摘要：
为探索腐殖酸浓度对土壤中磷素转化的影响，以磷酸一铵为唯一磷源，开展了25 ℃人工气候箱中恒温连续培养的试验。试验共设9个处理，以不施肥为对照(CK)处理，T1~T8处理依次添加质量分数为0、0.1%、0.5%、1%、2%、5%、7%、10%的腐殖酸，分别在培养后的第5、15、30、55、80、105、130、155、180天取土样测定pH、速效磷及各形态无机磷(Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca10-P)含量。结果表明：磷酸一铵+腐殖酸的处理可以有效提高各形态无机磷的含量；腐殖酸添加量为7%时，对磷的转化和活化影响最大，Ca2-P、Ca8-P的含量最高，较单一磷酸一铵处理的分别提高79.30%、61.41%。
Abstract：
In order to explore the effect of humic acid concentration on phosphorus transformation in soil, a constant temperature continuous cultivation experiment is conducted in a 25 ℃ artificial climate box with monoammonium phosphate as the sole phosphorus source. A total of 9 treatments have been set up in the experiment, with no fertilization as the control (CK) treatment. From T1 to T8 treatments, humic acid with mass fractions of 0, 0.1%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 7%, and 10% is added sequentially. Soil samples are taken on the 5th, 15th, 30th, 55th, 80th, 105th, 130th, 155th, and 180th day after cultivation to determine pH, available phosphorus, and various forms of inorganic phosphorus (Ca2-P, Ca8-P, Al-P, Fe-P, O-P, Ca10-P) content. The results show that the treatment of monoammonium phosphate+humic acid can effectively increase the content of various forms of inorganic phosphorus. When the amount of humic acid added is 7%, the impact on the transformation and activation of phosphorus is the greatest, the content of Ca2-P and Ca8-P are the highest, which are 79.30% and 61.41% higher than those treated with monoammonium phosphate, respectively.
植物体内磷的质量分数平均为0.2%~0.5%，大部分以磷的有机态形式存在[1]，是核酸、核苷酸、磷脂、植素等有机化合物的重要组成部分，对植物生长起着至关重要的作用[2]。我国土壤全磷质量分数为0.44~0.85 g/kg，最高可达1.8 g/kg，低的只有0.17 g/kg，南方酸性土壤的全磷质量分数一般低于0.56 g/kg[3]。
我国土壤磷含量有明显的地域分布，从南向北逐渐增加，南方砖红壤中磷含量最低[4]。我国有2/3的土壤缺磷[5]，缺磷的主要原因是土壤中有效磷含量不足或施入的磷素以无效态储备[6]。植物吸收利用的磷主要来源于土壤，但由于磷酸盐极易被土壤中的化合物固定[7]，施入农田的肥料中的磷大量变成土壤累积态磷或随地表径流迁移至环境中，导致农作物对磷肥的利用率偏低，当季利用率一般不超过25%[8-9]。
磷肥施入石灰性土壤中以后，主要转化为Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P[4]，对作物有效性顺序为Ca2-P＞Al-P＞Ca8-P＞Fe-P[10]。长期施用无机磷肥，积累在土壤中的无机磷主要转化为Ca10-P和O-P[11-12]。同时，磷在土壤剖面垂直方向的迁移距离较短，主要集中在耕层土壤[13]，表明土壤对磷的运移有强烈的阻滞作用[14]，而通过外部添加磷活化剂及有机化合物等可以在一定程度上改善土壤中磷的含量、移动距离。本文选用不同浓度的腐殖酸为原料开展试验研究，探索腐殖酸对土壤中无机磷含量变化的影响。
1
材料与方法
1.1
试验地概况
试验于2022年2—9月在河南心连心化学工业集团股份有限公司技术研究中心实验室进行。
1.2
供试材料
供试原料：磷酸一铵(11-44-0)，湖北鄂中化肥有限公司；腐殖酸，质量分数为60.0%，黑色生态科技有限公司。
供试设备：RQX-300H型立式数显人工气候箱, 金坛市城西富威实验仪器厂。
供试土壤：褐土，pH为8.60，w(铵态氮)为14.13 mg/kg，w(硝态氮)为65.55 mg/kg，w(有效磷)为57.58 mg/kg，w(速效钾)为56.81 mg/kg。
1.3
试验设计与方法
试验共设9个处理：对照(CK)处理，无肥处理；T1，磷酸一铵；T2，1%(质量分数，后同)腐殖酸；T3~T8依次在磷酸一铵中添加0.5%、1%、2%、5%、7%、10%的腐殖酸，每个处理重复5次。土壤培养试验按等磷量施肥(1 kg干土施入P2O50.3g)，腐殖酸用量根据施肥量进行添加。将供试原料(磷酸一铵、腐殖酸)分别与过2 mm筛的500 g干土充分混合均匀，用重量法调节土壤含水量至田间持水量的60%，然后装入培养瓶并盖上留有通气孔的盖子，再将培养瓶置于25℃人工气候箱中恒温连续培养。培养期间定期加水，使土壤含水量保持稳定。在培养后的第5、15、30、55、80、105、130、155、180天时取土样，测定pH、速效磷及各形态无机磷(Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca10-P)的含量。
1.4
数据处理
试验结果采用Microsoft Excel 2007、SPSS 20、SigmaPlot 12.5和R 3.4.3软件进行处理和统计分析。处理间均值的差异性采用单因素方差分析(Ducan′s multiple range test)进行评估。
2
结果与分析
2.1
不同处理对Ca2-P含量的影响
Ca2-P是最有效的磷源，可显著提高磷的水平，不同处理的Ca2-P含量变化趋势见图 1。从图 1可知：Ca2-P含量呈现逐渐下降的趋势；CK、T1、T2处理的Ca2-P含量较低，磷酸一铵+腐殖酸处理的Ca2-P含量均高于T1处理的；根据不同处理的Ca2-P含量随时间变化的趋势线计算线下面积，结果表明线下面积由大到小依次为T7＞T3＞T6＞T4＞T8＞T5＞T1＞CK＞T2；T7、T3、T6、T4、T8、T5处理的线下面积较T1处理的分别增加79.30%、78.72%、75.70%、71.88%、71.42%、70.04%。
图 1
2.2
不同处理对Ca8-P含量的影响
Ca8-P的有效性低于Ca2-P的，但是其含量比Ca2-P的高，实际生产中的贡献也比Ca2-P的大，不同处理的Ca8-P含量变化趋势见图 2。从图 2可知：Ca8-P含量呈现前期缓慢下降，后逐渐上升的趋势；CK、T1、T2处理的Ca8-P含量相对较低，磷酸一铵+腐殖酸处理的Ca8-P含量均高于T1处理的；根据时间推移，计算不同处理的Ca8-P含量随时间变化趋势线的线下面积，结果表明线下面积由大到小依次为T7＞T4＞T8＞T3＞T5＞T6＞T1＞CK＞T2；T7、T4、T8、T3、T5、T6处理的线下面积较T1处理的分别增加61.41%、58.29%、57.65%、56.17%、52.51%、51.40%。
图 2
2.3
不同处理对Al-P含量的影响
Al-P在总磷中的占比相对较小，但其溶解度较大，对作物仍有一定的有效性，在碱性条件下Al-P对作物均具有显著的供磷能力，不同处理的Al-P含量变化趋势见图 3。由图 3可知：不同处理的Al-P含量变化存在差异，但总体表现为前期缓慢下降，后又逐渐上升的趋势；CK、T1、T2处理的Al-P含量较低，磷酸一铵+腐殖酸处理的Al-P含量均优于CK、T1、T2处理的；根据不同处理的Al-P含量变化趋势线计算线下面积，结果表明线下面积由大到小依次为T5＞T7＞T6＞T4＞T3＞T8＞T1＞T2＞CK；T5、T7、T6、T4、T3、T8处理的线下面积较T1处理的分别增加34.19%、30.55%、29.70%、29.54%、27.49%、26.96%。
图 3
2.4
不同处理对Fe-P含量的影响
在其他形态的磷能够满足作物需求时，作物吸收利用Fe-P的可能性较小，不同处理的Fe-P含量变化趋势见图 4。由图 4可知：不同处理的Fe-P含量变化存在差异，但总体表现为前55天逐渐下降，后逐渐增加的趋势；CK、T1、T2处理的Fe-P含量相对较低，磷酸一铵+腐殖酸处理的Fe-P含量均高于T1处理的；根据不同处理的Fe-P含量变化趋势线计算线下面积，结果表明线下面积由大到小依次为T8＞T4＞T7＞T3＞T5＞T6＞T1＞T2＞CK；T8、T4、T7、T3、T5、T6处理的线下面积较T1处理的分别增加18.50%、17.01%、13.90%、13.27%、12.56%、11.08%。
图 4
2.5
不同处理对O-P含量的影响
O-P即闭蓄态磷，在旱作条件下溶解度极低，作物难以吸收利用；在淹水还原条件下，胶膜易流失，可释放出磷，供作物吸收利用。从图 5可以看出：不同处理的O-P含量均呈现逐渐下降的趋势，即难溶性磷含量逐渐减少；根据不同处理的O-P含量变化趋势线计算线下面积，结果表明线下面积由大到小依次为CK＞T8＞T3＞T5＞T4＞T7＞T2＞T6＞T1；T8、T3、T5、T4、T7、T2、T6处理的线下面积较T1处理的分别增加9.06%、9.02%、7.68%、7.30%、3.91%、3.67%、1.26%。
图 5
2.6
不同处理对Ca10-P含量的影响
Ca10-P在石灰性土壤中比较稳定，不易向其他形态转化，属于无效磷，需经过长时间的风化才能逐步释放。由图 6可知：不同处理的Ca10-P含量变化存在差异，但总体表现为前期逐渐下降，然后逐渐上升再下降的趋势；CK、T1、T2处理的Ca10-P含量相对较低；根据不同处理的Ca10-P含量变化趋势线计算线下面积，结果表明线下面积由大到小依次为T4＞T8＞T3＞T7＞T5＞T6＞T1＞T2＞CK；T4、T8、T3、T7、T5、T6处理的线下面积较T1处理的分别增加58.29%、57.65%、56.17%、55.54%、52.51%、51.40%。
图 6
2.7
不同处理对无机磷含量的影响
不同处理对各种形态无机磷含量的影响见表 1。
表 1
|
培养后天数/d |
处理 |
w(Ca2-P) |
w(Ca8-P) |
w(Al-P) |
w(Fe-P) |
w(O-P) |
w(Ca10-P) |
w(无机磷总量) |
|
0 |
|
18.88 |
48.29 |
37.95 |
21.88 |
0.19 |
294.84 |
422.03 |
|
80 |
CK |
14.44 |
40.16 |
30.70 |
22.54 |
3.80 |
339.74 |
451.38 |
|
|
T1 |
16.35 |
37.40 |
32.17 |
20.78 |
3.31 |
341.14 |
451.15 |
|
|
T2 |
14.02 |
39.00 |
34.52 |
22.52 |
3.69 |
337.56 |
451.31 |
|
|
T3 |
28.28 |
61.88 |
46.03 |
25.93 |
3.72 |
331.67 |
497.51 |
|
|
T4 |
30.17 |
64.15 |
49.57 |
27.61 |
3.74 |
348.96 |
524.20 |
|
|
T5 |
24.16 |
51.54 |
40.40 |
23.33 |
3.82 |
343.90 |
487.15 |
|
|
T6 |
27.52 |
61.08 |
41.81 |
24.62 |
3.78 |
350.21 |
509.02 |
|
|
T7 |
29.63 |
70.85 |
47.83 |
30.07 |
3.50 |
342.65 |
524.53 |
|
|
T8 |
28.54 |
68.02 |
44.06 |
28.25 |
3.68 |
332.46 |
505.01 |
根据试验结果，添加腐殖酸对磷的转化影响最明显的是前期80 d。综合分析为作物提供的有效磷以及无机磷总量，以T7处理表现较佳，Ca2-P、Ca8-P是对作物相对最有效的磷，分别较T1处理的增加81.22%、89.44%；Al-P和Fe-P是在特定条件下才能被作物吸收利用的磷，其含量也分别较T1处理的增加48.68%和44.71%；O-P和Ca10-P是难溶性的磷，T7处理的含量也分别较T1处理的增加5.74%和0.44%；T7处理的无机磷总量较T1处理的增加16.27%。
3
结语
通过连续分析土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca10-P含量，综合得出如下结论：
(1) 通过对各处理不同形态无机磷变化情况的对比，磷酸一铵+腐殖酸处理可以有效提高各形态无机磷的含量；
(2) 在磷酸一铵中添加7%腐殖酸的处理对磷的转化和活化影响最大，对作物最有效的Ca2-P和Ca8-P含量最高，根据Ca2-P、Ca8-P含量变化趋势线，分别较不添加腐殖酸处理的提高79.30%、61.41%；
(3) 在培养后80 d时，磷酸一铵中添加7%腐殖酸处理的Ca2-P和Ca8-P含量较不添加腐殖酸处理的分别增加81.22%和89.44%。
试验研究表明，外源添加腐殖酸可以在一定程度上增加土壤中有效磷的含量，提高磷肥的利用率，促进作物生长，减轻施肥给环境带来的负面影响。
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