连续3年施用磷石膏对红壤理化性质的影响

尹元萍，舒艺周，董文汉，黄 莉，孙文丽，宋玲凤，梁 泉 *

(1.云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；2.云南云天化以化磷业研究技术有限公司，云南 昆明 650041；3.云南农业大学科技处，云南 昆明 650201；4.中国西南野生生物种质资源库，云南 昆明 650500；5.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；6.云南省化工研究院，云南 昆明 650041)

连续3年施用磷石膏对红壤理化性质的影响

尹元萍1，舒艺周2，董文汉3，黄 莉4,5，孙文丽5，宋玲凤6，梁 泉5 *

(1.云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；2.云南云天化以化磷业研究技术有限公司，云南 昆明 650041；3.云南农业大学科技处，云南 昆明 650201；4.中国西南野生生物种质资源库，云南 昆明 650500；5.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；6.云南省化工研究院，云南 昆明 650041)

以已进行3年的甘蔗磷石膏定位试验为背景，研究了3年里红壤上施用磷石膏对土壤理化性质和重金属累积的影响。结果表明：与对照(仅施用氮磷钾)比较，施用磷石膏后土壤pH值、土壤总孔隙度明显下降，容重提高；土壤速效磷、有效硫、有效硅、Ca2+、Al3+含量显著增加；有效氮、钾有所提高；施用PG后，土壤盐基饱和度不同程度降低，降幅为1.17 %～2.98 %，平均降幅2.41 %；而交换性钙、交换性总酸、交换性铝、阳离子交换量含量不同程度的增加。与对照比较，交换性钙、阳离子交换量分别增加45.57 %和39.92 %，交换性总酸和交换性铝分别增加1.74和2.84倍；土壤残留砷、镉、铬、汞、铅低于国家Ⅲ类土壤规定值。研究结果为磷石膏在红壤上的利用提供了科学依据。

红壤；磷石膏；甘蔗；理化性质；重金属含量

表1 供试土壤的理化性质

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用磷石膏由云天化集团红磷分公司提供。本试验所用磷石膏抽样分析结果表明，镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)等5种有害元素含量均末达到限量值。

供试甘蔗品种为‘桂糖11号’，由开远市农技中心提供。

供试肥料尿素(云南开远解化化工公司生产，含N 46 %)、钙镁磷肥(个旧市大通磷化工厂生产，含P2O512 %)、氯化钾(吉林通化绿地农药化肥有限公司生产，含K2O 60 %)。

1.2 试验地点及基础土壤理化性质

1.2.1 试验 于2012年3月-2014年3月连续3年在云南省开远市乐白道办事处阿德邑村委会清塘子村民小组农户王忠华的承包地里实施，海拔1171 m，前作玉米，近8年无普钙施用史。

1.2.2 供试土壤 试验地为云南地区典型的缺磷赤红壤，质地为砂壤，前作玉米。土壤理化性质见表1。

1.3 田间试验设计

试验设7个处理，处理1：空白(CK1)(简称T1，下同)；处理2：NPK (CK2)(用量为N 210 kg/hm2，P2O567.5 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2，简称T2，下同)；处理3：NPK+1500 kg/hm2PG(简称T3，下同)；处理4：NPK+7500 kg/hm2PG表施(简称T4，下同)；处理5：NPK+15 000 kg/hm2PG表施(简称T5，下同)；处理6：NPK+22 500 kg/hm2PG表施(简称T6，下同)；处理7：NPK+15 000 kg/hm2PG+15 000 kg/hm2农家肥(简称T7，下同)。

3次重复，随机排列，共21个小区，小区面积为28 m2，小区长为10 m，宽为2.8 m，试验区周边设有0.5 ～1 m的保护行。

在同一地点连续进行3年试验，甘蔗新植1年，宿根2年。

1.4 田间性状及样品测定方法

在种植前和收获后分别取土样，取样深度分0～20和20～40 cm。

土壤交换性铝用1 mol/L KCl(土液比1∶10)浸提、铝试剂分光光度法测定，土壤容重、土壤毛管孔隙度( %)、土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙、有效硫、有效硅以及甘蔗植株砷、铅、镉、铬、汞等用常规方法[13]测定。

1.5 数据处理

试验数据均采用MicrosoftExcel2003进行平均数和标准差计算。

2 结果与分析

2.1 土壤物理性质的变化

连续3年施用磷石膏后，土壤容重增加(图1)，而土壤总孔隙度下降(图2)。

不同年份同一处理同一土层的差异性采用t检验，不同小写字母表示同一处理同一土层磷石膏施用前后差异显著(P<0.05)，下同 T test was used to compare the differences of the same soil layer in the same treatment for different years, and different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).The same as below图1 甘蔗种植前后土壤容重的变化趋势Fig.1 The change of soil bulk density before and after sugarcane planting

由图1可见，甘蔗连续种植3年后，比较相同处理的同一土层中土壤容重的变化，发现：表层土壤(0～20 cm)容重小于下层土壤(20～40 cm)；T1和T2同一土层的土壤容重均没有显著差异；施用少量磷石膏(T3)，表层土壤容重没有显著变化；施用较多磷石膏后(T4、T5、T6)，表层土壤容重显著提高，而下层土壤容重差异不显著；磷石膏配施农家肥可以有效减缓土壤容重的下降。

由图2可见，比较相同处理的同一土层中土壤总孔隙度的变化，发现：表层土壤(0～20 cm)总孔隙度大于下层土壤(20～40 cm)；T1和T2 处理同一土层的土壤孔隙度均没有显著差异；施用少量磷石膏(T3)，表层土壤孔隙度没有显著变化；施用较多磷石膏(T4、T5、T6、T7)，表层土壤总孔隙度显著降低，而下层土壤总孔隙度差异不显著；磷石膏配施农家肥可以有效减缓土壤总孔隙度的降低。

2.2 土壤pH值的变化

从图3～4可以发现：施用磷石膏后，表层土(0～20 cm)和下层土(20～40 cm)pH值均呈下降趋势；对表层土壤pH值影响较大；随着磷石膏施用量增加，土壤pH值下降更为明显；磷石膏少量施用(100 kg)时土壤pH值变化不明显；第1年施用磷石膏时pH值下降最快，而后随着施用年份增加，土壤pH值逐渐降低，但降幅较平缓，说明土壤具有较强的缓冲性。

图2 甘蔗种植前后土壤总孔隙度的变化趋势Fig.2 The change of soil total porosity before and after sugarcane planting

图3 表层土壤(0～20 cm)年际间pH值变化趋势Fig.3 The change of pH value at the surface layer soil (0-20 cm) among the three years

2.3 土壤有机质、氮、磷、钾、硫、硅等元素的变化

从表2可看出，试验后土壤表层中有机质、全氮、全磷、全钾含量不仅比试验前增加，而且施用磷石膏的处理比T2(CK2)也有较大增加，增幅从高至低依次是：全磷>全氮>全钾>有机质。其中：施用PG(T3、T4、T5、T6)平均增幅较T2有机质增4.55 %、全氮增8.77 %、全磷增18.72 %(不同处理间差异显著)、全钾增5.19 %；农家肥配施PG(T7)平均增幅较T2有机质增102.99 %、全氮增97.40 %、全磷增40 %、全钾增39.25 %，均达到显著水平；施用少量PG(1500 kg/hm2)时全氮、全磷、全钾增幅不显著。

从表3看出，试验后土壤表层中碱解氮、速效磷、速效钾、有效硫、有效硅含量不仅比试验前增加，而且施用磷石膏的处理比T2(CK2)也有较大增加，增幅从高至低依次是：有效硫>有效硅>有效磷>碱解氮>速效钾。其中：施用PG(T3、T4、T5、T6)平均增幅较T2(CK2)碱解氮增10.24 %、速效磷增26.76 %(不同处理间差异显著)、速效钾增5.15%、有效硫增5.52倍(不同处理间差异显著)，有效硅增3.47倍(不同处理间差异显著)；农家肥配施PG(T7)增幅较T2(CK2)碱解氮增43.81 %、速效磷增61.28 %、速效钾增49.47 %、有效硫增8.24倍，有效硅增5.38倍，均达到显著水平；施用少量PG(1500 kg/hm2)时碱解氮、速效磷、速效钾增幅不显著，但有效硫、有效硅的增幅达到显著水平。说明当土壤硫、硅元素缺乏时，通过施用少量磷石膏即可达到补充效果。

图4 下层土壤(20～40 cm)年际间pH值变化趋势Fig.4 The change of pH value at the lower soil (20-40 cm) among the three years

2.4 土壤交换性盐基的变化

从表4可看出，连续3年施用磷石膏后，T1(CK1)、T2(CK2)处理土壤盐基饱和度最高，而交换性钙、交换性总酸、交换性铝、阳离子交换量含量最低。施用PG后，土壤盐基饱和度不同程度降低，降幅为1.17 %～2.98 %，平均降幅2.41 %；而交换性钙、交换性总酸、交换性铝、阳离子交换量含量不同程度的增加。与T2比较，施用PG(T3、T4、T5、T6)平均增幅土壤交换性钙、阳离子交换量分别增加45.57 %和39.92 %，交换性总酸和交换性铝分别增加1.74和2.84倍；磷石膏配施农家肥(T7)后，交换性总酸、交换性铝略有降低，盐基饱和度略有上升；在阳离子交换量中，交换性钙含量占一半以上；交换性铝占交换性总酸含量近70 %，而对照(T1、T2)占50 %以下，说明交换性铝含量是影响红壤酸度的最主要因素。

表2 不同处理表层土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量的变化

注：同列不同小写字母表示差异达0.05显著水平，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate the significant difference at the 0.05 level, the same as below.

表3 不同处理表层土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有效硫、有效硅含量的变化

表4 不同处理土壤交换性盐基及交换性总酸、交换性铝和盐基饱和度

注：交换性钙：cmol(1/2 Ca2+)/kg；CEC：cmol(+)/kg；交换性总酸：cmol(H++ 1/3Al3+)/kg；交换性铝：cmol(1/3Al3 +)/kg。 Note: Exchangeable calcium: cmol(1/2 Ca2+)/kg; CEC: cmol(+)/kg; Commutatively total acid : cmol(H++ 1/3Al3+)/kg; Exchangeable aluminum: cmol(1/3Al3 +)/kg.

2.5 连续3年施用PG后土壤有害元素的残留

3年试验结束，比较不同处理中表层土壤(0～20 cm)和下层土壤(20～40 cm)重金属含量的变化(表5)。

根据“土壤环境质量标准”(GB15618-1995)中的Ⅲ类土壤中重金属含量的规定，本试验中所有处理重金属含量均未超过标准的规定值。

从表5可知，施用磷石膏后，土壤中5种重金属含量有不同程度的增加，以表层土的增加幅度最大；镉和汞在土壤中的含量很低，几乎未检出；磷石膏配施农家肥能有效降低土壤中重金属含量水平。

与对照(T2)相比，T3、T6、T7表层土中砷含量增幅分别为3.56 %、21.27 %(达显著水平)和0.82 %；表层土中铬含量增幅分别为33.29 %、45.54 %和23.55 %，结果均达到显著水平；表层土中铅含量增幅分别为18.24 %、27.14 %和11.29 %，结果均达到显著水平。下层土中T6处理砷含量与其他处理差异达显著水平，其余处理间无显著差异；下层土中各处理的铬含量、铅含量均无显著差异。

3 讨 论

3.1 磷石膏对土壤理化性质的影响

由于磷石膏是由硫酸分解磷矿粉生产湿法硫酸的残渣，它保留了一部分硫酸或磷酸，所以一般呈强酸性，特别是未经淋溶的磷石膏pH值在2.5～3，而且比重较高。本试验在红壤上施用磷石膏，发现土壤pH明显下降，土壤容重提高，土壤盐基饱和度和总孔隙度降低，即使少量磷石膏(1500 kg/hm2)也会导致同样效果。这与前人结果恰好相反[4,14-16]。分析原因，可能与土壤质地、作物类型、磷石膏性质及施用量等因素有关。

表5 甘蔗施用磷石膏后土壤中重金属含量的比较

注：“-”表示未检出。

Note: - means not detected.

施用磷石膏有效提高了土壤养分含量。土壤表层中全磷、全氮明显增加，对土壤中碱解氮、速效钾影响不大，但对提高速效磷含量有显著作用，并且随着磷石膏用量增加，土壤中速效磷含量也不断增加，这与陈永安等[11]、肖厚军等[7]的研究结果相同。主要原因是由于它本身含有一定量的有效磷，其次由于土壤pH值下降，促进土壤中无机磷的释放。说明在缺磷红壤上施用磷石膏对补充速效磷非常有益。

中国目前缺硫土壤达660 万hm2，云南省有约1/3的土地缺硫[17]。磷石膏有效硫含量可达15 %。本试验中，施用磷石膏能显著提高土壤有效硫，与对照比较，有效硫含量提高了0.8～4.8倍。因此，对于缺硫土壤和甘蔗、烟草、茶叶、油菜等喜硫作物，施用磷石膏是有效补充硫肥的措施。

中国有50 %～80 %以上的土壤缺硅，甘蔗是喜硅作物，每年从土壤中带走了大量的硅，硅肥对甘蔗增产作用十分明显[18-19]。本试验中，施用磷石膏能显著提高有效硅含量。

磷石膏多用于改良碱性土壤，也有人用作酸性心土层的改良剂。有研究结果表明，红壤上施用磷石膏能显著提高土壤中的Ca2+浓度降低Al3+浓度，提高交换性盐基总量，从而降低土壤pH值和铝毒危害[9-10]。本试验结果正好相反，施用PG后，与对照比较，土壤盐基饱和度不同程度降低，交换性钙、阳离子交换量、交换性总酸和交换性铝显著提高，其中交换性钙含量占阳离子交换量的一半以上，交换性铝占交换性总酸含量近70 %，而对照占50 %以下，说明交换性铝含量是影响红壤酸度的最主要因素。磷石膏配施农家肥后，上述性状略有改善。分析原因，可能与土壤质地、作物类型、磷石膏性质及施用量等因素有关。

3.2 磷石膏对甘蔗品质和土壤环境的影响

施用磷石膏后土壤残留砷、镉、铬、汞、铅一般低于国家Ⅲ类土壤规定值以下。因此，认为在试验磷石膏用量范围内还未发现对农田环境产生危害。

综上所述，红壤上施用磷石膏，能明显提高土壤的供硫、磷、钙、硅能力，提高土壤阳离子交换量，改善甘蔗生物学性状，从而提高了甘蔗的产量。尽管施用磷石膏后，甘蔗和土壤中砷、镉、铬、汞、铅含量比对照增加，但未超标。但是，直接和过量施用磷石膏会导致土壤pH下降、容重提高、交换性铝增加等问题，对土壤理化性状有一定影响。因此，在农业生产上应用时，建议使用经淋溶的磷石膏配合腐熟农家肥，或者磷石膏与轻质农业废弃物制成土壤调理剂，在缺硫地区和喜硫、喜钙作物上施用，施用量可在1.5～7.5 t/hm2。

致 谢：感谢云天化集团科技部、技术部、市场部，云南省化工研究院，开远市农技中心，开远市乐白道街道办王中华同志以及云南农业大学参与本项目工作的老师、研究生和本科生。

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(责任编辑 王家银)

Effect of Phosphorus Gypsum Application for Three Consecutive Years on Physical and Chemical Characteristics of Red Soil

YIN Yuan-ping1, SHU Yi-zhou2, DONG Wen-han3, HUANG Li4，5, SUN Wen-li5, SONG Ling-feng6, LIANG Quan5 *

(1.College of Natural Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Yunnan Kunming 650201, China; 2.Yunnan ICL YTH Phosphate Research and Technology Center CO.,LTD, Yunnan Kunming 650041, China; 3.Scientific and Technology Division, Yunnan Agricultural University, Yunnan Kunming 650201, China; 4.Southwest China Germplasm Bank of Wildlife, Yunnan Kunming 650500, China; 5.College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Yunnan Kunming 650201, China; 6.Yunnan Research Institute of Chemical Industry, Yunnan Kunming 650041, China)

The effects of yield, soil physical and chemical properties and heavy metal accumulation were studied by phosphorus gypsum location test of sugarcane in red soil for three years. The results showed that: in comparison with the control (only using N, P and K), when phosphorus gypsum was applied, pH of soil, soil total porosity decreased obviously, but the bulk density increased; The contents of available phosphorus, available sulfur, available silicon, Ca2+and Al3+increased significantly; Available nitrogen and potassium increased; With the phosphorus gypsum application, soil base saturation decreased in different degree, a decline of 1.17 %-2.98 %, and the average fell 2.41 %; Exchangeable calcium, exchangeable acidity, exchangeable aluminum, caption exchange capacity increased in varying degrees; Compared with the control, the amount of exchangeable calcium and caption exchange capacity increased by 45.57 % and 39.92 %, respectively, and the total acid and exchangeable aluminum increased 1.74 and 2.84 times respectively; After applying phosphorus gypsum to the red soil, the residual arsenic, cadmium, chromium, mercury and lead in the soil were lower than that of the national class III soil. The research results can provide a scientific basis for the utilization of phosphorus gypsum in red soil.

Red soil; Phosphorus gypsum; Sugarcane; Physical and chemical properties; Heavy metal content

1001-4829(2016)09-2187-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.09.030

2015-01-16

云天化集团-云南农业大学联合基金(YF2011-011)

尹元萍(1969-)，女，云南易门人，副教授，主要从事植物营养研究，*为通讯作者：E-mail:liangquan1@163.com。

S143.2

A