长期定位施肥对棕壤无机磷形态及剖面分布的影响.docx

1、第21卷第4期2007年8月水土保持学报JournalofSoilandWaterConservation长期定位施肥对棕壤无机磷形态及剖面分布的影响韩晓日，马玲玲，王晔青，王颖，战秀梅（沈阳农业大学土地与环境学院，枕阳110161）摘宴：对棕堪26年长期定位试验的无机确分级表明：长期施入有机肥或化学磷肥除了Cas-P含在耕层成少外，其它各形态无机磷含量都有所增加;仅施N肥或不施肥,AI-P,Fe-P,O-P,Cal0-P含量均减少,Fe-P,AI-P,Caa-P,Cat-P占无机磷总置的比例增加,而。一P,Ca2-P则下降了.各形态无机磷的剖面分布相似，均为先下阵而后略微上升.相关分析和逐步

2、回归分析表明，CaLP，CaLP，AI-P,Fe-P,O-P与速效磷之间达到1%的极显著水平,Ca】°-P与速效磷之间达到5%的显著水平.Caj-P.Ca-P对速效磷的贡献最大.关询，棕理；长期定位施肥；为机确的分级中图分类号，S147.2,S151.9文献标识回，A文章编号11009-2242（2007）04-0051-05EffectsofLong-termFertilizationonInorganicPhosphorusFormsandProfileDistributioninBrownsoilHANXiao-ri,MALing-ling,WANGYe-qing,WANGYi

3、ng,ZHANXiu-mei（ColUgeofLandandEnvrronmetUScience.ShenyangAgricultureUniversityShenyang110161）Abstract:Theresultoflong-termfertilizerexperimentonformsofinorganicphosphorusinbrownsoilshowedthatlong-termapplicationofchemicalphosphorusororganicphosphorusfertilizer,thecontentsoftheinorganiccomponentswere

4、increasedexcludeCai。PLong-termapplicationofnitrogenandchecktreatment,thecontenuofAlP,FeP,OP,Ca10Paredecreased.TherationsofFeP>AlP,Ca«P»Ca2PtosoiltotalPwereincreased»butOPandCa10Pweredecreased.Thedistributionsofallformsofinorganicphosphorusweresimilar,andshoweddecreasedfirstlyandthe

5、nincreased.Correlationanalysisshowed:Ca2P,CaBP,A1P,FeP,OPweresignificantlycorrelatedwithOlsenPatP<0.01level.Ca】。一PwascorrelatedwithOlsenPatP0.05level-Keywords：brownsoil；long-termfertilization；fractionsofinorganicphosphorus土壤中的磷以有机态和无机态存在，无机璘占土壤总磷量的60%80%,是植物所需磷的主要来源。磷是作物高产必须投入的大量营养元素之一，而磷肥的当季利用率一

6、般只有10%25%.大量研究表明，在土壤中长期施用磷肥，土壤各形态无机磷均有不同程度的积累.但过量施用有机肥和磷肥会使表层土壤含璘量显著增加，从而导致磷的径流流失，研究发现径流水中磷浓度与施璘量直接相关表层土壤磷的富集也导致磷垂直迁移的可能性增大。国内外对磷素的剖面分布已有一些研究【°,但对棕壤磷素的空间分布研究比较少见.了解土壤养分的分布状况是合理施肥和土壤养分管理的基础，1957年张守敬等提出了无机璘分级及其改进方法，促进了酸性土壤磷的研究，1978年蒋柏藩、顾益初针对石灰性土壤的特点，将无机磷分为Ca2-P,Ca8P,Al-P,Fe-PsO-P,Ca10-P六个组分。为土壤无机

7、磷的研究提供了理论依据和手段.本文通过26年的肥料定位试验，应用蒋一顾法研究棕壤中无机璘的形态转化及空间分布规律，揭示长期不同施肥条件下磷素在土体的分布和移动规律,为制定更好的土壤磷管理措施提供依据.1材料与方法bl供试土填与试验处理供试土壤样品采自1979年开始建立的沈阳农业大学棕壤肥料长期定位试验地,试验为随机区组设计。共设18个处理,3次重复，小区面积160轮作方式为玉米一玉米一大豆.本研究选取其中9个处理；（l）CK（不施肥）j（2）N（低量氮肥）j（3）NP（氮磷化肥）$4）NPK（氮磷钾化肥）,（5）M2NP（高量有机肥+氮磷化肥）.（6）«0M：2007-03-30基金

8、项目，国家自然科学基金项目（30671231）,国家粮食丰产科技工程专碧（2004BA520AA01-4）作害简介：帏晓R，男.生于I960年.博士.教授.主妥从李植物营养与土壤足力研.EmaihhanxuonieXcomM2NPK（高量有机肥+氮磷钾化肥）；（7）M2N（高量有机肥+低量氮肥）;（8）M2（高量有机肥）（9）M1（低量有机肥）施肥量、肥料品种及施肥方式见参考文献12*2004年秋收后（已经过26年长期轮作施肥）采集定位试验地各处理。20cm,2040cm,4060cm,6080cm,80100cm土样，风干过筛，分析土壤磷素形态组成。试验前（1979年）土壤的基本农化性状为：

9、有机质15.6g/kg,全氮0.79g/kg,碱解氮105.5mg/kg,全磷（P2O5）0.38g/kg,速效磷（P）6.5mg/kg,pH（H2O）6.50.1.2测定项目及方法土壤速效磷（Olsen-P）用0.5mol/LNaHCO3浸提-铝镑抗比色法.无机磷分级浸提采用蒋柏藩、顾益初方法叫2结果与分析2.1不同施肥处理对耕层土壤无机磷形态含量的影响从表1可以看出，经过26年的不同施肥处理后，土壤中各种形态的无机磷含量都发生了很大的变化，单施N肥处理以及长期不施肥的CK,土壤无机磷总量都有所减少，单施N肥处理减少幅度最大，减少了66.5mg/kg,主要是由于单施氮肥，植物生长的主要养分限

10、制因子是磷，土壤氮素供应充足，促进了作物对磷的吸收利用，使土壤磷素缺乏。CK处理由于土壤氮素供应不足，作物生长发育受阻，影响了其对磷素的吸收。其它处理无机磷总量相对于原始土样都有不同程度的提高，且以M2NP和M2NPK提高最多就Ca2-P和Ca8-P讲，单施化肥处理土壤Ca2-P和Ca8-P平均含量分别为9.87mg/kg和10.11mg/kg。含量最低的为CK和N处理，且CK的Ca,-P含量低于原始土壤；单施高氐有机肥处理（M2）与单施低量有机肥处理（Ml）相比,其土壤Ca2-P含量是后者的1.58倍,C&-P含量是后者的L53倍，土壤Ca2-P和Ca8一P含量都随有机肥用量的增加而

11、增加。有机无机配施，土壤的Ca2-P,Ca8-P含量明显高于单施有机肥、单施化肥和不施肥的处理，且与它们相比差异极显著，均以M2NP含量最高。由此可见，长期施磷肥，尤其是有机与无机配合施用，能显著提高土壤C&一P和C&一P含量。原因是长期施用有机肥使土壤中有机质积累，有机质所含的磷可以随着矿化作用转变成为有效态的矿质磷。同时，有机质在分解过程中能够产生有机络合剂，可以把磷从一些不溶性磷酸盐中释放出来。AI-P,Fe-P在单施化肥区平均含量分别为11.97mg/kg和78.76mg/kg.含量最低的仍为CK和N处理，且都低于原始土壤，可见长期不施肥和单施氮肥，植物也可从土壤中吸收

12、Al-P,Fe-P来保证生长。单施有机肥处理的土壤Al-P,Fe-P含量分别在41.0487.64mg/kg和115.80-141-10mg/kg范围内，单施高量有机肥处理（M2）是单施低量有机肥处理（Ml）的2.14倍和1.22倍，与单施化肥和不施肥的处理相比差异极显著。有机无机配施，土壤的Al-P,Fe-P平均含量为112.50mg/kg和157.82mg/kg,明显高于单施有机肥、单施化肥和不施肥的处理,且差异显著。表1不同施肥处理各形态无机磷的含员mg/kg处理Ca2-PC&t-PAl-PFe-PCaiQPO-PP,CMenP试验的土堰0.9eE5.8eD6.4fghE62.0

13、fE66.4bcB90.0dC231.4(F7.9fENP14.5dD16.1dD16.4fE98.6eDS5.0cdB90.6dC29】.1eE18.8eENPK12.4dD9.5deD14.6fRE92-7eD55.9cdB95.6dBC280.7eE17.1eEN2.7eE6.3eD5.0gbE45.0gF52.4dB53.5fE164.9gG2.9gECK3.7eE4-8eD3.0hE44.0gF50.9dB70.3eD176.7gG3.5gEM2NP90.4aA90.2aA125.6aA165-5aA69.5bB121.ZaA662.4aA135.5aAM2NPK89.0aA85-8

14、abA111.1bB158.2abA94.5aA115.4abA653.8nA117.7bBM2N57.5bB79.8bA100.8cBC149.8bcAB63.7bcdB108.4bcAB559.9bB95.39M255.6bB64.6cB87.6dC141.1cB63.5bcdB11L4abAB523.9cC88.8cCMl35-1cC42.3cC41.0eD115.8dC63.7bcdB98.3cdBC396.2dD51.2dD注，表中敛据后不同小写字母表示差异达显著水平（PV0.05）.不同大写字毋表示差昇达极显著（PV0.01）.施肥25年后，化肥区各处理Cas-P含Jft与原始土壤

15、相比都有所下降，单施化肥与不施肥处理Caz-P含量在50.9155.92mg/kg之间，平均含量为52.93mg/kg,与原始土壤相比下降了20.29%.施用化学磷肥的处理与CK相比差异显著。可见，长年单施化肥或不施肥，在土壤磷索耗埸过程中,Ca】°-P也可以慢慢进行转化.有机肥区M2NP和M2NPK的Cal0-P含量有所上升，其它处理含量也有少量下降，可能是因为有机肥在分僻过程中产生的有机酸对难溶性钙磷的活化释放作用'O-P含量在N和CK区与原始土壤相比明显下降，分别下降了40.56%和21.83%。可见在长期无磷素投入的情况下，在璘素耗竭过程中，O-P也能缓慢进行转化并被

16、作物利用，这与林利红在棕壤上的研究一致t幻.NP和NPK处理与原始土壤相比略有上升，而有机肥区的O-P含量上升较多，已升至98.33-121.15mg/kg之间，可能是有机肥带入的磷远远要比施用化学磷肥带入的磷高得多，使积累的磷有一部分缓慢地转化成0-P.蒋柏藩将O-P和Ca.o-P看作是作物的潜在磷源.2.2不同施肥处理对耕层土壤不同形态无机磷组成的影响处理CaTCa,-PAi-PFe-PCaioPO-P试验的土壤0.372.522.7526-8128.6938.87CK2.092.691.7024.9028.8239.80N1.623.843.0227.2931.8032.42施化学确肥4

17、.704.4S5.4033.4519.4032.59施有机肥11.4012.8016.2126.4212-9020.28表2不同施肥处理各形态无机确的相对含景注化学确肥区各组分为施用NP.NPK的平均值，有机1K区各缱分为施用M2NP、M2NPK、M2N、M2,Ml的平均值.(2)相对含为各形态无机琳占无机磷忌量百分ft.由表2可知，在原始土壤的组成中，各形态无机璘的比例大小依次为。一P(38.87%),Ca】oP(28.69%),FeP(26.81%),A1P(2.75%),Ca8一P(2.52%),Ca,-P(O.37%)。经长期施肥后，各形态磷所占的比例顺序发生了变化,CK处理的Ca-P

18、和Ca2-P相对含量超过了A1-P,N处理的Ca8-P相对含量也超过了A1P。而施化学璘肥区各形态磷的比例顺序为FeP(33.45%),Op(32.59%),Ca10-P(19.40%),Al-P(5.40%),Ca2-P(4.70%),0-P(4.45%);有机肥区各形态磷的比例顺序为Fe-P(26.42%),O-P(20.28%),AP(16.21%),CaH,-P(12.90%),Ca8-P(12.80%),Ca2-P(U.4。)。可见Fe-P的比例明显增加，巳经超过了O-P和Ca】。一P。施用化学璘肥和有机肥都不同程度地增加了FeP,A1P,Caa-P,Ca2-P的相对含盘，而OP,C

19、as-P则是下降的趋势。因此，长期高磷素投入可改变土壤中各形态无机璘占无机磷总量的比例顺序。2.3不同施肥处理对土壤无机璘剖面分布的影响C&2-P的剖面分布见图1,020cm土层含景最高，向下逐渐下降，在60cm处降至最低，60100cm又略有增加.0-20cm土层Caz-P在化肥区与有机肥区平均含量分别为9.87mg/kg和65.12mg/kg,而CK仅为3.70mg/kg?20-40cm土层该形态无机璘在化肥区与有机肥区分别相当于。20cm的51.9%和40.25%,4060cm分别为38.91%和9.41%.有机肥区Ca2-P含觉始终大于化肥区，并且高于CK.60cm以下各处理C

20、a2-P含量又略有增加，但各施肥处理差异不显著。可见，下层Ca2-P含量的增加是由上层磷素下移造成的.Ca$-P的剖面分布见图2,020cm土层Ca8-P在化肥区与有机肥区平均含量分别为10.64mg/kg和72.52mg/kg,而CK仅为4.75mg/kgo20-40cm土层该形态无机磷在化肥区与有机肥区分别相当于。20cm的64.47%和24.01%,4060cm分别为13.92%和12.93%,6080cm与4060cm相比依然下降，但在80100cm又略有上升。Caj-PQng/kg)图1不同施肥处理土壤Ca一P剖面分布图2不同施肥处理土WCa,-P剖面分布图3为A1-P的剖面分布,0

21、-20cm土层A1-P在化肥区与有机肥区平均含量分别为11.97mg/kg和93.23mg/kg,而CK仅为3.00mg/kgo20-40cm土层该形态无机璘在化肥区与有机肥区分别相当于020cm的48.83%和51.14%,4。60cm分别为11.58%和4.89%。60100cmAl-P含量又略有上升，与Ca2-P的剖面分布相似。有机肥区各处理的A1-P含量高于化肥区,且高于CK,说明施用有机肥有利于磷素向下迁移。Al-P量(mg/kg)15000-20Fe-P>(ing/kg)50100150200468a211(目)«%晓-HM2NFM2MPKM2MM2MlCK-MM2

22、NFM2MPKM2MM2Ml图3不同施肥处理土壤A1-P剖面分布图4不同施肥处理土«Fe-P剖面分布Fe-P的剖面分布与Ca2-P,Ca8-P，Al-P也大致相似，见图4,表层的Fe-P平均含量在化肥区与有机肥区分别为78.76mg/kg和146.07mg/kg,2040cm土层分别相当于表层的74.51%和71.69%,在4060cm,CK和N处理的Fe-P含量略有上升外，其它各处理均表现为下降，60100cm,各处理都呈现为先下降后上升。图5为Cal0-P的剖面分布,Cal0-P在无机磷组分中是变化最小的，随土层的下降减少幅度也小，到4060cm时Ca-P的含量范围仅在34.67

23、38.94mg/kg之间，60cm以下含量微微上升.O-P的含量也是随土层的降低先减少后增加，见图6,2040cm土层OP的含量在化肥区和有机肥区分别相当于表层的79.34%和71.16%,4060cm土层O-P的含量在两个施肥区分别相当于表层的49.02%和39.55%,60cm以下依然是略微上升。图5不同施肥处理土坂Ca”一P剖面分布图6不同施肥处理土壤O-P剖面分布一般认为,磷素在土壤剖面上的移动是困难的，土壤对磷的固定能力较强，璘在土壤剖面中的分布特点是上层高下层低，主要原因是磷的迁移率小，不易从上层向下移动，但从本试验研究看出，大量施用磷肥和有机肥对底层土壤的各形态无机磷的含量是有影

24、响的.HartikainenEJ认为,磷在土壤中的移动与土壤质地有关，质地越细越难淋移。李和生等1W在骚土的7年定位施肥试验表明，施用磷肥对无机磷分布的影响仅限于040cm。来璐等人在黄土高原早作土壤上的研究得出，Ca2-P,Ca.-P,Al-P在耕层以下逐渐减少，120cm以下趋于稳定.本试验表明，各形态无机磷可影响到100cm,这主要与土壤质地差异有关.研究表明，备形态无机磷的剖面分布不仅在耕层有积累的特点，在下层同样也积累，这种分布可能是由于土壤下层质地紧实，阻止了水流的下渗，从而也阻止了磷素在土体中的运移，造成磷素在深层的积累.2.4耕层土壤无机磷各组分对速效磷的贡献土壤无机璘各组分与

25、速效W(Oken-P)之间存在一定的关系.根据表1数据对土壤无机磷各组分含量与速效磷含量进行相关分析，除Ca10-P外，各组分与速效磷均呈极显著正相关.为了进一步明确各形态无机磷的有效性，将各形态无机璘与速效磷含量进行逐步回归分析，得出方程：Y=«-0.148+0.762X+0.277X2+0.363X3一0.136X,-0.257XS+0.287Xe(/i2=0.999)式中：X“X"X3，X"X”X6分别代表Ca2-P,CaLP,AlP,FeP,Ca】0-P,O-P。此方程表.Ca2-P,CaB-P,AlP,Fe-P,Ca10-P>OP对速效磷的影响明显

26、，棕壤中Ca.-P是最有效的璘源。各组分无机磷对速效磷贡献的大小顺序为:CaLP>Al-P>OPXaLPAFe-PAC-PFe-P和CaI0-P对速效磷的直接影响为负向，它们对速效磷的正相关可能是通过别的麟组分有较大的通径系数所致，这与吕家珑的研究一致°七通径分析可以进一步了解土壤各形态无机磷对速效曝的直接和间接影响及其相互转化规律。将某一因子对速效磷的影响分为宜接影响(通径系数)和该因子通过其它因子对速效磷的间接效应(通径链系数)两部分，这两部分的代数和代表该因子对速效磷的总效应，并以相关系数的形式表示土壤各形态无机磷与速效磷的相关系数大小依次为C&-P(O.9

27、84)>Ca2-P(0.983)>A1-P(O.941)>Fe-P(O.857)>Cao-P(O.810)>O-P(0.809),其中Ca,-P和Ca：-P与土壤速效磷的相关系数最大，表明它们是最有效的磷源;A1-P和FeP是仅次于它们的有效磷源，相关系数也较大；其次为OP和Ca.-P,但它们在理论上并不是有效磷源.由通径分析的数学原理可知，通径系数是标准化后的变量对自变量的偏回归系数，是反映自变量对变量影响大小的一个重要量度，由通径链系数可清楚地了解变量间相关发生的影响程度和途径。从土壤各组分无机璘对速效磷的通径分析可以看出，它们对速效磷的重要性有很大差异，其通

28、径系数依次为Ca2-P(0.664)>Cas一P(0.523)>0P(0.159)>Fe-P(-0.143)>0】。一？(一0.085)>Al-P(0.083)。可见，通径系数与相关系数有很大不同，有的甚至符号相反，最明显的是AI-P和Fe-P,尽管AI-P和Fe-P与速效璘极显著相关,但它们对速效磷的直接影响却很小，通径系数分别为一0.083和一0.143,因为它们对Caz-P和Caf-P有一个较大的通径链系数,AI-P通过C%P的通径链系数为0.637,通过Ca,-P的通径链系数为0.486；Fe-P通过Ca2-P的通径链系数为0.582,通过Ca,P的通径链

29、系数为0.455,它们主要是通过转化为Ca-P和Cas一P而间接影响速效磷的含量。另外，它们之间的相关系数也较大，其中,Ca2-P和AIP的相关系数为0.961,Cfl2-P和Fe-P的为0.877；Ca.-P和A1-P的相关系数为0.929,Ca,-P和Fe-P的为0.871.由各组分磷的通径系数可知，在长期定位试验的棕壤上，Ca2-P和Ca8-P为速效瞬的主要碑源，说明P和CaB-P对土壤速效璘的贡献最大。3结论(1)长期施用磷肥和有机肥可以使棕壤。20cm的Ca:-P,Ca8-P,Al-P>Fe-P大量积累，随土层的加深各形态无机磷含量逐渐减少,这与许多学者的研究相一致"

30、-a,。(2) 长期不施磷肥处理(N.CK的土壤中,Ca“一P和OP也有一定量的转化，因此,Ca10-P和O-P存在着缓慢的动态变化，是棕壤中潜在的磷源.(3) 长期施肥使Fe-P,Al-P,C&-P,Ca2-P的相对含量都有不同程度的上升，而且Fe-P的相对含量已处于第一位，但0P,Cai°P均下降.(4) 长期施肥对各形态无机磷剖面分布的影响相似，含量均为随土层的增加呈先下降后略微升高，基本规律为施用有机肥区施用璘肥区CK或N.可见，尽管土壤中的磷素移动性很小,但在长期大量施用磷肥时，表层土壤磷素也不同程度地向下移动.(5) 相关和逐步回归分析结果表明:CaLP，CaLP

31、,Al-P,Fe-P,O-P与速效磷之间达到1%的极显著水平,Cas-P与速效磷之间达到5%的显著水平。表明Ca2-P和Ca8-P对土壤速效磷的贡献最大.<2)±地利用方式对有机磷及其各组分在不同粒级微团聚体中的影响各不相同。土地耕垦可以降低有机磷总量在各级微团聚体中的含量，且降低率随粒级的增大而增加，有利于V10pm粒级中有机磷向50250rm粒级中分布，提高50250pm粒级活性有机磷的有效性，原因是一方面耕作使土壤更易曝踞在空气中，为微生物生长提供了良好的条件，促进了小粒级中有机磷分解进入50250rm粒级中，另一方面可能是开垦后磷肥的施入可进一步促进活性有机磷的合成。刘

32、小虎等的研究也表明，化肥的施用，尤其是氮璘钾混合施用有利于土壤活性有机磷的提高和积累区。耕垦可降低V10pm和50250»m粒级中的中活性有机磷含量，但开垦为耕地在施用磷肥的情况下有利于<10/zm粒级中其有效性的维持.土地利用方式对中稳性有机磷含量影响主要是在1050jun和50-250粒级中，并随人为扰动程度的加强而显著降低，尤其促进了耕地中其向其它有机璘组分转化。开垦为柞树林地有利于高稳性有机璘在各粒级中的分解转化，开垦为耕地由于磷肥的施用却有利于其在1050pm和5025。pm粒级累集，降低磷素的有效性。套零文徐阳春，沈其荣，茹泽圣长期施用有机肥对土壤及不同粒级中有机磷

33、含量与分配的影响J.土坂学报，2003,40(4),593一598.1 刘小虎，邹德乙，刘新华.长期轮作施肥对栋填有机磷组分及其动态变化的影响J.土壤通报，1999,30(4),20-26.2 SharpleyAN,McDowellRW,KleinmanPJA.Amounts,FormsandSolubilityofPhosphorusinSoilReceivingManure£j3«SoilScienceSocietyofAmericaJournal,2004,68(6)：20482057.3 TurnerBL»Cade-MenunBJ.CondronLM,et

34、al.Extractionofsoilorganicphosphorus。.Taianta*2005(66)1294306.4 张玉革，姜勇，梁文举，等.潮棕壤不同利用方式pH和Ohen-P的垂直变化特征J.水土保持学报,2004,18(4):89-92.5 张玉革，要勇，梁文举，等.土地利用方式对潮棕壤磷素剖面分布的影响JJ.农业环境科学学报，2005.24(3),512-516.6 吴荣贵，林葆，TiessenH.农牧交错带土壤磷素动态研究J植物营养与肥料学报，2003,9(2):131-138.7 JE建强,章明至，徐建民.林地开垦后对不同质地红壤碳氮和磷库的影响JJ土壤通报，2005,362)：185189.8 辛刚，关连珠.汪景宽不同开星年限黑土牌素的形态和数景变化口土壤通报.2002,33(6):425-427.9 BowmanRAColeCV.Anexplorat