不同磷源在碱性土壤中的淋溶特征研究

Leaching Characteristics of Different Phosphorus Sources in Alkaline Soils

余凯凯Kaikai YU , 裴海荣Hairong PEI , 郭景丽Jingli GUO , 李圣君Shengjun LI

河南心连心化学工业集团股份有限公司河南新乡 453731 Henan Xinlianxin Chemicals Group Co., Ltd., Xinxiang, Henan 453731, China

Author notes:

Correspondence to: 李圣君(1972—)，男，教授级高级工程师，从事化工生产、技术管理工作；li030201@126.com

摘要：

为考察不同磷源施入碱性土壤中磷的利用效率，采用室内土柱进行了磷酸氢二铵(DAP)、磷酸二氢铵(MAP)、磷酸二氢钾(MKP)、磷酸脲(UP)等4种磷源在富磷和贫磷碱性土壤中的淋溶试验。结果表明：在富磷碱性土壤中，4种磷源的淋洗液中有效磷含量均随着淋溶次数的增加先升高后降低，磷的表观淋出率由大至小依次为DAP、MAP、MKP、UP；在贫磷碱性土壤中，4种磷源的淋洗液中有效磷含量均随着淋溶次数的增加而增加，磷的表观淋出率由大至小依次为UP、MAP、MKP、DAP。

关键词：

富磷碱性土壤; 贫磷碱性土壤; 磷源; 磷酸氢二铵; 磷酸二氢铵; 磷酸二氢钾; 磷酸脲; 淋溶试验;

Abstract：

In order to explore the phosphorus utilization efficiency of different phosphorus sources applied to alkaline soil, four phosphorus sources, namely diammonium hydrogen phosphate (DAP), ammonium dihydrogen phosphate (MAP), potassium dihydrogen phosphate (MKP) and urea phosphate (UP) are used to carry out the leaching experiments in rich and poor phosphorus alkaline soil. The results show that in phosphorus-rich alkaline soil, the content of available phosphorus in the leaching solution of four phosphorus sources increased first and then decreased with the increase of leaching times. The apparent leaching rate of phosphorus is DAP, MAP, MKP and UP from high to low. In the phosphorus-poor alkaline soil, the contents of available phosphorus in the leaching solution of four phosphorus sources increased with the increase of leaching times and the apparent leaching rate of phosphorus from high to low is UP, MAP, MKP and DAP.

Keyword：

phosphorus-rich alkaline soil; phosphorus-poor alkaline soil; phosphorus source; diammonium hydrogen phosphate; ammonium dihydrogen phosphate; potassium dihydrogen phosphate; urea phosphate; leaching experiment;

磷在作物的生长发育、水分调控、光合作用、呼吸作用等生理过程中具有重要的功效，在农业生产中的地位也日益突出^[1]。多年来，尽管不断大量施用磷肥来满足农作物的高产需求，但由于磷素极易被土壤吸附固定后形成难溶性磷，使得施入磷肥的当季利用率仅为15%~25%^[2]。此外，过量施用磷肥不仅浪费磷资源，而且极易引起水体富营养化等环境问题^[3]。农业生产中一直将土壤有效磷含量作为土壤磷素丰缺的指标^[4]。筛选出高效磷肥，有效利用磷肥资源，保护农业生态环境，对土壤磷养分进行最佳管理，已成为当今农业生产亟待解决的关键问题之一，同时也是我国农业可持续发展的要求。

目前国内外对采用不同磷素淋溶及迁移来反映肥料利用率已有大量研究。吴一群等^[5]的研究表明，有机无机肥配施不仅能够显著增加土壤表层有机磷的含量，而且会增加底层土壤中有机磷的含量，提高了土壤有机磷含量与全磷含量的比值。金亮等^[6]的研究表明，施入DAP，肥料磷具有较高的移动性和有效性，同时肥料磷在土壤中的迁移距离大于MAP。田艳花^[7]研究发现，在石灰性土壤中，MAP的肥料利用率大于过磷酸钙和DAP，但是当土壤磷素盈余时，MAP的肥料利用率则小于过磷酸钙和DAP的。文献[6-11]中多采用间歇浸提方法或短期培养试验，而短期的浸提试验存在着一定的弊端，过大的水土比、高强度的机械振荡等条件与实际土壤环境不符。与间歇浸提法相比，土柱淋洗方法(流动法)具有较小的水土比，能模拟植物根系不断吸收养分^[12]。因此，采用土柱淋洗法更有利于研究不同磷源进入土壤中磷的释放过程、固定程度，更真实地反映降雨作用下磷素在土壤中的移动规律。

我国北方大部分地区土壤盐碱化日趋严重，存在土壤板结、生物有效性差、养分利用率低等问题。因此，本试验分别以典型碱性土壤地区的大田土壤和大棚菜田土壤为研究对象，采用室内土柱淋洗试验模拟土壤环境，研究不同种类磷源在淋溶条件下土壤磷素的动态迁移过程，以明确不同磷源对土壤磷的持续活化程度及规律，丰富土壤磷素迁移相关研究，为碱性土壤地区合理施用磷肥、保护农业生态环境提供依据。

1 材料与方法

1.1 土壤概况

富磷碱性土壤来自陕西省咸阳市三原县安乐镇安乐村，贫磷碱性土壤来自山西省运城市临猗县楚侯乡仁里村，均取自于0~20 cm耕作层，分别测定土壤理化性质，结果见表 1。

表 1

富、贫磷碱性土壤理化性质

项目	土壤类型	pH	w(碱解氮)/ (mg·kg^-1)	w(速效钾)/ (mg·kg^-1)	w(有效磷)/ (mg·kg^-1)	w(全磷)/ (mg·kg^-1)	w(有机质)/ %
富磷碱性土壤	褐土	8.27	94.90	568.40	174.54	2 919.80	1.34
贫磷碱性土壤	潮土	8.72	56.68	243.53	15.80	610.13	0.59

1.2 试验材料

磷酸氢二铵(DAP)、磷酸二氢铵(MAP)、磷酸二氢钾(MKP)中的w(P₂O₅)分别为53.78%、61.73%、52.12%，天津市致远化学试剂有限公司；磷酸脲(UP)中的w(P₂O₅)为44.06%，什邡市康龙化工有限责任公司。根据DAP的习惯用量，计算填充土所对应磷的用量，并以3倍磷用量配制成肥料溶液，相当于每亩(1亩=667 m²，下同)用18-46-0的DAP 60 kg。

1.3 试验设计

模仿色谱原理，按照P₂O₅等质量原则，配制DAP、MAP、UP、MKP质量浓度依次为1 512、1 317、1 845、1 560 mg/L。在室内以2 cm高的土柱进行淋溶试验，取配制的4种磷源溶液各50 mL于塑料瓶中，借助静脉注射器进行淋溶，淋溶时速率尽可能大，以土柱上层刚好无积液为标准，减少磷从土柱管内壁流失的量，然后量取225 mL自来水进行洗涤。每25 mL淋洗液为一个样品，共收集9个样品。测定淋洗液中的水溶性无机态磷的含量，每种磷素重复4组，确定不同磷酸盐中磷素的迁移能力。

1.4 测定项目与方法

4种正磷酸盐采用钼锑抗比色法测定。

1.5 数据处理

所有试验数据均通过Microsoft Excel 2013和SPSS 20.0进行统计检验和方差分析，图表中数据均为4次重复的平均值。

2 结果与分析

2.1 富磷碱性土壤对不同磷源磷迁移的影响

施入土壤中的磷移动性差是磷肥肥效低的主要原因之一，不同磷源在土壤中的移动能力可通过淋洗液中有效磷的含量来反映。由图 1可知：在富磷碱性土壤中，不同磷源的淋洗液中有效磷含量均随淋溶次数的增加先升高后降低；DAP与MKP的淋洗液中有效磷含量均在第6次时达到最大值；MAP与UP的淋洗液中有效磷含量则在第5次时达到最大值；在前2次淋洗液中，MAP淋洗液中有效磷的含量均为最大，且与MKP、UP淋洗液的差异显著，但随着淋溶次数的增加，差异越来越小；在第3次至第6次的淋洗液中，UP的淋洗液中有效磷含量呈现出较强的优势，处于最大值；在第7次淋洗之后，DAP的有效磷含量处于最大值。

图 1

富磷碱性土壤中不同磷源的迁移规律

富磷碱性土壤中不同磷源磷的表观淋出率见表 2。

表 2

富磷碱性土壤中不同磷源磷的表观淋出率

肥料	投入P₂O₅ 总量/mg	淋出P₂O₅ 总量/mg	磷的表观淋出率/%
注：1)同列数字后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平，下同
DAP	40.65	6.98±1.42 a	12.66±3.48 a
MAP	40.65	6.34±1.49 a	11.08±3.66 a
MKP	40.65	6.05±0.73 a	10.36±1.80 a
UP	40.65	2.93±0.34 b	2.68±0.85 b

由表 2可知：不同磷源经过9次淋洗后，磷的表观淋出率表现为DAP＞MAP＞MKP＞UP；DAP、MAP、MKP与UP相比，磷的表观淋出率均差异显著；在富磷碱性土壤中，DAP的移动能力最强。

2.2 贫磷碱性土壤对不同磷源磷迁移的影响

由图 2可知：在贫磷碱性土壤中，不同磷源的有效磷淋出量均随着淋溶次数的增加而升高；从总体上看，UP的淋洗液中有效磷含量处于较高水平，MAP的次之，DAP与MKP的整体都较低；UP的第1次淋洗液中有效磷含量与MKP和DAP的差异显著，UP、MKP、MAP的第2次淋洗液中有效磷含量均与DAP的差异显著，MAP的第3次淋洗液中有效磷含量与DAP的差异显著，随着淋溶次数的增加，4种磷源淋洗液中有效磷含量无显著性差异，UP的第8次和第9次淋洗液中有效磷含量与DAP、MKP的差异显著。贫磷碱性土壤中不同磷源磷的表观淋出率见表 3。

图 2

贫磷碱性土壤中不同磷源的迁移规律

表 3

贫磷碱性土壤中不同磷源磷的表观淋出率

肥料	投入P₂O₅ 总量/mg	淋出P₂O₅ 总量/mg	磷的表观淋出率/%
DAP	40.65	1.02±0.20 b	2.15±0.47 b
MAP	40.65	1.19±0.03 ab	2.55±0.09 ab
MKP	40.65	1.06±0.13 ab	2.24±0.35 ab
UP	40.65	1.36±0.29 a	2.97±0.77 a

由表 3可知：不同磷源经过9次淋洗后，磷的表观淋出率表现为UP＞MAP＞MKP＞DAP；UP与DAP相比，磷的表观淋出率差异显著；在贫磷碱性土壤中，UP的移动能力最强。

3 讨论

施用不同形态的磷源直接影响土壤中有效磷的含量，最终影响作物的生长发育^[13]。近年来，由于经济作物收益可观，经作区面积不断扩大，种植户大量施肥，使得经作区土壤中全磷不断富集。本研究表明，在经作区富磷的土壤条件下，4种磷源中DAP施入土壤中表现出强劲的迁移能力，而UP则表现最差。原因可能是在富磷环境下，酸性磷肥施入土壤后，降低了土壤的pH，土壤碳酸盐及土壤中的铁、铝矿物发生分解，释放出的Ca²⁺、Fe³⁺和Al³⁺会使肥料中的磷固定，阻碍肥料中磷的迁移，这与金亮等^[6]的研究结果基本一致。但由于本试验中土壤类型单一，具体原因仍需进一步研究。

大田作物区域由于施肥量的减少，加上土壤中磷素的移动性、有效性较差和植物根系的吸收，根际土壤有效磷通常出现亏缺现象。本研究表明，在大田贫磷的土壤条件下，UP在土壤中的迁移能力最强，DAP最弱。原因可能是酸性肥料降低了贫磷土壤中肥际微域的pH，促进肥料中磷向土壤中迁移(MAP呈酸性，饱和溶液的pH=3.47；DAP呈弱碱性，饱和溶液的pH=7.98；MKP呈酸性，饱和溶液的pH=4.46；UP呈酸性，饱和溶液的pH=1.89)，这与田艳花^[7]的研究结果相吻合。

4 结语

通过室内土柱模拟磷肥迁移试验发现，经作区富磷碱性土壤中4种磷源的迁移能力表现为DAP＞MAP＞MKP＞UP，而大田区贫磷碱性土壤中4种磷源的迁移能力表现为UP＞MAP＞MKP＞DAP。

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