摘要：為探究有機質(zhì)對東北黑土磷（P）吸附及有效性的影響， 選用高有機質(zhì)黑土（T1）、中有機質(zhì)黑土（T2）、低有機質(zhì)黑土（T3）3種不同有機質(zhì)水平黑土，通過去除有機質(zhì)操作探討磷吸附-解吸是否受內(nèi)源有機質(zhì)影響。并選用高有機質(zhì)黑土為材料，設(shè)置有機肥添加量分別為0%（CK）、1%（C1）、2%（C2）、3%（C3）共4個處理，分析不同有機肥添加量對土壤理化性質(zhì)及磷有效性的影響。結(jié)果表明，隨著有機質(zhì)含量的提高，黑土吸附親和力常數(shù)（K）、最大吸附量（qm）、土壤最大緩沖量上升，土壤磷飽和度（soil phosphorus saturation，DPS）降低，表明磷在有機質(zhì)高的土壤中不易流失。有機質(zhì)含量越高，土壤對磷吸附能力越強，當平衡含量為100 mg·L?1時，T1、T2、T3處理土壤磷吸附量分別為754.83、722.58、660.65 mg·kg?1。有機質(zhì)含量越低，土壤對磷解吸能力越強，磷有效性越強。去除有機質(zhì)操作使不同水平有機質(zhì)含量黑土磷吸附量下降5.90%～17.33%，增強了土壤磷有效性。對于磷等溫吸附方程決定系數(shù)（R2），Langmuir方程大于Freundlich方程，擬合程度較好；土壤磷吸附主要由化學(xué)吸附主導(dǎo)。不同劑量有機肥施加均可以降低黑土對磷的吸附速率，且隨有機肥添加量增加，吸附速率顯著降低。當達到最大磷平衡含量時，C3處理土壤磷吸附量降低程度最大，土壤磷有效性最強，準二級動力學(xué)方程能較好地表達有機肥對土壤磷吸附動力學(xué)特征。添加有機肥使土壤pH、速效磷、有效磷和酸性磷酸酶活性分別顯著增加1.05%～3.97%、121.43%～251.35%、8.38%～12.65%和42.96%～57.77%。研究結(jié)果為科學(xué)管理不同區(qū)域黑土、合理施用有機肥、提高磷素的有效性提供科學(xué)支撐。

關(guān)鍵詞：黑土；有機質(zhì)；有機肥；磷吸附-解吸；磷有效性

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0126

中圖分類號：S15 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2024）11018011

磷（P）是植物生長所必需的元素之一，在植物的物質(zhì)合成、能量轉(zhuǎn)換、代謝活動中扮演著重要角色[1]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施用磷肥是提高作物產(chǎn)量的有效手段。但由于土壤中磷素固定性強、移動性弱，使得作物對磷肥的利用率較低（當季利用率僅為10%～25%），從而造成磷素的大量積累，增加了損失的風險[2]。磷的吸附和解吸是磷在土壤中的關(guān)鍵行為，磷的吸附效果取決于磷的解吸，并直接關(guān)系到磷的供應(yīng)和土壤的緩沖能力[34]。因此，磷的吸附和解吸在提高作物對磷的利用效率方面同樣重要。如何降低土壤對磷的吸附固定、提高磷的活性及有效性、減少磷素流失一直是研究者關(guān)注的問題。

在土壤中，磷可以與有機質(zhì)（soil organicmatter，SOM）結(jié)合，有機質(zhì)對磷的吸引程度取決于磷存在形式和環(huán)境因素（如土壤水分、SOM和粘土含量）[5]。有機質(zhì)是影響磷吸附和解吸的重要因素之一。然而關(guān)于有機質(zhì)對磷吸附-解吸的研究存在很多不同觀點，其機制尚不清晰。有研究指出，去除有機質(zhì)降低了大部分表層土對磷的吸附能力，增加了對磷的解吸，降低了結(jié)合磷的存在量[67]。而Hiradate等[8]研究發(fā)現(xiàn)，當有機質(zhì)從土壤中去除時，吸附磷的數(shù)量增加，說明有機質(zhì)占據(jù)了磷吸附的位點。有機質(zhì)含量高的土壤表面積較大，對磷的吸附力也隨之提高，使土壤中的磷素易被固定[7]。Yang等[9]通過對不同有機質(zhì)黑土磷的吸附和解吸動態(tài)研究發(fā)現(xiàn)，高有機質(zhì)的土壤向植物提供磷的能力較低。已有研究有機質(zhì)對土壤磷的作用主要通過有機質(zhì)和磷指數(shù)的簡單相關(guān)分析和路徑分析來確定，而不是在不改變其他土壤成分的條件下改變有機質(zhì)來確定的。因此，明確有機質(zhì)對磷的單獨作用對于磷的利用具有重要意義。

黑土具有土質(zhì)肥沃、有機質(zhì)含量高等特點，是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地[10]。由于長期耕作、施肥方式不合理，加之受自然因素影響，造成黑土退化，有機質(zhì)含量顯著下降，可利用的磷素含量也隨之降低。為了提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，大量磷肥施用于黑土中[11]，導(dǎo)致各種形式的磷在土壤中積累，造成磷肥利用效率較差[12]。有機肥是由生物質(zhì)、動植物殘體等加工而成的含碳物質(zhì)，可以提供植物所需營養(yǎng)[13]。有機肥的施用會改變有機質(zhì)的含量和成分，進一步影響土壤磷的吸附?解吸。添加外源有機肥可以增加有機質(zhì)的含量，而不用等待有機質(zhì)腐殖化發(fā)生，是排除不同礦物組成和其他因素變化對試驗結(jié)果影響的有效方法[14]。同時，有機肥在土壤中與磷進行吸附位置的競爭，從而降低磷的吸附量，增強磷的生物可利用性[15]。然而，通過施加有機肥來改變土壤性質(zhì)（特別是有機質(zhì)含量），探討黑土對磷的吸附能力尚未得到很好證實。不同劑量有機肥對土壤磷的有效性影響不盡相同[1617]。低劑量有機肥會使土壤中的磷素無法得到充分解吸，其有效性不能得到充分發(fā)揮，施用高劑量有機肥則會導(dǎo)致磷淋失風險。因此，尋找合適的有機肥施用劑量可以提高磷在土壤中的有效性，對減小土壤磷素潛在淋失風險具有重要意義。

本研究以東北黑土為研究對象，驗證有機質(zhì)對磷吸附?解吸的作用機制。先選用3種不同有機質(zhì)水平的黑土，通過去除有機質(zhì)探尋不同等級有機質(zhì)黑土對磷吸附-解吸的作用；然后選用有機質(zhì)含量較高的北安農(nóng)田土壤，施加不同劑量有機肥，探究肥力較好的土壤增施有機肥后對土壤理化性質(zhì)及磷素利用的影響。本研究以內(nèi)部有機質(zhì)的去除和外部有機質(zhì)的添加為基礎(chǔ)，探究有機質(zhì)對黑土磷素吸附及有效性的響應(yīng)，以期為土壤磷的供給和貯存機理提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自東北3 個不同地區(qū)的農(nóng)田黑土，其中，高有機質(zhì)黑土（T1）來自黑龍江省北安市城郊農(nóng)田（48.24°N、126.50°E），土壤有機質(zhì)含量50.97 g·kg?1；中有機質(zhì)黑土（T2）來自雙城區(qū)周家鎮(zhèn)農(nóng)田（45.37°N、126.32°E），土壤有機質(zhì)含量28.50 g·kg?1；低有機質(zhì)黑土（T3）來自哈爾濱市香坊區(qū)（45.72° N、126.68° E），土壤有機質(zhì)含量17.72 g·kg?1。用S型取樣法對各區(qū)域土壤樣品進行采集，用土壤取樣器采集試驗區(qū)0—20 cm耕作層土壤樣品各15份，混合為1個土樣。土壤自然風干，揀去表面雜物，過2 mm篩，待用。各土樣有機質(zhì)（SOM）、全氮（total nitrogen， TN）、全磷（totalphosphorus， TP）、堿解氮（available nitrogen， AN）、速效磷（available phosphorus， AP）、速效鉀（available potassium， AK）、粘粒含量、pH、田間持水量（field capacity， FC）、陽離子交換量（cationexchange capacity， CEC）和土壤粘土礦物類型見表1。

供試藥品均為分析純。供試有機肥由黑龍江省五常市潤農(nóng)科技有限公司提供，基本理化性質(zhì)如下：SOM含量232.5 g·kg?1，TN含量3.78 g·kg?1，TP 含量4.45 g·kg?1，TK 含量2.24 g·kg?1，AP 含量0.927 g·kg?1，pH 8.41，含水量45.26%。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 不同有機質(zhì)含量黑土磷吸附-解吸試驗 選用高有機質(zhì)黑土（T1）、中有機質(zhì)黑土（T2）、低有機質(zhì)黑土（T3）3種有機質(zhì)水平黑土，對T1、T2、T3進行去有機質(zhì)處理，獲得去除有機質(zhì)的土壤，分別標記為DT1、DT2、DT3。去除有機質(zhì)方法：稱取土壤10 g，與30 mL pH 8.5 的6% 次氯酸鈉（NaClO）溶液在100 mL離心管中混合，室溫振蕩16 h，然后4 000 r·min?1離心10 min，去除上清液，重復(fù)3次，去離子水清洗土壤3次[1718]。土壤過1mm篩，冷凍后晾干，室溫下儲存，對不同有機質(zhì)水平黑土和去除有機質(zhì)黑土進行磷吸附?解吸測定。

1.2.2 不同劑量有機肥對磷素利用的影響試驗 選用高有機質(zhì)黑土（T1）進行該試驗。將0.50 kg土壤與有機肥在培養(yǎng)缽（6.5 cm×17.0 cm）中混合，試驗設(shè)置4 個處理，分別為0.5 kg 土壤（CK）、0.5 kg土壤+1% 有機肥（C1）、0.5 kg土壤＋2% 有機肥（C2）、0.5 kg土壤＋3%有機肥（C3），有機肥添加水平分別為土壤質(zhì)量的1%、2%、3%，每個處理3次重復(fù)。置于25 °C培養(yǎng)箱培養(yǎng)45 d，使用稱重法補水，試驗過程中保持含水量為田間持水量60%。于培養(yǎng)結(jié)束后進行土壤速效磷（AP）、有效磷、pH及酸性磷酸酶的測定，同時進行土壤磷吸附測定。

1.3 土壤磷吸附測定

1.3.1 磷等溫吸附試驗 取6份2.50 g過1 mm篩的風干土樣分別放于50 mL 離心管中，分別加入25 mL 含磷量為0、5、10、20、50、100 mg·L?1 的KH2PO4溶液，然后加入3滴甲苯用來抑制微生物活動[18]，以200 r·min?1轉(zhuǎn)速于振蕩機上振蕩24 h，振蕩結(jié)束后，靜置平衡2 h，4 000 r·min?1 離心10 min，取5 mL上清液，采用鉬銻抗比色分光光度法測定上清液中的磷含量，再以初始加入的磷量減去離心后上清液中的磷量，得到各試驗土樣的磷吸附量[18]。計算公式如下。