秸秆及其生物炭添加对土壤Olsen-P及磷素组分的影响

甘国渝，金慧芳，李燕丽，杨军，李继福*，姚荣江，杨劲松，朱海,*

秸秆及其生物炭添加对土壤Olsen-P及磷素组分的影响

甘国渝1，金慧芳1，李燕丽1，杨军1，李继福1*，姚荣江2，杨劲松2，朱海1,2*

（1.长江大学 农学院/湿地生态与农业利用教育部工程研究中心/涝渍灾害与湿地农业湖北省重点实验室，湖北 荆州 434025；2.中国科学院 南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室，南京 210008）

【目的】研究和对比秸秆和生物炭添加对土壤磷素及Olsen-P量变化的影响。【方法】以江汉平原典型水稻土为研究对象，进行了室内恒温土培试验。试验设置不同水分模拟旱地和水田两种土地利用方式，分别设置高量生物炭（BC2）、低量生物炭（BC1）、高量秸秆（SC2）、低量秸秆（SC1）和无添加（CK）处理，25 ℃下恒温培养30 d。利用Hedley磷素形态分级法对各处理土壤进行磷素分级，同时测定土壤Olsen-P量及其他理化指标。【结果】在旱地土壤中，添加生物炭使得土壤Olsen-P量增加了1.78～1.46 mg/kg，添加秸秆使得土壤Olsen-P量分别增加了4.46～1.72 mg/kg。在水田土壤中，添加生物炭使得土壤Olsen-P量分别增加了22.42～12.04 mg/kg，添加秸秆使得土壤Olsen-P量分别增加了6.37～4.27 mg/kg。磷素形态分级结果表明各处理土壤中不同磷素组分量差异较大，由高到低依次表现为HCl-P＞NaOH-P＞NaHCO3-P＞H2O-P。综合旱地和水田土壤来看，添加生物炭提高了土壤pH值、总氮（TN）、可溶性有机碳（DOC）和土壤总有机碳（SOC）量。而添加秸秆提高了土壤总磷（TP）、DOC和SOC量。添加生物炭处理土壤中，Olsen-P量与H2O-P、NaHCO3-P、SOC和NH4+-N量呈极显著正相关。添加秸秆处理土壤Olsen-P量与NaOH-P、HCl-P、TN和NH4+-N量呈显著正相关关系。【结论】可见，生物炭和秸秆还田主要是通过影响土壤pH、TN和SOC量，促进土壤中Olsen-P的积累，同时改变土壤的磷素分级状况，进而提高土壤供磷水平和能力。

生物炭；秸秆；Hedley磷素形态分级法；Olsen-P

0 引言

【研究意义】磷是植物正常生长发育的必需营养元素，土壤磷素有效性不仅影响作物产量水平，也影响到区域农业生态系统的平衡和稳定[1]。然而我国农田磷肥当季利用率远低于氮肥和钾肥的吸收利用率[2]。施入土壤的磷肥，大部分被土壤吸附固定并转化为植物难以利用的磷素形态，导致土壤磷素有效性的降低[3]。因此，探究磷素形态转化及其有效性提高途径，对于解决上述问题具有重要的科学价值和实践意义。秸秆是传统的农田土壤培肥和增碳措施，其不仅直接改变土壤有机碳量，还会对提高土壤磷素库容产生积极影响。【研究进展】有学者[4]开展了连续3 a的稻麦秸秆还田试验，发现秸秆还田能够显著增加土壤有效磷量。有机物料添加（如秸秆、有机肥等）是通过增加土壤微生物数量、释放养分转化相关水解酶从而提高土壤磷素养分有效性[5]。相较于秸秆，生物炭具有更好的吸附性和固碳潜力。而农作物秸秆是生物炭的理想来源，秸秆炭化利用成为农业和生态等领域的研究热点[6]。有研究在连续5 a增施生物炭后[7]发现，生物炭可促进棕壤中磷的累积，提高土壤磷素有效性。而且能够不同程度增加水稻土中总磷量和速效磷量[8]。生物炭对土壤酶活性和细菌群落有一定的影响，生物炭是通过降低土壤体积质量，提高土壤pH、速效磷、有机质量和C/N比进而影响土壤磷素转化相关的酶和微生物活性[9]。然而，受秸秆类型、粉碎方式和还田量等的影响，不同研究中秸秆还田对土壤理化性质的影响程度存在较大差异。有研究指出小麦秸秆的含碳量较高，还田后会导致土壤C/N和C/P比例失调，出现微生物与作物争氮、争磷现象[10]。此外，土壤含水率对磷素有效性也起着重要作用，影响着土壤中有效磷的变化和作物生长[11]。研究指出，在干旱条件下土壤中的含磷量显著低于淹水条件，但与次生矿物（铁/铝氧化物）结合的无机和有机磷量增加[12]。相关研究表明，双季稻田采用秸秆还田配合间歇灌溉或长期淹水均可显著提高土壤柠檬酸磷（Citrate-P）和酶磷（Enzyme-P）量，且长期淹水较间歇灌溉主要提高土壤氯化钙磷（CaCl2-P）量[13]。【切入点】江汉平原地下水位埋藏较浅，受长江水位波动影响显著，极易发生涝渍灾害，土壤潜育化现象十分严重，有研究表明潜育性土壤磷素有效性普遍偏低，严重制约作物对磷素的吸收利用[14]。因此，有必要寻求合理的改良利用途径，提高磷素有效性和作物磷素利用效率。前人研究已表明秸秆还田对提高土壤中磷素量起到积极作用，但是有关秸秆与生物炭还田的对比研究还不多见[15-16]，江汉平原地区更鲜有报道。【拟解决的关键问题】本研究选取江汉平原典型的水稻土，开展秸秆和生物炭添加室内恒温培养试验，同时设置不同水分模拟旱地和水田2种土地利用方式，探究其对土壤Olsen-P量、磷素组分变化、土壤理化性质的影响，结合磷素与驱动因子的相关性分析，阐明秸秆与生物炭添加对土壤磷素有效性的影响机制。以期为江汉平原秸秆资源综合利用和土壤磷素高效利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

土壤采样区位于长江大学教学科研试验基地，属江汉平原腹地（30°21′N、112°09′E，海拔32 m），东部季风农业气候大区、北亚热带农业气候带、长江中下游农业气候区，年平均气温16.5 ℃，年均降水量约1 095 mm，年均日照时间1 718 h。地下水位较浅，约3 m，该区农作物主要为冬小麦、水稻、玉米和油菜等。试验前0～20 cm耕层土壤理化性质见表1。于2021年6月，利用五点取样法采集试验基地0～20 cm耕层土壤，置于实验室风干、磨碎、过2 mm筛，以备后续培养试验使用。

秸秆取自长江大学教学科研试验基地，于2021年5月，小麦收获期，人工采集小麦秸秆，取回实验室用烘箱烘干，再用高速粉碎机打碎备用。生物炭由本试验所用秸秆制备，在缺氧条件下以5 ℃/min的速率将温度升高到550 ℃，然后保持4 h制得[17]，小麦秸秆与生物炭基础理化性质见表1。

表1 各供试材料基本理化性质

1.2 试验设计

本研究通过室内培养试验来进行，模拟旱地和水田2种土地利用方式，参考相关文献[18]分别设高量生物炭（BC2，添加量为土质量的2%）、低量生物炭（BC1，添加量为土质量的1%）、高量秸秆（SC2，添加量为土质量的2%）、低量秸秆（SC1，添加量为土质量的1%）和无添加（CK）为对照共10个处理。每个处理3个重复。

于2021年6月小麦收获后，采集0～20 cm土层的土样，自然风干粉碎过2 mm筛，充分混匀储存备用。使用500 mL的广口玻璃瓶，每个瓶中装入100 g风干土样。水田模式采用淹水处理，土面保持2 cm高水位，旱地模式土壤含水率参考相关研究[19]，设置为60%WFPS（≈20%质量含水率）。在25 ℃条件下恒温培养30 d，每3 d利用称质量法对各样品进行补水，以保持恒定的土壤含水率[20]。

1.3 样品测定

土壤磷分级采用改进后的Hedley磷分级法提取[21]，钼酸铵比色法测定。针对同一份样品，依次使用H2O，NaHCO3，NaOH和HCl溶液浸提，测定各处理土壤中H2O-P，NaHCO3-P，NaOH-P和HCl-P量。具体方法为：①水溶态磷：用蒸馏水浸提。②NaHCO3提取态磷（NaHCO3-P）：包括无机态和有机态2部分，无机部分主要是吸附在土壤表面的磷；有机部分主要是易于矿化的可溶性有机磷。③NaOH提取态磷（NaOH-P）：用0.1 mol/L NaOH提取，它们是以化学吸附作用吸附于土壤Fe，Al表面的磷。其也包括有机和无机2部分。④磷灰石型磷（HCl-P）：用盐酸提取，在石灰性土壤中主要提取的是磷灰石型磷，但在高度风化的土壤（如红壤）中也能提取部分闭蓄态磷。同时称取1份土样直接用NaHCO3浸提，测定土壤Olsen-P量。

pH值、全氮量（TN）、全磷量（TP）、速效磷量（Olsen-P）和有机碳量（SOC）等指标按照常规方法测定[22]，其中土壤有机碳量采用重铬酸钾外加热法测定。土壤可溶性碳（DOC）测定：称取20 g各处理土壤样品，用40 mL 0.5 mol/L硫酸钾提取后，浸提液经0.45 μm滤膜进行抽滤，滤液在TOC-Analyzer分析仪上测定[23]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007和Origin2018软件处理数据并绘图，SPSS20进行统计方差分析，LSD法检验<0.05水平上的差异显著性。采用Canoco5.0软件进行环境因子对土壤磷组分的冗余分析。

2 结果与分析

2.1 生物炭和秸秆添加对土壤理化性质的影响

秸秆和生物炭处理土壤基本理化性质的变化如表2所示。就旱地来看，与CK相比，生物炭处理提高了土壤pH、TN、TP、SOC量，且上述指标随着生物炭用量的增加而增加，平均增幅分别为19.7%、80.0%、31.4%和23.4%；同时生物炭处理降低了土壤硝态氮（NO3--N）和铵态氮（NH4+-N）量，平均降幅分别为8.3%和14.6%。秸秆处理提高了土壤TN和SOC量，且其量随着秸秆用量的增加而增加，平均增幅分别为67.0%和31.7%；同时秸秆处理降低了NO3--N量，平均降幅为56.3%。就生物炭与秸秆对比来看，生物炭对土壤pH的提升作用更显著，不同用量水平下，生物炭处理的土壤pH均显著高于秸秆处理。高量生物炭（BC2）处理下土壤TN量也显著高于高量秸秆（SC2）处理。而就SOC来看，不同用量水平下，秸秆处理的SOC量均显著高于生物炭处理。

就水田来看，与CK相比，生物炭处理提高了土壤pH、TN、TP、SOC量，且上述指标随着生物炭用量的增加而增加，平均增幅分别为20.4%、80.0%、31.3%和23.4%；同时生物炭处理降低了土壤NO3--N和NH4+-N量，平均降幅分别为6.1%和25.0%。秸秆处理提高了土壤TN量和DOC量，且其随着秸秆用量的增加而增加，平均增幅分别为106.5%和88.0%；同时秸秆处理降低了土壤NO3--N和NH4+-N量，平均降幅分别为8.1%和52.9%。就生物炭与秸秆对比来看，二者对土壤pH的影响规律与旱地一致，也表现为生物炭处理的土壤pH均显著高于秸秆处理。而秸秆处理对土壤TN量和SOC量的提升作用更显著，相同用量水平下，秸秆处理的土壤TN量和SOC量均高于生物炭处理，其中高量水平下差异显著。

表2 各处理土壤基本理化性质

注 不同土地利用方式处理中，同列不同字母表示在0.05水平上的差异显著性；ns、*、**分别表示没有差异、显著差异、极显著差异，下同。

2.2 生物炭和秸秆添加对土壤Olsen-P的影响

整体来看，不同用量生物炭及秸秆处理下旱地土壤Olsen-P量均低于水田土壤（图1）。就旱地来看，生物炭处理显著提高了土壤Olsen-P量，其中低量生物炭（BC1）和高量生物炭（BC2）处理分别使土壤Olsen-P量增加了1.46 mg/kg和1.78 mg/kg，且高量生物炭（BC2）处理土壤Olsen-P量增加更显著，增幅为12.6%；秸秆处理也显著提高了土壤Olsen-P量，其中低量秸秆（SC1）和高量秸秆（SC2）处理分别使土壤Olsen-P量增加了1.72 mg/kg和4.46 mg/kg，且高量秸秆（SC2）处理土壤Olsen-P量增加更显著，增幅为31.5%；就生物炭与秸秆对比来看，高量生物炭（BC2）处理土壤Olsen-P量显著低于高量秸秆（SC2）处理。

就水田来看，生物炭处理也显著提高了土壤Olsen-P量，其中，低量生物炭（BC1）和高量生物炭（BC2）处理下，土壤Olsen-P量分别了增加12.04和22.42 mg/kg，高量生物炭（BC2）处理土壤Olsen-P量变化更显著，最大增幅为110.0%；秸秆处理也显著提高了土壤Olsen-P量，其中低量秸秆（SC1）和高量秸秆（SC2）处理分别使土壤Olsen-P量增加了4.27 mg/kg和6.37 mg/kg，高量秸秆（SC2）处理土壤Olsen-P量变化更显著，最大增幅为31.3%；就生物炭与秸秆对比来看，各用量下，生物炭处理土壤Olsen-P量均显著高于秸秆处理。

注 不同字母表示在0.05水平上的差异显著性。

2.3 生物炭和秸秆添加对土壤磷组分的影响

表3为各处理土壤Olsen-P量变化，由表3可知，生物炭和秸秆均显著提高了旱地和水田土壤中H2O-P，NaHCO3-P，NaOH-P和HCl-P量；不同处理土壤中4种磷素组分量差异较大，由高到低依次为HCl-P＞NaOH-P＞NaHCO3-P＞H2O-P。就旱地来看，生物炭处理显著提高了H2O-P、NaHCO3-P、NaOH-P和HCl-P量，平均增幅分别为8.9%、66.6%、21.7%和82.3%。但高量生物炭（BC2）处理下土壤H2O-P、NaOH-P和HCl-P量低于低量生物炭（BC1）处理，NaHCO3-P量在不同用量下差异不显著。秸秆处理显著提高了H2O-P、NaOH-P和HCl-P量，平均增幅分别为49.6%、7.8%和26.3%，NaHCO3-P量变化不显著。其中，随着秸秆用量的增加，HCl-P量逐渐上升，H2O-P、NaHCO3-P和NaOH-P量变化不显著。就生物炭和秸秆对比来看，不同用量下生物炭处理的NaHCO3-P量均显著高于秸秆处理；而生物炭处理的H2O-P量均显著低于秸秆处理；同时，低量生物炭（BC1）处理下NaOH-P的量显著高于低量秸秆（SC1）处理；此外，不同用量下生物炭处理的HCl-P量均显著高于秸秆处理。

就水田来看，生物炭处理显著提高了H2O-P、NaHCO3-P和HCl-P量，平均增幅分别为27.0%、118.8%和19.2%，NaOH-P量变化不显著。但高量生物炭（BC2）处理下，土壤NaOH-P和HCl-P量低于低量生物炭（BC1）处理，而NaHCO3-P量逐渐升高，H2O-P量变化不显著。秸秆处理显著提高了HCl-P量，平均增幅为24.3%。H2O-P、NaHCO3-P和NaOH-P量变化不显著。但高量秸秆（SC2）处理下土壤 HCl-P量低于低量秸秆（SC1）处理。就生物炭和秸秆对比来看，不同用量下生物炭处理的H2O-P和NaHCO3-P量均显著高于秸秆处理；而生物炭处理的NaOH-P和HCl-P量均显著低于秸秆处理。

表3 不同处理土壤中各磷素量变化

2.4 生物炭和秸秆添加对土壤磷素与各理化指标的相关分析

图2为各处理土壤中磷素与各理化指标的相关性（图中**、*分别表示在0.01、0.05水平上（双侧）显著相关。相关系数0.8～1.0、0.6～0.8、0.4～0.6、0.2～0.4、0～0.2分别表示极强相关、强相关、中等程度相关、弱相关、极弱相关或无相关；负值表示负相关。），由图2（a）可知，生物炭处理土壤中Olsen-P量与H2O-P（=0.915）、NaHCO3-P（=0.769）、SOC（=0.656）和NH4+-N（=0.890）量极显著正相关，而与NO3--N（=-0.942）极显著负相关。H2O-P量与NH4+-N（=0.930）量极显著正相关，而与NO3--N（=-0.951）极显著负相关。NaHCO3-P量与SOC（=0.765）显著正相关，而与pH（=-0.623）显著负相关。NaOH-P量与NH4+-N（=0.682）量显著正相关，而与NO3--N（=-0.663）量显著负相关。

由图2（b）可以看出，秸秆处理下土壤Olsen-P量与NaOH-P（=0.854）、HCl-P（=0.864）、TN（=0.664）和NH4+-N（=0.657）量显著正相关，而与NO3--N（=-0.897）量显著负相关。NaOH-P量与NH4+-N（=0.940）量极显著正相关，而与NO3--N（=-0.947）量显著负相关。HCl-P量与NH4+-N（=0.740）量极显著正相关，而与NO3--N（=-0.843）和NO2--N（=-0.726）量极显著负相关。

2.5 生物炭和秸秆添加对土壤磷素与环境因子冗余分析

利用RDA模型分析生物炭和秸秆添加后，土壤基础理化性质对各土壤磷素的影响如图3所示。结果表明，生物炭处理下土壤理化性质对土壤磷素量的贡献率分别为67.3%和4.4%，排序轴1和排序轴2的解释率分别为66.0%和71.7%，其中NH4+对Olsen-P、H2O-P和NaHCO3-P的影响最大，而pH对HCl-P的影响最大。秸秆处理下土壤理化性质对土壤磷素量的贡献率分别为80.1%和89.03%，其中排序轴1和排序轴2的解释率分别为88.1%和0.2%，HCl-P受TN和DOC的双重影响。

图2 各处理土壤中磷素与各理化指标的相关性

图3 碳添加土壤中各指标间冗余分析

3 讨论

3.1 添加生物炭和秸秆对土壤Olsen-P量影响

磷素作为植物生长发育所需的主要营养元素之一，其量高低和形态转化直接影响作物的产量和养分利用效率。探究适宜的磷素提升途径，对于维持区域农业经济的发展和生产力的提高具有重要意义。

前人[24]研究结果表明，秸秆还田可以有效提高土壤速效磷和全磷量，也能够提升磷活化系数（PAC）；即使在磷肥减量条件下，秸秆还田也能有效维持土壤磷素的有效性[25]。本研究中，秸秆还田后旱地和水田土壤有效磷量均有显著提高，且高量秸秆（SC2）处理下土壤Olsen-P量增幅最大（图1），这与王国骄等[26]和黄容等[27]的研究结果一致。秸秆提高磷素有效性的原因可能是，一方面秸秆提高了土壤磷酸酶活性，土壤有机磷可以在土壤酶和土壤微生物的共同作用下进行矿化而分解为无机磷，进而提高土壤中Olsen-P量[28]。另一方面秸秆腐解后，促进了土壤养分的循环与释放，从而提高了磷素活化与供应[29-30]。生物炭（BC）处理下旱地和水田土壤有效磷量也均有显著提高，同时高量生物炭（BC2）处理下土壤Olsen-P量增幅最高，这与前人[31-32]的研究结果一致。生物炭提高磷素有效性的原因可能是：生物炭含有部分不稳定的有机结合态磷化物，进入土壤后会矿化释放，使磷的有效性得到大幅提高，进一步提高了土壤磷素量[33-34]。综上，添加生物炭和作物秸秆均有助于提高土壤Olsen-P量，但在旱田和水田模式下二者对土壤Olsen-P量影响存在一定的差异，相同用量秸秆及生物炭处理下，水田土壤中Olsen-P量增加更为显著。这是由于淹水土壤 O2缺乏，进而影响土壤硝化速率[35]，并产生大量低分子量有机酸和质子（H+），有利于土壤无机磷活化，且可促进土壤中部分铁结合态磷和闭蓄态磷的转化和释放，进而增加土壤有效磷量[36]。使得在秸秆和生物炭添加后，水田土壤中Olsen-P量变化更为明显。

3.2 添加生物炭和秸秆对土壤磷素形态变化影响

土壤磷素分级是揭示土壤对植物磷供给能力的有效方法，也是研究土壤中磷迁移转化的重要途径[37]。赵小军等[38]选用BowmanCole法[39]对秸秆还田土壤有机磷进行分级指出，随着秸秆用量的增加，土壤全磷、Olsen-P和无机磷中的Ca2-P、Ca8-P、Al-P均显著增加，其中以Olsen-P增幅最大。马艳梅[40]通过对长期定点下不同施肥处理对磷素形态转化的研究表明，秸秆还田后，土壤有机磷主要向中稳性有机磷和高稳性有机磷转化，而不利于活性较强的有机磷组分的积累。本文中，采用Hedley磷分级法对各处理土壤进行磷素分级，4种磷素量大小表现为HCl-P>NaOH-P>NaHCO3-P>H2O-P（表3）。与中等活性磷（HCl-P和NaOH-P）相比，土壤水溶态无机磷（H2O-P）和活性磷（NaHCO3-P）只占了土壤全磷的很少一部分，这与张奇春等[41]的研究结果保持一致。秸秆还田在不造成土壤磷素大量盈余的情况下进一步提高了土壤有效磷浓度，原因可能是秸秆碳活化了土壤磷库[42]，促进了土壤磷素有效化。随着秸秆和生物炭添加量的增加，HCl-P和NaOH-P量逐渐减小，而对应的Olsen-P量逐渐增大（图1）。添加生物炭处理中，Olsen-P与H2O-P、NaHCO3-P量极显著正相关，添加秸秆处理中，Olsen-P量与NaOH-P、HCl-P量极显著正相关（图2），这表明HCl-P、NaOH-P、NaHCO3-P和H2O-P在土壤供磷中可能起着重要的缓冲作用，秸秆和生物炭本身含有一定的磷，在土壤中腐解后其中一部分可以转化成土壤有效态磷[43]。且有学者指出，当土壤有效磷量处于极低水平、土壤有效磷处于消耗状态时，作物吸收利用的磷素主要来自非活性磷库的补充[44-45]，即中稳性和稳性磷向活性磷转化。探讨生物炭对土壤磷素转化的影响研究发现，不同剂量秸秆生物炭处理均能显著提高水稻土和赤红壤的全磷及有效磷量，且增加幅度随生物炭添加剂量的增加而升高[46]。因此，适量的秸秆还田或生物炭添加的投入可以维持土壤磷供应能力，对土壤活性磷具有补充作用。

3.3 添加生物炭和秸秆对土壤其他理化性质影响

前人[47]研究结果表明，施用生物炭后红壤理化性质得到不同程度的改善；土壤pH值、有机碳和有效磷量在油菜各生育期均得到不同程度的提高。通过盆栽试验研究不同生物质炭添加量对烤烟土壤养分影响发现，施用生物炭显著提高了土壤有机质量、土壤速效氮量、速效磷量[48]。本文结果显示秸秆还田和生物炭添加显著增加了土壤中有效磷（Olsen-P）、总氮（TN）、pH、有机碳（SOC）和可溶性有机碳（DOC）量（表2、图1），且添加生物炭处理土壤中Olsen-P量与pH和SOC量极显著正相关。这是由于生物炭自身属于碱性，施入土壤有助于提高土壤pH。此外，有机碳是土壤的重要组成部分，可通过矿化释放磷，可对土壤溶液中的磷进行补充更新[49]。添加秸秆处理土壤中Olsen-P量与TN量显著正相关（图2）。可见，农田中添加生物炭和秸秆处理对提升土壤中磷素量起到积极作用，且添加生物炭和秸秆还可提升土壤总氮量、有机质量等。

4 结论

生物炭和秸秆添加均可提高土壤中Olsen-P量，且随着用量的增加，土壤Olsen-P量逐渐增加。其中，生物炭处理在水田土壤中对提升Olsen-P量影响更显著，秸秆处理在旱地土壤中对提升Olsen-P量更显著。生物炭和秸秆处理下中等活性磷（HCl-P和NaOH-P）在土壤中占全磷量比重更大，水溶态无机磷（H2O-P）和活性磷（NaHCO3-P）只占了土壤全磷的很少一部分。由高到低依次表现为HCl-P＞NaOH-P＞NaHCO3-P＞H2O-P。生物炭增加了土壤pH、TN、DOC和SOC量。而秸秆增加了土壤TP、DOC和SOC量。生物炭处理下土壤Olsen-P量与H2O-P、NaHCO3-P、SOC和NH4+-N量极显著正相关。秸秆处理下土壤Olsen-P量与NaOH-P、HCl-P、TN和NH4+-N量显著正相关。

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Effects of Straw Incorporation and Biochar Amendment on Olsen-P and Phosphorus Fraction in Soil

GAN Guoyu1, JIN Huifang1, LI Yanli1, Yang Jun1, LI Jifu1*, YAO Rongjiang2, YANG Jinsong2, ZHU Hai1,2*

(1. College of Agriculture, Yangtze University/Engineering Research Center of Ecology and Agricultural Use of Wetland,Ministry of Education, Jingzhou 434025, China; 2. Nanjing Soil Research Institute, Chinese Academy of Sciences/State Key Laboratory of Soil and Agricultural Sustainable Development, Nanjing 210008, China)

【Objective】The low mobility of phosphorus in soil is a main factor limiting its bioavailability. In this paper. The efficacy of straw incorporation and biochar amendment in improving Olsen-P and changing P fraction is soil was studied.【Method】The study was based on incubation experiment. Soil taken from a rice field was used in experiments under two soil water contents to mimic paddy field and dried land, respectively. For each soil water treatment, there were four soil amendments: a high (BC2) and a low (BC1) biochar amendment, a high (SC2) and a low (SC1) straw incorporation. The control is without soil amendment (CK). The Hedley phosphorus speciation method was used to classify P fraction in each treatment, and the Olsen-P content and other soil physicochemical properties were measured using standard methods.【Result】Depending on its application rate, biochar amendment increased Olsen-P content in the dried soil and the paddy soil by 1.78 to 1.46 mg/kg and 12.04～22.42 mg/kg, respectively. Straw incorporation increased Olsen-P content in the dried soil and the paddy soil by 4.46～1.72 mg/kg and 6.37 to 4.27 mg/kg, respectively, also depending on its application amount. The phosphorus components varied with treatment but in all treatments, it was found that HCl-P>NaOH-P>NaHCO3-P>H2O-P. Biochar amendment increased soil pH, total nitrogen (TN), soluble organic carbon (DOC) and organic carbon (SOC) content, while straw incorporation increased soil total phosphorus (TP), DOC and SOC content. In soil amended with biochar, Olsen-P content was positively correlated with H2O-P, NaHCO3-P, SOC and NH4+-N, at significant level, while in soil amended with straw,Olsen-P content was positively correlated with NaOH-P, HCl-P, TN and NH4+-N, also at significant level. 【Conclusion】Biochar amendment and straw incorporation promoted accumulation of Olsen-P in the soils, primarily affected by change in soil pH, TN, and SOC, as well as the changes in phosphorus components. These enhanced the bioavailability of phosphorus.

biochar; straw; Hedley phosphorus classification method; Olsen-P

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1672 - 3317（2023）05 - 0043 - 09

S565

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022289

2022-05-22

国家自然科学基金项目（42207414，42107370）；湖北省教育厅中青年人才项目（Q20181303）；长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心开放基金项目（KF202115）共同资助

甘国渝（1997-），男。硕士研究生，主要从事土壤生态与环境研究。E-mail:202071646@yangtzeu.edu.cn

朱海（1990-），男。讲师，主要从事土壤生态与环境土壤改良及氮素养分高效利用研究。E-mail: zhuhai0917@163.com

李继福（1987-），男。副教授，主要从事土壤生态与环境研究。E-mail: jifuli@yangtzeu.edu.cn

责任编辑：赵宇龙