防磷固定剂对土壤有效性的影响

马慧敏，陈 亮，潘康兵，李 宁，胡林虎，陈 冰*

(1. 新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2. 新疆草地资源与生态实验室，新疆 乌鲁木齐 830052)

防磷固定剂对土壤有效性的影响

马慧敏1,2，陈 亮1,2，潘康兵1,2，李 宁1,2，胡林虎1,2，陈 冰1,2*

(1. 新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2. 新疆草地资源与生态实验室，新疆 乌鲁木齐 830052)

【目的】研究施用不同防磷固定剂对磷在土壤中移动深度及持续有效性的影响，以提高磷肥利用率，满足作物对磷素的需求。【方法】采用连续浸提法、室内模拟土柱法，研究不同防固定剂(A，B，C)对水溶性磷肥(MAP)在土壤中移动的有效深度的影响。【结果】在滴灌条件下，滴施常量水溶性磷肥在土壤中很快被固定而无效，增加了施肥成本。防磷固定剂可提高水溶性磷在土壤中的移动深度，迁移至10 cm以下，但不超过15 cm。150 d内施用防磷固定剂可持续增加土壤的速效磷含量，净增量是水溶性磷肥的0.88～1.29倍。【结论】防磷固定剂A，B，C能防止水溶性磷肥被土壤固定，增加P素在土壤中的移动性。

滴灌；防固定剂；磷酸一铵

【研究意义】从1980年至2000年，中国化肥消费量约占全世界的30 %[1]。目前我国磷肥生产和消费均居世界首位，磷肥消费占世界总消费量的34 %(FAOSTAT 2012)。磷是植物生长必需的肥料要素之一，而我国有74 %的耕地土壤缺磷[2]。磷肥的当季利用率仅有10 %～20 %[3]，磷肥利用率低造成了直接的经济损失，加速了水体的富营养化[4]，增加了环境风险[5]。磷肥利用率低的主要原因是在土壤中发生固定，造成水溶性磷在土壤中基本不移动。磷肥以基施为主，然而由于滴灌方式的普遍使用，也产生了水肥一体化的施肥模式。因此，在滴灌条件下施用水溶性磷肥，研究其在土壤中的移动性及持续有效性，对提高磷肥利用率有重要意义。【前人研究进展】为提高磷肥利用率，国内外学者研究的核心主要集中在以下几个方面：施肥方式、高效吸磷植物的选育、改性磷肥、VA菌根、土壤非生物磷素活化剂等[6-8]。近年来，利用非生物活化剂提高磷肥利用率的途径越来越受到重视，活化剂具有多种较强的活性基团，能显著降低土壤对磷吸附固定能力，提高磷肥利用率[9-11]。【本研究的切入点】目前水溶性磷肥应用滴灌进行追肥，由于磷素的不移动性，使其不能到达根系的密集层而不被作物利用，应用活化剂提高水溶性磷肥的运移距离及持久有效性。本研究以防磷固定剂为材料，采用研磨法、连续浸提法、室内模拟土柱法，对3种防磷固定剂的效果和在土壤中磷素的运移深度进行研究，并通过模拟土培试验揭示防磷固定剂在土壤中的有效性。【拟解决的关键问题】在滴灌条件下，防磷固定剂使水溶磷肥在土壤中能移动到作物分布的密集层，并保持持久的有效性，以期为滴灌条件提高磷肥利用率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试防磷固定剂 防固定剂A：一种酚型网状结构的高分子物质，活性基团多；防固定剂B：主要成分有机和无机离子；防固定剂C：细度0.2 mm，主要成分腐植酸。

1.1.2 供试磷肥 磷矿粉(Phosphate rock,缩写PR)：含磷(P2O5)20 %，细度0.16～0.20 mm；磷酸一铵(NH4H2PO4)：12-61-0(工业级)。

1.1.3 供试土壤 试验在新疆农业大学草地资源与生态实验室内进行。供试土壤采自呼图壁草地生态站，地理位置为 N 44.31°、E 86.97°，海拔446 m。样品采集表层0～15 cm 土壤，运回实验室风干，过2 mm 筛后备用。供试土壤属砂壤土，有机质9.33 g·kg-1、碱解氮33 mg·kg-1、速效磷9.2 mg·kg-1、速效钾263 mg·kg-1、pH 8.26、电导率1906 us·kg-1。

1.1.4 防磷固定剂的效果 将定量的防固定剂同磷矿粉放入研钵中混匀，加入定量蒸馏水，研磨10 min使磷矿粉与防固定剂充分接触，晾干后磨碎备用。其中磷矿粉总量为100 g，防固定剂(A，B，C)添加量(w)按磷矿粉总质量(w)的5 %、10 % 添加，水添加量为总质量的5 %(w)。

1.1.5 模拟土柱试验装置 由内径71.0 mm的PVC管作为土柱，从土柱的下段至上段标注刻度5、10、15 cm，PVC管总长为25.0 cm。从下往上逐层装土，边装边墩实土样，每根土柱装土至15 cm刻度。用0.1 mm的双层尼龙纱网封住PVC管底口，用皮筋将纱网扎紧固定，底端用漏斗卡住，承接渗漏液于100 mL烧杯中。

1.2 方法

1.2.1 防磷固定剂的效果 分别称取制备的磷矿样品0.5000 g装入100 mL的离心管中，准确加入50 mL蒸馏水，拧紧离心管盖于速率180 r·min-1的振荡机上振荡30 min，然后转移至转速为4000 r·min-1的离心机中离心15 min，用无磷定量滤纸过滤的滤液承接于50 mL的离心管中，即得第1次水溶浸提待测液；再次准确加入50 mL蒸馏水于有残留渣的离心管中进行浸提，按同样方法振荡、离心和过滤，得到第2次水溶浸提待测液；按此方法共重复得到4次水溶浸提待测液。

1.2.2 防磷固定剂对磷素在土壤中移动性深度的影响 试验共设8个处理，每处理9次重复。即空白(CK)、磷酸一铵(CK1)、磷酸一铵与5 % 防固定剂A(A1)、磷酸一铵与10 %防固定剂A(A2)、磷酸一铵与5 %防固定剂B(B2)、磷酸一铵与10 % 防固定剂B(B2)、磷酸一铵与5 % 防固定剂C(C1)、磷酸一铵与10 %防固定剂C(C2)。其中模拟田间滴灌1次灌水450 m3·hm-2，磷酸一铵(工业级)24.15 kg·hm-2，防固定剂添加量分别为磷酸一铵用量的5 % 和10 %。

由滴头往土柱中心滴配置好的磷肥溶液，直至土柱底部有渗出液时停止滴灌，保证土壤表面无积水即可。每个PVC管滴灌时间为10 h。当滴施完磷肥溶液后，平衡48 h取样，分层取得土样为0～5、5～10、10～15 cm，将取得的土样风干过1 mm筛后待测。

1.2.3 防磷固定剂对磷肥在土壤中持久性的影响 取试验土壤，风干，过2 mm筛，每盆装土500 g，防固定剂和磷酸一铵按滴灌模拟实验量于120 mL蒸馏水中充分混匀后浇灌，置于实验室内培养。定期称重浇水，保持土壤田间持水量为70 %，分别于第5、15、30、60、90、120、150 天取土样。

1.3 测定项目及方法

有机质：重铬酸钾容量法；碱解氮：碱解扩散法；速效磷、水溶性磷：Olsen法；速效钾：NH4OAc浸提，火焰光度法；pH值：酸度计测定(2.5∶1水土比)；电导率：电导率仪法[12]。采用EXCEL 2003和SPSS 19.0进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 防磷固定剂的效果

在浸提时间、浸提温度、肥水比等试验条件一致的情况下，不同防磷固定剂对磷矿粉的磷素释放量与植物对磷素的吸收动态变化有一定的相关性[6]。连续浸提防固定处理磷肥的水溶性磷结果如图1所示，磷矿粉每次浸提量均处于低水平，这是磷矿粉中的磷主要以难溶性磷存在。防磷固定剂处理的水溶性磷释放动态曲线呈下降的趋势，最大释放量出现在第1次。从单次释磷量看，防固定剂处理的磷释放量显著高于磷矿粉，防固定剂处理的磷释放量顺序是Cgt;Bgt;A。说明防固定剂处理磷矿粉释放的水溶性磷远高于磷矿粉，连续浸提水溶性磷含量提高了1.27～6.71倍。

图中不同小写字母表示差异显著(Plt;0.05)。下同Different letters mean the significant difference(Plt;0.05).The same as below图1 防固定剂处理磷矿粉的水溶性磷含量Fig.1 The water-soluble phosphorus content of phosphorus fertilizer in anti-fixative phosphorus

2.2 防磷固定剂对磷素在土壤中移动性的影响

从0～15 cm土壤剖面速效磷的分布(图2)来看，使用水溶性磷肥与不使用磷肥没有区别，水溶性磷肥进入土壤中迅速被固定成无效态，滴施含防磷固定剂的磷肥能显著提高土壤速效磷含量，磷素养分在砂壤土壤剖面各层表现不同程度的积累状态。其中A，B，C处理在土层0～5 cm的土壤速效磷含量最高，与单滴施磷肥CK1相比，防固定剂处理的速效磷含量增加0.5～2.9 g·kg-1，速效磷增加量随着土层深度的增加总体呈下降趋势，出现明显的表聚现象，其随防磷固定剂添加量的增加也明显提高。0～15 cm各层使用防固定剂处理的土壤速效磷含量均较不施肥(CK0)有所增加，说明防固定剂防止磷肥固定时也存在明显的淋溶迁移。

渗漏液中的各处理不含速效磷，表示水溶性磷肥在土壤中的下渗深度可达10 cm以下，没有超过15 cm。

2.3 防磷固定剂对磷素在土壤中持久性的影响

表1显示，施磷肥处理的土壤速效磷含量较CK0都有显著增加，但增加幅度的不同与施入磷肥的有限性有关。单施水溶性磷的速效磷含量随时间延长逐渐降低。施用防磷固定剂在150 d内可持续增加土壤的速效磷含量，累积释磷量是水溶性磷肥的0.88～1.29倍；随着防磷固定剂施用量的增加，土壤速效磷含量显著提高。说明防磷固定剂对维持土壤速效磷的稳定性和持续性有重要作用。

3 讨 论

生产实践中，主要是通过滴灌系统施肥，在石灰性土壤中施入磷肥，磷素在土壤中的移动距离一般不超过1～3 cm[14]，叶壮等采用同心圆扩散试验研究磷肥在石灰性土壤的移动性及有效性，液体磷肥大部分停留在距施肥点0.75～2.55 cm的土层[15]，灌溉使用的液体磷肥的移动距离只停留在土壤表层，不能满足作物对磷需求。如果将防固定剂与磷肥滴灌施入土壤，则可以大幅度提高磷肥的移动距离，到达植物根系生长密集层，并供给植物生长所需的磷。防磷固定剂与磷酸一铵配置成溶液，其在磷酸一铵表面形成保护层相当于缓控模式，防固定剂本身含有大量的活性基团，可影响土壤对磷素的吸附和解析，并通过与磷竞争吸附位点，减少土壤对磷的吸附，进而增加磷在土壤中的移动性[16]。当防固定剂与磷酸一铵滴入土壤后，土壤与磷酸一铵的接触面积减少，磷酸一铵被土壤吸附的量减少，可移动性增加，速效磷释放量增大。本试验研究结果表明，防固定剂使用随着土层深度的增加总体呈下降趋势，与王虎等[17]具有相同的研究结果。防固定剂保护磷酸一铵随着水淋洗往下层，其被土壤逐渐分解导致失去对磷酸一铵的保护能力，磷酸一铵迅速被土壤固定，导致下渗液没有速效磷含量。本试验结果表明，防固定剂对于防止磷肥被土壤固定是有效果的。

图2 防固定剂对磷素在土壤中移动性的影响Fig.2 Effect of anti-fixing agent on the mobility of phosphorus in soil

处理Treatments5d15d30d60d90d120d150dCK019.7±0.63f19.7±0.63g15.3±0.47g13.7±0.34f9.0±0.20g9.02±0.23g4.1±0.22fCK1195.3±2.99d155.3±0.75f121.2±0.82f114.9±0.93e103.1±1.61f103.1±1.62f68.1±0.27eA1178.9±1.02e174.1±4.12e141.7±1.06e118.6±0.74d102.8±0.65f102.8±0.65f69.7±0.95eA2197.7±0.89d193.7±3.16c156.1±0.78c132.9±0.78b115.7±0.69d115.7±0.69d71.2±0.64dB1220.9±1.02c180.5±1.36d142.6±1.25e125.3±1.42c110.3±0.36e110.3±0.36e76.1±0.27cB2236.5±2.42b194.5±1.36c152.7±1.26d133.9±0.82b120.5±1.02c120.5±1.02c81.5±0.13bC1238.9±1.02b219.3±1.17b172.4±0.61b155.7±1.22a128.4±0.41b128.4±0.41b82.9±0.41bC2251.3±1.72a232.1±1.47a177.3±0.32a153.2±1.57a133.5±0.57a133.5±0.57a87.6±0.32a

注：平均值±标准误，同列数据中具有相同字母的数据表示无显著差异(Plt;0.05)。

Note: Means±standard error. The same letter means not significant difference(Plt;0.05).

在滴灌条件下，若提高磷在土壤中的移动性，即可提高磷肥利用率。当然滴灌条件下还需考虑更多问题，如防磷固定剂的成本高低，防磷固定剂对水溶性磷肥的持久性以及释磷规律的影响，解决在滴灌条件下植物缺磷需要补充磷素的问题。

4 结 论

(1)在滴灌条件下，滴施常量水溶性磷肥在土壤中很快被固定而无效，增加了施肥成本。

(2)防磷固定剂可提高水溶性磷在土壤中的移动深度，迁移至10 cm以下，但不超过15 cm。

(3)施用防磷固定剂150 d内可持续增加土壤的速效磷含量，累积释磷量是水溶性磷肥的 0.88～1.29倍。

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(责任编辑 李山云)

EffectsofAnti-fixativePhosphorusonMobilityofSoilPhosphorus

MA Hui-min1,2,CHEN Liang1,2, PAN Kang-bing1,2,LI Ning1,2,HU Lin-hu1,2,CHEN Bing1，2*

(1.College of Pratacultural and Environmental Sciences, Xinjiang Agriculture University, Xinjiang Urumqi 830052, China; 2. Key Laboratory of Grassland Resource and Ecology of Xinjiang , Xinjiang Urumqi 830052, China)

【Objective】The effects of different phosphorus fixing agent on promoting P mobility and availability were studied in order to improve phosphorus fertilizer utilization efficiency and meet the demand for P in crops.【Method】Taking anti-fixative phosphorus A,B,C as test materials and using indoor simulated drip irrigation and continuous water extraction experiment design, the effects of anti-fixative phosphorus (A, B, C) and monoammonium phosphate(MAP) on the mobility of phosphorus in soil were explored.【Result】Under the condition of drip irrigation, the constant water soluble phosphate fertilizer was fixed and ineffective in the soil, which increased the cost of fertilizer application. At the same flow rate of dripping, phosphorus moved longer vertical distance at higher phosphorus concentrations, and available phosphorus moved vertically 15 cm (Leaks were not detected). The available phosphorus content of the soil was increased by the application of anti-fixative phosphorus in 150 days, and compared to water soluble phosphorus, the net increase of phosphorous of anti-fixative phosphorus were 0.88-1.29 times.【Conclusion】The anti-fixative phosphorus A, B and C can prevent water soluble phosphorus from being fixed in soil, and can increase the distance of P movement.

Drip irrigation; Anti-fixative phosphorus; Monoammonium phosphate

S506

A

1001-4829(2017)11-2533-04

10.16213/j.cnki.scjas.2017.11.024

2016-12-16

国家牧草产业技术体系(CARS-35-02A)

马慧敏(1990- )，女，河南驻马店人，硕士，研究方向为植物营养，E-mail：2024510626@qq.com；*为通讯作者：陈 冰(1967- )，男，四川宜宾人，副教授，研究方向为植物营养，E-mail：476373994@qq.com。