壤更容易引發磷的流失，此外土壤中交換性鋁的含量也極易受到土壤pH值的影響，影響磷吸附指數[60]。

表7 不同有機肥處理下磷素環境學指標對比

3.4 結論

不同液態有機肥灌溉施用均可以顯著增加紅壤中磷素的累積和提高磷素有效性，其中植物源有機液肥與無機液肥配施在磷素累積和提升磷素有效性方面更有優勢。但是，植物源有機液肥與無機液肥配施下，土壤易解吸磷(RDP)、土壤磷素零點吸附平衡濃度(EPC0)和吸附飽和度(DPS)等環境磷指標也顯著增加，雖然目前還沒有超過環境閾值，但也表明這種施肥模式下紅壤磷的潛在流失風險最大。綜合看來，在南方紅壤橘園種植系統，植物源有機液肥與無機液肥配施具有節省勞動力和短期內迅速提高磷素有效性的顯著優勢，但是相應的面源磷流失風險也顯著高于其他施肥模式。短期看來，該種施肥模式下環境風險雖在閾值范圍內，但隨著施肥的繼續進行，長期環境效應仍值得持續關注。