牛粪对黑土土壤无机磷形态的影响

史喜林，李 鹤，秦治家，高云航，娄玉杰，刘淑霞*

(1．吉林农业大学 资源与环境学院，吉林 长春 130118； 2.吉林省东辽县足民农业站，吉林 东辽 136615；3．吉林农业大学 动物科技学院，吉林 长春 130118)

生态养殖

牛粪对黑土土壤无机磷形态的影响

史喜林1，李 鹤1，秦治家2，高云航3，娄玉杰3，刘淑霞1*

(1．吉林农业大学 资源与环境学院，吉林 长春 130118； 2.吉林省东辽县足民农业站，吉林 东辽 136615；3．吉林农业大学 动物科技学院，吉林 长春 130118)

采用盆栽试验研究牛粪对黑土土壤无机磷形态的影响，探讨黑土土壤无机磷形态的变化规律和供磷能力的变化，明确牛粪在提高土壤磷利用效率中的作用。结果表明，施用牛粪可增加土壤中不同形态磷的含量，随着牛粪用量的增加，土壤中不同形态磷的含量均有所增加。铝结合态磷酸盐(Al-P)和铁结合态磷酸盐(Fe-P)的增加幅度最大，闭蓄态磷酸盐(O-P)的增加幅度最小。施用牛粪可以改变各种无机磷占无机磷总量的比例顺序，由未施牛粪的Fe-P>钙结合态磷酸盐(Ca-p)>AL-P>O-P，到施用牛粪的Fe-P>AL-P>Ca-P>O-P；表层土壤各种形态磷的含量高于下层土壤，而相对含量是除了AL-P外，其余各形态磷的含量均是下层土壤的高。试验结果说明，施用牛粪可以使土壤中无机磷的形态向AL-P转化，增加黑土中对植物有效性高的无机磷的含量。

牛粪；黑土；无机磷形态分级；磷素有效性

磷是植物生长发育所必需营养元素之一，影响着植物的生长发育和品质。而磷肥的当季利用率一般只有10%～25%,其原因是施入土壤的磷肥很快转化钙结合态磷酸盐(Ca-P)、铝结合态磷酸盐(Al-P)、铁结合态磷酸盐(Fe-P)、闭蓄态磷酸盐(O-P)等形态无机磷被土壤固定[1]，不同形态的无机磷的有效性差异也很大，影响着作物对磷的吸收利用[2]。磷素被土壤固定，增加了磷素流失的机率，大量磷素通过径流进入水体，使水体中磷的含量增加。不少调查与研究结果表明，磷是大部分淡水富营养化的限制因子，如果水体含磷量超过20～35 μugP/L就极有可能导致藻类大量繁殖[3]。因此对于土壤无机磷形态的研究一直是人们比较关心的问题。

关于无机磷的形态研究始于20世纪30年代，Fraps[4]指出了土壤中无机磷主要以Ca、 Fe、 AL的磷酸盐形态存在，各种形态磷之间可以转化，通过无机形态分级测定可以了解磷肥施入土壤中的变化。土壤无机磷的分级，虽有很多研究，但是比较系统和完整的方法是由张守敬和Jackson[5]于1957年提出的，并且在后续又进行了许多改正。虽然该方法对于主要以磷酸钙形态存在的石灰性土壤中无机磷的分级具有一定的缺点，但是到目前为止，仍然是国际上对于酸性或中性土壤研究无机磷形态组成和转化的主要方法[6]。土壤中无机磷的形态除了受土壤类型、土壤特性等因素影响外，主要受施肥的影响，施肥可以改变土壤中不同形态磷的含量。王平等[7]进行了长期施肥对黑垆土无机磷形态的影响研究，研究结果表明长期施肥对黑垆土无机磷各组分相对含量均有影响。张漱茗等[8]等研究结果表明，连续施用氮磷钾化肥、化肥基础上增施有机肥使土壤中Ca2-P提高6.3倍和7.69。李中阳等[9]研究结果表明，长期化肥有机肥配施增加了土壤中 Ca8- P、 Al- P和 Fe- P 等活性较高的无机磷。陈欣[10]研究结果表明长期施用有机肥显著改变了黑土中各无机磷组分的含量，长期施用化肥配施猪粪能够显著增加Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的绝对含量和相对含量，同时减少Ca10-P和0-P的相对含量。牛粪是一种很好的生物质资源，其质地细密、含水量大、粗纤维、粗灰分以及无氮浸出物含量相对较高、重金属含量相对最低，作为肥料在农业生产中被广泛使用[11]。近年来，随着肉牛、奶牛等养殖业迅速发展，牛粪产量日益增加，若缺乏有效处理手段，大量牛粪堆积容易造成严重的污染。因此本文通过盆栽试验，研究了不同用量牛粪对黑土土壤的无机磷形态的影响，明确牛粪在提高土壤磷利用效率中的作用，为土壤磷素的管理和合理施肥，减少土壤磷素对环境的威胁提供理论依据和技术措施。

1 材料与方法

1.1 供试土壤和牛粪

供试土壤采自吉林农业大学试验田的典型黑土，在自然状态下风干备用。供试牛粪采自吉林农业大学畜牧基地，土壤和牛粪的主要理化性质见表1。

表1 供试土壤和牛粪的基本性质Table 1 Basic properties of the tested soil and cow dung

1.2 盆栽试验

试验于2012年7月开始。供试植物为白菜。选用30 cm×20 cm的塑料花盆进行试验，每盆装土12 kg。试验共设置8个处理(处理1～8,处理1为空白对照)，单施牛粪，分别是0 t/hm2、10 t/hm2、20 t/hm2、40 t/hm2、60 t/hm2、80 t/hm2、100 t/hm2、200 t/hm2。3次重复。9月初白菜收获后，分层(0～5 cm和5～15 cm)采集土壤，用于土壤磷素形态的分析。

1.3 分析测定方法

土壤基本理化性质测定采用常规测定方法[11]；不同形态无机磷的含量采用张守敬[5]采用的方法进行测定；无机磷的相对含量采用于群英等[12]采用的计算方法。

1.4 数据处理

数据采用Excel2003和SPSS18.0进行分析处理，结果用：“平均值±标准差”表示，P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同牛粪用量对黑土无机磷各形态含量的影响

表2和表3是不同牛粪处理黑土各形态无机磷含量的变化。由表2和表3可看出，施用牛粪黑土中不同形态的无机磷含量都发生了变化。施用牛粪使土壤中各种形态的无机磷含量均有所增加，且随着牛粪用量的增加均趋于增加。

表2 不同牛粪处理黑土各种形态无机磷的含量(0～5 cm)Table 2 Contents of various forms of inorganic phosphorus in different cow dung treatments(0～5 cm) mg/kg

注：同列肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。下同。

Notes：Values with different lowercase superscripts in the same column indicate significant difference(P<0.05).The same as below.

其中，随着牛粪用量的增加，0～5 cm 土层中Ca-P的含量的变幅为52.4～62.1 mg/kg，分别增加了1.7、4.3、4.7、5.3、6.5、7.0、9.7 mg/kg，当牛粪施用量达到200 t/hm2时，土壤中Ca-P的含量是最高的，与低施肥处理之间差异显著(P<0.05)，达到了62.1 mg/kg。

就Fe-P和AL-P的含量而言，表现出与Ca-P的一样变化规律。随着牛粪用量的增加，Fe-P的含量的变幅为110.5～201.1 mg/kg，分别增加了15.1、22.3、20.5、25.0、45.2、74.9、90.7 mg/kg，当牛粪施用量达到200 t/hm2时，土壤中Fe-P的含量是最高的，达到了201.1 mg/kg，但此时Fe-P的增加幅度却在降低的；空白处理与高施肥量处理之间差异显著(P<0.05)，与其他处理差异不显著(P>0.05)。随着牛粪用量的增加，AL-P的含量的变幅为32.1～146.1 mg/kg，分别增加了28.0、33.85、 38.4、45.6、57.7、85.3、114.0 mg/kg，当牛粪施用量达到200 t/hm2时，土壤中AL-P的含量是最高的，达到了146.1 mg/kg。不同牛粪用量间差异显著性分析结果表明，不同处理间差异显著(P<0.05)。

O-P含量的变幅为11.4～19.3 mg/kg，分别增加了1.7、3.1、4.3、5.2、5.4、6.0、7.8 mg/kg，当牛粪施用量达到200 t/hm2时，土壤中O-P的含量是最高的，与其他处理之间差异显著(P<0.05)，达到了19.3 mg/kg。

表3 不同牛粪处理黑土各种形态无机磷的含量(5～15 cm)Table 3 Contents of the various forms of inorganic phosphorus in different cow dung treatments(5～15 cm) mg/kg

施用牛粪使5～15 cm土层中各种形态的无机磷含量表现出与0～5 cm 土层土壤中同样的变化规律(见表3)。随着牛粪用量的增加各种形态的磷含量均有所增加。不同牛粪用量间差异显著性分析结果表明，施用牛粪对黑土中Ca-P 和O-P的影响规律相同，在低量牛粪处理下不同处理间差异不显著(P>0.05)，但在高量牛粪处理下不同处理间差异显著(P<0.05)；对Fe-P 和AL-P而言，不同处理间差异显著(P<0.05)。

表4 不同牛粪处理黑土各种形态无机磷的相对含量(0～5 cm)Table 4 Relative content of the various forms of inorganic phosphorus in different cow dung treatments(0～5 cm) mg/kg

2.2 不同牛粪用量对黑土无机磷各形态相对含量的影响

表4和表5是不同牛粪处理黑土各种形态无机磷的相对含量(即各种形态的磷含量除以把四种形态磷值加到一起的和)。由表4和表5可知，没施用牛粪的黑土中各种形态无机磷比例大小为Fe-P(53.69%和56.14%)、Ca-P(25.41%和27.22%)、AL-P (15.34%和11.37%) 、O-P(5.56%和5.28%)；施用牛粪后黑土中各种形态无机磷比例大小为Fe-P(49.56%～46.92%和51.46%～46.98%)、AL-P(23.81%～34.07%和17.34%～33.38%) 、Ca-P(21.42%～14.50%和25.68%～15.16%)、O-P(5.21%～4.50%和5.52%～4.48%)。施用牛粪使黑土中各种形态磷比例大小发生了变化，AL-P的相对含量增加，而且超过了Ca-P；Ca-P、Fe-P和 O-P的相对含量降低。随着牛粪用量的增加，Ca-P、Fe-P和 O-P的相对含量在逐渐下降，而AL-P的相对含量在逐渐增加，但Fe-P在不同形态磷中所占的比例始终是最高的。

表5 不同牛粪处理黑土各种形态无机磷的相对含量(5～15 cm)Table 5 The relative content of the various forms of inorganic phosphorus in different cow dung treatments(5～15cm) %

2.3 不同牛粪用量对黑土无机磷各形态在土壤中分布的影响

图1至图4是不同形态磷在土壤中的分布情况。由图1可见，0～5 cm 土层中的Ca-P、Fe-P、AL-P和 O-P含量高于5～15 cm土层。造成这一现象的原因，可能是因为磷在土壤中迁移率小，不易从上层迁移到下层土壤。而对于不同形态无机磷的相对含量变化不同，其中Ca-P、Fe-P和 O-P的相对含量上层土壤的低于下层土壤，而AL-P的相对含量是上层土壤的高于下层土壤的。就Ca-P、Fe-P而言，不同处理间，牛粪用量较低时，差异不显著，牛粪用量高时，差异显著；而AL-P和O-P，不同处理间差异显著。

图1 不同牛粪处理下黑土Ca-P在土壤中的分布Fig.1 Black soil Ca-P distribution in soil in different cow dung treatments

图3 不同牛粪处理下黑土AL-P在土壤中的分布Fig.3 Black soil AL-P distribution in soil in different cow dung treatments

图2 不同牛粪处理下黑土Fe-P在土壤中的分布Fig.2 Black soil Fe-P distribution in soil in different cow dung treatments

图4 同牛粪处理下黑土O-P在土壤中的分布Fig.4 Black soil O-P distribution in soil in different cow dung treatments

3 讨 论

土壤中磷素状况受到施肥的影响。长期施用有机肥能显著的增加耕层土壤磷素的积累，耕层以下各形态磷素均显著增加，特别是大施肥量施用牛粪时，土壤磷素的积累状况更加突出[13]。韩晓日等[14]研究结果表明，在棕壤上长期施入有机肥,除了Ca10-P含量在耕层减少外,其它各形态无机磷含量都有所增加；李中阳等[9]研究结果表明，长期化肥有机肥配施增加了土壤中 Ca8-P、 Al-P和 Fe-P 等活性较高的无机磷。王伯仁等[15]研究结果，施用有机肥土壤中的无机磷以Al-P和Ca-P为主，其中Al-P增加幅度最大。本研究的结果表明,施用牛粪可以增加土壤中不同形态磷的含量，随着牛粪用量的增加土壤中不同形态磷的含量均有所增加。其中，AL-P和Fe-P的增加幅度最大，O-P的增加幅度最小，并且不同牛粪处理的表层土壤各种形态磷的含量高于下层土壤，而相对含量是除了AL-P外，其余各形态磷的含量均是下层土壤的高。这与上述的研究结果是一致的。长期施用有机肥可以增加土壤中无机磷含量的主要原因是，施有机肥不但能通过自身所带的磷的循环再利用改善磷素营养，畜粪有机肥料中的磷以无机磷为主，有机态磷也易转化[16]。

长期施用肥料对土壤无机磷的相对含量有一定的影响，可以增加无机磷的有效性。陈欣[10]研究结果表明，长期施用有机肥显著改变了黑土中各无机磷组分的含量，长期施用化肥配施猪粪能够显著增加Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的绝对含量和相对含量，同时减少Ca10-P和0-P的相对含量；马艳梅[17]研究表明，长期施用有机肥白浆土中的无机磷形态主要向AL-P、Fe-P、O-P转化；夏立忠等[18]研究表明，施用有机肥使土壤中有效性高的无机磷含量增加。本研究中,施用牛粪可改变各种无机磷占无机磷总量的比例顺序，由未施牛粪的Fe-P﹥Ca-P﹥AL-P ﹥O-P，到施用牛粪的Fe-P﹥AL-P﹥Ca-P﹥O-P；一般研究认为，在酸性土壤中AL-P和Fe-P是土壤有效磷的主要来源，在中性或石灰性土壤中AL-P是主要的有效磷源，Ca-P中的Ca2-P是有效磷源，Ca8-P有效性次之，而Ca10-P和O-P是植物的潜在磷源[19]。说明施用牛粪可以使土壤中无机磷的形态向AL-P转化，增加黑土中对植物有效性高的无机磷的含量。这可能是有机肥与土壤无机颗粒通过铁、铝和钙剑桥复合，相应降低了土壤中铁、铝和钙离子的浓度，从而减少了固定[20]，施用有机肥可以增加土壤中有机质含量,由于有机质在分解过程中的中间产物及腐殖化过程中含有酚基和羧基的富里酸对Fe (OH)3的络合作用，使 Fe- P闭蓄过程受到抑制，从而使 O- P的转化率降低，施用有机肥能够使积累的磷向有效态转化[21]。

4 结 论

施用牛粪可以增加土壤中不同形态磷的含量，随着牛粪用量的增加土壤中不同形态磷的含量均有所增加。其中，AL-P和Fe-P的增加幅度最大，O-P的增加幅度最小；施用牛粪后黑土中AL-P相对含量增加，而Ca-P 、Fe-P和 O-P的相对含量降低，随着牛粪用量的增加表现出相同的变化规律，不同牛粪用量间差异显著性分析结果表明，就Ca-P、Fe-P、O-P而言，不同处理间，牛粪用量较低时，差异不显著，牛粪用量高时，差异显著；而AL-P不同处理间差异显著。施用牛粪后不仅提高了磷的有效性，也增加了潜在的磷源。

施用牛粪可以改变各种无机磷占无机磷总量的比例顺序，由未施牛粪的Fe-P>Ca-P>AL-P>O-P，到施用牛粪的Fe-P>AL-P>Ca-P>O-P；这说明，施用牛粪可以使土壤中无机磷的形态向AL-P转化，增加黑土中对植物有效性高的无机磷的含量。

不同牛粪处理的表层土壤各种形态磷的含量高于下层土壤，而相对含量是除了AL-P外，其余各形态磷的含量均是下层土壤的高；这说明，施用牛粪对磷在土壤表层的累积及活化有一定的作用。

[1]刘建玲,李仁岗.栗钙土中磷肥转化及效应研究[J].植物营养与肥料学报,1996,2(3):206-211.

[2]Mo Shuxun.Effect of soil organic acids production and transformation on soil fertility[J].Prog Soil Sci，1986，14(4)：1-10.

[3]王成红，禽畜粪便施用最大量磷素指标的确定[D].江苏扬州：扬州大学，2009.

[4]Fraps，watkin B R.The cattle dung Pateh.11.Effect of a dung patch on the chemical status of the soil and ammonia nitrogen iosses from the Pateh[J].Journal of the British Grassland Society，1972，25(27):43-48.

[5]张守敬,Jackson M L.Fractionation of soil phosphorus[J].Soil Sci,1957,84:133-144.

[6]鲍士旦，土壤农业化学分析[M].北京：中国农业出版社，1999.

[7]王 平，李风民，刘淑英，等.长期施肥对黑垆土无机磷形态的影响研究[J].土壤，2005,37(5):534-540.

[8]张漱茗,于淑芳,刘光栋,等.连续施肥对土壤磷钾组分变化的影响[J].植物营养与肥料学报，2000,6 (4) :375-382.

[9]李中阳 ，徐明岗，李菊梅，等.长期施用化肥有机肥下我国典型土壤无机磷的变化特征[J].土壤通报，2010，41(6)：1 434-1 439.

[10]陈 欣.长期施用有机肥对黑土磷素形态及有效性的影响[D].黑龙江哈尔滨：东北农业大学，2012.

[11]Walter M，Elizabeth K W，Carolins P，et al.Recycling of manure nutrients： use of algal biomass from dairy manure treatment as a slow release fertilizer[J].Bioresource Technology，2005，96(4)：451-458.

[12]于群英，李孝良，李粉茹，等.安徽省土壤无机磷组分状况及施肥对土壤磷素的影响[J].水土保持学报，2006，,2(4)：60-62.

[13]李江涛，钟晓兰，张 斌，等.长期施用禽畜粪便对土壤孔隙结构特征的影响[J].水土保持学报，2010,24(6)：138-139.

[14]韩晓日，马玲玲,王晔青,等.长期定位施肥对棕壤无机磷形态及剖面分布的影响[J].水土保持学报，2007，21(4)：51-55，144.

[15]王伯仁，徐明岗,文石林.长期施肥对红壤旱地磷的影响[J].中国农学通报，2005，22(9):255-259.

[16]左海军，张 奇，徐立刚,等，农田氮素淋溶损失影响因素及防治对策研究[J].环境污染与防治，2008，30(12)：83.

[17]马艳梅.长期定点施肥对白浆土磷素形态转化的影响[J].黑龙江八一农垦大学学报，2006,18(2):39-41.

[18]夏立忠,Roy Ander S.长期施用牛粪条件草原土壤磷的等温吸附与解吸动力学[J].土壤,2000,32(2):160-164.

[19]辛 刚,关连珠,汪景宽.不同开垦年限黑土磷素的形态和数量变化[J].土壤通报,2002,33( 6) : 425- 427.

[20]熊 毅.土壤胶体的组成及复合[J].土壤通报，1999,16(5):1-8.

[21]张玉革,姜 勇,梁文举,等.土地利用方式对潮棕壤磷素剖面分布的影响[J].农业环境科学学报,2005,24(3):512- 516.

EffectofCowDungonMorphologicalCharacteristicsofInorganicPhosphorusinBlackSoil

SHI Xi-lin1,LI He1,QIN Zhi-jia2,GAO Yun-hang3,LOU Yu-jie3,LIU Shu-xia1*

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,JilinAgriculturalUniversity,ChangchunJilin,130118；2.ZuminAgricultureStationinDongliaoCounty,DongliaoJilin,136615;3.CollegeofAnimalScienceandTechnology,JilinAgriculturalUniversity,ChangchunJilin,130118)

Pot experiment was adopted to investigate the effects of cow dung on the black soil inorganic phosphorus forms,as well as the variation of black soil inorganic phosphorus forms and phosphorus supply capacity changes so as to detect the cow dung effect on improving the use efficiency of soil phosphorus.The results showed that the application of cow dung could increase the content of different forms of phosphorus in the soil,the more consumption of cow dung,the higher the different forms of phosphorus content in the soil.The maximum growth in AL-P and Fe-P,and the minimum increase of O-P were observed.The application of cow dung changed all kinds of inorganic phosphorus or proportion of the total inorganic phosphorus in the order of Fe-P﹥Ca-P﹥AL-P﹥O-P without cow dung and then Fe-P﹥AL-P﹥Ca-P﹥O-P with cow dung.The content of various forms of phosphorus in the surface soil was higher than that in subsoil,however,except for the relative content of AL-P,the content of the rest of the forms of phosphorus was high in the subsoil.It revealed that application of cow dung can help transfer soil inorganic phosphorus to AL-P,and increase the inorganic phosphorus content which is highly effective to plants in black soil.

cow dung；black soil; morphological characteristics of inorganic phosphorus; phosphorus availability

2014-04-15，

2014-05-13

吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目(216-172);吉林省科技发展计划项目(20110202);吉林省科技引导计划项目(201205057);现代农业产业技术体系建设专项资金资助(nycytx-38)

史喜林，男(1989-)，辽宁省阜新人，在读研究生。主要从事植物营养与环境生态研究。E-mail：596886185@qq.com

*[通讯作者]刘淑霞(1969-)，女，吉林省辽源人，博士，教授，主要从事施肥与生态环境、废弃物资源化利用和面源污染防治技术等研究。E-mail：liushuxia2005824@163.com

S811.6

A

1005-5228(2014)08-0072-06