不同调理剂配合施用对设施土壤磷素吸收与形态转化的影响

方红夏 谢芙蓉 谈尕龙

摘要：采用腐植酸、草本生物炭（秸秆炭）、膨润土、明矾、脱磷石膏5种调理剂及配合施用共设10个处理对高磷土壤磷素转化与吸收的影响进行研究。结果表明，施加调理剂可以有效提高玉米的株高、茎粗与叶绿素含量。在施加调理剂的各处理中，单施明矾和生物炭+膨润土+明矾配合施用处理可以有效增加玉米的生物量，提高玉米的吸磷量。单施膨润土和明矾的处理则可以促进土壤中有机磷的矿化，而单施脱磷石膏以及腐植酸+膨润土+生物炭+明矾+脱磷石膏配合施用趋于土壤钝化，减少磷的移动性，降低环境风险。

关键词：调理剂；高磷土壤；吸收；磷形态

中图分类号：S156.2；X53 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）17-0029-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.17.007 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： The effects of a total of ten treatments by the humic acid， herbal biochar （straw charcoal），bentonite，alum，dephosphorylation gypsum five conditioners and ratio on the conversion and absorption of phosphorus in high-phosphorus soil were studied. The results showed that applying conditioners could effectively increase plant height，stem diameter and chlorophyll content of maize. In each treatment to apply conditioner，the single application of alum and co-application treatment of biochar+bentonite+alum could effectively increase the biomass of corn and improve the amount of P uptake of corn. The single application of bentonite and alum could promote the mineralization of organic phosphorus in the soil. Single application of dephosphorization gypsum and humic acid+bentonite+biochar+alum+dephosphorization gypsum with the application tends to passivation of the soil to reduce the mobility of phosphorus and reduce environmental risks.

Key words： conditioner；high-phosphorus soil；absorption；phosphorus form

磷既是地球生命系統中最重要的营养元素之一，又是生态系统中环境元素之一[1]。设施菜田不合理的传统水肥管理方式，导致设施菜田土壤质量不断下降。在高度集约化的农业生产方式背景下，由于磷肥施用过多，土壤中的磷素处于过量状态[2]。从20世纪80年代，中国农田生态系统磷素就已开始出现盈余，之后一直处于持续增加趋势[3，4]，中国已经成为世界上土壤磷素过剩最严重的国家之一[5]。磷素含量过高可能使植物产生磷毒害，为水环境带来严重的潜在威胁[6，7]，降低农产品产量和品质[8，9]，并且影响土壤环境。土壤调理剂是一种改善土壤物理化学性状的物质，土壤调理剂的种类不同，性质、组成和作用机理也不相同[10]。土壤调理剂的主要功能包括改良土壤结构、降低土壤盐碱危害、调节土壤酸碱度、改善土壤水分状况、修复污染土壤等，在农业应用上有很大的潜力。本试验采用不同调理剂种类与配比对高磷土壤磷素转化与吸收的影响进行研究，旨在为设施土壤磷素面源污染控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试作物：糯玉米雪糯2号。

供试调理剂：腐植酸、草本生物炭（秸秆炭）、膨润土、明矾、脱磷石膏。

供试土壤来自天津市武清区大孟庄镇后幼庄村集约化设施菜田。该区种植制度以黄瓜-番茄为主，棚龄大部分在10年以上，养分投入偏高，土壤磷环境风险较高。

1.2 试验处理

将土壤样品自然风干后过5 mm筛，每盆土重5 kg（盆规格：高17.4 cm，口径24.3 cm），分设10个处理：T1空白对照、T2腐植酸（3.13 g）、T3草本生物炭（50 g）、T4膨润土（25 g）、T5明矾（4.69 g）、T6生物炭（16.66 g）+膨润土（8.34 g）+明矾（1.56 g）、T7腐植酸（1.03 g）+生物炭（16.66 g）+明矾（1.56 g）、T8腐植酸（0.78 g）+生物炭（12.5 g）+膨润土（6.25 g）+明矾（1.17 g）、T9腐植酸（0.63 g）+膨润土（5 g）+生物炭（10 g）+明矾（0.94 g）+脱磷石膏（0.94 g）、T10脱磷石膏（4.69 g）。括号内用量为每盆调理剂用量，设3个重复，每盆栽种3株玉米，等出苗后每盆留2壮株。

试验种植分为两茬，种植时间分别为2017年5—7月和9—11月。玉米种植期间每隔2 d灌水一次，每盆每次800 mL。共追施两次氮肥，每次每盆施用尿素2.17 g。同时玉米生长期间进行长势调查，测定株高、茎粗、叶色、光合速率、叶片数等指标。

1.3 测试方法

土壤样品有效磷、总磷、无机磷含量分别采用钼蓝比色法、HClO4-H2SO4法和北方石灰性土壤的方法[11，12]。植物样品全磷用H2SO4-H2O2消煮后，用钒钼黄比色法进行测定。

玉米吸磷量=收获期植株干物质重×含磷量

试验数据采用Excel 2007软件进行数据处理，采用DPS7.05软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对作物生长与生物量的影响

2.1.1 不同处理对作物长势的影响 表1、表2分别为玉米第一茬第一个月、第二个月长势状况。从表1、表2可以看出，在不同处理玉米植株第一茬第一个月的长势中，T1空白处理的株高最高，其次为T5、T9处理。但是随着植株的生长，在植株生长第二个月中，加入调理剂处理的株高增长程度明显高于不施加调理剂的处理，说明调理剂的施用能有效地提高植株株高，第二个月株高以T6处理最佳，T7、T8、T9等处理次之；第二个月时各处理茎粗表现与株高相同，施加调理剂各处理茎粗均高于T1空白，以T7处理最佳；第一个月叶绿素含量T1空白处理最高，T7次之。第二个月调理剂的施用表现出优势，施加调理剂的各处理叶绿素含量均高于T1空白，T10最佳，T6次之；第一个月玉米植株的光合速率以T9处理最佳，T10次之，第二个月光合速率T8处理最大，T6次之。可见，T6、T7、T8长势较好。

表3为玉米第二茬第一个月和第二个月长势状况。从表3中可以看出，在不同处理玉米植株第二茬第一个月的长势中，T8处理的株高最高。第二个月株高以T8处理最佳，T10、T6处理次之；各处理茎粗均以T5茎粗最大。玉米植株施加调理剂的各处理叶绿素含量均高于T1空白。第一个月中叶绿素含量以T9处理最佳，其次是T8处理，第二个月则以T3处理最佳，T4次之。总体看，T8处理较好。

2.1.2 不同处理对植株总生物量的影响 表4为不同处理玉米植株第一茬和第二茬的生物量。从表4可以看出，在第一茬玉米植株的生物量鲜重和干重中，T6处理的生物量最高，其次是T2、T4、T7等处理；在第二茬玉米植株的生物量鲜重中，T5处理的生物量鲜重明显高于其他处理，其次是T10、T2处理，生物量干重以T5处理最佳，其次为T2、T6、T10处理。

2.2 不同处理对玉米磷素吸收的影响

图1为不同处理对第一茬和第二茬玉米对磷素的吸收量，从图1中可以看出，玉米第一茬生长期间T6处理中玉米植株对土壤中磷素的吸收量最大，其次是T2处理，说明在土壤中施加T6处理的调理剂相较于其他处理提高了玉米的吸磷量，T8处理玉米的吸磷量最低，可能该处理施加的调理剂抑制了玉米对磷素的吸收；对于玉米生长的第二茬，T5处理中的玉米吸磷量最高，T10处理次之。表明施用这些处理的调理剂可能改变了土壤中有效磷水平，使玉米能够利用的磷含量提高，或者施用后使玉米根際处的pH、微生物、土壤水分等微环境改变而导致。

2.3 不同处理对土壤磷素形态变化的影响

2.3.1 不同处理对土壤磷形态的影响 表5为不同处理对土壤中的无机磷形态和有机磷形态的影响，从表5可以看出，土壤中无机磷中T5处理含量最高，其次是T9处理；土壤有机磷含量T4处理最低，T5处理次之；在无机磷占全磷比重中，T4处理最高，其次是T5处理，说明T4和T5处理中施加的调理剂有利于土壤中有机磷的矿化，使有机磷可以转化为被植物吸收利用的无机磷。

不同处理土壤各级无机磷含量和各级无机磷所占无机磷总量的比重如表6、图2所示。从表6中可以看出，施加调理剂的各处理中Ca2-P的含量比未施加调理剂处理要低，以T10处理最佳，其次是T9处理。而相对于缓效态的Ca8-P和Ca10-P中各处理分别是T10和T9处理效果最好，说明施加这两种处理的调理剂趋向对土壤磷的钝化，减少了磷的移动性，促进作物对有效磷的吸收，降低了环境风险。从图2可以看出，不同处理土壤中无机磷的组成以Ca-P为主，各处理的土壤Ca-P含量均占无机磷总量的70%以上，其余部分为Al-P、Fe-P和O-P，分别占土壤无机磷总量的3%、15%和1.5%左右。其中Ca10-P、Ca8-P所占比例最大。由于盆栽土壤中没有施加磷肥，Ca2-P会被玉米植株不断吸收。

2.3.2 不同处理对土壤有效磷的影响 图3是不同处理对土壤有效磷的影响。从图3可以看出，土壤有效磷含量大小顺序为T8>T5>T4>T1>T6>T3>T2>T7>T10>T9，T9处理有效磷含量相对于其他处理较低，其次是T10处理，说明施加T9处理的调理剂效果最好，对降低磷的环境风险作用更好。

3 讨论与结论

通过盆栽玉米试验，采用不同调理剂种类与配比对高磷土壤磷素转化与吸收的影响进行研究。结果表明，对于玉米长势而言，施加调理剂在玉米生长的第二个月后表现出优势，可以有效地提高玉米株高、茎粗与叶绿素含量，但两茬调理剂对于长势效果不同；对于不同处理对玉米生物量的影响，T5和T6处理效果最为突出，有效地增加了玉米生物量的鲜重和干重；综合两茬不同处理玉米植株对磷素吸收量的分析，T5和T6处理施加的调理剂种类能有效提高玉米的吸磷量，促进玉米对土壤中有效磷素的吸收，而T8处理却显示出相反的效果，抑制了玉米对磷素的吸收；在土壤磷素形态中，施加T4和T5处理的调理剂有利于土壤中有机磷的矿化，使有机磷转化为无机磷，能够被植物更好地吸收与利用；从各级无机磷形态含量上来看，施加T9和T10处理调理剂减少了土壤中速效性Ca2-P含量并增加了缓效性Ca8-P和Ca10-P含量，体现了对磷的钝化效果，减少了土壤中磷的移动性，同时这两种处理的调理剂也有效地降低了土壤中有效磷的含量，对于潜在磷的环境风险起到了很好的调节作用。

综上所述，单施调理剂中明矾、脱磷石膏对于高磷土壤中磷的吸收和转化效果较好，调理剂组合以生物炭+膨润土+明矾和腐植酸+膨润土+生物炭+明矾+脱磷石膏效果最佳，该研究结论只是在盆栽试验条件下实现的，还需进行田间试验加以验证。

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