湖南不同母质植烟土壤磷形态的研究

刘建国，罗建新*，田 飞，余 颖，周万春，王 翔，宋 浩，王 娟，严红星

1. 湖南农业大学资源环境学院，长沙市芙蓉区农大路1 号 410128

2. 湖南中烟工业有限责任公司，长沙市雨花区万家丽中路三段188 号 410007

3. 醴陵市农业农村局，湖南省醴陵市西山街道办事处五里墩 412200

磷是植物生长的必需营养元素，土壤中全磷含量相对较高，而速效磷含量十分有限。农业生产中，常以土壤速效磷的含量来判断土壤磷素的丰缺，而对植物自身吸收磷的能力及土壤中磷的形态两方面鲜有考虑。植物所需的磷主要来自土壤磷库，土壤磷库中磷素的形态决定有效磷的数量。土壤中的磷可分为有机磷和无机磷，其中无机磷是可供植物直接吸收利用的磷[1-4]，而有机磷可在多种酶的作用下矿化分解成无机磷被植物吸收利用[5]。土壤无机磷一般占全磷含量的60%～80%[6-8]，是土壤磷素的主体部分，其含量及各组分的比例与成土母质关系密切。袁东海等[9]研究表明土壤无机磷各组分中以O-P（闭蓄态磷）的含量较高，各无机磷形态与成土母质有关。紫色土中磷的研究表明，Fe-P（磷酸铁盐）、Al-P（磷酸铝盐）是重要的磷源，并且在一定程度上决定了土壤有效磷的供应水平，提高其比例则能增加磷素的有效性[10-13]。常采用Bowman-Cole 的分级方法[14]将土壤有机磷分为活性有机磷、中等活性有机磷、中稳性有机磷和高稳性有机磷。土壤有机磷各组分的含量也因母质的不同而存在差异。李孝良等[15]研究表明不同母质土壤有机磷总量相差较大，但均以中等活性有机磷为主，其占有机磷总量的比例为48.40%～73.88%。因此，研究不同母质土壤无机磷、有机磷总量及各组分的状况，对揭示土壤磷素状况、指导合理施用磷肥意义重大。为进一步明确湖南不同母质植烟土壤磷素形态的有效性，在王娟等[16]研究基础上，对湖南不同植烟土壤有机磷和无机磷各组分进行深入分析，旨在为植烟土壤合理使用磷肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

在湖南省的衡阳、浏阳、宁乡、郴州、张家界、永州、湘西等7 个市（州）进行取样[16]。采用“S”形多点取样法采集16 个地区具有代表性的植烟土壤样品。每个样品约2 kg，土样经风干、磨细、过筛并充分混匀后，进行土壤相关指标的分析。

1.2 方法

1.2.1 常规指标的测定

根据NaOH 熔融-钼锑抗比色法测定土壤全磷含量[17]。称取0.25 g 风干土样放入坩埚中，用3滴无水乙醇湿润土样后加2.00 g NaOH，混匀放入高温电炉中加热至750 ℃，保温15 min。冷却后，用80 ℃温水洗涤、定容、过滤，进行土壤全磷含量的测定。

采用钼锑抗比色法测定速效磷含量[17]。用0.5 mol/L NaHCO3（pH=8.5）溶液（加无磷活性炭1勺）浸提，220 r/min 振荡30 min，过滤后用钼锑抗比色法测定土壤速效磷含量。

采用灼烧法测定有机磷含量[17]。土壤经550 ℃灼烧后，与未经灼烧的同一批土壤用0.1 mol/L H2SO4浸提1 h 后，再用钼锑抗比色法测定有机磷含量。

有机磷含量=灼烧后的磷含量-未灼烧的磷含量。

无机磷含量=全磷含量-有机磷含量。

采用电位法[17]测定土壤pH，土∶水=1∶1。采用K2Cr2O7容量法测定土壤有机质含量[17]。土壤中加入0.8 mol/L（1/6 K2CrO7）和5.0 mL 浓硫酸，180 ℃下油浴，煮沸5 min。水洗后加10 滴2-羧基代二苯胺（指示剂），再用0.2 mol/L 硫酸亚铁滴定。根据硫酸亚铁滴定的毫升数，计算土壤有机质含量。

采用半微量开氏法[17]测定土壤全氮含量，在混合加速剂（K2SO4∶CuSO4∶Se = 100∶10∶1）的催化下，加入浓硫酸消煮，NaOH 碱化后进行蒸馏。用硼酸和定氮指示剂吸收蒸馏出来的氨，再用标准酸溶液进行滴定，计算土壤全氮含量。采用NaOH 熔融-火焰光度法测定土壤全钾含量[17]。

1.2.2 无机磷和有机磷组分的测定

根据蒋柏藩等[18]提出的石性土壤无机磷分级方法，将土壤无机磷分为Ca2-P（NaHCO3溶性磷）、Ca8-P（NH4OAc 溶性磷）、Al-P（磷酸铝盐）、Fe-P（磷酸铁盐）、O-P（闭蓄态磷）和Ca10-P（H2SO4溶性磷）。用钼锑抗比色法测定Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P 和Ca10-P 含量[17]。

有机磷分为活性有机磷、中等活性有机磷、中稳性有机磷和高稳性有机磷。用钼锑抗比色法测定4 类有机磷的含量[17]。

1.3 数据处理

采用Excel 2010 和DPSV 7.05 软件对数据进行处理与分析。

2 结果与讨论

2.1 不同母质植烟土壤养分的基本状况

不同母质植烟土壤养分状况见表1。石灰岩母质发育土壤全磷含量最高，为951.05 mg/kg；紫色板页岩发育土壤全磷含量最低，为755.94 mg/kg；板页岩和第四纪红土母质发育土壤全磷含量介于两者之间。第四纪红土母质发育土壤速效磷含量最高，为38.71 mg/kg；板页岩母质发育土壤速效磷含量最低，为29.53 mg/kg。土壤的全磷含量和速效磷含量没有直接相关关系。板页岩母质发育土壤全氮含量最高，为2.18 g/kg；石灰岩母质发育土壤全氮含量最低，为1.75 g/kg。紫色板页岩发育土壤全钾含量最高，为15.60 g/kg；第四季红土母质发育土壤最低，为7.18 g/kg。板页岩母质发育土壤有机质含量最高，为42.66 g/kg；紫色板页岩发育土壤有机质含量最低，为25.84 g/kg。

表1 供试土壤主要养分含量①Tab.1 Contents of main nutrients in test soils

2.2 不同母质植烟土壤无机磷的组分及其特点

湖南不同植烟土壤无机磷各组分的含量及比例见表2。在4 种不同母质的土壤中，紫色板页岩和板页岩土壤表现为Ca-P＞Fe-P（Ca-P 为Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P 含量之和），而第四纪红土和石灰岩母质土壤则表现为Fe-P＞Ca-P。植烟土壤无机磷各组分所占比例的排序：紫色板页岩和板页岩母质土壤为O-P＞Ca-P＞Fe-P＞Al-P，第四纪红土和石灰岩母质土壤为O-P＞Fe-P＞Ca-P＞Al-P。不同植烟土壤中Al-P 所占比例最小，在4.75%～7.56%之间。

表2 不同植烟土壤中无机磷形态及含量Tab.2 Forms and contents of inorganic phosphorus in different tobacco planting soils

Ca-P 中各组分含量及比例见表3。在不同母质植烟土壤Ca-P 组分中，Ca10-P 含量为66.81～95.12 mg/kg，占Ca-P 总量的54.32%～64.62%，为钙磷的主体组分；Ca8-P 和Ca2-P 分别占Ca-P 总量的11.59%～26.66%和14.43%～23.79%。不同母质土壤间Ca2-P 的含量与比例都比较接近，但不同母质土壤Ca8-P 和Ca10-P 的差异较大。紫色板页岩母质土壤Ca8-P 含量最高，为38.70 mg/kg，占Ca-P 的比例也最大，为26.66%；第四纪红土母质土壤Ca8-P 的含量仅为13.20 mg/kg，占11.59%。紫色板页岩和板页岩土壤Ca10-P 的含量与比例均高于石灰岩与第四纪红土母质土壤。土壤母质的不同导致了土壤无机磷中Ca8-P 和Ca10-P 含量与比例存在差异。

表3 Ca2-P、Ca8-P 和Ca10-P 的含量及所占比例Tab.3 Contents and proportions of Ca2-P, Ca8-P and Ca10-P

由表4 可知，Ca2-P、Fe-P、O-P 与土壤速效磷呈显著正相关，其中Ca2-P 对速效磷的影响最大，这与韩晓日等[19]和卜玉山等[20]研究结果一致。Ca10-P 与土壤速效磷没有显著相关性。Ca8-P、Al-P 与土壤速效磷呈负相关，三者之间的相互影响还有待进一步研究。

表4 各无机形态磷之间及其与速效磷的相关性①Tab.4 Correlation between inorganic phosphorus of various forms and available phosphorus

2.3 不同母质植烟土壤有机磷的组分及其特点

不同母质植烟土壤有机磷各组分的含量与比例见表5。紫色板页岩母质土壤：中等活性有机磷＞中稳性有机磷＞活性有机磷＞高稳性有机磷；板页岩母质土壤：中等活性有机磷＞高稳性有机磷＞活性有机磷＞中稳性有机磷；第四纪红土母质土壤：中等活性有机磷＞高稳性有机磷＞中稳性有机磷＞活性有机磷；石灰岩母质土壤：中等活性有机磷＞高稳性有机磷＞活性有机磷＞中稳性有机磷。4 种不同母质植烟土壤有机磷均以中等活性有机磷为主体，含量在127.77～170.55 mg/kg之间，占有机磷总量的51.72%～71.16%；高稳性有机磷含量在30.07～38.03 mg/kg 之间，占有机磷总量的10.13%～16.98%；活性有机磷和中稳性有机磷分别占有机磷总量的7.35%～11.22%和5.62%～26.93%。中等活性有机磷在石灰岩母质土壤中的比例最高，紫色板页岩和板页岩母质土壤次之，第四纪红土母质土壤最低。紫色板页岩土壤有机磷总量高于其他母质土壤，其中中等活性有机磷的比例最高，高稳性有机磷的比例最低。板页岩、石灰岩和第四纪红土母质土壤的活性有机磷含量和比例虽然都小于紫色板页岩土壤，但中等活性有机磷占其有机磷总量的67.22%～71.16%，这一类型土壤的中等活性有机磷也可能成为土壤有效磷的补充。在4 种不同母质植烟土壤中，活性有机磷和中稳性有机磷含量均以紫色板页岩母质土壤最高，分别为33.33 和79.96 mg/kg，分别占有机磷总量的11.22%和26.93%；而高稳性有机磷和中等活性有机磷占有机磷总量的比例均最低。

表5 不同植烟土壤有机磷形态及含量Tab.5 Forms and contents of organic phosphorus in different tobacco soils

3 结论

①在湖南不同母质植烟土壤无机磷各组分中，以O-P 含量及所占无机磷总量的比例最高；Al-P 均最小。不同母质植烟土壤的Ca-P、Fe-P 含量差异较大，在紫色板页岩和板页岩中，O-P＞Ca-P＞Fe-P＞Al-P；在第四纪红土和石灰岩中，O-P＞Fe-P＞Ca-P＞Al-P。从无机磷O-P、Fe-P、Al-P、Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P 6 种形态的含量来看，不同母质植烟土壤无机磷各组分基本表现为O-P＞Fe-P＞Ca10-P＞Al-P、Ca8-P＞Ca2-P。②在湖南不同母质植烟土壤无机磷各组分中，Ca2-P、Fe-P、O-P 与土壤速效磷呈显著正相关。③湖南不同母质植烟土壤有机磷各组分含量差异较大，但均以中等活性有机磷为主，占有机磷总量的51.72%～71.16%。不同母质植烟土壤有机磷各组分含量及占有机磷比例大体呈中等活性有机磷＞高稳性有机磷＞中稳性有机磷和活性有机磷。