徐悅，陳翔，王擎運(yùn)，羅來超，張朝春，3，李金才，葉新新，郜紅建，柴如山*

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/自然資源部江淮耕地資源保護(hù)與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/安徽省綠色磷肥智能制造與高效利用工程研究中心，合肥 230036；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，合肥 230036；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

我國小麥和玉米施用磷肥的增產(chǎn)率分別為14.3%和12.2%，但磷肥利用率僅為16.9%和15.3%。這主要是因?yàn)榱追适┤朕r(nóng)田后易被土壤固定，難以被作物有效利用，從而造成磷肥當(dāng)季利用率較低。隨著磷肥的逐年施用，土壤中累積盈余的磷素在一定條件下向水體的遷移存在引發(fā)水體富營養(yǎng)化的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，農(nóng)田土壤中磷素的轉(zhuǎn)化循環(huán)以及土壤中累積態(tài)磷的有效化備受關(guān)注。有研究顯示，秸稈還田會(huì)對(duì)土壤磷庫組成及磷有效性產(chǎn)生影響，有利于提升土壤供磷能力。安徽省是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，皖北為全省小麥和玉米主產(chǎn)區(qū)，耕作制度主要為小麥-玉米輪作，小麥和玉米秸稈資源豐富，分別占全省小麥和玉米秸稈總產(chǎn)量的70.0% 和88.1%。該區(qū)域主要土壤類型為砂姜黑土，其在全國砂姜黑土總面積中占比高達(dá)50%左右。砂姜黑土具有質(zhì)地黏重、干縮濕脹、耕性差等不良屬性，是我國黃淮海平原主要中低產(chǎn)土壤之一。相關(guān)研究表明，秸稈還田在砂姜黑土改良和培肥方面可發(fā)揮積極作用。在砂姜黑土水稻-小麥輪作區(qū)開展的3 a 定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，秸稈還田配施化肥顯著提高了磷酸二鈣和磷酸鐵的含量及占比，降低了磷灰石的含量和占比，秸稈還田可促進(jìn)緩效態(tài)無機(jī)磷向高活性無機(jī)磷的轉(zhuǎn)化。在砂姜黑土小麥-大豆輪作制度上的定位試驗(yàn)結(jié)果表明，小麥秸稈長期還田顯著增加了土壤有機(jī)磷總量及活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷的含量，其中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷的占比在秸稈還田處理下的增幅較大。然而，目前在皖北地區(qū)小麥-玉米輪作體系下秸稈還田對(duì)砂姜黑土磷庫組成與磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響尚不明晰，缺乏較為系統(tǒng)的研究。土壤磷庫由無機(jī)磷和有機(jī)磷兩部分組成，不同磷組分的含量和比例決定著土壤供磷能力。土壤磷分級(jí)是分析土壤磷庫特征與評(píng)價(jià)土壤磷素有效性的重要手段。本研究依托皖北典型砂姜黑土區(qū)秸稈還田長期定位試驗(yàn)，探討小麥秸稈覆蓋還田和玉米秸稈粉碎旋耕還田對(duì)砂姜黑土磷素含量及形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響，以期為砂姜黑土累積態(tài)磷的活化及秸稈還田條件下的化學(xué)磷肥合理配施與農(nóng)田磷素優(yōu)化管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究在安徽省亳州市蒙城縣農(nóng)業(yè)科技示范場（33°09′N，116°33′E）內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)地所在區(qū)域位于華北平原南部，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.8 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)2 410 h，年平均降水量733 mm。試驗(yàn)地土壤類型為砂姜黑土，定位試驗(yàn)始于2008 年，試驗(yàn)初始耕層（0～20 cm）土壤pH 6.5，有機(jī)質(zhì)12.5 g·kg，全氮0.99 g·kg，堿解氮80.2 mg·kg，有效磷15.4 mg·kg，速效鉀100.3 mg·kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)采用該區(qū)域典型的小麥-玉米一年兩熟輪作制度，供試小麥品種為“煙農(nóng)19”，玉米品種為“鄭單958”。試驗(yàn)設(shè)置5 個(gè)處理：不施肥（CK）、常規(guī)施肥（F）、常規(guī)施肥+小麥秸稈單季還田（FWS）、常規(guī)施肥+玉米秸稈單季還田（FMS）、常規(guī)施肥+小麥玉米秸稈雙季還田（FWMS）。常規(guī)施肥量為：小麥季N 240.0 kg·hm，PO90.0 kg·hm，KO 90.0 kg·hm；玉米季N 300.0 kg·hm，PO67.5 kg·hm，KO 67.5 kg·hm。小麥及玉米季磷、鉀肥均以基肥形式一次性施入，小麥季氮肥基肥、拔節(jié)期追肥用量分別為132.0 kg·hm（占比55.0%）和108.0 kg·hm（占比45.0%），玉米季氮肥基肥、6葉展期追肥和12葉展期追肥用量分別為67.5（占比22.5%）、112.5 kg·hm（占比37.5%）和120.0 kg·hm（占比40.0%）。部分氮肥及全部磷、鉀肥以復(fù)合肥（N、PO、KO 比例為15∶15∶15）形式施入，氮肥不足部分由尿素補(bǔ)充。小麥秸稈還田方式為全量粉碎覆蓋還田，還田量約為7 500 kg·hm；玉米秸稈還田方式為全量粉碎旋耕還田，還田量約為12 000 kg·hm。小麥播種量為135 kg·hm，玉米播種量為37.5 kg·hm。除施肥差異外，各處理病蟲草害等其他田間管理措施按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)操作進(jìn)行并保持一致?？紤]到機(jī)械化播種、收獲及秸稈粉碎還田的可操作性，試驗(yàn)設(shè)置為大區(qū)試驗(yàn)，取樣時(shí)將每個(gè)大區(qū)劃分為3塊區(qū)域（5.4 m×8.5 m），作為3次重復(fù)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

于2020 年5 月底小麥成熟期采用五點(diǎn)取樣法用土鉆采集各試驗(yàn)小區(qū)耕層（0～20 cm）土壤，剔除可見的植物根系和有機(jī)殘?bào)w及石礫等雜物，置于室內(nèi)陰涼處自然風(fēng)干，碾碎磨細(xì)后一部分過2 mm篩，用于測定土壤有效磷含量及有機(jī)磷分級(jí)，另一部分過0.149 mm 篩，用于測定土壤全磷含量及無機(jī)磷分級(jí)。土壤有效磷含量采用0.5 mol·LNaHCO浸提-鉬銻抗比色法測定，土壤全磷含量采用NaOH 熔融-鉬銻抗比色法測定。土壤無機(jī)磷分級(jí)采用蔣柏藩和顧益初提出的石灰性土壤無機(jī)磷分級(jí)方法，分級(jí)順序依次為磷酸二鈣（Ca-P，0.25 mol·LNaHCO浸提）、磷酸八鈣（Ca-P，0.5 mol·LNHOAc 浸提）、磷酸鋁（Al-P，0.5 mol·LNHF 浸提）、磷酸鐵（Fe-P，0.1 mol·LNaOH-0.1 mol·LNaCO浸提）、閉蓄態(tài)磷（O-P，0.3 mol·LNaCHO+0.5 mol·LNaOH 浸提）、磷灰石（Ca-P，0.25 mol·LHSO浸提）。土壤有機(jī)磷分級(jí)采用Bowman-Cole 有機(jī)磷分級(jí)體系，將有機(jī)磷分為活性有機(jī)磷（0.5 mol·LNaHCO浸提）、中活性有機(jī)磷（1.0 mol·LHSO+0.5 mol·LNaOH 浸提）、中穩(wěn)性有機(jī)磷（0.5 mol·LNaOH 浸提，在pH 1.0～1.8 條件下不發(fā)生沉淀的富里酸態(tài)有機(jī)磷）和高穩(wěn)性有機(jī)磷（0.5 mol·LNaOH 浸提，在pH 1.0～1.8 條件下發(fā)生沉淀的胡敏酸態(tài)有機(jī)磷）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

土壤磷活化系數(shù)=土壤有效磷含量（mg·kg）/土壤全磷含量（mg·kg）×100%

相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和圖表制作由Excel 2016 軟件完成，利用SPSS 24.0 軟件中的Duncan 法進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗(yàn)，在DPS 10.0軟件中采用相關(guān)分析和通徑分析方法明確不同磷組分對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)大小及作用方式。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)砂姜黑土磷素含量及磷活化系數(shù)的影響

由表1 可知，常規(guī)施肥+秸稈還田處理（FWS、FMS、FWMS）與常規(guī)施肥處理（F）12 a 后的土壤磷素含量及磷活化系數(shù)均顯著高于不施肥處理（CK）（＜0.05）。與F 處理相比，小麥和玉米秸稈還田對(duì)土壤全磷、無機(jī)磷、有機(jī)磷、有效磷含量及磷活化系數(shù)均有顯著的提升效果。FWS、FMS和FWMS處理的土壤全磷含量較F處理分別增加了12.6%、7.5%和16.6%，以FWMS 處理的 土壤全磷含量最高；FWS、FMS 和FWMS 的無機(jī)磷總量分別增加了10.3%、5.6% 和8.1%；有機(jī)磷總量分別增加了9.6%、14.9%和9.1%；有效磷含量的增加幅度較大，分別為17.6%、16.4%和21.6%。FWS 和FWMS 處理的土壤無機(jī)磷總量與有機(jī)磷總量的比值與F 處理無明顯差異。FWS、FMS 及FWMS 處理的土壤磷活化系數(shù)均顯著高于F 處理，分別增加了13.9%、20.4%和14.0%。這表明秸稈還田可促進(jìn)土壤中全磷向有效磷的轉(zhuǎn)化，有助于提高土壤中磷的有效性。不同秸稈還田處理間土壤無機(jī)磷、有機(jī)磷總量和有效磷含量及磷活化系數(shù)無顯著差異。

表1 不同處理下的土壤磷素含量和磷活化系數(shù)Table 1 Contents of soil phosphorus and phosphorus activation coefficient（PAC）under different treatments

2.2 不同處理對(duì)砂姜黑土無機(jī)磷組分含量的影響

與CK 處理相比，F(xiàn) 處理下的土壤各無機(jī)磷組分含量均發(fā)生了不同程度的變化，其中Al-P、Fe-P 和Ca-P的含量顯著增加（＜0.05），Ca-P和O-P含量略有增加，Ca-P 含量略有下降（表2）。在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈還田均顯著提高了土壤Ca-P、Al-P及Fe-P含量，與F處理相比，F(xiàn)WS、FMS和FWMS處理Ca-P 含量分別增加了32.3%、28.4%和43.8%，Al-P含量分別增加了15.3%、10.7%和13.4%，F(xiàn)e-P 含量的增加幅度分別為14.6%、9.2%和9.6%。FWS、FMS 和FWMS 處理的Ca-P 含量均高于F 處理，分別增加了19.0%、91.7%和61.4%，其中FMS 和FWMS 處理與F處理相比差異顯著。秸稈還田條件下4 種土壤無機(jī)磷組分的絕對(duì)增量排序?yàn)镃a-P＞Al-P＞Fe-P＞Ca-P，相對(duì)增幅排序則為Ca-P＞Ca-P＞Al-P＞Fe-P。小麥玉米秸稈還田對(duì)土壤O-P 含量的影響不顯著；與F處理相比，F(xiàn)MS和FWMS處理的土壤Ca-P含量下降。

表2 不同處理下的砂姜黑土無機(jī)磷組分含量（mg·kg-1）Table 2 Contents of inorganic phosphorus fractions in lime concretion black soil under different treatments（mg·kg-1）

2.3 不同處理對(duì)砂姜黑土有機(jī)磷組分含量的影響

由表3 可知，與CK 處理相比，F(xiàn) 處理土壤活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷含量分別顯著增加了110.8%、43.2%和32.0%，土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷含量在F處理下有所降低。FWS、FMS、FWMS處理土壤活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷含量均顯著高于F 處理，其中土壤活性有機(jī)磷含量分別增加了28.2%、17.3%和16.7%，中活性有機(jī)磷含量分別增加了10.1%、23.4%和18.7%，中穩(wěn)性有機(jī)磷含量分別增加了23.4%、39.4%和29.4%，3 種土壤有機(jī)磷組分的絕對(duì)增量排序?yàn)橹谢钚杂袡C(jī)磷＞中穩(wěn)性有機(jī)磷＞活性有機(jī)磷，相對(duì)增幅排序?yàn)橹蟹€(wěn)性有機(jī)磷＞中活性有機(jī)磷＞活性有機(jī)磷。相較于F 處理，F(xiàn)WS、FMS 和FWMS處理土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷含量分別降低了18.9%、53.2%和64.0%，其中FMS 和FWMS 兩個(gè)處理達(dá)顯著水平。

表3 不同處理下的砂姜黑土有機(jī)磷組分含量（mg·kg-1）Table 3 Contents of organic phosphorus fractions in lime concretion black soil under different treatments（mg·kg-1）

2.4 不同處理對(duì)砂姜黑土磷組分比例的影響

由圖1 可知，CK 處理下砂姜黑土無機(jī)磷組分中以Ca-P的占比（51.3%）最高，其次為O-P（17.5%）和Fe-P（14.2%），而Ca-P、Al-P 和Ca-P 的占比相對(duì)較低，分別為8.6%、6.1%和2.3%。F 處理下Ca-P 的占比為32.7%，F(xiàn)e-P 和Al-P 的占比較為接近，分別為20.0%和19.1%，O-P 和Ca-P 的占比分別為13.8%和12.7%，而Ca-P 的占比（1.7%）最低。與CK 相比，F(xiàn)處理下Al-P、Fe-P 和Ca-P 的占比顯著增加，Ca-P與O-P的占比顯著下降。FWS、FMS和FWMS處理下砂姜黑土各無機(jī)磷組分占比從高到低排序依次為Ca-P（29.2%～31.7%）＞Fe-P（20.2%～20.4%）＞Al-P（19.7%～19.8%）＞Ca-P（14.8%～16.3%）＞O-P（11.4%～12.6%）＞Ca-P（1.8%～3.1%）。相較于F 處理，F(xiàn)WS、FMS、FWMS 處 理 下Ca-P 占比 分別 增加16.5%、18.1%和28.3%；Al-P 和Fe-P 占比也有上升趨勢，但與F 處理相比差異不顯著；O-P 和Ca-P 的占比下降，其中FWS 和FWMS 處理O-P 占比分別顯著下降了16.7%和17.4%，F(xiàn)MS 和FWMS 處理Ca-P 占比分別顯著下降了10.7%和8.9%。

各處理砂姜黑土有機(jī)磷組分中均以中活性有機(jī)磷的占比最高，為61.8%～70.8%（圖1），CK 處理土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷占比分別為19.1%和13.5%，活性有機(jī)磷的占比最低，僅為5.7%。F處理下4 種土壤有機(jī)磷組分占比從高到低排序依次為中活性有機(jī)磷（65.2%）＞高穩(wěn)性有機(jī)磷（13.1%）≈中穩(wěn)性有機(jī)磷（13.0%）＞活性有機(jī)磷（8.7%）。與CK 相比，F(xiàn) 處理下活性有機(jī)磷和中活性有機(jī)磷占比顯著增加，而高穩(wěn)性有機(jī)磷占比顯著下降。秸稈還田處理下土壤有機(jī)磷組分占比從高到低排序依次為中活性有機(jī)磷（65.4%～70.8%）＞中穩(wěn)性有機(jī)磷（14.6%～15.8%）＞活性有機(jī)磷（9.1%～10.3%）＞高穩(wěn)性有機(jī)磷（4.3%～9.7%）。相較于F 處理，秸稈還田下中穩(wěn)性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷及活性有機(jī)磷的占比有不同程度的增加，同時(shí)高穩(wěn)性有機(jī)磷組分的占比顯著下降。FMS 和FWMS 處理下中活性有機(jī)磷組分占比分別比F 處理顯著增加了7.1%和8.5%，中穩(wěn)性有機(jī)磷組分占比分別顯著增加了21.5%和18.5%。

圖1 不同處理對(duì)砂姜黑土無機(jī)磷和有機(jī)磷組分占比的影響Figure 1 Proportions of inorganic and organic phosphorus fractions in lime concretion black soil under different treatments

2.5 砂姜黑土磷組分與有效磷的關(guān)系分析

相關(guān)性分析結(jié)果表明，與砂姜黑土有效磷含量相關(guān)性較大的磷組分包括Al-P、Fe-P、Ca-P、中活性有機(jī)磷、活性有機(jī)磷、中穩(wěn)性有機(jī)磷和高穩(wěn)性有機(jī)磷（表4）。其中Al-P、Fe-P 和Ca-P這3種無機(jī)磷組分以及中活性有機(jī)磷、活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷這3 種有機(jī)磷組分與土壤有效磷含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），而高穩(wěn)性有機(jī)磷與土壤有效磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（＜0.05）。由此可知，砂姜黑土有效磷含量高低與Al-P、Fe-P、Ca-P 和中活性有機(jī)磷含量關(guān)系較為緊密。此外，中活性有機(jī)磷組分與Ca-P、Al-P和Fe-P這3種無機(jī)磷組分均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），F(xiàn)e-P 和Ca-P 均與Al-P 呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01）。

表4 砂姜黑土不同磷組分與有效磷的相關(guān)關(guān)系Table 4 Correlation between phosphorus fractions and available P in lime concretion black soil

通徑分析結(jié)果表明（表5），砂姜黑土中對(duì)有效磷直接影響較大的磷組分為Al-P（0.63）＞Ca-P（0.38）＞Fe-P（-0.28）＞中活性有機(jī)磷（0.20），由此可知，對(duì)砂姜黑土有效磷直接正向貢獻(xiàn)較大的磷組分為Al-P 和Ca-P，其次為中活性有機(jī)磷。Fe-P 對(duì)砂姜黑土有效磷的直接通徑系數(shù)為負(fù)值，但其可通過Al-P 和Ca-P對(duì)有效磷產(chǎn)生較大的正向間接影響。同時(shí)，Ca-P 及中活性有機(jī)磷和活性有機(jī)磷通過Al-P 影響有效磷的正向間接通徑系數(shù)均較大。高穩(wěn)性有機(jī)磷對(duì)有效磷的直接貢獻(xiàn)為負(fù)效應(yīng)，而且高穩(wěn)性有機(jī)磷通過Al-P、Ca-P 及中活性有機(jī)磷對(duì)有效磷的間接通徑系數(shù)均為較大的負(fù)值。綜合相關(guān)分析及通徑分析的結(jié)果，可以認(rèn)為本研究砂姜黑土中Al-P、Ca-P、Fe-P 及中活性有機(jī)磷和活性有機(jī)磷是有效磷源，Ca-P、O-P 和中穩(wěn)性有機(jī)磷是緩效磷源，高穩(wěn)性有機(jī)磷和Ca-P是難以利用的無效磷源。

表5 砂姜黑土不同磷組分對(duì)有效磷的通徑系數(shù)Table 5 Path analysis of phosphorus fractions and available P in lime concretion black soil

3 討論

作物秸稈是糧食生產(chǎn)的副產(chǎn)物，同時(shí)也是一種重要的有機(jī)物料。秸稈還田是向土壤輸入磷素的一種途徑，可在一定程度上擴(kuò)增土壤磷養(yǎng)分庫容。長期秸稈還田可增加土壤全磷含量及無機(jī)磷和有機(jī)磷含量。更進(jìn)一步的研究表明，土壤磷素含量對(duì)秸稈還田的響應(yīng)受到土壤磷素盈虧狀況的影響。在河北潮土小麥-玉米輪作體系中，當(dāng)土壤輸入磷量低于作物輸出磷量時(shí)，秸稈長期還田對(duì)土壤全磷和無機(jī)磷含量的影響不顯著；而在土壤磷素收支盈余的情況下，秸稈還田能顯著增加土壤全磷和無機(jī)磷含量。在南方黃泥田上開展的定位試驗(yàn)也顯示，在土壤磷素虧缺時(shí)，水稻秸稈長期還田下土壤全磷、無機(jī)磷和有機(jī)磷含量無明顯變化。在秸稈還田對(duì)土壤磷素有效性的影響方面，相關(guān)研究表明，不同輪作制度下秸稈還田都能提高土壤有效磷含量。在江西雙季稻區(qū)，秸稈還田第1年土壤有效磷含量有升高的趨勢，到第2 年土壤有效磷含量有較為明顯的增加。湖北水稻-油菜輪作制度下，秸稈還田促進(jìn)土壤磷素有效化的效果從第2 年開始顯現(xiàn)，秸稈還田4 a 后土壤有效磷含量顯著提高。在山東小麥-玉米輪作條件下，玉米秸稈連續(xù)5 a 單季還田可顯著提高耕層土壤速效磷含量。本研究中小麥玉米秸稈長期還田顯著提高了土壤全磷、無機(jī)磷和有機(jī)磷含量，而且土壤有效磷含量在秸稈還田條件下大幅增加，這與相關(guān)研究結(jié)果較為一致。土壤有機(jī)質(zhì)含量是影響土壤磷有效性的重要因素之一，土壤中有機(jī)組分能減緩高活性無機(jī)磷的化學(xué)固定。Meta 分析結(jié)果顯示，秸稈還田可提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，有利于維持土壤磷素的有效性。同時(shí)秸稈碳向土壤的輸入及土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加也為磷轉(zhuǎn)化相關(guān)微生物提供了較為豐富的碳素營養(yǎng)，可以促進(jìn)有機(jī)磷的礦化和難溶性無機(jī)磷向有效磷源的轉(zhuǎn)化，提高土壤無效態(tài)磷的生物轉(zhuǎn)化率。此外，秸稈還田后在腐解過程中會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸類物質(zhì)，有研究表明，作物根系分泌物中有機(jī)酸總量在秸稈還田后明顯上升，這些過程在一定程度上會(huì)導(dǎo)致土壤pH 值的降低，從而使土壤中難溶性磷化合物的溶解度得到提高。有機(jī)酸還可與土壤中鐵、鋁或鈣離子絡(luò)合，避免這些陽離子對(duì)磷酸根的固定，同時(shí)占據(jù)土壤顆粒表面吸附位點(diǎn)，降低磷酸根的吸附量。有機(jī)酸在有機(jī)磷的礦化及促進(jìn)高穩(wěn)性、中穩(wěn)性有機(jī)磷向中活性、活性有機(jī)磷形態(tài)轉(zhuǎn)化方面也發(fā)揮著重要作用。本定位試驗(yàn)的前期研究結(jié)果表明，砂姜黑土的有機(jī)質(zhì)含量在小麥玉米秸稈還田條件下得到提升，同時(shí)土壤pH 值有所下降；另有研究顯示，小麥秸稈覆蓋還田能顯著提高砂姜黑土中溶磷菌數(shù)量。秸稈還田的這些效應(yīng)有益于砂姜黑土中累積態(tài)磷的活化。

土壤磷庫包括無機(jī)磷和有機(jī)磷兩部分，土壤中無機(jī)磷和有機(jī)磷各組分處于動(dòng)態(tài)平衡之中，其轉(zhuǎn)化方向在很大程度上決定著土壤磷素的有效性。潮土土壤無機(jī)磷組分中的Ca-P、Ca-P、Al-P和Fe-P的含量均隨磷肥施用量的增加顯著增加，而O-P和Ca-P的含量無顯著變化。對(duì)灰漠土的研究發(fā)現(xiàn)，施用磷肥可以顯著提高與土壤有效磷極顯著正相關(guān)的無機(jī)磷組分Ca-P、Ca-P和Fe-P的含量，而對(duì)O-P的含量無顯著影響。本研究結(jié)果顯示，與不施肥處理相比，常規(guī)施肥處理下砂姜黑土O-P 含量無顯著變化，Al-P、Fe-P和Ca-P含量顯著增加，這表明施入土壤中的磷肥主要分配在這3 種磷組分中。秸稈還田作為秸稈資源化利用及培肥地力的一種重要措施，對(duì)土壤磷形態(tài)轉(zhuǎn)化過程也具有重要影響。在河南潮土小麥玉米輪作體系下開展的長期定位試驗(yàn)表明，玉米秸稈還田下土壤無機(jī)磷組分中緩效態(tài)磷Ca-P 的含量及所占比例明顯上升，而難溶性無效態(tài)磷Ca-P的含量和占比下降。砂姜黑土稻麥輪作下的3 a 秸稈還田定位試驗(yàn)表明，在常規(guī)施肥條件下，秸稈還田使砂姜黑土中Ca-P和Fe-P的含量及占比上升，同時(shí)Ca-P的含量及占比下降，促進(jìn)了潛在磷源向有效磷源的轉(zhuǎn)化。但也有研究發(fā)現(xiàn)，在南方黃泥田，水稻秸稈長期還田對(duì)土壤無機(jī)磷與有機(jī)磷組分的含量及占比無顯著影響。秸稈還田對(duì)土壤中各形態(tài)磷的影響程度可能與土壤磷素盈虧狀況有關(guān)，如在河北潮土小麥玉米輪作制中，土壤磷素為盈余條件時(shí)，長期秸稈還田能顯著增加土壤無機(jī)磷組分Ca-P、Ca-P 和Al-P的含量，當(dāng)土壤磷虧缺時(shí)，秸稈還田下除Ca-P 的含量有所增加外，其他無機(jī)磷組分含量無顯著變化。本研究發(fā)現(xiàn)，小麥玉米秸稈還田能顯著提高砂姜黑土中有效磷源Ca-P、Al-P 和Fe-P 的含量及Ca-P 的占比，降低緩效磷源O-P 及無效磷源Ca-P 的占比，與前述研究結(jié)果較為一致。在秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)磷組分影響的研究方面，皖北砂姜黑土上的長期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，小麥-大豆輪作下小麥秸稈長期還田顯著增加了土壤活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷及中穩(wěn)性有機(jī)磷的含量，其中，活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷的增幅較大；黃棕壤稻麥輪作下秸稈與化肥長期配合施用可提高土壤活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷含量，而高穩(wěn)性有機(jī)磷組分的占比則下降。本研究中小麥玉米秸稈還田顯著增加了砂姜黑土活性有機(jī)磷、中活性有機(jī)磷及中穩(wěn)性有機(jī)磷的含量，其中，中穩(wěn)性有機(jī)磷含量的增幅最大，高穩(wěn)性有機(jī)磷組分的占比在秸稈還田條件下顯著降低，與上述研究的結(jié)果基本一致。值得注意的是，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小麥玉米秸稈雙季還田處理的土壤全磷含量高于秸稈單季還田處理，這可能主要是由于秸稈雙季還田條件下的土壤磷素輸入量相對(duì)較大，但秸稈雙季還田與秸稈單季還田在砂姜黑土磷活化系數(shù)的提升效果方面無顯著差異，而且秸稈雙季還田與單季還田下有效磷源Al-P、Ca-P、Fe-P 及活性有機(jī)磷的含量較為接近。土壤微生物是土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子。在皖北地區(qū)開展的長期施肥試驗(yàn)表明，砂姜黑土中具有溶磷作用的擬桿菌門（Bacteroidetes）及、兩個(gè)屬的相對(duì)豐度與土壤有機(jī)碳含量呈顯著或極顯著相關(guān)。本定位試驗(yàn)的前期研究發(fā)現(xiàn)，砂姜黑土中有機(jī)碳的累積速率較慢，秸稈雙季還田與單季還田處理下的土壤有機(jī)質(zhì)含量無明顯差異。而從短期來看，秸稈雙季還田與單季還田的差異主要體現(xiàn)在周年的秸稈還田量上。在皖北砂姜黑土區(qū)進(jìn)行的大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤中溶磷菌數(shù)量隨秸稈當(dāng)季還田量的增加呈先增加后下降的趨勢，當(dāng)秸稈還田量增加到一定程度后，對(duì)土壤磷酸酶活性的影響不再明顯。這些研究的結(jié)論可在一定程度上解釋本試驗(yàn)得到的結(jié)果。

本研究明確了小麥和玉米秸稈還田條件下砂姜黑土磷形態(tài)轉(zhuǎn)化特征，秸稈還田可促進(jìn)難利用無效磷源向有效態(tài)磷及緩效態(tài)磷轉(zhuǎn)化，有助于構(gòu)建可利用磷占比較高的土壤磷庫，但其機(jī)理有待進(jìn)一步探究。今后可重點(diǎn)關(guān)注秸稈還田條件下砂姜黑土中驅(qū)動(dòng)磷素循環(huán)的關(guān)鍵微生物類群的變化特征及其主要影響因素，這將有助于從微生物學(xué)角度揭示秸稈還田提高土壤磷有效性的內(nèi)在機(jī)理，也可為土壤磷素循環(huán)過程的定向調(diào)控提供理論依據(jù)。在我國北方麥區(qū)布置的多點(diǎn)試驗(yàn)表明，在土壤有效磷含量為25～30 mg·kg時(shí)，小麥產(chǎn)量達(dá)到最高，土壤有效磷含量過高反而導(dǎo)致小麥穗數(shù)和千粒質(zhì)量下降。同時(shí)在土壤有效磷含量較高的情況下，農(nóng)田磷素遷移并引發(fā)水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)加大。本研究秸稈還田處理下的土壤有效磷含量在50 mg·kg左右，處于較高的磷素水平，需引起關(guān)注。相關(guān)研究表明，在保證作物產(chǎn)量的前提下，秸稈還田可替代一定比例的化學(xué)磷肥投入。建議在皖北砂姜黑土區(qū)通過秸稈還田結(jié)合化學(xué)磷肥適量減施的方式，促進(jìn)土壤累積態(tài)磷釋放，提高磷素利用率并降低磷流失風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田系統(tǒng)磷素優(yōu)化管理和小麥、玉米綠色生產(chǎn)。

4 結(jié)論

（1）小麥-玉米輪作制中秸稈單季或雙季還田均可顯著提升砂姜黑土全磷、有效磷含量及土壤磷活化系數(shù)，增加幅度分別為7.5%～16.6%、16.4%～21.6%和13.9%～20.4%；顯著提高有效磷源Ca-P、Al-P、Fe-P、活性有機(jī)磷和中活性有機(jī)磷的含量，其中Ca-P 和活性有機(jī)磷含量的增幅分別高達(dá)28.4%～43.8% 和16.7%～28.2%；小麥玉米秸稈還田可增加Ca-P 和中活性有機(jī)磷的占比，降低緩效磷源O-P 及無效磷源Ca-P和高穩(wěn)性有機(jī)磷的占比。

（2）砂姜黑土中Al-P、Fe-P、Ca-P 和中活性有機(jī)磷與有效磷呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，其中Al-P 和Ca-P對(duì)有效磷的直接影響最大，兩者對(duì)有效磷的直接通徑系數(shù)分別為0.63 和0.38，F(xiàn)e-P 可通過Al-P 和Ca-P間接影響有效磷。