等有機(jī)質(zhì)土有效磷和無(wú)機(jī)磷形態(tài)的關(guān)系

李若楠，王政培，BATBAYAR Javkhlan，張東杰，張樹(shù)蘭，楊學(xué)云

李若楠，王政培，BATBAYAR Javkhlan，張東杰，張樹(shù)蘭，楊學(xué)云

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

【】在有機(jī)質(zhì)含量相同的土壤上探討土壤無(wú)機(jī)磷組分對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)，為合理的磷肥管理提供決策依據(jù)。采集并篩選陜西關(guān)中平原冬小麥-夏玉米種植區(qū)土有機(jī)質(zhì)含量相近（10.03—10.68 g·kg-1），有效磷含量梯度（平均分別為10.73、18.06、20.61、24.01、30.73、43.69和58.58 mg·kg-1）的土壤樣品，采用蔣柏藩-顧益初改進(jìn)的Chang和Jackson無(wú)機(jī)磷分級(jí)方法進(jìn)行磷組分測(cè)定。西北冬小麥-夏玉米種植區(qū)耕層土壤的無(wú)機(jī)磷以鈣磷為主，約占無(wú)機(jī)磷總量的66.67%，其中磷酸二鈣（Ca2-P），磷酸八鈣（Ca8-P）和磷灰石（Ca10-P）分別占2.80%、16.80%和47.09%；鋁結(jié)合的磷酸鹽（Al-P），鐵結(jié)合的磷酸鹽（Fe-P）和閉蓄態(tài)磷酸鹽（O-P）分別占16.28%、5.23%和11.81%。隨著Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P、Al-P、Fe-P和O-P含量的增加，Olsen P呈顯著線性增加；磷活化系數(shù)（土壤有效磷與全磷之比，PAC）與Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系。通徑分析結(jié)果表明，該區(qū)域土壤無(wú)機(jī)磷對(duì)土壤有效磷（Olsen P）的貢獻(xiàn)依次為Ca2-P（0.974）＞Al-P（0.186）＞Ca8-P（0.182）＞Fe-P（0.150）＞Ca10-P（0.007）＞O-P（-0.074），各形態(tài)無(wú)機(jī)磷對(duì)磷活化系數(shù)（PAC）的貢獻(xiàn)為：Ca2-P（0.768）＞Al-P（0.082）＞Ca8-P（0.071）＞Fe-P（-0.018）＞Ca10-P（-0.055）＞O-P（-0.388），與土壤磷組分對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)大體一致。逐步回歸分析結(jié)果表明，Ca2-P和Ca8-P對(duì)Olsen P貢獻(xiàn)最大，但僅Ca2-P對(duì)PAC的貢獻(xiàn)最大。在有機(jī)質(zhì)相同或相近條件下，Ca2-P是陜西關(guān)中平原小麥-玉米種植區(qū)土最有效的磷源。土壤磷有效性的提高主要通過(guò)增加高有效性的磷形態(tài)比（例如Ca2-P）和緩效磷形態(tài)（如Ca8-P、Al-P），降低土壤中有效性極低的Ca10-P的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由此看來(lái)，關(guān)中平原長(zhǎng)期施用磷肥土壤磷仍主要以有效性相對(duì)較高的磷素形態(tài)存在。

無(wú)機(jī)磷形態(tài)；冬小麥-夏玉米體系；土；磷有效性；有效磷梯度

0 引言

【研究意義】磷是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，在植物生理代謝和能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中都起著關(guān)鍵作用，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育[1]。直到20世紀(jì)80年代初，我國(guó)北方地區(qū)缺磷現(xiàn)象仍然十分普遍，實(shí)踐證明施用磷肥是提高農(nóng)作物產(chǎn)量最有效和直接的舉措，作物生長(zhǎng)所需的磷素大部分靠磷肥投入獲取。而磷肥一旦施入土壤后可與土壤組分發(fā)生反應(yīng)從而形成難以被作物吸收利用的形態(tài)[2]，從而使磷素有效性降低，因此一般施磷量都高于作物可利用磷量很多，導(dǎo)致我國(guó)的磷肥當(dāng)季作物利用率普遍較低，平均僅為10%—20%[3]。據(jù)調(diào)查我國(guó)陜西省關(guān)中平原冬小麥-夏玉米種植區(qū)在小麥和玉米季施磷量過(guò)高的農(nóng)戶分別占了六成和兩成[4]。大量磷肥投入導(dǎo)致磷素在土壤中累積，不僅浪費(fèi)了磷肥資源，也增加了磷素通過(guò)地表徑流或亞地表徑流（淋溶）流失從而造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)[5-6]。因此，合理施用磷肥對(duì)保證該地區(qū)小麥/玉米高產(chǎn)、磷肥資源高效利用以及防止?jié)撛诘沫h(huán)境污染都十分重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】長(zhǎng)期持續(xù)施磷可能導(dǎo)致土壤磷形態(tài)和磷素有效性發(fā)生改變[7]。土壤中的磷素主要以有機(jī)和無(wú)機(jī)形態(tài)存在[8]，土壤類型和土地利用方式不同，無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷的含量和各自所占的比例也有所不同，有機(jī)磷需要轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)磷后才能被植物吸收利用[9]。無(wú)機(jī)磷（Pi）是石灰性土壤磷的主要組分，占土壤全磷的75%—85%[10]。國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果表明各形態(tài)的無(wú)機(jī)磷都對(duì)作物磷素營(yíng)養(yǎng)有重要作用，但是只有其中的一小部分對(duì)作物來(lái)說(shuō)是直接有效的，并且不同形態(tài)的無(wú)機(jī)磷其有效性也不盡相同，從而導(dǎo)致土壤供磷能力的差異[11-12]。由于直接測(cè)定土壤中磷的各種形態(tài)化合物很困難，目前多采用土壤磷素化學(xué)分級(jí)方法來(lái)研究土壤磷的各形態(tài)及其構(gòu)成比例與土壤有效磷的關(guān)系，再進(jìn)一步分析土壤磷素的有效性[13]，這樣的方法對(duì)評(píng)價(jià)土壤磷庫(kù)大小和磷素供應(yīng)狀況至關(guān)重要[14-15]。土壤磷的有效性是指土壤中存在的磷能為植物吸收利用的程度，不同土壤中磷素的有效性不同主要取決于土壤中磷的存在形態(tài)[16]。除此之外，土壤磷素有效性還與土壤pH、黏粒、CEC、有機(jī)質(zhì)含量等因素密切相關(guān)[17-18]，尤其是有機(jī)質(zhì)調(diào)節(jié)磷素有效性的作用是至關(guān)重要的[19]，研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能顯著提高土壤磷活化系數(shù)[20]，提高土壤有機(jī)質(zhì)水平相應(yīng)地會(huì)增加土壤中的有效和緩效磷源容量[21]，從而改善土壤的供磷條件、提高土壤的供磷潛力[22]。目前關(guān)于磷素形態(tài)對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)及其與磷素有效性的關(guān)系的研究大多數(shù)基于長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)，主要集中在不同土地利用方式、不同土壤類型及不同施肥處理等方面[23-25]，這種條件下土壤有機(jī)質(zhì)含量會(huì)有很大差異且隨著試驗(yàn)?zāi)晗薏粩嗟刈兓痆26]，因此，無(wú)機(jī)磷形態(tài)研究結(jié)果的解讀可能因有機(jī)質(zhì)含量差異對(duì)磷吸附位點(diǎn)的掩蔽不同[27]而存在一些不確定性。趙曉齊和魯如坤利用雙氧水氧化去除土壤有機(jī)碳的方法研究了有機(jī)物添加對(duì)磷吸附的影響，表明有機(jī)質(zhì)對(duì)磷素的吸附位點(diǎn)存在掩蔽作用，從而減少磷的吸附。主要由于土壤中的有機(jī)質(zhì)可以提供大量陰離子，這些有機(jī)陰離子參與競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合金屬氧化物鈣、鐵及鋁等固磷基質(zhì)上的吸附點(diǎn)位，從而抑制磷的吸附固定。同時(shí)，有機(jī)物分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸能溶解土壤中難溶態(tài)的磷酸鹽，對(duì)磷起活化作用[22,28]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前了解的文獻(xiàn)，在有機(jī)質(zhì)相同的同一類土壤上，利用有效磷水平梯度的土壤研究無(wú)機(jī)磷組分及其對(duì)土壤有效磷貢獻(xiàn)的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】由此，本文采集陜西關(guān)中平原小麥-玉米種植區(qū)土有機(jī)質(zhì)含量相近但Olsen P含量不同的土壤樣品，采用蔣柏藩-顧益初改進(jìn)的無(wú)機(jī)磷分級(jí)方法進(jìn)行磷組分測(cè)定，研究無(wú)機(jī)磷形態(tài)及其對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)，以期為合理施用磷肥及提高磷的植物有效性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)殛兾魇≈胁康年P(guān)中平原冬小麥-夏玉米一年兩熟區(qū)，該區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，平均海拔約500 m，年均降水量約500—650 mm。冬小麥于10月初播種，次年6月中旬收獲，夏玉米在小麥?zhǔn)斋@后即時(shí)播種，于當(dāng)年9月底10月初收獲。土壤為土墊旱耕人為土，多為石灰性土壤。耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量平均為16.8 g·kg-1，全氮1.13 g·kg-1，堿解氮95.8 mg·kg-1，有效磷（Olsen P）20.2 mg·kg-1，可交換鉀169.2 mg·kg-1。

1.2 樣品采集

土壤樣品采集于2011年8—10月，根據(jù)地（市）小麥-玉米種植面積選擇代表性縣（區(qū)）。涉及陜西關(guān)中地區(qū)3個(gè)地（市）的10個(gè)具有代表性的縣（區(qū)），包括寶雞市的陳倉(cāng)區(qū)、岐山縣和扶風(fēng)縣；咸陽(yáng)市的興平縣、涇陽(yáng)縣、三原縣和武功縣及渭南市的臨渭區(qū)、蒲城縣和富平縣（圖1）。每個(gè)縣（區(qū)）選擇4—18個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），每個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）選擇3—10個(gè)村，每個(gè)村選擇4—5個(gè)地塊為采樣區(qū)（點(diǎn)），每個(gè)采樣區(qū)（點(diǎn)）約0.5—0.8 hm2。用直徑約2.8 cm土鉆按棋盤格在采樣區(qū)（點(diǎn)）采集耕層（0—20 cm）土樣20鉆，混合均勻，裝入布袋帶回實(shí)驗(yàn)室，揀去石礫和動(dòng)植物殘?bào)w，風(fēng)干并過(guò)2 mm及100目篩備用。共采集土樣品458個(gè)。在分析基本化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，選擇有機(jī)碳含量介于10.03—10.68 g·kg-1的土壤樣品，并在其中選擇有效磷梯度（Olsen P含量10.73—58.58 mg·kg-1）土壤樣品7組（S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7），各組土壤Olsen P水平分別為：10.73、18.06、20.61、24.01、30.73、43.69和58.58 mg·kg-1（表1）。每個(gè)Olsen P水平土壤選擇3個(gè)Olsen P含量基本相等（變異系數(shù)小于3.39%）的土壤樣本做重復(fù)，共有土壤樣品21個(gè)。

圖1 陜西省關(guān)中平原冬小麥-夏玉米種植區(qū)土壤樣品采集點(diǎn)分布圖

1.3 樣品分析

采用 Olsen 法測(cè)定土壤速效磷含量、重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)碳含量[8]。土壤無(wú)機(jī)磷分級(jí)用蔣柏藩-顧益初法[29]，分別測(cè)定土壤樣品的Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P，Ca10-P等各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量。供試土壤基本化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 陜西關(guān)中平原供試土基本化學(xué)性質(zhì)

Table 1 Soil chemical properties of investigated tier soil collected in Guanzhong Plain of Shaanxi Province

表1 陜西關(guān)中平原供試土基本化學(xué)性質(zhì)

土壤樣品Soil sample有效磷含量Olsen P (mg·kg-1)有機(jī)碳含量SOC (g·kg-1)酸度(1﹕2.5)pH全磷含量Total P (g·kg-1) S110.7310.687.410.95 S218.0610.347.290.96 S320.6110.217.100.86 S424.0110.547.861.08 S530.7310.068.041.01 S643.6910.497.541.24 S758.5810.037.871.47

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析，當(dāng)方差分析顯著時(shí)，采用LSD法進(jìn)行多重比較，顯著水平＜0.05，采用通徑分析和逐步回歸分析無(wú)機(jī)磷組分對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)。

2 結(jié)果

2.1 不同有效磷水平下土壤各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量

圖2為不同有效磷梯度土各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量。有效磷含量從10.73 mg·kg-1增加到58.58 mg·kg-1時(shí)，各形態(tài)無(wú)機(jī)磷均有不同程度的增加。Ca-P變幅為455.71—684.92 mg·kg-1（圖2-d），其中 Ca2-P的變化范圍為10.55—46.07 mg·kg-1（圖2-a）；Ca8-P為96.5—231.17 mg·kg-1（圖2-b）；Ca10-P為347.73—446.32 mg·kg-1（圖2-c）；Al-P：81.02—258.65 mg·kg-1（圖2-e）；Fe-P：35.89—62.00 mg·kg-1（圖2-f）；O-P：76.39—124.03 mg·kg-1（圖2-g）。土壤樣品S1—S5各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量由高到低的順序?yàn)镃a10-P＞Ca8-P＞Al-P＞O-P＞Fe-P＞Ca2-P；S6、S7稍有不同，Al-P＞Ca8-P（圖2）。

Ca2-P的含量隨著有效磷濃度的升高顯著增加，土壤Olsen P為58.58 mg·kg-1（S7）的Ca2-P含量最大為46.07 mg·kg-1，顯著高于其他處理（圖2-a）。依次為S7＞S6＞S5＞S4≈S3≥S2≥S1。Ca8-P和Al-P表現(xiàn)為S7＞S6＞S1-5，有效磷低于S6的幾個(gè)土壤樣品隨有效磷的增加Ca8-P或Al-P有增加趨勢(shì)但彼此間均無(wú)明顯差異。Ca10-P各個(gè)土壤樣品均無(wú)差異。Ca-P總量和O-P均為S6和S7無(wú)差異但均顯著高于其他土壤，后者則無(wú)差異（圖2）。

2.2 不同有效磷水平下土壤各形態(tài)無(wú)機(jī)磷相對(duì)含量

表2列出了不同有效磷水平下土壤無(wú)機(jī)磷相對(duì)含量。由表2可知，不同有效磷含量下不同形態(tài)的磷所占無(wú)機(jī)磷的比例有所差異：Ca2-P 約占無(wú)機(jī)磷總量的1.63%—4.08%，平均2.80%；Ca8-P 平均占16.80%，變幅為13.92%—20.43%；Al-P為16.28%，變幅12.32%—22.97%，和Ca8-P 幾乎相同；Fe-P為5.23%，變幅4.44%—5.84%；O-P平均占11.81%，變幅10.97%—12.95%；而Ca10-P 約占總量的47.08%，變幅35.95%—54.24%，是含量最高的一個(gè)組分。Ca-P仍是無(wú)機(jī)磷的主要形態(tài)，約占總量的60%—70%，Al-P、Fe-P、O-P這3種形態(tài)的無(wú)機(jī)磷大致占總無(wú)機(jī)磷的30%—40%。隨著有效磷含量升高，Ca2-P、Ca8-P和Al-P占無(wú)機(jī)磷比重有提高，F(xiàn)e-P和O-P維持在一個(gè)水平，而Ca10-P占比降低。

表2 土不同有效磷水平下土壤無(wú)機(jī)磷相對(duì)含量（%）

Table 2 The proportion of different forms of inorganic phosphorus to total inorganic phosphorus in soils with a gradient of Olsen P level of a tier soil

土壤樣品Soil sample各形態(tài)無(wú)機(jī)磷占總無(wú)機(jī)磷的百分比Proportion of inorganic phosphorus fraction to total (%) Ca2-PCa8-PCa10-PCa-PAl-PFe-PO-P S 11.63c14.84bc53.65a70.12a12.50c5.63ab11.76a S 22.02bc13.92c54.24a70.19a12.32c5.84a11.65a S 32.23b16.26b50.17ab68.66a13.46c4.93ab12.95a S 42.31b19.05a45.83bc67.18a16.84b4.44b11.54a S 53.64a16.61b47.30b67.54a14.83bc5.36ab12.27a S 63.69a16.48b42.39c62.57b21.02a4.84ab11.56a S 74.08a20.43a35.95d60.46b22.97a5.60ab10.97a Mean2.8016.8047.0866.6716.285.2311.81

同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示同一無(wú)機(jī)磷組分相對(duì)含量在不同土壤樣品間差異顯著（5%）

Different lowercase letters within a column indicate significant differences of the relative content of phosphorus fraction between soil samples at the 5% probability level

圖中不同小寫(xiě)字母表示同一形態(tài)磷在不同磷梯度土壤樣品間差異達(dá)顯著（5%）

Different lower-case letters on top of the bars represent significant difference of the phosphorus fraction between the soil samples in question (＜5%)

圖2 不同有效磷水平土各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量

Fig. 2 Content of different forms of inorganic phosphorus in a tier soil with a gradient of Olsen P level

2.3 土壤各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量及相對(duì)含量和有效磷含量的關(guān)系

為了進(jìn)一步探討土壤有效磷含量和各形態(tài)無(wú)機(jī)磷組分間的關(guān)系，對(duì)土壤Olsen P含量和各組分無(wú)機(jī)磷做散點(diǎn)圖（圖3），可以看出耕層（0—20 cm）土壤Olsen P含量和Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），其決定系數(shù)2分別為0.95、0.80、0.88、0.69、0.70。Olsen P含量與Ca10-P呈顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.05），其決定系數(shù)2為0.20（圖3）。

盡管各形態(tài)無(wú)機(jī)磷和土壤Olsen P含量均呈現(xiàn)顯著或極顯著正相關(guān)，但隨著Olsen P升高，只有Ca2-P、Ca8-P、Al-P相對(duì)含量顯著升高，Ca10-P含量顯著降低。Fe-P和O-P則維持原有水平（圖4）。

圖3 不同有效磷水平土各組分無(wú)機(jī)磷含量與有效磷含量的關(guān)系

圖4 不同有效磷水平土各形態(tài)無(wú)機(jī)磷相對(duì)含量與有效磷的關(guān)系

2.4 土壤磷組分與磷活化系數(shù)（PAC）的關(guān)系

土壤有效磷是全磷中活性最高的一部分，土壤有效磷與全磷之比被定義為磷素活化系數(shù)（phosphorus activation coefficient），用以表征土壤磷素有效性。由于僅僅研究有效磷和土壤磷組分之間的相關(guān)關(guān)系不能充分地說(shuō)明磷素有效性與各形態(tài)無(wú)機(jī)磷的關(guān)系[30]，為進(jìn)一步闡明土壤各組分磷對(duì)磷素有效性的影響，進(jìn)行了磷活化系數(shù)與土壤磷組分的相關(guān)分析（圖5）。由圖5可知，磷活化系數(shù)和Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），其決定系數(shù)2分別為0.72、0.50、0.58、0.45、0.50。磷活化系數(shù)（PAC）與Ca10-P之間不相關(guān)。

2.5 土壤磷組分對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)

簡(jiǎn)單的相關(guān)分析只是表明某一種形態(tài)的無(wú)機(jī)磷和有效磷之間的相關(guān)程度，并沒(méi)有把其他形態(tài)磷素的影響考慮進(jìn)去，而土壤各形態(tài)的無(wú)機(jī)磷之間是處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡之中。簡(jiǎn)單相關(guān)分析無(wú)法完全了解土壤各組分磷對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)大小。為此采用通徑分析研究土壤磷組分對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)。通徑分析可以說(shuō)明不同無(wú)機(jī)磷形態(tài)對(duì)土壤有效磷的影響是直接影響（直接通徑系數(shù)），還是該形態(tài)通過(guò)其他形態(tài)的無(wú)機(jī)磷對(duì)有效磷的影響是間接影響（間接通徑系數(shù)）。土壤無(wú)機(jī)磷組分與有效磷含量之間的通徑分析結(jié)果如表3所示。由表3可知土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)對(duì)有效磷的直接影響（直接通徑系數(shù)）大小順序?yàn)椋篊a2-P（0.974）＞Al-P（0.186）＞Ca8-P（0.182）＞Fe-P（0.150）＞Ca10-P（0.007）＞O-P（-0.074）。其中有效磷與Ca2-P的相關(guān)系數(shù)最大，說(shuō)明它們的相關(guān)程度最高，表明Ca2-P是作物最有效的磷源。O-P對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)為負(fù)值，Ca10-P雖然也與有效磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系（圖3），但是其直接通徑系數(shù)非常小，僅為0.007，并且其他形態(tài)的無(wú)機(jī)磷通過(guò)Ca10-P的通徑系數(shù)也非常小，所以Ca10-P和O-P為作物較難利用的磷源。雖然Ca8-P、Al-P、Fe-P與有效磷呈極顯著正相關(guān)，但直接作用較小，而它們和Ca2-P間接通徑系數(shù)較大，表明這些無(wú)機(jī)磷組分通對(duì)影響其他形態(tài)的無(wú)機(jī)磷對(duì)有效磷產(chǎn)生間接起作用。

圖5 不同有效磷水平土各組分無(wú)機(jī)磷含量與磷活化系數(shù)（PAC）的關(guān)系

為了進(jìn)一步檢驗(yàn)各形態(tài)無(wú)機(jī)磷對(duì)有效磷影響的顯著性，采用了逐步回歸分析，分析結(jié)果表明Ca10-P、Fe-P、O-P這3種形態(tài)的磷對(duì)有效磷影響不顯著（表4），Ca2-P、Al-P、Ca8-P這3種形態(tài)的無(wú)機(jī)磷對(duì)有效磷影響都達(dá)到顯著水平。綜合相關(guān)分析和通徑分析可以看出，無(wú)機(jī)磷組分的變化都或多或少地影響到土壤有效磷水平，但影響程度存在差異。

2.6 土壤磷組分對(duì)磷活化系數(shù)（PAC）的貢獻(xiàn)

表5可知，各形態(tài)無(wú)機(jī)磷對(duì)磷活化系數(shù)（PAC）直接影響的大小順序?yàn)椋篊a2-P（0.768）＞Al-P（0.082）＞Ca8-P（0.071）＞Fe-P（-0.018）＞Ca10-P（-0.055）＞O-P（-0.388），這與土壤磷組分對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)大體一致。由表5還可以看出Ca2-P、Al-P、Ca8-P對(duì)磷活化系數(shù)（PAC）的直接影響為正效應(yīng)，F(xiàn)e-P、Ca10-P、O-P對(duì)磷活化系數(shù)（PAC）的直接影響為負(fù)效應(yīng)，但是Fe-P、O-P的相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為正相關(guān)，這主要是受到Ca2-P、Al-P、Ca8-P的間接影響。表明土壤各形態(tài)無(wú)機(jī)磷對(duì)磷活化系數(shù)的影響除了自身的直接效應(yīng)的影響外，間接效應(yīng)的影響也是不可忽視的。在對(duì)磷活化系數(shù)（PAC）的影響上，各形態(tài)無(wú)機(jī)磷之間的間接影響決定著各形態(tài)無(wú)機(jī)磷對(duì)磷活化系數(shù)最終的相關(guān)關(guān)系的顯著性。Ca2-P不僅其自身的通徑系數(shù)高，而且Al-P、Ca8-P通過(guò)Ca2-P影響PAC的通徑系數(shù)也很高，對(duì)土壤磷磷組分和磷活化系數(shù)進(jìn)行的逐步回歸分析結(jié)果表明只有Ca2-P與磷活化系數(shù)具有顯著相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步驗(yàn)證了Ca2-P是最有效的磷源。

表3 土壤無(wú)機(jī)磷組分與有效磷含量之間的通徑分析

y為有效磷含量。表4同 y: Denotes soil available phosphorus content. The same as Table 4

表4 土壤無(wú)機(jī)磷組分與有效磷含量之間的逐步回歸分析

表5 土壤無(wú)機(jī)磷組分與磷活化系數(shù)（PAC）之間的通徑分析

y為磷活化系數(shù)（PAC） y: Phosphorus activation efficient (PAC)

3 討論

3.1 土區(qū)無(wú)機(jī)磷形態(tài)含量的分布

近年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者采用蔣-顧磷素分級(jí)的方法在土壤的磷素狀況等方面做了大量的研究工作，結(jié)果表明我國(guó)北方石灰性土壤的無(wú)機(jī)磷含量主要以Ca-P為主，平均占無(wú)機(jī)磷總量的70%，其中又以Ca10-P占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，Ca8-P次之，Ca2-P含量最低，僅為無(wú)機(jī)磷總量的2%左右，其他3種形態(tài)Al-P、Fe-P、O-P占無(wú)機(jī)磷總量的30%左右[31-33]。本研究土壤無(wú)機(jī)磷的各組分所占比例大小依次為Ca10-P＞Ca8-P≈Al-P＞O-P＞Fe-P＞Ca2-P，陜西關(guān)中平原地區(qū)石灰性土壤中Ca-P是無(wú)機(jī)磷的主要形態(tài)，占無(wú)機(jī)磷總量的60%—70%，這與上述研究結(jié)果基本吻合。在沙特阿拉伯，AHMAD[34]等在農(nóng)用石灰性土壤上測(cè)定的Ca-P為無(wú)機(jī)磷總量的69.66%，有效磷僅占1.75%，也得到了相似的結(jié)論。

隨著有效磷含量不斷增加，Ca2-P、Ca8-P、Al-P占無(wú)機(jī)磷總量的比例也在增加（圖4），這與柴博等[35]的研究結(jié)果相似，他們?cè)诠喔意}土上的研究表明，隨著施磷量的增加，Ca2-P、Ca8-P、Al-P所占的比例一直在增加，O-P基本保持不變。在本研究中，Ca10-P所占的比例隨著有效磷含量的增加呈顯著下降趨勢(shì)（圖4），這與張英鵬等[36]在山東褐土上的研究結(jié)果一致。Fe-P和O-P占無(wú)機(jī)磷的比例隨著有效磷含量的增加基本無(wú)變化（圖4），與以往在石灰性土壤的研究略有所不同。王海龍[37]在山東潮土上的研究結(jié)果表明隨著施磷量的增加O-P所占的比例在逐漸減少，F(xiàn)e-P在上升，這可能與供試土壤性質(zhì)及環(huán)境因素等有關(guān)。本研究所選用的土壤有機(jī)質(zhì)含量平均為17.8 g·kg-1，較土24年長(zhǎng)期施用NP（K）處理（約18.4 g·kg-1）稍低[38]，再者其土壤Olsen P含量最高值＜60 mg·kg-1，可推知，這些土壤磷素肥力的提高應(yīng)該主要是長(zhǎng)期過(guò)量施用化學(xué)磷肥的結(jié)果。顯然，長(zhǎng)期施磷肥主要通過(guò)提高可供作物直接利用的Ca2-P和具有緩效作用Ca8-P、Al-P的比例，降低土壤中難溶性Ca10-P的比例從而增加了有效磷含量，從而提升了土壤潛在供磷能力[36-37]。

3.2 不同磷水平下無(wú)機(jī)磷各組分對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)

在整個(gè)土壤磷素循環(huán)過(guò)程中，各種磷的形態(tài)相互轉(zhuǎn)化一直處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，磷素任何形態(tài)的變化，都會(huì)或多或少地引起有效磷含量的波動(dòng)[36,39]。本研究區(qū)域農(nóng)田土壤除Ca10-P與Olsen P呈顯著正相關(guān)關(guān)系，其他形態(tài)的無(wú)機(jī)磷與Olsen P都呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（圖3），這與韓曉日等[40]的研究結(jié)果一致，他們對(duì)棕壤26年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的無(wú)機(jī)磷分級(jí)表明Ca10-P與Olsen P相關(guān)性達(dá)到5%的顯著水平，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P與Olsen P之間達(dá)到1%的極顯著水平。與WANG等[41]的研究結(jié)果部分一致，作者對(duì)土21年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的無(wú)機(jī)磷與有效磷的相關(guān)分析結(jié)果表明，除Ca10-P與Olsen P不相關(guān)外，其他形態(tài)的無(wú)機(jī)磷與Olsen P呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。通徑分析的結(jié)果表明，無(wú)論是Ca2-P的直接通徑系數(shù)，還是其他形態(tài)通過(guò)Ca2-P的間接系數(shù)都比較大，說(shuō)明Ca2-P對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)最大，驗(yàn)證了Ca2-P是作物最有效的磷源[42]。Ca8-P、Al-P、Fe-P和有效磷的直接作用較小，這幾種磷組分與有效磷含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系是因?yàn)樗鼈兺▽?duì)其他形態(tài)，特別是通過(guò)Ca2-P對(duì)有效磷起間接作用。沈仁芳等[43]通過(guò)土壤磷組分與作物吸磷量的相關(guān)分析，得出了在石灰性土壤中 Ca2-P、Ca8-P 及 Al-P、Fe-P 對(duì)作物都有不同程度的有效性的結(jié)論。O-P雖然也和有效磷顯著正相關(guān)，且其通過(guò)Ca2-P對(duì)有效磷有較大貢獻(xiàn)（表3），這一點(diǎn)和張海軍[44]在蘇打堿土上的研究結(jié)果一致，但其機(jī)理可能和Ca8-P、Al-P、Fe-P等幾個(gè)形態(tài)不盡相同，可能只在某些還原條件下，其包被鐵膜被還原時(shí)發(fā)揮其作用[45]。盡管Ca10-P也和Olsen P相關(guān)，但Ca10-P對(duì)有效磷的直接通徑系數(shù)很小，表明其對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)很?。ū?），其對(duì)有效磷的貢獻(xiàn)也是通過(guò)Ca2-P、Ca8-P等實(shí)現(xiàn)的，這與WANG[41]在土上的研究結(jié)果一致。逐步回歸分析結(jié)果表明，本研究中對(duì)有效磷貢獻(xiàn)最主要的是Ca2-P、Ca8-P、Fe-P 3個(gè)組分，和呂家瓏等[46]在陜西楊凌同一類型的土壤上有機(jī)無(wú)機(jī)肥長(zhǎng)期試驗(yàn)的研究結(jié)果部分一致，所不同的是他們的結(jié)果由O-P替代了本結(jié)果中的Fe-P，可能是土壤有機(jī)碳等性質(zhì)差異所致。張英鵬等[36]在不同施磷量下的山東褐土耕層土壤中的研究結(jié)果也表明了Ca2-P、 Fe-P 和 Ca8-P是速效磷的主要磷源。Ca2-P和Ca8-P是該區(qū)域農(nóng)田土壤速效磷的主要來(lái)源這一點(diǎn)而言，與大部分石灰性土壤上的研究結(jié)果一致[40,43,46]。

3.3 不同磷水平下無(wú)機(jī)磷各組分與磷活化系數(shù)（PAC）的關(guān)系

土壤磷活化系數(shù)（PAC）是有效磷占全磷的比值，反映了全磷向有效磷的轉(zhuǎn)化程度[21]。由于土壤磷有效性并不總是和土壤有效磷含量直接相關(guān)[47]，因此需要結(jié)合磷活化系數(shù)（PAC）來(lái)表征磷素有效性。大多數(shù)研究學(xué)者認(rèn)為施磷肥能夠提高土壤磷素活化效率[48]。沈浦[49]認(rèn)為對(duì)于同一土壤，外源磷肥投入越大，土壤的有效磷和磷活化系數(shù)增加越多。各組分無(wú)機(jī)磷與PAC的相關(guān)分析結(jié)果顯示除Ca10-P與PAC不相關(guān)外，其他形態(tài)的無(wú)機(jī)磷與PAC都呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（圖5）。通徑分析結(jié)果表明，Ca2-P對(duì)PAC直接作用最高，而Al-P、Ca8-P主要通過(guò)Ca2-P間接的貢獻(xiàn)于PAC。WU等[50]在3種土壤（黑土、潮土、紅壤）上PAC與磷組分的相關(guān)分析結(jié)果表明NaHCO3-Pi（相當(dāng)于Ca2-P）與PAC呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。在本研究中進(jìn)一步采用逐步回歸分析只留下了Ca2-P這一個(gè)組分，也驗(yàn)證了Ca2-P對(duì)磷素有效性貢獻(xiàn)最大[42-43]，而有效磷與各組分磷之間的通徑分析和逐步回歸分析的結(jié)果卻表明Ca2-P、Ca8-P、Fe-P都對(duì)Olsen P有較大貢獻(xiàn)，這是因?yàn)镻AC不僅和有效磷含量相關(guān)，還與全磷含量相關(guān)[51]，有研究表明只有在PAC＞2.0%才能說(shuō)明全磷易轉(zhuǎn)化成有效磷，PAC＜2.0%時(shí)全磷不容易轉(zhuǎn)化為有效磷，磷素有效性低[36]。在此次研究中隨著有效磷水平的提高，PAC并不全都是隨之提高，所以PAC與各組分磷之間的通徑分析結(jié)果和Olsen P與各組分磷的通徑分析結(jié)果存在差異，除此之外可能因?yàn)闅夂驐l件、磷投入和土壤性質(zhì)都對(duì)PAC有影響[30]，但毋庸置疑的一點(diǎn)是Ca2-P對(duì)PAC和Olsen P的貢獻(xiàn)都很大，從而說(shuō)明了Ca2-P是該研究區(qū)域土壤上作物最有效的磷源。

4 結(jié)論

西北冬小麥-夏玉米種植區(qū)耕層土壤磷素主要以Ca-P為主，其中Ca10-P平均47.1%，其次為Ca8-P和Al-P約各占16.8%和16.3%，O-P和Fe-P相對(duì)很穩(wěn)定，變幅很小，分別占11.8%和5.2%；Ca2-P含量最低，約為2.8%。有效磷（Olsen P）和磷活化系數(shù)（PAC）與Ca2-P、Ca8-P、Al-P、O-P、Fe-P等5種形態(tài)無(wú)機(jī)磷都呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.001），而Ca10-P僅與有效磷顯著正相關(guān)。通徑分析和逐步回歸結(jié)果表明，Ca2-P對(duì)有效磷和磷活化系數(shù)貢獻(xiàn)均最大；Ca8-P對(duì)有效磷也有很大貢獻(xiàn)。表明在有機(jī)質(zhì)相同或相近條件下，Ca2-P是小麥-玉米種植區(qū)土最有效的磷源。增加土壤中有效磷的含量可以豐富土壤無(wú)機(jī)磷庫(kù)，增加可供作物直接利用的Ca2-P和具有緩效作用Ca8-P、Al-P比例，減少土壤中難溶性Ca10-P的比例，促進(jìn)土壤磷素向有效態(tài)轉(zhuǎn)化，提升土壤潛在供磷能力。

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Relationship Between Soil Available Phosphorus and Inorganic Phosphorus Forms Under Equivalent Organic Matter Condition in a Tier Soil

LI RuoNan, WANG ZhengPei, BATBAYAR Javkhlan, ZHANG DongJie, ZHANG ShuLan, YANG XueYun

(College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agro-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi)

【】Investigating the contribution of inorganic phosphorus (P) fractions to soil available phosphorus under equivalent soil organic matter content might be helpful in development of phosphate fertilizer management strategy whereby to improve phosphorus use efficiency in a given soil.【】We collected and screened the soils with a gradient of Olsen P level but the quite similar soil organic matter content (SOC ranges from 10.03 to 10.68 g·kg-1) in a Tier soil under winter wheat-summer maize cropping in Guanzhong Plain of Shaanxi Province. The Olsen P contents of the selected soil samples were 10.73 mg·kg-1, 18.06 mg·kg-1, 20.61 mg·kg-1, 24.01 mg·kg-1, 30.73 mg·kg-1, 43.69 mg·kg-1, and 58.58 mg·kg-1, respectively. We then analyzed the soil inorganic phosphorus forms with the phosphorus fractionation method developed by Chang & Jackson and modified by Jiang & Gu.【】The results showed that the calcium bounded phosphorus fraction was the dominant form in the cultivated soil in the northwestern winter wheat-summer maize planting area, accounting for 66.67% of the total amount of inorganic phosphorus, of which dicalcium phosphate (Ca2-P), octa-calcium phosphate (Ca8-P) and apatite (Ca10-P) account for 2.80%, 16.80% and 47.09%, respectively, on average; and aluminum bounded phosphate (Al-P), iron bounded phosphate (Fe-P) and occluded phosphate (O-P) composed of 16.28%, 5.23% and 11.81%, respectively. Soil Olsen P was increased significantly and linearly with the increasing content of Ca2-P, Ca8-P, Ca10-P, Al-P, Fe-P and O-P; while the phosphorus activation coefficients, defined as the ratio of soil Olsen P to total P, were correlated significantly positively and linearly to the content of Ca2-P, Ca8-P, Al-P, Fe-P and O-P. The results of path analysis showed that the contribution of inorganic phosphorus to soil available phosphorus (Olsen P) in Guanzhong Plain area of Shaanxi Province was in the order of Ca2-P (0.974)＞Al-P (0.186)＞Ca8-P (0.182)＞Fe-P (0.150)＞Ca10-P (0.007)＞O-P (-0.074), the contribution of inorganic phosphorus to phosphorus activation coefficient (PAC) was Ca2-P (0.768)＞Al-P (0.082)＞Ca8-P (0.071)＞Fe-P (-0.018)＞Ca10-P (-0.055)＞O-P (-0.388), which was consistent with the contribution of soil phosphorus component to available phosphorus. The results of stepwise regression analysis showed that Ca2-P and Ca8-P were the major two contributors to Olsen P, but the Ca2-P contributed the most to PAC.【】Under the same or similar soil organic matter condition, Ca2-P was the most effective phosphorus source in Tier soil of wheat-maize growing area in Guanzhong Plain of Shaanxi Province. The increase of soil phosphorus availability was mainly achieved by increasing the proportion of phosphorus forms of readily available and relatively high availability such as Ca2-P, Ca8-P and Al-P, and reducing the proportion of very low availability forms, i.e. Ca10-P. Generally, under current cropping system, the application of phosphate fertilizers mainly kept the soil phosphorus in pools of available forms in the Guanzhong Plain.

forms of inorganic phosphorus; winter wheat summer maize cropping; tier; phosphorus availability; Olsen P gradient

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.21.014

2019-06-06；

2019-09-23

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0200205）

李若楠，E-mail：liruonan0104@163.com。通信作者楊學(xué)云，E-mail：xueyunyang@hotmail.com

（責(zé)任編輯 李云霞）