不同磷肥对砂姜黑土和红壤磷库转化及冬小麦磷素吸收利用的影响

2023-04-11王箫璇张敏张鑫尧魏鹏柴如山张朝春张亮亮罗来超郜红建

中国农业科学 2023年6期

王箫璇，张敏，张鑫尧，魏鹏，柴如山，张朝春，张亮亮，罗来超，郜红建

王箫璇1,2，张敏1,2，张鑫尧1,2，魏鹏1,2，柴如山1,2，张朝春2,3，张亮亮1,2，罗来超1,2，郜红建1,2

1安徽农业大学资源与环境学院/农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室/长江经济带磷资源高效利用与水环境保护研究中心，合肥 230036；2安徽农业大学资源与环境学院/安徽省绿色磷肥制造与高效利用工程研究中心，合肥 230036；3中国农业大学资源与环境学院，北京 100193

【目的】探究不同磷肥对土壤磷素形态转化及小麦磷素吸收利用效率的影响，为土壤-磷肥-作物体系磷肥精准匹配及高效利用提供理论依据。【方法】在砂姜黑土和红壤上设置不施磷（CK）、施用过磷酸钙（SSP）、钙镁磷肥（FMP）、磷酸二铵（DAP）、重过磷酸钙（TSP）和聚磷酸铵（APP）6个处理，研究小麦拔节期和开花期根际与非根际土壤中磷库转化特征及其与植株体内磷素累积利用的关系。【结果】砂姜黑土施用磷肥后土壤有效磷含量提高194%—662%，不同磷肥处理小麦根际土壤中有效磷含量为APP＞TSP＞DAP＞FMP＞SSP＞CK处理。施用磷肥显著提升了小麦拔节期和开花期砂姜黑土中H2O-P和NaHCO3-Pi含量，降低Residual-P含量，其中H2O-P和NaHCO3-Pi含量与土壤有效磷含量呈显著正相关，TSP和APP处理在小麦拔节期对NaHCO3-Pi含量提升幅度最大，分别较不施磷提升了41.0和36.0 mg·kg-1。红壤施用磷肥后根际土壤有效磷含量提高84%—791%，其中DAP和TSP处理的土壤有效磷含量显著高于其他磷肥处理，红壤中根际土壤NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量与土壤有效磷含量呈显著正相关，施用磷肥后红壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量分别提高275.2%—848.3%和26.9%—58.3%，其中DAP和TSP处理提升效果最为显著。砂姜黑土和红壤上小麦植株磷素累积量与土壤有效磷含量在小麦拔节期均呈现显著正相关关系，砂姜黑土和红壤小麦植株磷素累积量与土壤有效磷含量在小麦拔节期均呈现显著正相关关系，根际土壤有效磷含量每提高1 mg·kg-1，小麦植株磷素累积量分别提高0.87和0.37 mg/pot。砂姜黑土施用不同磷肥均可显著提高植株磷素累积量，较不施磷提高15.4%—50.9%，其中APP和TSP处理使小麦植株磷素累积量及磷素利用效率较其他磷肥处理显著提高。红壤中施用不同磷肥使磷素累积量和产量分别较不施磷提高123.7%—643.9%和75.5%—337.2%，其中TSP处理的小麦产量、植株磷素累积量和磷素吸收效率较其他磷肥处理均显著提高。【结论】砂姜黑土施用重过磷酸钙和聚磷酸铵显著提高土壤H2O-P和NaHCO3-Pi含量，红壤施用重过磷酸钙和磷酸二铵可显著提高土壤NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量。因此，从提高磷肥利用效率角度考虑，两种土壤均适合施用重过磷酸钙，种植小麦时，砂姜黑土还可推荐施用聚磷酸铵，红壤可选用磷酸二铵。

砂姜黑土；红壤；磷肥品种；土壤磷库转化特征；磷肥利用效率；冬小麦

0 引言

【研究意义】磷是植物生长发育必需的大量营养元素，参与作物光合作用和能量代谢[1-2]。我国磷矿资源贫乏，仅占全球的4.7%[3]，而磷肥（P2O5）年施用量却高达653.8万吨[4]，约占全球的12.8%，磷肥当季利用率仅为15%—25%[5]。磷素多数以无效化形态在土壤中累积，易造成环境风险[6]。不同土壤的供磷能力因土壤性质、磷素形态及磷肥施用种类不同而有较大差异。因此，理清磷肥在土壤中的形态转化特征及其与作物磷素吸收利用的关系，揭示土壤-肥料-作物体系磷素高效利用的匹配机制，对提高磷肥利用效率具有重要的意义。【前人研究进展】施用磷肥对提高土壤供磷能力和作物产量及品质提升等方面具有重要作用，但不同土壤中施用不同磷肥所带来的增产效应却有所差异。有研究表明，在石灰性土壤中施用钙镁磷肥、磷酸二铵和过磷酸钙可分别增产20.8%、5.7%和4.8%，磷酸二铵和过磷酸钙处理间无显著差异[7]。ZHAO等[8]研究表明，不同磷肥品种对玉米产量和磷素吸收效率提升效果均表现为：磷酸二铵＞磷酸一铵＞聚磷酸铵＞过磷酸钙＞钙镁磷肥。也有研究认为，聚磷酸铵在石灰性土壤上的施用效果最佳，磷肥利用效率分别较过磷酸钙和钙镁磷肥处理显著提高25.8%和17.3%[9]。张连娅等[10]的研究显示，在酸性土壤上施用磷酸二铵，玉米地上部磷素累积量分别较过磷酸钙和钙镁磷肥处理显著提高68.8%和100.5%。而蔡远扬等[11]的研究表明，酸性土壤上施用钙镁磷肥对玉米的增产效应显著高于聚磷酸铵、磷酸二铵等水溶性磷肥；但也有研究认为，磷酸二铵、过磷酸钙等水溶性磷肥对作物产量及磷肥利用率的提升效果显著高于钙镁磷肥[12]。可见，针对不同土壤类型施用适宜的磷肥品种是作物增产和磷肥高效利用的关键。磷肥施入土壤后形成的不同磷素形态直接决定其植物有效性[13]。土壤溶液中的磷是植物吸收利用最有效的部分，其主要来源于经解离或络合的磷酸盐，磷酸盐矿物的溶解和吸附态磷的解吸释放可为其提供补给[14]，然而不同类型土壤供磷能力不同[15-16]。在石灰性土壤中，大量钙离子易与磷素结合形成磷酸钙沉淀；而在酸性土壤中，含有大量无定型的氧化铁和氧化铝，固磷能力较强[17]。目前，对于土壤磷素形态的研究常采用连续浸提法，将化学组分相似或分解矿化能力相近的无机或有机磷化合物归为相同组分[18]，将不同组分的磷素含量与土壤有效磷水平和作物磷素累积量相结合，对其植物有效性进行评价，更能直观地描述磷肥处理下土壤供磷能力的变化。TIESSEN改进的Hedley磷素分级法兼顾活性和稳定性、有机磷和无机磷的区分，将土壤中磷素分为水溶态磷（H2O-P）、碳酸氢钠提取态无机磷（NaHCO3-Pi）、碳酸氢钠提取态有机磷（NaHCO3-Po）、氢氧化钠提取态无机磷（NaOH-Pi）、氢氧化钠提取态有机磷（NaOH-Po）、盐酸提取态磷（HCl-P）和残留态磷（Residual-P）等7种组分[19]，其中H2O-P的生物有效性最高[20]，NaHCO3-Pi与NaOH-Pi的生物有效性在不同土壤中有较大差异[21]，而HCl-P和Residual-P生物有效性较低[22]。磷肥施入不同土壤后的磷素形态转化亦有较大差异，石灰性土壤中长期施用磷肥显著增加了无机活性磷含量[23]，而酸性土壤以中活性态磷含量的提升幅度最大[24]。此外，作物磷素吸收累积量受磷肥施用后土壤中磷素形态及转化的影响。因此，探明不同磷肥施入土壤后的形态转化过程是实现磷肥与土壤相匹配，提高磷素利用效率的关键。【本研究切入点】砂姜黑土和红壤分别作为石灰性和酸性土壤的典型代表，选择与之相匹配的磷肥品种对提高磷肥利用效率具有重要意义。前人对不同土壤中磷素有效性及磷肥利用效率的研究多集中在不同磷肥处理作物产量和磷素吸收利用效率的评价上，而对于不同磷肥在土壤中磷素形态转化特征及与土壤相匹配的最适磷肥品种遴选方面尚缺乏系统研究和报道。【拟解决的关键问题】本文拟通过研究不同磷肥在砂姜黑土和红壤上的形态转化与有效性变化特征，分析小麦对磷素的吸收利用规律，筛选出最适宜在砂姜黑土和红壤上施用的磷肥品种，为提高作物磷素吸收和磷肥利用效率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤为砂姜黑土和红壤，分别取自安徽农业大学皖北综合试验站（E117°09'，N33°68'）和黄山市休宁县农技推广中心（E118°08'，N29°77'）长期定位试验中低量磷肥投入小区，土壤基本理化性状见表1。供试小麦品种为河南省黄泛区地神种业农业科学研究院提供的泛麦8号。供试磷肥为安徽六国化工股份有限公司提供的过磷酸钙（P2O512%）、钙镁磷肥（P2O515%）、磷酸二铵（P2O546%）、重过磷酸钙（P2O546%）和山东泰宝生物科技股份有限公司提供的农用聚磷酸铵（P2O556%）。氮肥为尿素（N 46%），钾肥为硫酸钾（K2O 50%）。

表1 供试土壤基本理化性状

1.2 试验设计

于2020年10月至2021年5月在安徽农业大学农萃园植物营养试验场（E117°25'，N31°86'）进行盆栽试验，设置6个磷肥处理：不施磷（CK）、施用过磷酸钙（SSP）、钙镁磷肥（FMP）、磷酸二铵（DAP）、重过磷酸钙（TSP）和聚磷酸铵（APP）。供试土壤风干，去除植物根系、残膜等外植体，研磨过20目筛后，分别装入预先编号的塑料盆（内径20.5 cm、底径15.0 cm、高17 cm）中，每盆装风干土3.5 kg。每千克风干土施氮肥、磷肥和钾肥分别为0.20、0.13和0.11 g，其中磷钾肥全部一次性基施，氮肥采用基肥和追肥的形式施入，基追比1﹕1，追肥在拔节期结合灌水施用。重复9次，试验过程中试验盆的位置随机排列、结合生育时期更换位置。

选取大小均匀、无破损种子，先采用10% H2O2溶液浸泡30 min，对种子进行表面消毒、灭菌，再经清水淋洗冲净浸泡5 h后，备用。每盆播种15粒，待小麦两叶一心时间苗，留取大小、长势均匀一致的麦苗，各处理均保留8株/盆。在小麦生育期间，采用称重法进行水分管理，使土壤水分维持在田间持水量的65%— 70%。使用吡虫啉、甲维盐和阿维菌素、三唑酮和戊唑醇等杀虫杀菌剂进行蚜虫、白粉病和锈病的防治。

1.3 样品采集与分析

于小麦拔节期、开花期和成熟期采集植物样品，各处理随机选取3盆。拔节期地上部植株样品统分为茎叶，开花期分为茎叶和穗，成熟期分为茎叶、颖壳和籽粒三部分。植株样品先用自来水冲洗3遍，再用去离子水快速冲洗后装入信封，105℃杀青30 min，75℃烘干至恒重，称重后粉碎备用。植物各器官样品经H2SO4-H2O2法消煮后，用电感耦合等离子发射光谱仪（Avio 200，PerkinElmer，美国）测定消煮液中磷浓度。

土壤样品于小麦拔节期、开花期、成熟期结合植株采样进行采集，采用抖土法获得根际土壤样品（抖落掉的颗粒土壤为非根际土，附着在根系表面2—4 mm土壤为根际土），经风干后，分别过20目和100目筛备用。根际和非根际土壤有效磷（Olsen-P）含量采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，定量滤纸过滤，连续流动分析仪（San++，Skalar，荷兰）测定浸提液中磷浓度。根际土壤磷素分级采用修正的Hedley分级法[19]进行，称取0.5 g 100目土壤样品置入50 mL离心管中，依次采用去离子水、0.5 mol·L-1NaHCO3溶液、0.1 mol·L-1NaOH溶液、0.5 mol·L-1HCl溶液经振荡离心提取H2O-P、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi、NaOH-Po、HCl-P和Residual-P等7种磷形态，采用钼锑抗试剂显色，紫外可见光分光光度计（UV-1800，Shimadzu，日本）测定浸提液磷浓度，通过已构建的标准曲线计算根际土壤各形态磷含量，其中NaHCO3-Po、NaOH-Po含量由总磷与对应无机磷含量差减得出。

1.4 数据分析与处理

植株地上部磷素积累量（mg/pot）=地上部磷含量×每盆地上部干重；

磷肥利用效率（%）=（施磷处理植株磷素累积量-不施磷处理植株磷素累积量）/施磷量×100；

磷肥偏生产力（kg·kg-1）=籽粒产量/施磷量。

试验数据采用Microsoft Excel 2019进行数据处理，采用SPSS进行方差分析和通径分析，不同处理间的差异分析采用单因素方差分析（one-way ANOVA），最小显著性差异法（LSD）进行多重比较；采用Sigmaplot 12.5对土壤各磷形态含量与土壤有效磷含量及土壤有效磷含量与植株磷素累积量进行回归分析。

2 结果

2.1 不同磷肥对土壤有效磷含量的影响

砂姜黑土中施用磷肥对小麦拔节期和开花期根际土壤有效磷含量分别较不施磷肥对照提高208%—662%和221%—400%，成熟期土壤有效磷含量提高194%—344%（表2）。小麦拔节期和开花期根际土壤有效磷含量高低表现为：APP＞TSP或DAP＞DAP或TSP＞SSP＞FMP处理，成熟期则表现为：APP＞TSP＞DAP＞FMP＞SSP处理，其中拔节期FMP和SSP处理间，开花期DAP、TSP和SSP处理间，成熟期TSP和DAP、FMP和SSP处理间差异均不显著（＞0.05）。

红壤中施用磷肥使小麦拔节期和开花期根际土壤有效磷含量分别较不施磷肥显著提高108%—302%和184%—791%，成熟期土壤有效磷含量显著提高84%—129%。在小麦拔节期，不同磷肥处理根际土壤有效磷含量表现为：DAP＞APP＞TSP＞FMP＞SSP处理，其中APP和TSP、FMP和SSP处理间差异不显著；在小麦开花期，DAP处理的根际土壤有效磷含量最高，但与TSP差异不显著；在小麦成熟期，不同磷肥处理的红壤有效磷含量高低表现为：SSP＞TSP＞APP＞FMP＞DAP处理，但SSP、TSP、APP和FMP处理间均无显著差异（＞0.05）。

表2 施用不同品种磷肥对土壤有效磷含量的影响

同列数据后不同小写字母表示同一指标各处理间差异显著（＜0.05）。**表示在＜0.01水平显著相关，ns表示不显著

Different letters in the same column indicate the significant differences among the treatments at 0.05 level. ** and ns indicate＜0.01 and＞0.05, respectively

2.2 不同磷肥对土壤磷库转化的影响

砂姜黑土中施用磷肥均可显著提高冬小麦拔节期和开花期根际土中H2O-P和NaHCO3-Pi比例，显著降低Residual-P比例（＜0.05）（图1）。在小麦拔节期，施磷处理的根际土壤中H2O-P和NaHCO3-Pi含量分别较不施磷提高78.7%—742.0%和98.0%—196.7%；而小麦开花期施磷处理的根际土壤中H2O-P、NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量较不施磷显著提升，增幅分别达81.3%—189.0%、98.3%—352.3%和7.0%—97.1%。在小麦拔节期和开花期，砂姜黑土TSP和APP处理的根际土壤中NaHCO3-Pi比例的提升幅度和Residual-P比例的降低幅度均显著高于其他磷肥处理（＜0.05）。红壤中施用不同磷肥使小麦拔节期根际土壤中NaHCO3-Pi比例和开花期根际土壤中NaOH-Pi比例较不施磷显著提高，开花期Residual-P比例显著降低（＜0.05）。在小麦拔节期，不同磷肥处理的根际土壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量分别较不施磷提升275.2%—848.3%和26.9%—58.3%；在小麦开花期，不同磷肥处理的根际土壤中NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi和NaOH-Po含量均较不施磷显著提升，其中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi的含量高低均表现为：DAP＞TSP＞SSP＞FMP＞APP处理。

2.3 不同土壤磷形态与有效磷的关系

图2显示，在小麦拔节期，砂姜黑土根际土壤中H2O-P和NaHCO3-Pi含量与有效磷含量呈极显著正相关关系（＜0.01），NaHCO3-Pi含量每提高1 mg·kg-1，可使土壤有效磷含量提高0.55 mg·kg-1。此外，砂姜黑土上小麦拔节期根际土壤中NaOH-Po含量与有效磷含量呈负相关，NaOH-Po含量每降低1 mg·kg-1，可使土壤有效磷含量提升0.88 mg·kg-1。红壤上小麦拔节期根际土壤中NaHCO3-Pi含量的提升对土壤有效磷含量的贡献较NaOH-Pi更显著，NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量每提高1 mg·kg-1，可使根际土壤有效磷含量分别提高0.45和0.17 mg·kg-1。

在小麦开花期，砂姜黑土根际土壤中H2O-P、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po含量均与土壤有效磷含量呈极显著正相关关系（＜0.01），H2O-P、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po含量每提升1 mg·kg-1，可使根际土壤有效磷分别提升0.40、0.18和1.57 mg·kg-1（图3）。对于红壤而言，小麦开花期根际土壤中NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi及NaOH-Po含量与土壤有效磷含量均呈极显著正相关（＜0.01），其中NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po含量的提升对有效磷含量的提升效果较NaOH-Pi和NaOH-Po更为显著。

图a、b为拔节期砂姜黑土、红壤根际土各形态磷素含量，图c、d为开花期期砂姜黑土、红壤根际土各形态磷素含量；图e、f为拔节期砂姜黑土、红壤根际土各形态磷素比例，图G、H为开花期期砂姜黑土、红壤根际土各形态磷素比例。不同小写字母表示同一指标各处理间差异显著（＜0.05）

a, b: soil P fraction concentration at jointing stage in lime concretion black soils and red soils, respectively; C, D: Soil P fraction concentration at anthesis stage in lime concretion black soils and red soils, respectively; E, F: Percentage of soil P fractions at jointing stage in lime concretion black soils and red soils, respectively; G, H: Percentage of soil P fractions at anthesis in lime concretion black soil and red soil, respectively. Different letters indicate the significant differences among the treatments at 0.05 level

图1 施用不同品种磷肥对土壤各形态磷素含量和比例的影响

Fig. 1 Effects of different varieties of phosphate fertilizers on soil P fraction concentration and percentage of soil P fractions

相关分析表明（表3），砂姜黑土有效磷与H2O-P、NaHCO3-Pi呈极显著正相关，与HCl-P呈显著正相关。红壤有效磷与NaHCO3-Pi、NaOH-Pi和NaOH-Po呈极显著正相关。进一步通过通径分析可知，H2O-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi和HCl-P对砂姜黑土有效磷的直接影响均达显著水平，H2O-P和NaHCO3-Pi对砂姜黑土有效磷均具有正向直接影响，其中NaHCO3-Pi直接通径系数最大为0.98，NaOH-Pi和HCl-P对砂姜黑土有效磷具有负向直接影响，NaOH-Pi通过间接影响NaHCO3-Pi，进而对土壤有效磷有较大的正向间接效应，HCl-P通过间接影响H2O-P和NaHCO3-Pi对土壤有效磷产生正向间接影响效应。因此，NaOH-Pi和HCl-P与有效磷之间的正相关是由间接效应造成；红壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Po对土壤有效磷的直接影响均达显著水平，其中NaOH-Pi与有效磷之间的显著正相关是由间接效应造成。

2.4 不同磷肥对小麦产量、磷素累积量和磷肥利用效率的影响

在砂姜黑土中，不同磷肥处理对小麦籽粒产量均无显著影响（表4）。就偏生产力而言，FMP处理的小麦磷肥偏生产力最高，但与TSP处理间差异不显著。不同施磷处理均可提高砂姜黑土中小麦地上部磷素累积量，较不施磷显著提高15.4%—50.9%，其中APP和TSP处理的提升效果最好，分别较不施磷显著提高50.9%和40.2%，磷肥利用效率分别达8.81%和6.96%，与其他磷肥处理间差异显著（＜0.05）。在红壤中，施用不同磷肥后的小麦磷素累积量较不施磷肥显著提高123.7%—643.9%，呈现出：TSP＞DAP＞FMP＞APP＞SSP处理，其中DAP、FMP和APP处理间差异不显著（＞0.05）；而小麦产量较不施磷提高75.5%— 337.2%，不同品种磷肥产量高低则表现出：TSP＞DAP＞APP＞FMP＞SSP处理，其中TSP和DAP处理间差异不显著（＞0.05）；对小麦磷素累积量和偏生产力而言，TSP处理较其他磷肥处理显著提高。

图中*和**表示在P＜0.05和 P＜0.01水平显著相关，ns表示不显著。图3、图4同

表3 土壤中各形态磷与有效磷之间的相关系数和通径系数

*和**表示在＜0.05和＜0.01水平显著相关，ns表示不显著 *, ** and ns indicate＜0.05,＜0.01 and＞0.05, respectively

图3 施用磷肥条件下开花期根际土壤中各形态磷含量与土壤有效磷含量的关系

表4 施用不同品种磷肥对小麦磷素累积量、产量和磷素利用效率的影响

同列数据后不同小写字母表示同一指标各处理间差异显著（＜0.05）

Different letters in the same column indicate the significant differences among the treatments at 0.05 level

2.5 土壤有效磷含量与植物磷素累积量的关系

通过对小麦不同生育时期土壤有效磷含量与小麦植株磷素累积量进行回归分析可知（图4），小麦植株磷素累积量随土壤有效磷含量的提高而增加。在小麦拔节期，砂姜黑土和红壤根际土壤有效磷含量每提高1 mg·kg-1，小麦植株磷素累积量分别相应提高0.87和0.37 mg/pot；在小麦开花期，红壤根际土壤有效磷含量每提高1 mg·kg-1，小麦植株磷素累积量可提高0.57 mg/pot；在成熟期，砂姜黑土有效磷含量每提高1 mg·kg-1，小麦植株磷素累积量可提高1.17 mg/pot。

拔节期和开花期均为根际土壤有效磷，成熟期则为非根际土壤有效磷

3 讨论

3.1 不同磷肥对砂姜黑土中磷形态转化及其有效性的影响

本研究结果表明，砂姜黑土中施用聚磷酸铵、重过磷酸钙对土壤有效磷提升效果最为显著，这与前人在石灰性土壤上的研究结果相似[9, 25-26]。可能的原因是：一方面，聚磷酸铵相比于磷酸二铵在土壤中有更高的析出率[27]，当其施入土壤后降低0—10 cm土层pH的能力较磷酸二铵更强，且受土壤固定作用较小，具有较长的迁移距离[28]。另一方面，作为石灰性土壤的砂姜黑土，Ca2+和Mg2+含量高，土壤呈弱碱性，而聚磷酸铵的pH近中性，重过磷酸钙是由磷酸分解磷矿粉制成的高浓度磷肥，为酸性肥料，施入土壤后对土壤pH具有缓冲作用。砂姜黑土中存在的大量碳酸钙对无机磷的吸附作用随pH降低而减弱。同时，土壤pH降低可提升磷酸酶活性，进而可促进磷酸盐水解[29]。过磷酸钙虽也是酸性磷肥，但因其磷浓度较低，生产中多采用低品位磷矿，其中杂质含量较高，磷酸一钙易生成磷酸铁和磷酸铝，致使其肥效降低。此外，聚磷酸铵中的磷素主要以聚合态为主，施入土壤后可与土壤中的Ca2+等离子发生螯合作用，降低土壤对正磷酸盐的吸附固定作用，从而提高土壤磷库中高活性磷组分的含量[30]。

本研究中，冬小麦拔节期和开花期砂姜黑土根际土壤的磷素形态主要以HCl-P和Residual-P为主，而NaHCO3-Pi含量与土壤中有效磷含量相关性最高，其次为H2O-P。这与穆晓慧等[20]对黄绵土和土开展的土壤磷库特征研究结果相一致。石灰性土壤中HCl-P主要以磷灰石型磷酸盐为主，且Residual-P也是土壤中稳定态磷，这两种形态磷素占比较高是因为土壤风化程度低，磷素易与土壤钙离子结合形成碳酸钙沉淀，降低土壤中磷素有效性[31]。也有研究认为，石灰性土壤中存在大量＜0.01 mm的物理性黏粒对磷素具有固定作用，同样在一定程度上降低了土壤磷素有效性[32-33]。本研究表明，在砂姜黑土上，冬小麦拔节期根际土壤中NaOH-Po含量与有效磷含量呈显著负相关，而在开花期，则与有效磷含量呈正相关关系。究其原因可能是拔节期小麦地上部对磷素需求量较大，此时作物可通过地下部根系的伸长及有机酸分泌等方式，对有机磷进行矿化，使NaOH-Po转化成可直接被植物吸收利用的无机磷形态，而开花期小麦地上部对磷素的吸收作用因其根系活力下降而逐步减弱，土壤中磷素转化主要受土壤微生物作用影响[34-35]。

砂姜黑土中施用聚磷酸铵和重过磷酸钙，小麦拔节期和开花期根际土壤中NaHCO3-Pi占比提升幅度及Residual-P占比降低幅度均较高。回归分析可知，土壤中NaHCO3-Pi含量的增加对土壤有效磷具有显著提升作用。因此，砂姜黑土中施用聚磷酸铵和重过磷酸钙均可显著提高土壤有效磷含量。谢英荷等[36]的研究也表明，土壤H2O-P和NaHCO3-P含量均与有效磷含量具有极显著相关关系。土壤中H2O-P是土壤溶液中处于平衡状态的无机磷，作为高活性磷形态，作物可直接吸收，而NaHCO3-P是较为松散地结合在土壤铁铝氧化物表面的活性磷和部分微生物量磷，具有较高的植物有效性。因此，石灰性土壤中促进其他形态磷素向H2O-P和NaHCO3-P的转化，是提高土壤磷有效性及作物吸收利用磷素的有效途径。

3.2 不同磷肥对红壤中磷形态及其有效性的影响

本研究结果表明，红壤中施用不同磷肥对小麦根际土壤和非根际土壤的有效磷含量均得到显著提高，且根际土壤较非根际土壤的提升效果更为显著，其中重过磷酸钙和磷酸二铵处理对土壤有效磷含量的提升效果显著高于其他磷肥处理。这可能是因为：重过磷酸钙和磷酸二铵均为高浓度水溶性磷肥，且磷酸二铵施入土壤后呈弱碱性，对酸性的红壤具有调节中和作用。酸性土壤中pH升高会使土壤表面负电荷增加，对磷酸根离子产生静电排斥作用，从而降低土壤对磷酸根的吸附量[37]。聚磷酸铵同样作为高浓度磷肥，仅在拔节期对红壤有效磷含量具有较高提升作用，这可能是聚磷酸铵水解受到pH、温度等因素影响，随着冬小麦生育进程的推进，气温升高，聚磷酸铵施入酸性土壤后水解速率较快，土壤对磷的吸附增强，进而对开花期和成熟期土壤磷的形态、含量等产生显著影响。

就不同形态磷素而言，红壤中磷素主要以NaOH-Pi和NaOH-Po为主，而NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量的提高对土壤有效磷的提高具有显著正相关关系。酸性土壤具有较高的Fe2+和Al3+含量，土壤中磷素易形成吸附性磷酸盐形态，从而降低了土壤活性态磷素比例。有研究表明，施用磷肥可显著提高中等活性磷组分NaOH-Pi和NaOH-Po含量及稳定性磷组分HCl-P含量[24]。李宁等[21]认为，土壤磷素的活化主要表现为NaOH-Pi和NaHCO3-Pi含量的提升。红壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi两种磷组分是通过化学吸附作用分别吸附在土壤黏粒表面或土壤中铁铝化合物表面的无机磷，具有较高的植物有效性。在红壤-小麦种植体系中，作物根系分泌作用和微生物活动影响土壤环境，提升土壤中该部分磷素比例以满足作物磷素吸收需求[18]。本研究中，红壤小麦拔节期不同磷肥处理的根际土壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量分别较不施磷显著提高275.2%— 848.3%和28.4%—56.2%，表明施用磷肥后主要提升土壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量，通过提升土壤活性无机磷的占比进而提高土壤有效磷水平；而重过磷酸钙和磷酸二铵处理则通过提高小麦根际土壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量，具有较高的土壤有效磷水平。

3.3 不同磷肥对小麦磷素吸收利用的影响

本研究中，聚磷酸铵对砂姜黑土小麦的磷素累积量的提升效果最为显著，其次为重过磷酸钙。砂姜黑土中施用磷肥对产量无显著影响，仅钙镁磷肥和重过磷酸钙处理的籽粒产量较不施磷有所提升。从砂姜黑土土壤磷素分级结果可知，砂姜黑土不施磷处理全磷含量仍较高，其中易被植物吸收利用的NaHCO3-Pi和NaOH-Pi等无机磷含量较低是土壤有效磷含量较低的主要原因；但在种植作物体系下，有机磷可在磷酸酶等的作用下，促进其矿化成为无机磷，成为植物生长所需磷素的重要来源。通常认为，钙镁磷肥是一种弱酸溶性肥料，施入土壤后溶解性较低，土壤有效磷含量与聚磷酸铵和重过磷酸钙等处理虽具有一定差距，但较不施磷处理仍有提升，这可能是在作物种植体系下，可通过作物根系分泌有机酸对钙镁磷肥进行逐步溶解转化，改善其溶解性，使其中磷素缓慢释放，满足作物生长需求；另一方面，近年来农业生产中多采用高浓度磷肥，易造成土壤酸化，而钙镁磷肥中含有镁、硅、钙等多种作物生长所需微量元素，能有效平衡土壤养分条件[7]。VENUGOPALAN等[38]对比磷酸二铵和聚磷酸铵在小麦季的磷肥利用率，研究发现聚磷酸铵有利于小麦的生长。王庆仁等[39]在开展施用重过磷酸钙、钙镁磷肥和磷矿粉对小麦季肥效试验的结果表明，在相同施磷量条件下，重过磷酸钙的肥效最好，其次为钙镁磷肥。安志装等[40]对石灰性土壤小麦磷素吸收利用的研究也得出相同结论，均与本文研究结果一致。红壤中施用重过磷酸钙和磷酸二铵对小麦产量和磷素累积量具有显著提升。在云南红壤上开展的田间试验研究也有相似结果，施用磷酸二铵较其他磷肥可使作物磷素累积量提高68.8%—105%，籽粒产量提高47.1%—73.8%[10]。针对植株磷素累积与土壤磷素之间的关系，有研究表明，植株吸磷量与土壤有效磷含量存在显著正相关[16,41]。本研究结果表明，砂姜黑土小麦拔节期和成熟期土壤有效磷含量与植株磷素累积量均呈显著正相关，其中聚磷酸铵和重过磷酸钙处理土壤有效磷含量显著高于其他磷肥处理，进而提升了砂姜黑土小麦磷肥利用效率。小麦拔节期和开花期红壤有效磷含量与植株磷素累积量均具有极显著正相关关系，重过磷酸钙和磷酸二铵处理具有较高的土壤有效磷水平，进而对红壤中小麦的磷素吸收利用具有较好提升效果。

4 结论

施用不同品种磷肥对土壤有效磷、土壤磷形态及小麦磷素吸收利用均有显著影响。砂姜黑土中的磷素主要以有效性较低的Residual-P和HCl-P为主，而H2O-P和NaHCO3-Pi含量与土壤有效磷含量显著正相关，施用重过磷酸钙和聚磷酸铵可显著提升H2O-P和NaHCO3-Pi含量，进而提高土壤磷素有效性和小麦磷肥利用效率。红壤中的磷素主要以NaOH-Pi和NaOH-Po为主，而NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量与土壤有效磷含量显著正相关，施用磷酸二铵和重过磷酸钙对土壤NaHCO3-Pi和NaOH-Pi的提升效果较好，土壤有效磷含量、植株磷素累积量、小麦产量和磷肥利用效率均较显著高于其他磷肥处理。综上，砂姜黑土中施用重过磷酸钙和聚磷酸铵、红壤中施用磷酸二铵和重过磷酸钙较为适宜，可提高土壤磷素有效性和磷肥利用效率。

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Effects of Different Varieties of Phosphate Fertilizer Application on Soil Phosphorus Transformation and Phosphorus Uptake and Utilization of Winter Wheat

1College of Resources and Environment, Anhui Agricultural University/Anhui Province Key Laboratory of Farmland Ecological Conservation and Pollution Prevention/Research Center of Phosphorous Efficient Utilization and Water Environment Protection Along the Yangtze River Economic Zone, Hefei 230036;2College of Resources and Environment, Anhui Agricultural University/Anhui Province Engineering and Technology Research Center of Intelligent Manufacture and Efficient Utilization of Green Phosphorus Fertilizer, Hefei 230036;3College of Resource and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193

【Objective】Effects of different phosphorus (P) fertilizers application on soil P transformation as well as P uptake and utilization in wheat were investigated, so as to provide a theoretical basis for precise matching and efficient utilization of P fertilizer in soil - P fertilizer - crop system. 【Method】The pot experiment was conducted in lime concretion black soil and red soil including six treatments: no P fertilizer (CK); application of calcium superphosphate (SSP), calcium magnesium phosphate (FMP), diammonium phosphate (DAP), calcium superphosphate (TSP) and ammonium polyphosphate (APP). The relationship between the P transformation in rhizosphere as well as non-rhizosphere soils with P accumulation in wheat at the jointing and anthesis stages was analyzed. 【Result】Soil Olsen-P concentration increased by 194%-662% after application of P fertilizer in lime concretion black soil. Soil Olsen-P concentration in wheat rhizosphere soil followed the order: APP, TSP, DAP, FMP, SSP, and CK. The H2O-P and NaHCO3-Pi concentration was significantly increased, whereas the Residual-P concentration was significantly reduced after phosphate fertilizer application. Both H2O-P and NaHCO3-Pi concentration was positively correlated with soil Olsen-P. At the jointing stage, in comparison to that of the control, TSP and APP application increased NaHCO3-Pi concentration by 41.0 and 36.0 mg·kg-1, respectively. For the red soil, soil Olsen-P concentration in rhizosphere soil increased by 84%-791% as P fertilizer was applied. And soil Olsen-P concentration under DAP and TSP treatments was significantly higher than that under other P fertilizer treatments. The NaHCO3-Pi and NaOH-Pi concentration increased by 275.2%-848.3% and 26.9%-58.3%, respectively, which was positively correlated with rhizosphere soil Olsen-P concentration. After P fertilizer application, the most significant effects were found under DAP and TSP treatments. At the jointing stage, there was a significant positive correlation between shoot P accumulation and soil Olsen-P concentration in lime concretion black soil and red soil. When soil Olsen-P concentration increased by 1 mg·kg-1, shoot P accumulation increased by 0.87 and 0.37 mg/pot respectively in lime concretion black soil and red soil. In lime concretion black soil, shoot P accumulation significantly increased by 15.44%-50.9% compared with the control as different P fertilizers addition, and the APP and TSP significantly increased shoot P accumulation and utilization efficiency in shoot than other P fertilizers. After P fertilizer application in red soil, shoot P accumulation and grain yield of wheat increased by 123.7%-643.9% and 75.5%-337.2%, respectively. The grain yield, shoot P accumulation and P utilization efficiency under TSP treatments were significantly higher than that under other P fertilizer treatments. 【Conclusion】In lime concretion black soil, the concentration of H2O-P and NaHCO3-Pi was significantly increased after application of APP and TSP. In red soil, the NaHCO3-Pi and NaOH-Pi concentration was significantly increased after the application of DAP and TSP. Therefore, in order to increase wheat P efficiency, APP or DAP was recommended as a proper fertilizer in lime concretion black soil, while DAP or TSP was recommended as a proper P fertilizer in red soil.

lime concretion black soil; red soil; different phosphate fertilizer varieties; soil P pool transformation characteristics; phosphorus utilization efficiency; winter wheat