磷肥品種和施用方式對灌耕灰漠土有效磷和無機磷形態(tài)的影響

龔會蝶,王雪艷,王宇瑩,盛建東,程軍回

(新疆農業(yè)大學 資源與環(huán)境學院/新疆土壤與植物生態(tài)過程重點實驗室,烏魯木齊 830052)

土壤有效磷是表征土壤供磷能力的重要指標,也是影響作物產量的主要限制性養(yǎng)分之一[1-2]。為提高土壤有效磷含量,農業(yè)生產中通常采取的措施為增施磷肥,磷肥施入土壤后經(jīng)過一系列物理和化學等變化,生成Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P等多種形態(tài)[3],進而對土壤有效磷含量產生影響[4]。在石灰性土壤中,Ca10-P含量最高但有效性最低,Ca2-P含量最低但有效性最高,Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P含量和有效性則介于上述二者之間[5]。研究表明施用磷肥可改變土壤中無機磷形態(tài)的含量,但影響幅度因磷肥品種、施用方式和土壤類型的不同而異[6-8]。因此,研究不同磷肥品種和施用方式對特定土壤類型有效磷和無機磷形態(tài)的影響,對提升土壤供磷能力有重要的科學意義。

目前,我國使用最廣泛的磷肥品種主要有重過磷酸鈣、磷酸一銨和磷酸二銨等[9]。有研究表明在壤質棉田中,重過磷酸鈣基施處理的有效磷含量顯著高于磷酸二銨基施[10],但在壤質灰漠土中,重過磷酸鈣和磷酸二銨基施處理對有效磷的影響無顯著差異[11],表明在相同的施用方式下,不同磷肥品種對土壤有效磷的影響因土壤類型不同而異。此外對于同一磷肥品種,其分次滴施處理的有效磷含量高于一次性基施處理[12-13]。導致土壤有效磷變化的一個主要原因是,不同的磷肥品種和施用方式對無機磷形態(tài)的影響存在差異。以潮土為例,在5～10cm土層聚磷酸銨基施處理的有效磷含量顯著高于磷酸二銨基施;進一步研究其無機磷形態(tài),發(fā)現(xiàn)聚磷酸銨基施生成了更多的Ca8-P、Al-P和Fe-P[14]。褚貴新等[15]研究表明在石灰性土壤上,相較于固體磷肥基施,液體磷肥分次滴施增加Ca2-P和Ca8-P含量,提高土壤磷的有效性。因此,綜合分析磷肥品種和施用方式對土壤有效磷和無機磷形態(tài)各自變化和內在聯(lián)系的影響,有助于深入理解土壤供磷能力的變化。

灰漠土是新疆重要的耕地資源之一,主要分布在昌吉州、博州、伊犁州和烏魯木齊市[16]?；夷林袩o機磷含量較高,占土壤全磷的86%[17],然而前人研究多從長期施肥和添加檸檬酸等方面進行灰漠土無機磷形態(tài)的研究[18-19],對適宜灌耕灰漠土的磷肥品種和施用方式的研究較少。因此本研究通過土壤培養(yǎng)試驗,以北疆典型的灌耕灰漠土為研究對象,選擇兩種酸性(重過磷酸鈣和磷酸一銨)和一種中性新型磷肥(聚磷酸銨),設置一次性滴施和基施兩種施用方式,研究土壤有效磷、無機磷形態(tài)含量變化和分布特征,旨在明確適合灌耕灰漠土的磷肥品種和施用方式。

1 材料與方法

1.1 土壤概況

培養(yǎng)試驗所用土壤為新疆昌吉市二六工鎮(zhèn)(87°9′18″E,43°59′38″N)采集的0～20 cm土層的灌耕灰漠土。其有機質含量9.41 g/kg,全磷含量0.6 g/kg,全氮含量1.9 g/kg,全鉀含量7.1 g/kg,無機磷總量471.24 mg/kg,有效磷含量15.4 mg/kg,堿解氮含量53.8 mg/kg,速效鉀含量314 mg/kg,pH(水土比5∶1)為8.4。

1.2 試驗設計

為明確磷肥品種和施用方式對灌耕灰漠土有效磷、無機磷形態(tài)含量及分布的影響,將采集的灌耕灰漠土風干后過2 mm篩,進行土壤培養(yǎng)試驗。試驗地點為新疆慧爾農業(yè)集團有限公司的現(xiàn)代化溫室。試驗設不施磷(CK)、重過磷酸鈣基施(TSP)、磷酸一銨基施(MAP-B)、聚磷酸銨基施(APP-B)、磷酸一銨一次性滴施(MAP-D)和聚磷酸銨一次性滴施(APP-D)6個處理,因重過磷酸鈣溶解度較低,滴施時會造成滴管的堵塞,所以未設置一次性滴施處理。每個處理重復4次,共需24個條盆(底×寬×高: 77 cm×33 cm× 26 cm),每盆裝土50 kg,土層厚度20 cm,進行隨機區(qū)組排列。

對3種磷肥基施處理(TSP、MAP-B和APP-B),磷肥與土壤混合均勻后,統(tǒng)一裝入條盆。對于兩種磷肥一次性滴施處理(MAP-D和APP-D),先把土壤裝入條盆,之后磷肥溶于水(10 L)一次性滴施進入土壤。此時土壤含水量為田間持水量的80%,滴施裝置如圖1所示,其他處理也加入等體積的水。

圖1 滴施裝置Fig.1 Dripping irrigation application device

本研究除CK處理外,各個處理純磷(P)的施入量均為100 mg/kg,3種磷肥的具體施用量如表1所示。在土壤培養(yǎng)試驗期間,每周采取稱重法澆水保持每個盆中土壤含水量一致,均為田間持水量的60%～80%。田間持水量為25%。

表1 磷肥基本信息Table 1 Basic information of phosphate fertilizers

1.3 樣品采集與測試分析

2019年7月12日開始試驗,在第1、3、15、30、60天和第120天,用直徑為5 cm的土鉆在每個條盆中采集0～5、5～10和10～20 cm土層的土樣。土樣經(jīng)風干和磨碎后,過1.00 mm篩,使用0.50 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷含量[20]。第120天的土樣磨碎,過0.15 mm篩,參照《土壤農化分析》,使用蔣柏藩和顧益初提出的石灰性土壤無機磷分級方法,測定各形態(tài)無機磷[20]。土壤有效磷和無機磷形態(tài)的測定使用儀器均為分光光度計,無機磷總量為各形態(tài)無機磷之和。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計方法

采用Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)整理和圖形繪制,R-3.6.3軟件進行數(shù)據(jù)的單因素方差分析[21]。

2 結果與分析

2.1 灌耕灰漠土有效磷含量與培養(yǎng)時間的關系

回歸分析結果表明,MAP和APP一次性滴施處理(MAP-D和APP-D)不同土層有效磷含量和培養(yǎng)時間之間均無顯著關系(P>0.05)(圖2),二者5～10 cm土層有效磷含量隨培養(yǎng)時間呈現(xiàn)增長的趨勢。3種磷肥基施處理(TSP、MAP-B和APP-B),有效磷含量在0～5、 5～10和10～20 cm土層均呈現(xiàn)線性降低、指數(shù)降低和先增加后降低的多種變化趨勢,除了APP-B處理在 10～20 cm土層無顯著關系外(圖2)。以上結果表明3種磷肥基施處理的0～20 cm土層有效磷含量隨培養(yǎng)時間顯著降低,MAP和APP一次性滴施處理的5～10 cm土層有效磷含量隨培養(yǎng)時間呈現(xiàn)增長的趨勢。

圖中數(shù)據(jù)表示平均值±標準誤,下同; NS表示Olsen-P含量和培養(yǎng)時間無顯著關系

2.2 磷肥品種和施用方式對灌耕灰漠土有效磷含量的影響

施磷顯著提高了灌耕灰漠土有效磷含量,不同磷肥品種對其無顯著影響,不同磷肥施用方式對其影響顯著(圖3)。3種磷肥基施處理0～5、 5～10和10～20 cm土層有效磷含量均無顯著差異。與MAP和APP基施處理相比,二者一次性滴施處理均能顯著提高0～5 cm土層有效磷含量,分別提高3.77和3.04倍;但5～10和10～20 cm土層有效磷含量均顯著降低。APP-D處理5～10 cm土層有效磷含量顯著高于MAP-D處理,二者有效磷含量在其他土層(0～5和10～20 cm)無顯著差異。

圖中不同小寫字母表示不同處理間的差異達到顯著水平 (P<0.05),下同

2.3 磷肥品種和施用方式對灌耕灰漠土無機磷總量的影響

施磷提高了灌耕灰漠土無機磷總量,不同磷肥品種對其無顯著影響,不同磷肥施用方式對其影響顯著(表2)。3種磷肥基施處理3個土層無機磷總量無顯著差異,除了TSP處理的10～20 cm土層無機磷總量較APP-B處理顯著提高 9.27%。與MAP和APP基施處理相比,二者一次性滴施處理0～5 cm土層無機磷總量分別均顯著提高39.02%和29.39%;10～20 cm土層無機磷總量均顯著降低。

表2 不同處理灌耕灰漠土無機磷總量Table 2 Total inorganic phosphorus amount in irrigated grey desert soil under different treatments mg/kg

2.4 磷肥品種和施用方式對灌耕灰漠土無機磷形態(tài)的影響

不施磷處理灌耕灰漠土中無機磷均以Ca10-P和O-P為主,分別占無機磷總量的47.94%和23.76%;其次是Ca8-P、Al-P和Fe-P,分別占無機磷總量的15.06%、7.00%和4.95%;最后是Ca2-P,占無機磷總量的1.28%(表3)。

表3 各形態(tài)無機磷占灌耕灰漠土無機磷總量的比例Table 3 Proportion for each form of inorganic phosphorus in total inorganic phosphorus amount in irrigated grey desert soil %

施磷使各形態(tài)無機磷的比例產生不同程度的變化(表3)。與CK處理相比,3種磷肥基施處理(TSP、MAP-B、APP-B)均提高了0～5、5～10和10～20 cm土層Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的比例(表3)。三者之間的Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的比例均無顯著差異,除了MAP-B處理較TSP和APP-B處理顯著提高了5～10 cm土層Al-P含量;同時顯著提高了5～10和10～20 cm土層Fe-P含量。在3個土層TSP處理的O-P含量高于MAP-B和APP-B處理,Ca10-P的含量低于二者,表明3種磷肥基施時,O-P和Ca10-P互相轉化。

磷肥一次性滴施顯著提升了0～5 cm土層的供磷能力(表3)。與MAP和APP基施處理相比,二者一次性滴施處理均顯著提高0～5 cm土層Ca2-P和Ca8-P占無機磷總量的比例,Ca2-P分別提高1.59和0.96倍,Ca8-P分別提高0.38和0.19倍;二者一次性滴施處理均顯著降低Ca10-P的比例,分別降低0.52和0.30倍(表3)。二者一次性滴施處理的5～10和10～20 cm土層Ca2-P的比例均顯著低于其基施處理。MAP-D處理的5～10 cm土層Al-P和Fe-P的比例顯著低于MAP-B處理,APP-D處理的5～10 cm土層Fe-P的比例顯著低于APP-B處理。

3 討 論

3.1 磷肥品種和施用方式對灌耕灰漠土有效磷和無機磷總量的影響

有效磷是表征判斷土壤肥力的重要指標,有研究表明施磷肥進紅壤后,有效磷含量在前3 h以直線關系下降,之后以漸減性曲線下降[22]。本研究獲得相似的結果,3種磷肥基施處理(TSP、MAP-B和APP-B)的有效磷含量隨培養(yǎng)時間顯著降低,究其原因是由于土壤中對磷的固定,但3種磷肥基施處理的有效磷含量呈現(xiàn)線性降低、指數(shù)降低和先增加后降低的變化趨勢,可能是因為不同磷肥在土壤中的固定率存在差異[23],還可能與土層的不同有關。此外第120天3種磷肥基施處理的有效磷含量和無機磷總量均無顯著性差異,表明此時3種磷肥補充土壤磷庫的能力相同。

大量研究認為磷肥分次滴施處理的土壤有效磷含量高于基施[12,24-25],但關于一次性滴施對有效磷的影響的研究較少。本研究中磷肥一次性滴施和基施處理對有效磷和無機磷總量的影響不同,與MAP和APP基施處理相比,二者一次性滴施處理均只顯著提高0～5 cm土層有效磷含量和無機磷總量,土壤磷素主要集中分布在0～5 cm土層。究其原因可能是由于灰漠土是石灰性土壤,滴施的磷肥易被固定[26],其移動性較弱導致,亢龍飛等[27]也發(fā)現(xiàn)與一次性滴施相比,聚磷酸分次滴施增加的移動距離僅有5 mm。

3.2 磷肥品種和施用方式對灌耕灰漠土無機磷形態(tài)的影響

不施磷處理灌耕灰漠土中無機磷以Ca10-P和O-P為主,其次是Ca8-P、Al-P和Fe-P,最后是Ca2-P,這和張倩等[28]在陜北的黃綿土上的研究結果一致。施磷使各形態(tài)無機磷含量和比例產生不同程度的變化[29]。柴立濤等[30]研究發(fā)現(xiàn)施用磷肥提高了鹽堿土水田土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的含量。王海龍等[31]研究發(fā)現(xiàn)施用磷肥可提高Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P占無機磷總量的比例。這與本研究的結果相似,3種磷肥基施處理均提高0～20 cm土層的Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的比例。但三者的O-P和Ca10-P相互轉化,可能是因為O-P的形成和土壤鈣沉積相關,灌耕灰漠土中Ca-P含量較高,形成Ca-P的羥基磷灰石會隨O-P而變化[32]。

褚貴新等[15]研究表明液體磷肥分次滴施增加Ca2-P和Ca8-P含量,提升了土壤供磷能力。本研究獲得相似的結果,與MAP和APP基施處理相比,二者一次性滴施處理顯著提高0～5 cm土層的Ca2-P和Ca8-P占無機磷總量的比例,顯著降低Ca10-P的比例,提升了0～5 cm土層的灌耕灰漠土供磷能力。

4 結 論

灰漠土是新疆重要的耕地資源之一,不施磷處理灌耕灰漠土中無機磷以Ca10-P和O-P為主,其次是Ca8-P、Al-P和Fe-P,最后是Ca2-P。3種磷肥基施處理0～20 cm土層有效磷含量隨培養(yǎng)時間顯著降低,但3種磷肥基施處理0～20 cm土層灰漠土有效磷含量、無機磷總量以及Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P的比例均增加,表明0～20 cm土層的土壤供磷能力提升;與基施處理相比,MAP和APP一次性滴施處理只提升了0～5 cm土層的土壤供磷能力。重過磷酸鈣基施,能提高0～20 cm土層的灌耕灰漠土的供磷能力,同時價格較低,推薦在生產中施用。