高磷条件下腐殖酸和生物炭配施对土壤磷素转化的影响

刘畅 王茜 贺浩强 李晓寒 岳彪辉 普红青 袁义丽 桂枝 卢树昌

摘要：研究腐殖酸和生物炭2种调理剂配合施用对土壤磷素吸收与转化的影响，设空白对照、生物炭、腐殖酸、腐殖酸+生物炭、腐殖酸+1/2生物炭、1/2腐殖酸+生物炭共6个处理。结果表明，在腐殖酸和生物炭配施不同处理中，腐殖酸+生物炭处理对于降低土壤总磷、有效磷、水溶性磷含量效果较好，可以减少土壤中磷素积累;腐殖酸+1/2生物炭处理既促进了作物对有效磷源Ca2-P的吸收，提高了各磷组分之间的转化，也促进了土壤磷素向Fe-P、O-P 转化，有利于降低土壤磷素负荷;1/2腐殖酸+生物炭处理可以促进土壤磷素向Ca8-P、Fe-P转化。

关键词：腐殖酸;生物炭;高磷土壤;吸收;转化;磷素

中图分类号： S156.2;X53文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2020）08-0284-04

收稿日期：2019-03-24

基金项目：天津市大学生创新训练计划（编号：201810061075）;天津市高校学科领军人才培养计划（编号：J01009030705）。

作者简介：刘 畅（1996—），女，河北滦平人，从事农田土壤与作物生长环境关系方面研究。E-mail：1591092998@qq.com。

通信作者：卢树昌，博士，教授，从事农田土壤质量与植物营养的教学与科研工作。Tel：（022）23781298;E-mail：lsc9707@163.com。

磷是作物生长必需营养元素之一。磷肥施入土壤中后，很容易被土壤固定，加上当季作物磷肥利用率比较低[1]，导致过量的磷素积累在土壤中，不仅使生产效益降低，还会抑制植物对其他微量元素[2]的吸收，使土壤中缺素[3]，同时还会使土壤磷淋失，造成水体富营养化等[4-5]。腐殖酸是一类成分复杂的天然有机高分子混合物，需要通过微生物将动植物残体和微生物细胞等分解和转化，并经一系列地球化学过程积累而成。许多研究表明，腐殖酸在农业生产上有很大的应用潜力，可以改善土壤结构，提高作物产量和品质[6]。生物炭（biochar）是在低氧或缺氧条件下，农作物秸秆、木质物质、禽畜粪便和其他材料等有机物质经过高温热解而形成的产物[7-8]。生物炭可以改变土壤的理化和微生物性质[9]，提高作物产量[10]，并对磷有吸附作用[11]。本试验以饲用甜高粱为供试作物，研究腐殖酸和生物炭配合施用对土壤磷素吸收与转化的影响，旨在为设施土壤磷素面源污染控制提供技术途径。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试作物：饲用甜高粱，品种为甜杂2号，生育期为130～140 d。

供试调理剂：腐殖酸，草本生物炭（秸秆炭）。

供试土壤：取自天津市武清區大孟庄镇后幼庄村集约化设施菜田，其基本理化性质如表1所示。

1.2 试验处理

将土壤样品自然风干后过5 mm筛，每盆装土 3 kg（盆高15 cm、口径21 cm）。共设6个处理，分别为T1空白对照、T2生物炭（30 g）处理、T3腐殖酸（1.875 g）处理、T4腐殖酸+生物炭（1.875 g+30.0 g）处理、T5腐殖酸+1/2生物炭（1.875 g+15.0 g）处理、T6 1/2腐殖酸+生物炭（0.938 g+30.0 g）处理，每个处理3个重复，每盆定植2株。

试验时间为2018年5—11月。甜高粱种植期间每隔2 d灌水1次，每次灌水400～500 mL/盆。

1.3 测试方法

土壤有效磷含量采用NaHCO3浸提-钼蓝比色法测定，水溶性磷含量采用CaCl2浸提-钼蓝比色法，总磷含量采用浓硫酸-高氯酸消煮、钼蓝比色法测定，无机磷组分含量采用蒋柏藩等的方法测定[12]。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2007方法进行处理， 采用DPS 7.05软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 腐殖酸和生物炭配合处理对土壤总磷含量的影响

腐殖酸和生物炭配合处理对土壤总磷含量的影响如图1所示，可以看出，T3、T4、T5处理土壤总磷含量均较T1处理低，其中T4处理土壤总磷含量最低，为 3.86 g/kg，较T1处理显著降低7.70%;T3、T5处理与T1处理无显著差异，说明T4处理更有利减少土壤总磷含量，降低土壤磷素负荷。T2、T6处理总磷含量高于T1处理，但无显著差异，说明腐殖酸和生物炭配合对土壤总磷含量存在影响，且影响程度与其不同配比密切相关。

2.2 腐殖酸和生物炭配合处理对土壤有效磷含量的影响

腐殖酸和生物炭配合处理对土壤有效磷含量的影响如图2所示，可以看出，T5、T6处理土壤有效磷含量均显著高于T1处理，较T1处理分别高12.3%、19.2%;T2、T3、T4处理土壤有效磷含量也高于T1处理，但无显著差异，说明腐殖酸、生物炭单施或配合施用均能促进磷素有效化。其中T4处理对于降低土壤有效磷含量相对较好，而T2、T3、T5、T6处理更有利于促进磷素有效化。

2.3 腐殖酸和生物炭配合处理对土壤水溶性磷含量的影响

如图3所示，施用腐殖酸和生物炭处理土壤水溶性磷与T1处理无显著差异，其中降低土壤中水溶性磷含量效果相对较好的是T4处理，其次是T6处理，说明T4、T6处理可以降低土壤磷素淋溶风险。而T2、T3、T5处理土壤中水溶性磷含量高于T1处理，说明T2、T3、T5处理可促进土壤磷素转化。

2.4 腐殖酸和生物炭配合处理对土壤无机磷含量的影响

腐殖酸和生物炭配合处理对土壤无机磷组分含量和所占总无机磷含量比例的影响如表2、表3所示。如表2所示，各处理间土壤中Ca2-P含量无显著差异，T5处理的含量相对较少;T4、T5处理的Ca8-P含量显著低于T1处理，而T6显著高于其他处理;各处理间Ca10-P含量无显著差异;T6处理的Al-P含量显著低于T1处理;T6处理的Fe-P含量显著高于T1处理;T5处理的O-P含量显著高于T1处理。总体来看，T4、T5处理有利于降低土壤中Ca8-P含量，T6处理有利于土壤磷素向Ca8-P、Fe-P转化。其主要机理是，T4处理促进土壤磷素吸收;T5处理既促进磷素吸收，也促进了土壤磷素向Fe-P、O-P转化;T6处理主要是促进了土壤磷素向Ca8-P、Fe-P转化。

在石灰性土壤无机磷中约有70%～80%是以Ca-P形态存在的[13-15]。如表3所示，各处理的 Ca8-P含量所占比例最大，约占总量的56.35%～66.09%，其中T6处理最大。而从Ca10-P含量所占比例来看，腐殖酸和生物炭的施加使土壤无机磷组分中Ca10-P所占比例增加，其中T5处理比例增幅相对较大。

3 讨论

土壤磷素转化主要包括土壤磷素沉淀和溶解、吸附和解吸，还包括无机磷的生物固定以及有机磷的矿化等一系列复杂的生物化学过程[15]。对于土壤总磷，T4处理土壤总磷含量显著低于T1处理，可能是由于T4处理配比的腐殖酸和生物炭有利于植物对土壤中磷素的吸收，也可能是由于腐殖酸和生物炭對磷素的吸附作用[11，16];对于土壤有效磷，T5、T6处理显著高于T1处理，T2、T3、T4处理与对照无显著差异，可能是由于腐殖酸促进了土壤磷素的释放[16]。

土壤无机磷组分中，Ca2-P是植物吸收的有效磷源。本盆栽试验中未施加磷肥，Ca2-P被作物吸收后只能通过其他形态的磷进行补充，而T5处理可能由于腐殖酸和生物炭的配施促使Ca8-P向更有效的磷源Ca2-P转化，但是由于无磷肥的施入，使Ca8-P被作物吸收消耗没有得到转化，说明T5处理有效促进了作物对土壤中磷素的吸收。而T5处理 Ca10-P含量所占无机磷总量的比例在各处理中最大，Ca2-P、Ca8-P含量减少也可能是由于部分磷素向难溶性磷素Ca10-P转化，使磷素都固定在土壤中。

4 结论

本试验以甜高粱为供试作物，研究腐殖酸和生物炭配施对土壤磷素转化的影响。结果表明，腐殖酸和生物炭配合施用可以促进土壤中磷素的转化，从而促进作物对磷素的吸收。在腐殖酸和生物炭配施不同处理中，T4处理对于降低土壤中总磷、有效磷、水溶性磷含量效果较好，可以减少土壤中磷素的积累，减少磷素环境风险。T5处理既促进了作物对有效磷源Ca2-P的吸收，提高了各磷组分之间的转化，也促进了土壤磷素向Fe-P、O-P转化。T6处理主要是促进了土壤磷素向Ca8-P、Fe-P转化。而腐殖酸和生物炭配施对土壤磷素的影响，因材料施入土壤时间、作物种类和土壤自身养分状况等因素存在着不确定性，其影响还有待进一步深入研究。

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