磷肥形态和施用方式对石灰性土壤磷有效性和移动性的影响

叶壮，褚贵新，胡云才，谭崇文

（1新疆兵团绿洲生态农业重点实验室／石河子大学农学院农业资源与环境系，石河子832003；2德国慕尼黑工业大学植物营养研究所，慕尼黑D－85350）

磷肥形态和施用方式对石灰性土壤磷有效性和移动性的影响

叶壮1，褚贵新1，胡云才2，谭崇文1

（1新疆兵团绿洲生态农业重点实验室／石河子大学农学院农业资源与环境系，石河子832003；2德国慕尼黑工业大学植物营养研究所，慕尼黑D－85350）

采用同心圆扩散试验，通过模拟滴灌与不同施肥方式对液体磷肥与固体磷肥在3种不同质地石灰性土壤中的有效性与移动性进行对比研究。结果表明：液体磷肥在距施肥点7．5～43mm区域内的Olsen－P含量高于固体肥料；随着水分的加入，固、液态磷肥大部分停留在距施肥点7．5～25．5mm的土层（固肥占35%～50%；液肥占40%～60%）；距施肥点13．5～25．5mm区域内，固、液态磷肥一次性施用比其分次施用的Olsen－P含量高；施用肥料能够降低土壤pH值，但仅能影响与肥料毗邻的土壤（0～7．5mm层），对离施肥点较远的土壤影响不显著。滴灌条件下，液态磷源在石灰性土壤中的有效性和移动性高于固态磷源；固、液态磷源一次性施用比其分次施用更能提高磷肥的有效性与移动性。

石灰性土壤；不同磷源；施肥方式；磷的移动性

大量的研究表明磷肥的当即利用率仅有10%～25%［1－2］，磷在石灰性土壤中的移动一般不超过1～3cm［3］，如何进一步提高磷肥的有效性与移动性，一直为学者们所关注。近年来，液体肥料得到了飞速发展，其应用越发广泛。在美国，液体化肥占复合肥总量的15%以上，占化肥总量的30%［4－5］。对肥料肥效的研究方面，Holloway等［6］在澳洲南部石灰性土壤中的大田试验结果已经表明，液体肥料是固体颗粒肥料的一种有效的替代品，在相同的肥料施用量下种植小麦，液体磷源与比固体磷源增产4～15倍；对肥料机理的研究方面，Lombi等［7－8］利用 X－ray衍射技术对石灰性土壤中固体和液体磷肥施用区及其周围区域的密度变化进行研究，发现固体肥料受水流阻碍的影响大，磷容易与土壤发生沉淀反应而被固定，而液体肥料受水流的影响小，较难被土壤固定。

新疆是全国最大的节水灌溉地区，膜下滴灌可将肥料溶于滴灌水中进行随水滴灌施肥，极大提高了肥料的利用效率［9］，已广泛应用于小麦、棉花、加工番茄等作物，滴灌施肥方式能显著影响作物的生物量和产量［10－11］。液体磷肥在新疆的应用具有巨大潜力，利用液体磷源滴灌施肥以改变基肥为主的传统施磷方式，对提高磷肥肥效与磷在土壤中分布的均匀性等方面都具有一定的现实意义。

本研究通过室内模拟试验，比较固、液态磷源在3种不同质地土壤中的有效性和移动性，通过滴灌与不同施肥方式相结合，从机理上研究液体磷肥在土壤中的扩散行为，旨在为液体磷肥的优越性提供依据，推广液体磷肥在新疆干旱区石灰性土壤中的应用，进而提高该地区作物的磷营养状况。

1 材料与方法

1．1 材料

试验在新疆兵团绿洲生态农业重点实验室内进行。供试土壤为本地典型的地带性土壤灌耕灰漠土（灌淤旱耕人为土，Calcaric Fluvisals）。

试验选取砂土、壤土、粘土3种质地的土壤分别采自北疆漠索湾垦区的新疆兵团149团、147团和石河子大学农学院实验站。土壤经自然风干，充分混匀，过2mm孔筛后使用。供试土壤（砂土、壤土、粘土）的主要性状见表1。

表1 供试土壤主要性状Tab．1Selected properties of test soil

供试磷肥品种：固体磷肥为重过磷酸钙（TSP，P2O546%，），液体磷肥为专利产品酸性液体滴灌专用肥（N≥20%，P2O5≥6%，K2O≥6%，pH 为3．9，总养分量≥32%）。为了保证不同磷源N、P、K比例一致，固体磷肥分别用尿素（N 46%）和氯化钾（K2O 62%）补充与液体磷肥等量的氮、钾养分。

1．2 方法

1．2．1 试验设计

取过2mm筛的风干土壤78g装入皮氏培养皿（高1．1cm，直径8．7cm），控制土壤容重为1．25～1．35g／cm3。施肥量设计为大田施肥量的3倍，各处理分3个施磷量，分别为施磷（P2O5）量1∶9．36 mg／皿、施 磷 （P2O5）量 2∶18．72mg／皿、施 磷（P2O5）量3∶37．44mg／皿，每个施肥量重复3次。加水量为土壤田间持水量的70%，砂土、壤土和粘土的总水分加入量分别为9．83mL／皿、12．56mL／皿和16．38mL／皿。肥料从培养皿的中心加入，模拟滴灌方式从中心加水，具体分为以下几个处理：1）固体肥料与土壤充分混匀，分4次滴水；2）固体肥料与水一次性加入；3）固体肥料分4次加入，分4次滴水；4）液体肥料溶于水后一次性加入；5）液体肥料溶于水后分4次加入。肥料与水分加入完毕后，培养皿立即用帕拉胶（Parafilm）密封，放置于黑暗控温培养箱中培养3周，期间模拟昼夜温差变化：25℃16h；20℃8h。

1．2．2 分析测试项目及其处理方法

培养结束后，用不同内径的中空圆筒状取样器对土壤进行取样，以获得离施肥点不同距离的土壤片段，土样距施肥点的间隔距离分别为：0～7．5 mm，7．5～13．5mm，13．5～25．5mm，25．5～43．0 mm。待测土壤样品风干后磨碎按照常规方法［12］测定土壤pH值（水土比5∶1）、全磷、速效磷（Olsen－P）。

1．2．3 数据统计

利用EXCEL 2003进行数据整理，用SPSS 11．5统计软件对数据进行One－way ANOVA统计分析，并用Duncan方法对数据进行多重比较。

2 结果与分析

2．1 施用方式与供磷形态对土壤有效磷含量的影响

在所有处理中，除了固肥与土壤混匀处理各圈层Olsen－P含量相似之外，其余4个处理各圈层的Olsen－P含量均呈现自施肥点层由内向外依次降低的趋势，其中前两层（0～7．5mm层与7．5～13．5mm层）的 Olsen－P含量显著高于后两层（13．5～25．5mm层与25．5～43．0mm层），3种施磷量也表现出一致的变化规律（图1）。液肥处理7．5～13．5mm与13．5～25．5mm两层的Olsen－P含量均高于固肥处理。以施磷量2的砂土为例，液肥一次施用处理在7．5～13．5mm圈层与13．5～25．5mm圈层的 Olsen－P含量分别为450mg／kg与273mg／kg，明显高于固肥一次施用处理的291mg／kg与175mg／kg（图1a）。

从图1还可以看出，离施肥点较远的土层中，固、液态磷肥一次性施用处理的Olsen－P含量均高于其分次施用处理，这一点在13．5～25．5mm层最为明显。以施磷量2的壤土为例，“液肥一次”与“液肥分次”在13．5～25．5mm层中的 Olsen－P量分别为211mg／kg与102mg／kg；“固肥一次”与“固肥分次”的分别为101mg／kg与87mg／kg。

图1 距肥料施入点不同距离土层的Olsen－PFig．1Concentration of Olsen－P in different soil sections

2．2 不同处理条件下外施磷肥在土壤中的移动性

外加磷源随着水分的扩散而迁移，3种不同质地土壤各处理之间肥料距施肥点不同距离土层的分布存在显著差异。各圈层中肥料磷所占百分比（%PfS1～4）按照以下公式［13］计算：

式（1）中，i代表4个土壤圈层，［Pf］Si和 Wi代表各圈层土壤的全磷浓度和土重，［Pf］Si由各圈层全磷量减去未施肥的空白处理全磷量得到。

如图2a，砂土中固、液态磷肥在各圈层所占百分比从内层向外呈现增大趋势，最大值均出现在第3层（13．5～25．5mm），以施磷量1的砂土为例，“固肥一次”、“固肥分次”、“液肥一次”、“液肥分次”在该层所占比例分别为40%、37%、46%、35%。

在壤土中，肥料分次施用处理的最大值出现在第2层（7．5～13．5mm层），而肥料一次施用处理的最大值出现在第3层（13．5～25．5mm层），例如壤土在施磷量1下，“固肥分次”与“液肥分次”在7．5～13．5mm层的百分比分别为47%与45%；“固肥一次”与“液肥一次”在13．5～25．5mm层的百分比分别为36%与61%（图2b）。在粘土中，“固肥分次”、“液肥一次”、“液肥分次”处理的分布规律与在壤土中类似，但“固肥一次”处理的最大值却出现在离施肥点最近的0～7．5mm层（图2c）。固、液态磷肥不同处理在3种土壤中不同的分布规律很可能是由供试土壤之间质地的差异造成的。

图2 肥料磷在各圈层土壤所占百分比Fig．2Percentage of P derived from fertilizer in each soil sections

2．3 不同肥料处理对各圈层土壤pH值变化的影响

3种不同质地土壤的本底pH值分别是：砂土8．53，壤土8．37，粘土8．51。3种施磷量之间对土壤pH值的影响并无差异。以施磷量2为例，由表2可以看出，固体肥料与土壤充分混匀处理中，4个圈层土壤pH值趋于一致。而固、液态磷的加入则均能降低施肥点区域土层（0～7．5mm层与7．5～13．5mm层）的土壤pH值，但对离施肥点较远的土层影响不明显。固、液肥处理中，3种土壤的最低pH值均出现在0～7．5mm层，固、液态磷肥都具有一定的酸化效应，且二者降低土壤pH值的能力相近。由表2还可以看出，肥料一次施用与肥料分次施用对土壤pH值的影响也无明显差异。

表2 三种土壤距施肥点不同距离土层pH值（施磷量2）Tab．2pH at different distances from the point of fertilizer application

3 讨论

3．1 不同磷源及不同施肥方式对土壤磷有效性与移动性的影响分析

Hettiarachchi等［8］通过向土壤中先加水后加肥料的研究表明，固态磷肥施入土壤后，水分运动的方向与溶解态磷的扩散方向相反，对磷在土壤中的扩散造成了阻碍，外加磷肥在土壤中的分布随施肥点距离增加而递减，大部分肥料被局限在施肥点区域。而本试验中，先向土壤中加入肥料后加水，固、液态磷肥均随水分湿润峰的迁移而扩散，因此外加磷源在各土壤圈层中的分布随施肥点距离增加而递增。但是在本试验所用的粘土中，由于其较小的土壤孔隙与较大的阻滞系数，固态磷在土壤中的分布与Hettiarachchi等［8］的实验相似，大部分固体磷肥仍保留在施肥点层（0～7．5mm层），固体磷在土壤中的分布随施肥点距离增加而递减，这与其先加水后加肥料的研究结果一致，说明在粘土中，水分与肥料的加入次序对固体磷的移动性影响不明显。

本试验离施肥点较远的13．5～25．5mm层中，固、液肥一次施用处理的Olsen－P含量高于其分次施用，说明磷肥一次性施用较其分次施用的有效性高、在土壤中移动的距离更远，这是由于肥料分次施用增加了肥料与土壤接触而被土壤固定的几率，同时，水分分次加入的流动性远不如一次性加入的强，且水肥分次施用的浓度远高出水肥一次施用，以上因素导致“水肥分次”在施肥点层的Olsen－P量比“水肥一次”高，而在离施肥点较远的土层中却低于“水肥一次”；液态磷处理在13．5～25．5mm层中的Olsen－P含量高于固态磷，说明液态磷源在土壤中的有效性与移动性高于固态磷源。

3．2 不同磷源对土壤pH的影响分析

虽然本试验所用的固、液态磷肥均有一定酸性，但是固体肥料施用后土壤pH值的变化，主要是由肥料颗粒中的阳离子与被土壤所固定成吸附态的H＋发生离子交换作用造成的，而液体肥料则主要是因其自身的酸性，酸化了施肥点周围的土壤，使与其毗邻的土壤发生pH值的变化。国内外很多研究也表明，由于酸性液体肥料自身低的pH值，能够显著的降低土壤pH，但仅仅限制在与肥料相毗邻的土壤［14－15］。酸性肥料降低土壤pH 值，并不是提高石灰性土壤磷肥利用率的主要因素。

4 结论

1）液体肥料在施肥点外围区域中土壤Olsen－P含量高于固体肥料，其有效性更高。

2）在滴灌条件下，固、液态磷肥在土壤中的分布随水分湿润峰迁移，肥料百分比最大值出现在湿润峰所在圈层。

3）肥料的施入能够显著改变3种土壤的pH值，但只能影响施肥点附近 （0～7．5mm）的土壤。

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A Comparison of Mobility and Availability of Different Sources Phosphorus Fertilizer in Calcareous Soils under Simulation Conditions

YE Zhuang1，CHU Guixin1，HU Yuncai2，TAN Chongwen1
（1The Key Laboratory of Oasis Eco－Agriculture，Xinjiang Production and Construction Group／Department of Resources and Environmental Science，College of Agriculture，Shihezi University，Shihezi 832003，China；2Institute of Plant Nutrition，Department of Plant Science，Technical University of Munich D－85350，Germany）

Phosphorus fixation in a calcareous soil is a major factor in limiting the mobility and availability of P fertilizer．This paper applied different fertigation and employed Petri dish to investigate the differences between granular and fluid form of P fertilizers placed in three kinds of calcareous soil．The results indicated that Olsen－P of fluid fertilizer in 7．5～43mm sections were higher than granular fertilizer．A majority of fertiliser P remained within 7．5～25．5mm section（granule：35%～50%；fluid：40%～60%）．In 13．5～25．5mm section，the content of Olsen－P in the treatment of all phosphorus fertilizer applied one time were higher than the treatment of all phosphorus fertilizer applied four times．Significant decrease in soil pH caused by different fertilizers and different application methods were obtained only in soil section of 0～7．5 mm where fertilizer was applied（P＜0．05）．When applying different forms of P fertilizers to the calcareous soils by fertigation，fluid fertilizer can provide a greater diffusion，availability compared with granular fertilizers．

calcareous soil；fluid and granular fertilizer；fertigation；phosphorus mobility

S143

A

2010－01－14

教育部“春晖计划”项目（z2005－2－83003），新疆兵团农业科技攻关项目（04GG03）

叶壮（1985－），男，硕士生，专业方向为土壤与植物营养生理生态；e－mail：jazz85＠stu．shzu．edu．cn。

褚贵新（1969－），男，副教授，从事土壤与植物营养生理研究；e－mail：chuguixin＠gmail．com。