張邦喜，李 渝，秦 松，李國學(xué)，蔣太明

（1.貴州省土壤肥料研究所，貴州貴陽 550006；2.農(nóng)業(yè)部（貴州）耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，貴州貴陽 550006；3.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，貴州貴陽 550006；4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

長期施肥下黃壤無機(jī)磷組分空間分布特征

張邦喜1，2，4，李 渝1，2，秦 松1，2，李國學(xué)4，蔣太明2，3

（1.貴州省土壤肥料研究所，貴州貴陽 550006；2.農(nóng)業(yè)部（貴州）耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，貴州貴陽 550006；3.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，貴州貴陽 550006；4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

利用土壤無機(jī)磷分級方法，研究長期施肥對黃壤中不同組分磷累積、遷移的影響。結(jié)果表明，施肥土壤全磷、有效磷、無機(jī)磷的含量均較不施肥處理有明顯增加，隨土層深度的加深而顯著減少，施肥主要增加了Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、Al-P含量，而對Ca10-P、O-P含量影響較小。Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、Al-P、Ca10-P、O-P以表聚為主，同一土層上表現(xiàn)為O-P＞Fe-P＞A l-P、Ca10-P＞Ca2-P＞Ca8-P。不同形態(tài)的無機(jī)磷含量隨土層深度呈現(xiàn)垂直分布規(guī)律，在0～100 cm土層中無機(jī)磷形態(tài)以O(shè)-P、Fe-P為主，且該比例隨土層深度的增加而增加。因此，從長遠(yuǎn)來看，有機(jī)無機(jī)配施促使無機(jī)磷組分在土壤剖面的移動(dòng)得以放緩，還不足以影響到地下水質(zhì)量，更有利于黃壤區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

黃壤；長期施肥；無機(jī)磷組分；分布特征

磷是影響土壤生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素，是植物生長的主要限制因子之一。植物所利用的磷素，主要來源于土壤磷庫和磷肥施用，然而磷肥的當(dāng)季利用率一般只有10%～25%。土壤中磷素以多種形態(tài)存在于土壤固-液兩相中，同時(shí)不同形態(tài)磷之間不斷發(fā)生轉(zhuǎn)化。農(nóng)田土壤中，無機(jī)磷約占土壤磷庫的70%左右，是土壤有效磷的重要來源［1］。磷肥的長期過量施用不僅會(huì)造成磷肥資源的浪費(fèi)，也可能導(dǎo)致磷素通過徑流或淋溶進(jìn)入地表或地下水體，加速水體富營養(yǎng)化過程［2-3］。磷素在土壤中移動(dòng)性的大小決定了其向水體遷移的能力，國內(nèi)外的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在面源污染控制過程中，控制磷素污染相比控制氮素污染更為關(guān)鍵［4-5］。針對農(nóng)田過量施肥導(dǎo)致的面源污染和磷礦資源消耗問題，歐美等發(fā)達(dá)國家已建立相應(yīng)的磷素研究平臺(tái)，同時(shí)通過立法控制施用磷素。盡管很多研究表明地表徑流是耕地磷素?fù)p失的主要途徑［6-7］，但到目前為止，判斷農(nóng)田土壤磷素狀況的定量標(biāo)準(zhǔn)并不一致［8］。長期定位試驗(yàn)具有時(shí)間的長期性和氣候的重復(fù)性等特點(diǎn)，信息量豐富，準(zhǔn)確可靠，有著常規(guī)試驗(yàn)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)現(xiàn)重大科學(xué)問題和開展科學(xué)研究的重要平臺(tái)，受到世界尤其西方發(fā)達(dá)國家的普遍重視［9-10］。目前我國許多學(xué)者在不同的土壤類型上進(jìn)行了長期肥效試驗(yàn)［11］，主要涉及石灰土［12］、黑土［13］、潮棕壤［14］、水稻土［15］等十幾種土壤類型。這些研究表明，長期施肥能顯著地增加土壤有效磷的含量，并且表現(xiàn)出向下遷移的跡象，而不同形態(tài)的無機(jī)磷的遷移能力差異較大［16-17］?？梢姡瞄L期定位試驗(yàn)來研究不同區(qū)域、不同土壤類型及不同施肥制度下磷素在土壤中的累積、遷移情況，是一種可行的試驗(yàn)方法。黃壤是廣泛分布于中國熱帶、亞熱帶的山地和高原的一種地帶性土壤類型［18］，是亞熱帶濕潤氣候條件下形成的富含水合氧化鐵（針鐵礦）的黃色土壤，占貴州國土面積和土壤面積的41.9%和46.4%，是貴州農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要的土壤類型［19］。然而有關(guān)長期不同施肥下黃壤無機(jī)磷組分空間變化特征尚鮮見報(bào)道。為此，本試驗(yàn)基于20年的肥料定位試驗(yàn)，應(yīng)用蔣柏藩-顧益初［20］的無機(jī)磷分級方法，旨在揭示長期不同施肥方式下黃壤剖面中無機(jī)磷各組分的累積、遷移特征，為尋求黃壤區(qū)合理施用磷肥，促進(jìn)區(qū)域糧食持續(xù)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

國家（貴州）黃壤肥力與肥料效益長期定位監(jiān)測基地，位于貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場（26°11′N，106°07′E）內(nèi)屬中亞熱帶東部濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，水熱資源豐富，平均海拔1 071 m，年平均氣溫15.3℃，年平均相對濕度為78%，年平均日照時(shí)數(shù)為1 148.3 h，年均降雨量1 100～1 200 mm。土壤類型為黃壤，成土母質(zhì)為三疊系灰?guī)r與砂巖殘積物，地形為黔中丘陵區(qū)旱地，試驗(yàn)采用大區(qū)對比試驗(yàn)，不設(shè)重復(fù)，小區(qū)面積340 m2。從1993年4月播種玉米試驗(yàn)開始，采用玉米-休閑種植制度，經(jīng)過2茬勻地試驗(yàn)，于1995年正式開始，持續(xù)至今。試驗(yàn)地耕層（0～20 cm）土壤基本理化性質(zhì)為：pH值5.39，全氮、全磷、全鉀含量分別為0.85，0.71，13.29 g/kg，有機(jī)質(zhì)15.15 g/kg，堿解氮67.9 mg/kg，有效磷15.9 mg/kg，速效鉀109.2 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取長期定位試驗(yàn)4個(gè)處理：①不施肥（CK）；②單施有機(jī)肥（M）；③化肥氮磷鉀配施（NPK）；④化肥氮磷鉀配施有機(jī)肥（NPKM）。每年的種植制度為玉米-休閑，肥料全部在玉米季施用，播種前施磷鉀肥或有機(jī)肥作基肥，在玉米生長期中追施2次氮肥（尿素），即苗期施69.04 kg/hm2、喇叭口期施95.96 kg/hm2，冬季不施肥。所施用化肥類型為尿素、普鈣、氯化鉀，肥料用量為年施用N 165 kg/hm2、P2O582.5 kg/hm2、K2O 82.5 hm2；有機(jī)肥料為新鮮農(nóng)家肥（N 2.7 g/kg、P2O51.3 g/kg、K2O 6 g/kg），年施用量為30 555 kg/hm2。

1.3 樣品采集與處理

于2014年10月玉米收獲后采集，以S型在各小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)混合成一個(gè)土壤樣品，采集深度為0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm，去除根系，風(fēng)干、研磨備用。

1.4 分析方法與數(shù)據(jù)處理

土壤無機(jī)磷形態(tài)的分級采用蔣柏藩-顧益初［20］提出的方法。土壤pH（土∶水為1∶2.5）、有機(jī)質(zhì)、全磷、速效磷含量均采用常規(guī)分析法［21］。

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2003軟件進(jìn)行整理；運(yùn)用SPSS 11.0軟件進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期施肥下黃壤剖面磷素分布特征

由表1可以看出，與不施肥處理（CK）相比，除單施化肥處理（NPK）外，其余處理0～20，20～40 cm土壤pH值均有所增加，尤以單施有機(jī)肥（M）增幅最大，增幅分別為0.14，0.51個(gè)單位，且施肥處理40～100 cm剖面土壤pH值均高于不施肥處理。說明長期施用有機(jī)肥對黃壤旱地土壤pH值有一定的改善效果。從0～100 cm土壤剖面全磷、速效磷和無機(jī)磷總量的分布來看，經(jīng)過20年的定位施肥，施肥能夠顯著提高耕層土壤全磷、速效磷和無機(jī)磷含量，磷素養(yǎng)分在黃壤旱地土壤剖面各層表現(xiàn)出不同程度的積累狀態(tài)。其中NPKM處理耕層（0～20 cm）土壤全磷、速效磷和無機(jī)磷含量最高，分別為（1 253.33± 122.46），（58.27±4.18），（548.04±21.18）mg/kg，其增加量隨土層深度的增加而降低，出現(xiàn)明顯的磷素表聚現(xiàn)象。0～60 cm各層土壤速效磷、無機(jī)磷含量均較不施肥處理（CK）有所增加，說明施肥在增加土壤耕層速效磷、無機(jī)磷含量時(shí)也存在明顯的淋溶遷移。

表1 不同施肥處理對黃壤不同形態(tài)磷素含量的影響Tab.1 Effect of different treatm ent on properties com ponents in yellow soil mg/kg

2.2 長期施肥下黃壤剖面無機(jī)磷組分的分布特征

2.2.1 Ca2-P、Ca8-P和Ca10-P的變化 由Ca-P的剖面分布圖（圖1）可知，0～20 cm土層Ca-P含量明顯高于CK處理，20 cm以下各處理Ca-P含量略有增加，但其累積量相對較少，且呈向下遞減的趨勢。其中0～20 cm土層M處理與NPK處理Ca2-P含量差異不顯著，與NPKM處理差異顯著，20～40 cm土層M處理與NPK、NPKM處理Ca2-P含量差異顯著，NPK與NPKM處理差異不顯著，40 cm以下土層各施肥處理Ca2-P含量略有增加，但差異不顯著；Ca8-P在0～20 cm土層的變化特征與Ca2-P相似，以NPKM處理含量最高，且各施肥處理之間差異顯著，20～40 cm土層各施肥處理Ca8-P含量差異不顯著，40～60 cm土層NPK處理與M、NPKM處理差異不顯著，M與NPKM處理差異顯著，60 cm以下土層以M處理Ca8-P含量增幅最大，且Ca8-P含量顯著高于NPK、CK處理；Ca10-P含量在0～20 cm土層的變化特征與Ca2-P、Ca8-P有所不同，以M處理Ca10-P含量最高，且差異顯著，20～60 cm土層M、NPKM處理Ca10-P含量顯著高于NPK處理，60 cm以下土層以NPKM處理Ca10-P含量增幅最大?？梢?，不同施肥方式下土壤剖面Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P的含量隨土壤剖面加深，呈現(xiàn)明顯的垂直分布特征。

2.2.2 Al-P、Fe-P和O-P的變化 對于酸性土壤，Al-P和Fe-P是土壤有效磷的主要來源，而O-P的有效性較低，是植物的潛在磷源。由圖1可以看出，0～60 cm土層Al-P含量依次為NPKM＞NPK＞M＞CK，各施肥處理與CK處理差異顯著，60 cm以下土層M、NPK處理Al-P含量均低于CK處理，且差異顯著，而NPKM處理A l-P含量顯著高于CK處理；Fe-P與Al-P在剖面土壤中分布特征則有所不同，0～40 cm土層Fe-P含量依次為NPKM＞M＞NPK＞CK，各施肥處理與CK處理差異顯著，40～100 cm土層Fe-P含量依次為M＞NPKM＞NPK＞CK，各施肥處理與CK處理差異顯著；施肥使0～20 cm土層O-P含量有所增加，NPKM處理與CK處理差異顯著，與M處理無顯著性差異，其中以NPK處理增量最大，其次為NPKM處理，20～40 cm土層NPK處理O-P含量顯著高于CK處理，NPKM處理O-P含量略高于CK處理，而M處理O-P含量略低于CK處理，40～80 cm土層CK處理的O-P顯著高于M、NPKM處理，而NPK略低于CK處理，80 cm以下土層則NPK處理的O-P顯著高于M、NPKM、CK處理?？梢?，施肥加大了耕層土壤和下層土壤之間Al-P、Fe-P、O-P含量的差異，長期施有機(jī)肥對Fe-P遷移更為顯著，而化肥主要是對O-P的影響更為顯著，有機(jī)無機(jī)配施則對A l-P向下遷移影響較大。

圖1 土壤無機(jī)磷各組分的剖面分布特征Fig.1 Spatial variation of each com ponent of inorganic phosphorus in soils

3 討論與結(jié)論

施肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，尤其對土地資源極其稀缺的西南石漠化地區(qū)。但長期過量施肥不僅會(huì)造成營養(yǎng)元素在土壤中累積［22］，而且會(huì)隨地表徑流和土壤滲漏進(jìn)入江河、湖泊和地下水，加速水體富營養(yǎng)化過程［1-2］。試驗(yàn)研究表明，土壤速效磷達(dá)到50～70 mg/kg時(shí)，磷素可能通過滲漏形式污染水源，而在南方高產(chǎn)田塊，土壤速效磷高于40 mg/kg對水體環(huán)境就已經(jīng)構(gòu)成威脅［23］。Singh等［22］則認(rèn)為，從農(nóng)業(yè)需求和環(huán)境保護(hù)角度確定的土壤速效磷最適宜范圍應(yīng)在30～50 mg/kg。也有學(xué)者［24］認(rèn)為，速效磷為25 mg/kg就能滿足作物高產(chǎn)時(shí)的需求。本試驗(yàn)結(jié)果表明，無論是單施化肥、有機(jī)肥還是有機(jī)無機(jī)配施，土壤剖面0～100 cm的土層中全磷、有效磷、各無機(jī)磷形態(tài)均有不同程度的積累，尤以有機(jī)無機(jī)配施對提高土壤有效磷及各無機(jī)磷形態(tài)含量最為顯著，此結(jié)果與黑土和紅壤上的研究一致［13，25］。此外，長期施肥20年后黃壤耕層速效磷得到很大提升，為（26.07±1.07）～（58.27± 4.18）mg/kg，一般認(rèn)為，土壤速效磷高于20 mg/kg作物對施磷無反應(yīng)［1］。劉方等［2］研究表明，黃壤旱地土壤速效磷為20～40 mg/kg，土壤飽和度為5%～15%，為農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源磷污染的一般防范區(qū)。因此，本試驗(yàn)中施肥處理耕層土壤速效磷含量高于以上水平，且存在不同程度的累積和向下遷移，對環(huán)境可能是一種威脅。

盡管速效磷極易通過淋溶的形式進(jìn)行遷移，但因其總量較低，其遷移量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無機(jī)磷，故而無機(jī)磷往往成為磷素遷移損失的主體。劉恩科等［26］研究表明，長期均衡地施化肥或有機(jī)無機(jī)配施可以顯著提高土壤全磷及速效磷的含量。李中陽等［27］認(rèn)為，有機(jī)無機(jī)配施對增加土壤全磷及速效磷含量的效果更加顯著，主要增加了紅壤和紫色土土壤無機(jī)磷中相對活性較高的Fe-P和Al-P含量，潮土、塿土、灰漠土和黑土中Ca2-P和Ca8-P的含量。梁國慶等［28］認(rèn)為，有機(jī)肥施用量或與化肥配合施用，各形態(tài)無機(jī)磷的轉(zhuǎn)化率基本是穩(wěn)定的，不會(huì)因?yàn)槭┯梅绞降母淖兌淖?。本試?yàn)結(jié)果表明，各施肥處理剖面土壤中Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P、A l-P、Fe-P、O-P出現(xiàn)了明顯的表聚現(xiàn)象，并存在不同程度的累積和向下遷移。長期施有機(jī)肥對Fe-P遷移更為顯著，而化肥主要是對O-P的影響更為顯著，有機(jī)無機(jī)配施則對Al-P向下遷移影響較大。各施肥處理剖面土壤中無機(jī)磷形態(tài)以O(shè)-P、Fe-P為主，其次為鈣磷（Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P之和），Al-P含量最小。究其原因可能有以下幾點(diǎn)：①土類及各試驗(yàn)點(diǎn)的肥料投入數(shù)量和種類不同造成的。②試驗(yàn)區(qū)域?qū)儆谀戏絹啛釒Ъt黃壤區(qū)，土壤pH值為5.15±0.22～5.96±0.23，且受雨水淋溶作用較強(qiáng)，土壤鋁鐵含量較高，易于形成有機(jī)酸-鐵（鋁）-磷三元復(fù)合體。③黃壤風(fēng)化程度介于磚紅壤、紅壤與石灰性潮土之間。

長期施肥下土壤中全磷、無機(jī)磷和速效磷含量都隨土壤深度的加深而減少，表層累積量最高，在土層上呈垂直分布規(guī)律，且有機(jī)肥的施用對黃壤旱地土壤pH值有一定的改善效果。不同施肥方式下剖面土壤中無機(jī)磷組分均有不同程度的累積，0～100 cm土層中無機(jī)磷形態(tài)以O(shè)-P、Fe-P為主，占無機(jī)磷總量的54%～80%，且該比例隨土層深度的增加而增加。與化肥相比，施用有機(jī)肥更易于磷素向下遷移。O-P、Fe-P是酸性黃壤磷素養(yǎng)分累積、遷移的主要形態(tài)，如何提高這部分磷素有效性，并關(guān)注可能導(dǎo)致的環(huán)境影響，是未來黃壤區(qū)土壤磷素養(yǎng)分調(diào)節(jié)與管理的關(guān)鍵。

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The Characteristic of Spatial Distribution on Inorganic Phosphorus Fractions Accum ulation and M igration in Yellow Soil under Long-term Fertilization

ZHANG Bangxi1，2，4，LIYu1，2，QIN Song1，2，LIGuoxue4，JIANG Taiming2，3
（1.Guizhou Institute of Soil and Fertilizer，Guiyang 550006，China；2.Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation and Agriculture Environment（Guizhou），Ministry of Agriculture，Guiyang 550006，China；3.Guizhou Academy of Agricultural Sciences，Guiyang 550006，China；4.College of Resource and Environmental Science，China Agricultural University，Beijing 100193，China）

The objective of this study was to explore the accumulation and migration of soil available phosphorus，total phosphorus and inorganic phosphorus using different fertilizer.The data were collected in twenty years longterm fertilization experiment in upland yellow soil of Guizhou Province.Analyticalmethods was based on soil inorganic phosphorus fractions.Results indicated that compared with the control treatments（unfertilized），soil available phosphorus，total phosphorus and inorganic phosphorus fractions in M（organic fertilization），NPK（nitrogen phosphorus and potassium fertilization）and NPKM（organic and inorganic fertilizers m ixed）treatment were all increased significantly.The highest concentration of available phosphorus，total phosphorus and inorganic phosphorus were obtained in the topsoil，and decreased gradually with the increase of soil depth.Fertilization mainly increased the concentration of Ca2-P，Ca8-P，F(xiàn)e-P and Al-P，while the changes of Ca10-P，O-P were slightly.The order of concentrations was O-P＞Fe-P＞Al-P、Ca10-P＞Ca2-P＞Ca8-P.The concentrations of Ca2-P was the lowest butwith the highest nutrient availability while the concentrations of O-P was highest with the lowest nutrient availability.The regularities of distribution in inorganic phosphorus were vertical distribution and surface gathering.The main concentrations of inorganic phosphorus were O-P，F(xiàn)e-P in 0-100 cm soil，and the proportion increased with depth of soil.Therefore，organic and inorganic fertilizers combine for application decrease the transportation of norganic phosphorus contents in vertical direction，and not affect the groundwater quality，which could benefit to the sustainableagricultural development of yellow soil areas in the long term.

Yellow soil；Long-term fertilization；Inorganic phosphorus fraction；Spatial distribution

S143.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-7091（2016）03-0212-06

10.7668/hbnxb.2016.03.031

2016-03-15

貴州省聯(lián)合基金項(xiàng)目（黔科合J字LKN［2013］21號(hào)）

張邦喜（1984-），男，貴州盤縣人，助理研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)研究。

蔣太明（1964-），男，貴州遵義人，研究員，博士，主要從事土壤與環(huán)境資源可持續(xù)方面研究。