王雪艷，王宇瑩，龔會(huì)蝶，涂永峰，宋海英，何 強(qiáng)，顏 杰，陳波浪，盛建東

(1 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院 新疆土壤與植物生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052；2 新疆慧爾農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，新疆 昌吉 831100)

磷既是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的重要營(yíng)養(yǎng)元素之一[1-3]，也是植物體內(nèi)核酸等多種有機(jī)化合物的重要組分，以多種方式參與植物體內(nèi)的光合和呼吸等代謝過(guò)程[4-5]。磷主要來(lái)源于磷礦，據(jù)統(tǒng)計(jì)能夠被開(kāi)采的磷礦僅能維持300～400年[6]。研究表明，土壤中的磷肥有效性低，是因?yàn)榱追适┤胪寥篮笾饕詳U(kuò)散的方式從施肥點(diǎn)向外轉(zhuǎn)移，而土壤黏粒的吸附和沉淀作用降低了磷的移動(dòng)性，從而影響了其有效性，這與磷肥組成、品種、施用方式及土壤性質(zhì)(pH、礦物含量、石灰含量、鐵鋁含量)等密切相關(guān)[7-9]。目前關(guān)于磷肥品種的研究大多以基施為主，對(duì)不同磷肥滴施的分析相對(duì)較少，因此明確施肥方式對(duì)土壤有效磷含量的影響，有助于磷肥的合理施用。

不同磷肥品種由于其養(yǎng)分含量、酸堿性和溶解性等不同，施入土壤后的有效性也不同[10-12]。凌秋平等[8]研究認(rèn)為，在酸性土壤中，堿性鈣鎂磷肥處理的甘蔗生物量顯著高于中性聚磷酸銨和酸性磷酸一銨處理；陳波浪等[13]研究認(rèn)為，在石灰性土壤中，酸性重過(guò)磷酸鈣較堿性磷酸二銨處理可以顯著提高土壤有效磷含量；王曉紅[14]研究認(rèn)為，在棕鈣土、栗鈣土、潮土和塿土中，磷酸一銨基施可以減少磷的固定；而亢龍飛等[15]研究認(rèn)為，在0～10 cm土層中聚磷酸、焦磷酸和磷酸脲滴施處理的移動(dòng)性及有效性均顯著高于其基施處理。此外，磷肥的有效性還與其施入土壤后的轉(zhuǎn)化形態(tài)密切相關(guān)[16]。土壤中的磷主要以有機(jī)態(tài)和無(wú)機(jī)態(tài)兩種形式存在，在石灰性土壤中無(wú)機(jī)磷一般占總磷的60%～80%[10,17-19]。根據(jù)無(wú)機(jī)磷在石灰性土壤中的存在形態(tài)可進(jìn)一步分為Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P，其中Ca2-P被認(rèn)為是有效磷源，Ca8-P、Al-P和Fe-P被認(rèn)為是緩效磷源，O-P和Ca10-P被認(rèn)為是固定磷源[3,16,20]。王小華等[21]研究認(rèn)為，基施條件下，施用磷肥在短期內(nèi)能夠延緩石灰性土壤中固定態(tài)磷的形成；李新樂(lè)等[22]研究認(rèn)為，分次滴施條件下，長(zhǎng)期施用磷肥可以增加褐潮土中的Ca2-P含量。

風(fēng)沙土是新疆分布面積最大的土類(lèi)，由于風(fēng)蝕沙積作用，成土過(guò)程經(jīng)常被中斷，致使土壤肥力低[23]，且灌耕風(fēng)沙土是棉花種植的重要土壤之一。盡管目前對(duì)不同磷肥品種、施用方式及土壤中無(wú)機(jī)磷形態(tài)的研究較多，但關(guān)于磷肥品種和施用方式對(duì)0～20 cm土層風(fēng)沙土有效磷含量及無(wú)機(jī)磷形態(tài)影響的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究通過(guò)室內(nèi)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)，選用中性聚磷酸銨、酸性重過(guò)磷酸鈣和磷酸一銨3種主要的磷肥品種，分別采用基施和滴施2種施肥方式，探究磷肥品種和施用方式對(duì)風(fēng)沙土不同土層有效磷含量及無(wú)機(jī)磷形態(tài)的影響，為風(fēng)沙土中磷肥的合理施用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤為灌耕風(fēng)沙土，采自新疆維吾爾自治區(qū)五家渠市103團(tuán)(87°30′45″ E，44°21′29″ N)。試驗(yàn)開(kāi)始前將采回的土壤自然風(fēng)干，混勻過(guò)孔徑2 mm篩后備用。土壤有機(jī)質(zhì)含量為3.99 g/kg，全氮含量為1.85 g/kg，全磷含量為0.71 g/kg，全鉀含量為11.91 g/kg，有效磷含量為16.61 mg/kg，速效鉀含量為203 mg/kg，pH(土(g)∶水(mL)=1∶5)為8.2。

供試磷肥為重過(guò)磷酸鈣(P2O546%)、磷酸一銨(P2O550%)和聚磷酸銨(P2O558%)，分別由云南云磷恒盛化肥有限公司、云南云天化股份有限公司和云南天耀化工有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

本研究采用的室內(nèi)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)在新疆慧爾農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司溫室大棚內(nèi)進(jìn)行，共設(shè)6個(gè)處理，分別為不施磷肥對(duì)照(CK)、重過(guò)磷酸鈣基施(TSP)、磷酸一銨基施(MAP-B)、聚磷酸銨基施(APP-B)、磷酸一銨滴施(MAP-D)和聚磷酸銨滴施(APP-D)，每處理重復(fù)4次。各處理按照229 mg/kg P2O5的標(biāo)準(zhǔn)加入磷肥，即每盆P2O5用量為11.45 g，則TSP、MAP和APP的施用量分別為24.89，22.90和19.74 g/盆。N和K2O的用量分別為98和39 mg/kg，即每盆N和K2O的用量分別為4.90和1.95 g。

試驗(yàn)處理時(shí)，在磷肥基施處理(TSP、MAP-B和APP-B)中，將50 kg過(guò)孔徑2 mm篩的風(fēng)干土與氮肥、磷肥和鉀肥混勻后裝入條盆(長(zhǎng)80 cm、寬33 cm、高26 cm，下同)中；而磷肥滴施處理(MAP-D和APP-D)中，將50 kg過(guò)孔徑2 mm篩的風(fēng)干土與氮肥和鉀肥混勻后裝入條盆中，將所需的磷肥溶于10 L蒸餾水中隨水一起滴施(圖1)到土壤中，同時(shí)給磷肥基施處理澆灌等量蒸餾水，保證土壤水分含量為田間持水量的60%～80%[24]，試驗(yàn)于2019年7月12日開(kāi)始實(shí)施。

1.3 土壤樣品采集與分析

分別于磷肥滴施處理后的1，3，15，30，60，78，109和120 d，采集0～5，5～10和10～20 cm土層土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干過(guò)孔徑1 mm篩后測(cè)定土壤有效磷含量[25]。對(duì)磷肥滴施處理后第120 d的土樣風(fēng)干過(guò)孔徑0.15 mm篩后，用石灰性土壤無(wú)機(jī)磷分級(jí)法[20]測(cè)定土壤無(wú)機(jī)磷總量及不同形態(tài)無(wú)機(jī)磷(Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P)含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Office Excel 2016軟件進(jìn)行整理，采用SPSS 26.0軟件和R軟件對(duì)不同磷肥處理的土壤有效磷含量、無(wú)機(jī)磷形態(tài)及有效磷與無(wú)機(jī)磷形態(tài)之間的關(guān)系等進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析，利用SigmaPlot 10.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷肥品種和施肥方式對(duì)風(fēng)沙土有效磷含量的影響

圖2顯示，在整個(gè)培養(yǎng)期(1～120 d)，各土層有效磷含量隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)總體呈波動(dòng)式下降。3種磷肥基施處理對(duì)各土層土壤有效磷含量無(wú)顯著影響。2種磷肥滴施處理中，在0～5 cm土層，MAP-D處理的土壤有效磷含量在第3～80天呈明顯的下降趨勢(shì)，之后緩慢增加，培養(yǎng)到第120天時(shí)土壤有效磷與第1天相比減少33.8%；APP-D處理土壤有效磷含量在第1～60天總體呈下降趨勢(shì)，之后呈現(xiàn)波動(dòng)式增加，第120天時(shí)土壤有效磷含量與第1天相比減少12.5%。在5～10 cm土層，MAP-D和APP-D處理土壤有效磷含量總體呈先上升后下降趨勢(shì)，在第120天時(shí)MAP-D和APP-D處理土壤有效磷含量分別比第1天減少53.7%和10.7%。在10～20 cm土層，MAP-D和APP-D處理土壤有效磷含量在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)呈波動(dòng)式下降。從不同施肥方式來(lái)看，在0～5 cm土層，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，MAP-D和APP-D處理土壤有效磷含量顯著高于TSP、MAP-B和APP-B處理；而在5～20 cm土層，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，TSP、MAP-B和APP-B處理土壤有效磷含量總體高于MAP-D和APP-D處理。

由圖3可知，在整個(gè)培養(yǎng)期(1～120 d)，3種磷肥基施處理對(duì)各土層土壤有效磷含量均無(wú)顯著影響。2種磷肥滴施處理中，在5～10 cm土層，MAP-D處理土壤的有效磷含量顯著高于APP-D處理；其余土層2種磷肥滴施處理對(duì)土壤有效磷含量均無(wú)顯著影響。由圖3還可知，磷肥不同施用方式中，在0～5 cm土層，MAP-D和APP-D處理土壤有效磷含量顯著高于TSP、MAP-B和APP-B處理；而在5～10，10～20和0～20 cm土層，TSP、MAP-B和APP-B處理土壤的有效磷含量顯著高于APP-D處理；在5～10和10～20 cm土層，TSP、MAP-B和APP-B處理土壤的有效磷含量顯著高于MAP-D和APP-D處理(P<0.05)。

2.2 磷肥品種和施肥方式對(duì)風(fēng)沙土無(wú)機(jī)磷總量和形態(tài)的影響

2.2.1 磷肥品種和施肥方式對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷總量的影響 表1顯示，與不施磷肥對(duì)照(CK)處理相比，施磷肥處理均能不同程度地增加各土層無(wú)機(jī)磷總量。磷肥品種及施肥方式對(duì)5～10和10～20 cm土層無(wú)機(jī)磷總量無(wú)顯著影響。在0～5和0～20 cm土層，MAP-D處理的無(wú)機(jī)磷總量顯著高于TSP、MAP-B和APP-B處理(P<0.05)。MAP-D和APP-D處理0～5 cm土層無(wú)機(jī)磷總量顯著高于5～10和10～20 cm土層，而TSP、MAP-B和APP-B處理對(duì)0～20 cm土層無(wú)機(jī)磷總量均無(wú)顯著影響。

表1 磷肥品種及施肥方式對(duì)風(fēng)沙土無(wú)機(jī)磷總量的影響 Table 1 Effects of phosphate fertilizer varieties and fertilization methods on total inorganic phosphorus of aeolian sandy soil

2.2.2 磷肥品種和施肥方式對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)的影響 由圖4可知，不同磷肥處理均能顯著影響各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量，而不同土層及土層與處理間的交互作用僅顯著影響Ca2-P和Ca8-P含量(P<0.05)。

圖4顯示，3種磷肥基施條件下，在0～5 cm土層，MAP-B處理的Fe-P含量顯著高于APP-B處理；在5～10 cm土層，MAP-B處理的Ca8-P含量顯著高于APP-B處理；在5～10和10～20 cm土層，TSP處理的O-P含量顯著低于MAP-B和APP-B處理；其余土層3種磷肥基施處理間無(wú)顯著差異。2種磷肥滴施條件下，在5～10 cm土層，MAP-D處理的Ca8-P和Fe-P含量顯著高于APP-D處理；而在0～5和10～20 cm土層，MAP-D處理的Ca10-P含量顯著高于APP-D處理；其余土層2種磷肥滴施處理不同形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量差異不顯著。

由圖4可知，同種磷肥不同施肥方式下，在0～5 cm土層，MAP-D處理的Ca2-P、Ca8-P和Ca10-P含量顯著高于MAP-B和APP-B處理；在5～10 cm土層，APP-B處理的Ca2-P含量顯著高于MAP-D和APP-D處理，MAP-B處理的Ca8-P和Fe-P含量顯著高于APP-D處理，MAP-D和APP-D處理的Ca10-P含量顯著高于TSP、MAP-B和APP-B處理；在10～20 cm土層，MAP-B和APP-B處理的Ca2-P和Fe-P含量顯著高于MAP-D和APP-D處理，MAP-D和APP-D處理的Ca10-P含量顯著高于TSP、MAP-B和APP-B處理。對(duì)于同一處理不同土層而言，MAP-D處理0～5 cm土層的Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量顯著高于5～10和10～20 cm土層。

分析灌耕風(fēng)沙土中無(wú)機(jī)磷各形態(tài)的比例(圖5)可以發(fā)現(xiàn)，與0～5 cm土層相比，在5～10 cm土層中，MAP-D和APP-D處理的Ca2-P、Ca8-P和Al-P比例分別降低了6.2%，3.4%，1.3%和14.3%，7.4%，1.3%，而Fe-P、O-P和Ca10-P比例分別增加了1.2%，2.3%，7.6%和0.5%，8.8%，13.7%。在0～10 cm土層，TSP、MAP-B和APP-B處理各形態(tài)無(wú)機(jī)磷的比例基本保持不變。

由圖5還可知，與0～5 cm土層相比，在10～20 cm土層中，MAP-D和APP-D處理的Ca2-P、Ca8-P和Al-P比例分別降低了9.8%，5.1%，2.2%和13.6%，4.2%，1.9%，而Fe-P、O-P和Ca10-P比例分別增加了0.2%，2.6%，14.1%和0.9%，5.1%，13.7%；MAP-B處理的Ca8-P比例增加了1.2%，TSP和APP-B處理的Al-P比例分別增加了1.9%和1.2%，而TSP、MAP-B和APP-B處理的Ca10-P比例分別降低了0.1%，1.6%和0.4%。說(shuō)明磷肥滴施處理下，Ca2-P、Ca8-P和Al-P的比例隨土層深度的增加而降低，F(xiàn)e-P、O-P和Ca10-P的比例隨土層深度的增加而增加；磷肥基施處理下，Ca8-P和Al-P的比例隨土層深度的增加而增加，而Ca10-P的比例隨土層深度的增加而降低。

2.3 土壤有效磷含量與各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量的相關(guān)分析

為了解土壤有效磷與各形態(tài)無(wú)機(jī)磷之間的關(guān)系，本研究將各處理120 d的土壤有效磷含量與各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(表2)表明，在0～5 cm土層，土壤有效磷含量與Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Ca10-P含量之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；在5～10和10～20 cm土層，土壤有效磷含量與Ca2-P、Al-P和Fe-P含量之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

表2 土壤有效磷含量與各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量的相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlation between available P and inorganic P forms in soil

3 討 論

3.1 磷肥品種和施肥方式對(duì)風(fēng)沙土有效磷含量的影響

通過(guò)施肥方式可以調(diào)節(jié)肥料與種子及根系的空間距離，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的有效吸收[26]。蘇志峰等[27]研究表明，與0～5 cm土層相比，肥料深施在10～20 cm土層可顯著提高磷肥的吸收利用效率。本試驗(yàn)條件下，與基施處理相比，磷肥滴施僅能顯著提高0～5 cm土層有效磷含量，而磷肥基施卻能顯著提高 5～10和10～20 cm土層有效磷含量。土壤中磷的移動(dòng)性很弱[28]，即使是高濃度的水溶性磷肥滴施，其移動(dòng)距離仍然有限，而磷肥基施能夠使耕層土壤中的肥料分布更加均勻，以增加根系與磷肥的接觸面積。上述結(jié)果表明，磷肥基施處理能提高整個(gè)耕層(0～20 cm)土壤中的有效磷含量。

3.2 磷肥品種和施肥方式對(duì)風(fēng)沙土無(wú)機(jī)磷形態(tài)的影響

土壤有效磷含量的高低跟無(wú)機(jī)磷各形態(tài)的含量和比例密切相關(guān)[29]。王小華等[21]研究認(rèn)為，在石灰性土壤中磷肥基施在短期內(nèi)并不會(huì)促進(jìn)Ca10-P含量的增加，而本試驗(yàn)中，MAP-D和APP-D處理各土層的Ca10-P含量顯著高于TSP、MAP-B和APP-B處理，說(shuō)明磷肥滴施比基施處理增加了固定態(tài)磷含量，為降低土壤中固定態(tài)磷含量，應(yīng)優(yōu)先考慮磷肥基施。從無(wú)機(jī)磷各形態(tài)的比例來(lái)看，有研究認(rèn)為在灌耕灰漠土中Ca10-P的比例隨土層深度增大呈增加趨勢(shì)，而Ca2-P、Ca8-P和Al-P的比例隨土層深度的增加而降低[19]，這與本試驗(yàn)中磷肥滴施處理的結(jié)果一致。但本試驗(yàn)TSP、MAP-B和APP-B處理的Ca10-P比例隨土層深度的增加而降低，Ca8-P和Al-P比例隨土層深度的增大而增加，這從無(wú)機(jī)磷各形態(tài)的角度進(jìn)一步說(shuō)明了磷肥基施能顯著提高耕層土壤中的Ca8-P和Al-P含量。

3.3 土壤有效磷含量與無(wú)機(jī)磷形態(tài)的相關(guān)關(guān)系

土壤有效磷是評(píng)價(jià)磷素利用情況的重要指標(biāo)，通過(guò)對(duì)灌耕風(fēng)沙土有效磷與無(wú)機(jī)磷形態(tài)之間相關(guān)關(guān)系的探討，可以反映風(fēng)沙土中無(wú)機(jī)磷各形態(tài)的有效性[30]。本試驗(yàn)條件下，風(fēng)沙土有效磷與無(wú)機(jī)磷各形態(tài)間總體呈正相關(guān)關(guān)系，在0～20 cm土層中土壤有效磷含量與Ca2-P和Al-P含量之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明Ca2-P和Al-P是土壤的有效磷源，這與吉冰潔等[16]、王斌等[31]和楊毅等[32]的研究結(jié)果一致。因此可以通過(guò)提高Ca2-P和Al-P在無(wú)機(jī)磷形態(tài)中的比例來(lái)提升土壤中的有效磷含量。

3.4 滴施磷肥非均勻分布的原因分析

本研究發(fā)現(xiàn)，磷肥滴施處理?xiàng)l件下，0～5 cm土層有效磷含量顯著高于5～20 cm土層，可能是因?yàn)橥寥缹?duì)磷的固定作用使其聚集在土壤表層(0～5 cm)[33]，這與張國(guó)橋[34]和楊國(guó)江等[35]的研究結(jié)果一致。為提高滴施條件下磷肥的有效性，可結(jié)合水肥一體化技術(shù)在保持土壤水分充足的基礎(chǔ)上進(jìn)行滴灌施肥，或者通過(guò)調(diào)節(jié)啟動(dòng)磷肥和滴施的比例來(lái)提高土壤中磷的利用效率[36-37]。由于本試驗(yàn)是在室內(nèi)控制條件下完成的，與大田試驗(yàn)在氣候因素及管理措施等方面存在差異，因此還需進(jìn)一步開(kāi)展磷肥滴施對(duì)風(fēng)沙土磷素有效性影響的田間試驗(yàn)研究。

4 結(jié) 論

通過(guò)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使是滴施磷肥，磷在土壤中的移動(dòng)距離仍很短，且僅能顯著提高0～5 cm土層的有效磷含量；而磷肥基施是通過(guò)物理混合，能夠使磷肥在耕層(0～20 cm)土壤中的分布更加均勻，從而顯著提高了灌耕風(fēng)沙土耕層中的有效磷含量。從無(wú)機(jī)磷各形態(tài)來(lái)看，磷肥滴施處理時(shí)Ca2-P、Ca8-P和Al-P的比例隨土層深度的增加而降低，而磷肥基施處理能顯著提高耕層土壤中的Ca8-P和Al-P比例，降低Ca10-P比例。土壤有效磷與各形態(tài)無(wú)機(jī)磷的相關(guān)關(guān)系分析證明，Ca2-P和Al-P是灌耕風(fēng)沙土的有效磷源。因此，磷肥基施可通過(guò)增加Ca2-P和Al-P在各形態(tài)無(wú)機(jī)磷中的比例來(lái)提高灌耕風(fēng)沙土中的有效磷含量。綜合考慮棉花根系的分布范圍，本研究建議滴灌棉田基施價(jià)格相對(duì)較低的重過(guò)磷酸鈣，可以人為擴(kuò)展磷肥在土壤中的分布深度。