1、第21卷第4期2007年8月水土保持學報JournalofSoilandWaterConservation長期定位施肥對棕壤無機磷形態及剖面分布的影響韓曉日，馬玲玲，王曄青，王穎，戰秀梅（沈陽農業大學土地與環境學院，枕陽110161）摘宴：對棕堪26年長期定位試驗的無機確分級表明：長期施入有機肥或化學磷肥除了Cas-P含在耕層成少外，其它各形態無機磷含量都有所增加;僅施N肥或不施肥,AI-P,Fe-P,O-P,Cal0-P含量均減少,Fe-P,AI-P,Caa-P,Cat-P占無機磷總置的比例增加,而。一P,Ca2-P則下降了.各形態無機磷的剖面分布相似，均為先下陣而后略微上升.相關分析和逐步

2、回歸分析表明，CaLP，CaLP，AI-P,Fe-P,O-P與速效磷之間達到1%的極顯著水平,Ca】°-P與速效磷之間達到5%的顯著水平.Caj-P.Ca-P對速效磷的貢獻最大.關詢，棕理；長期定位施肥；為機確的分級中圖分類號，S147.2,S151.9文獻標識回，A文章編號11009-2242（2007）04-0051-05EffectsofLong-termFertilizationonInorganicPhosphorusFormsandProfileDistributioninBrownsoilHANXiao-ri,MALing-ling,WANGYe-qing,WANGYi

3、ng,ZHANXiu-mei（ColUgeofLandandEnvrronmetUScience.ShenyangAgricultureUniversityShenyang110161）Abstract:Theresultoflong-termfertilizerexperimentonformsofinorganicphosphorusinbrownsoilshowedthatlong-termapplicationofchemicalphosphorusororganicphosphorusfertilizer,thecontentsoftheinorganiccomponentswere

4、increasedexcludeCai。PLong-termapplicationofnitrogenandchecktreatment,thecontenuofAlP,FeP,OP,Ca10Paredecreased.TherationsofFeP>AlP,Ca«P»Ca2PtosoiltotalPwereincreased»butOPandCa10Pweredecreased.Thedistributionsofallformsofinorganicphosphorusweresimilar,andshoweddecreasedfirstlyandthe

5、nincreased.Correlationanalysisshowed:Ca2P,CaBP,A1P,FeP,OPweresignificantlycorrelatedwithOlsenPatP<0.01level.Ca】。一PwascorrelatedwithOlsenPatP0.05level-Keywords：brownsoil；long-termfertilization；fractionsofinorganicphosphorus土壤中的磷以有機態和無機態存在，無機璘占土壤總磷量的60%80%,是植物所需磷的主要來源。磷是作物高產必須投入的大量營養元素之一，而磷肥的當季利用率一

6、般只有10%25%.大量研究表明，在土壤中長期施用磷肥，土壤各形態無機磷均有不同程度的積累.但過量施用有機肥和磷肥會使表層土壤含璘量顯著增加，從而導致磷的徑流流失，研究發現徑流水中磷濃度與施璘量直接相關表層土壤磷的富集也導致磷垂直遷移的可能性增大。國內外對磷素的剖面分布已有一些研究【°,但對棕壤磷素的空間分布研究比較少見.了解土壤養分的分布狀況是合理施肥和土壤養分管理的基礎，1957年張守敬等提出了無機璘分級及其改進方法，促進了酸性土壤磷的研究，1978年蔣柏藩、顧益初針對石灰性土壤的特點，將無機磷分為Ca2-P,Ca8P,Al-P,Fe-PsO-P,Ca10-P六個組分。為土壤無機

7、磷的研究提供了理論依據和手段.本文通過26年的肥料定位試驗，應用蔣一顧法研究棕壤中無機璘的形態轉化及空間分布規律，揭示長期不同施肥條件下磷素在土體的分布和移動規律,為制定更好的土壤磷管理措施提供依據.1材料與方法bl供試土填與試驗處理供試土壤樣品采自1979年開始建立的沈陽農業大學棕壤肥料長期定位試驗地,試驗為隨機區組設計。共設18個處理,3次重復，小區面積160輪作方式為玉米一玉米一大豆.本研究選取其中9個處理；（l）CK（不施肥）j（2）N（低量氮肥）j（3）NP（氮磷化肥）$4）NPK（氮磷鉀化肥）,（5）M2NP（高量有機肥+氮磷化肥）.（6）«0M：2007-03-30基金

8、項目，國家自然科學基金項目（30671231）,國家糧食豐產科技工程專碧（2004BA520AA01-4）作害簡介：幃曉R，男.生于I960年.博士.教授.主妥從李植物營養與土壤足力研.EmaihhanxuonieXcomM2NPK（高量有機肥+氮磷鉀化肥）；（7）M2N（高量有機肥+低量氮肥）;（8）M2（高量有機肥）（9）M1（低量有機肥）施肥量、肥料品種及施肥方式見參考文獻12*2004年秋收后（已經過26年長期輪作施肥）采集定位試驗地各處理。20cm,2040cm,4060cm,6080cm,80100cm土樣，風干過篩，分析土壤磷素形態組成。試驗前（1979年）土壤的基本農化性狀為：

9、有機質15.6g/kg,全氮0.79g/kg,堿解氮105.5mg/kg,全磷（P2O5）0.38g/kg,速效磷（P）6.5mg/kg,pH（H2O）6.50.1.2測定項目及方法土壤速效磷（Olsen-P）用0.5mol/LNaHCO3浸提-鋁鎊抗比色法.無機磷分級浸提采用蔣柏藩、顧益初方法叫2結果與分析2.1不同施肥處理對耕層土壤無機磷形態含量的影響從表1可以看出，經過26年的不同施肥處理后，土壤中各種形態的無機磷含量都發生了很大的變化，單施N肥處理以及長期不施肥的CK,土壤無機磷總量都有所減少，單施N肥處理減少幅度最大，減少了66.5mg/kg,主要是由于單施氮肥，植物生長的主要養分限

10、制因子是磷，土壤氮素供應充足，促進了作物對磷的吸收利用，使土壤磷素缺乏。CK處理由于土壤氮素供應不足，作物生長發育受阻，影響了其對磷素的吸收。其它處理無機磷總量相對于原始土樣都有不同程度的提高，且以M2NP和M2NPK提高最多就Ca2-P和Ca8-P講，單施化肥處理土壤Ca2-P和Ca8-P平均含量分別為9.87mg/kg和10.11mg/kg。含量最低的為CK和N處理，且CK的Ca,-P含量低于原始土壤；單施高氐有機肥處理（M2）與單施低量有機肥處理（Ml）相比,其土壤Ca2-P含量是后者的1.58倍,C&-P含量是后者的L53倍，土壤Ca2-P和Ca8一P含量都隨有機肥用量的增加而

11、增加。有機無機配施，土壤的Ca2-P,Ca8-P含量明顯高于單施有機肥、單施化肥和不施肥的處理，且與它們相比差異極顯著，均以M2NP含量最高。由此可見，長期施磷肥，尤其是有機與無機配合施用，能顯著提高土壤C&一P和C&一P含量。原因是長期施用有機肥使土壤中有機質積累，有機質所含的磷可以隨著礦化作用轉變成為有效態的礦質磷。同時，有機質在分解過程中能夠產生有機絡合劑，可以把磷從一些不溶性磷酸鹽中釋放出來。AI-P,Fe-P在單施化肥區平均含量分別為11.97mg/kg和78.76mg/kg.含量最低的仍為CK和N處理，且都低于原始土壤，可見長期不施肥和單施氮肥，植物也可從土壤中吸收

12、Al-P,Fe-P來保證生長。單施有機肥處理的土壤Al-P,Fe-P含量分別在41.0487.64mg/kg和115.80-141-10mg/kg范圍內，單施高量有機肥處理（M2）是單施低量有機肥處理（Ml）的2.14倍和1.22倍，與單施化肥和不施肥的處理相比差異極顯著。有機無機配施，土壤的Al-P,Fe-P平均含量為112.50mg/kg和157.82mg/kg,明顯高于單施有機肥、單施化肥和不施肥的處理,且差異顯著。表1不同施肥處理各形態無機磷的含員mg/kg處理Ca2-PC&t-PAl-PFe-PCaiQPO-PP,CMenP試驗的土堰0.9eE5.8eD6.4fghE62.0

13、fE66.4bcB90.0dC231.4(F7.9fENP14.5dD16.1dD16.4fE98.6eDS5.0cdB90.6dC29】.1eE18.8eENPK12.4dD9.5deD14.6fRE92-7eD55.9cdB95.6dBC280.7eE17.1eEN2.7eE6.3eD5.0gbE45.0gF52.4dB53.5fE164.9gG2.9gECK3.7eE4-8eD3.0hE44.0gF50.9dB70.3eD176.7gG3.5gEM2NP90.4aA90.2aA125.6aA165-5aA69.5bB121.ZaA662.4aA135.5aAM2NPK89.0aA85-8

14、abA111.1bB158.2abA94.5aA115.4abA653.8nA117.7bBM2N57.5bB79.8bA100.8cBC149.8bcAB63.7bcdB108.4bcAB559.9bB95.39M255.6bB64.6cB87.6dC141.1cB63.5bcdB11L4abAB523.9cC88.8cCMl35-1cC42.3cC41.0eD115.8dC63.7bcdB98.3cdBC396.2dD51.2dD注，表中斂據后不同小寫字母表示差異達顯著水平（PV0.05）.不同大寫字毋表示差昇達極顯著（PV0.01）.施肥25年后，化肥區各處理Cas-P含Jft與原始土壤

15、相比都有所下降，單施化肥與不施肥處理Caz-P含量在50.9155.92mg/kg之間，平均含量為52.93mg/kg,與原始土壤相比下降了20.29%.施用化學磷肥的處理與CK相比差異顯著。可見，長年單施化肥或不施肥，在土壤磷索耗埸過程中,Ca】°-P也可以慢慢進行轉化.有機肥區M2NP和M2NPK的Cal0-P含量有所上升，其它處理含量也有少量下降，可能是因為有機肥在分僻過程中產生的有機酸對難溶性鈣磷的活化釋放作用'O-P含量在N和CK區與原始土壤相比明顯下降，分別下降了40.56%和21.83%。可見在長期無磷素投入的情況下，在璘素耗竭過程中，O-P也能緩慢進行轉化并被

16、作物利用，這與林利紅在棕壤上的研究一致t幻.NP和NPK處理與原始土壤相比略有上升，而有機肥區的O-P含量上升較多，已升至98.33-121.15mg/kg之間，可能是有機肥帶入的磷遠遠要比施用化學磷肥帶入的磷高得多，使積累的磷有一部分緩慢地轉化成0-P.蔣柏藩將O-P和Ca.o-P看作是作物的潛在磷源.2.2不同施肥處理對耕層土壤不同形態無機磷組成的影響處理CaTCa,-PAi-PFe-PCaioPO-P試驗的土壤0.372.522.7526-8128.6938.87CK2.092.691.7024.9028.8239.80N1.623.843.0227.2931.8032.42施化學確肥4

17、.704.4S5.4033.4519.4032.59施有機肥11.4012.8016.2126.4212-9020.28表2不同施肥處理各形態無機確的相對含景注化學確肥區各組分為施用NP.NPK的平均值，有機1K區各繾分為施用M2NP、M2NPK、M2N、M2,Ml的平均值.(2)相對含為各形態無機琳占無機磷忌量百分ft.由表2可知，在原始土壤的組成中，各形態無機璘的比例大小依次為。一P(38.87%),Ca】oP(28.69%),FeP(26.81%),A1P(2.75%),Ca8一P(2.52%),Ca,-P(O.37%)。經長期施肥后，各形態磷所占的比例順序發生了變化,CK處理的Ca-P

18、和Ca2-P相對含量超過了A1-P,N處理的Ca8-P相對含量也超過了A1P。而施化學璘肥區各形態磷的比例順序為FeP(33.45%),Op(32.59%),Ca10-P(19.40%),Al-P(5.40%),Ca2-P(4.70%),0-P(4.45%);有機肥區各形態磷的比例順序為Fe-P(26.42%),O-P(20.28%),AP(16.21%),CaH,-P(12.90%),Ca8-P(12.80%),Ca2-P(U.4。)。可見Fe-P的比例明顯增加，巳經超過了O-P和Ca】。一P。施用化學璘肥和有機肥都不同程度地增加了FeP,A1P,Caa-P,Ca2-P的相對含盤，而OP,C

19、as-P則是下降的趨勢。因此，長期高磷素投入可改變土壤中各形態無機璘占無機磷總量的比例順序。2.3不同施肥處理對土壤無機璘剖面分布的影響C&2-P的剖面分布見圖1,020cm土層含景最高，向下逐漸下降，在60cm處降至最低，60100cm又略有增加.0-20cm土層Caz-P在化肥區與有機肥區平均含量分別為9.87mg/kg和65.12mg/kg,而CK僅為3.70mg/kg?20-40cm土層該形態無機璘在化肥區與有機肥區分別相當于。20cm的51.9%和40.25%,4060cm分別為38.91%和9.41%.有機肥區Ca2-P含覺始終大于化肥區，并且高于CK.60cm以下各處理C

20、a2-P含量又略有增加，但各施肥處理差異不顯著。可見，下層Ca2-P含量的增加是由上層磷素下移造成的.Ca$-P的剖面分布見圖2,020cm土層Ca8-P在化肥區與有機肥區平均含量分別為10.64mg/kg和72.52mg/kg,而CK僅為4.75mg/kgo20-40cm土層該形態無機磷在化肥區與有機肥區分別相當于。20cm的64.47%和24.01%,4060cm分別為13.92%和12.93%,6080cm與4060cm相比依然下降，但在80100cm又略有上升。Caj-PQng/kg)圖1不同施肥處理土壤Ca一P剖面分布圖2不同施肥處理土WCa,-P剖面分布圖3為A1-P的剖面分布,0

21、-20cm土層A1-P在化肥區與有機肥區平均含量分別為11.97mg/kg和93.23mg/kg,而CK僅為3.00mg/kgo20-40cm土層該形態無機璘在化肥區與有機肥區分別相當于020cm的48.83%和51.14%,4。60cm分別為11.58%和4.89%。60100cmAl-P含量又略有上升，與Ca2-P的剖面分布相似。有機肥區各處理的A1-P含量高于化肥區,且高于CK,說明施用有機肥有利于磷素向下遷移。Al-P量(mg/kg)15000-20Fe-P>(ing/kg)50100150200468a211(目)«%曉-HM2NFM2MPKM2MM2MlCK-MM2

22、NFM2MPKM2MM2Ml圖3不同施肥處理土壤A1-P剖面分布圖4不同施肥處理土«Fe-P剖面分布Fe-P的剖面分布與Ca2-P,Ca8-P，Al-P也大致相似，見圖4,表層的Fe-P平均含量在化肥區與有機肥區分別為78.76mg/kg和146.07mg/kg,2040cm土層分別相當于表層的74.51%和71.69%,在4060cm,CK和N處理的Fe-P含量略有上升外，其它各處理均表現為下降，60100cm,各處理都呈現為先下降后上升。圖5為Cal0-P的剖面分布,Cal0-P在無機磷組分中是變化最小的，隨土層的下降減少幅度也小，到4060cm時Ca-P的含量范圍僅在34.67

23、38.94mg/kg之間，60cm以下含量微微上升.O-P的含量也是隨土層的降低先減少后增加，見圖6,2040cm土層OP的含量在化肥區和有機肥區分別相當于表層的79.34%和71.16%,4060cm土層O-P的含量在兩個施肥區分別相當于表層的49.02%和39.55%,60cm以下依然是略微上升。圖5不同施肥處理土坂Ca”一P剖面分布圖6不同施肥處理土壤O-P剖面分布一般認為,磷素在土壤剖面上的移動是困難的，土壤對磷的固定能力較強，璘在土壤剖面中的分布特點是上層高下層低，主要原因是磷的遷移率小，不易從上層向下移動，但從本試驗研究看出，大量施用磷肥和有機肥對底層土壤的各形態無機磷的含量是有影

24、響的.HartikainenEJ認為,磷在土壤中的移動與土壤質地有關，質地越細越難淋移。李和生等1W在騷土的7年定位施肥試驗表明，施用磷肥對無機磷分布的影響僅限于040cm。來璐等人在黃土高原早作土壤上的研究得出，Ca2-P,Ca.-P,Al-P在耕層以下逐漸減少，120cm以下趨于穩定.本試驗表明，各形態無機磷可影響到100cm,這主要與土壤質地差異有關.研究表明，備形態無機磷的剖面分布不僅在耕層有積累的特點，在下層同樣也積累，這種分布可能是由于土壤下層質地緊實，阻止了水流的下滲，從而也阻止了磷素在土體中的運移，造成磷素在深層的積累.2.4耕層土壤無機磷各組分對速效磷的貢獻土壤無機璘各組分與

25、速效W(Oken-P)之間存在一定的關系.根據表1數據對土壤無機磷各組分含量與速效磷含量進行相關分析，除Ca10-P外，各組分與速效磷均呈極顯著正相關.為了進一步明確各形態無機磷的有效性，將各形態無機璘與速效磷含量進行逐步回歸分析，得出方程：Y=«-0.148+0.762X+0.277X2+0.363X3一0.136X,-0.257XS+0.287Xe(/i2=0.999)式中：X“X"X3，X"X”X6分別代表Ca2-P,CaLP,AlP,FeP,Ca】0-P,O-P。此方程表.Ca2-P,CaB-P,AlP,Fe-P,Ca10-P>OP對速效磷的影響明顯

26、，棕壤中Ca.-P是最有效的璘源。各組分無機磷對速效磷貢獻的大小順序為:CaLP>Al-P>OPXaLPAFe-PAC-PFe-P和CaI0-P對速效磷的直接影響為負向，它們對速效磷的正相關可能是通過別的麟組分有較大的通徑系數所致，這與呂家瓏的研究一致°七通徑分析可以進一步了解土壤各形態無機磷對速效曝的直接和間接影響及其相互轉化規律。將某一因子對速效磷的影響分為宜接影響(通徑系數)和該因子通過其它因子對速效磷的間接效應(通徑鏈系數)兩部分，這兩部分的代數和代表該因子對速效磷的總效應，并以相關系數的形式表示土壤各形態無機磷與速效磷的相關系數大小依次為C&-P(O.9

27、84)>Ca2-P(0.983)>A1-P(O.941)>Fe-P(O.857)>Cao-P(O.810)>O-P(0.809),其中Ca,-P和Ca：-P與土壤速效磷的相關系數最大，表明它們是最有效的磷源;A1-P和FeP是僅次于它們的有效磷源，相關系數也較大；其次為OP和Ca.-P,但它們在理論上并不是有效磷源.由通徑分析的數學原理可知，通徑系數是標準化后的變量對自變量的偏回歸系數，是反映自變量對變量影響大小的一個重要量度，由通徑鏈系數可清楚地了解變量間相關發生的影響程度和途徑。從土壤各組分無機璘對速效磷的通徑分析可以看出，它們對速效磷的重要性有很大差異，其通

28、徑系數依次為Ca2-P(0.664)>Cas一P(0.523)>0P(0.159)>Fe-P(-0.143)>0】。一？(一0.085)>Al-P(0.083)。可見，通徑系數與相關系數有很大不同，有的甚至符號相反，最明顯的是AI-P和Fe-P,盡管AI-P和Fe-P與速效璘極顯著相關,但它們對速效磷的直接影響卻很小，通徑系數分別為一0.083和一0.143,因為它們對Caz-P和Caf-P有一個較大的通徑鏈系數,AI-P通過C%P的通徑鏈系數為0.637,通過Ca,-P的通徑鏈系數為0.486；Fe-P通過Ca2-P的通徑鏈系數為0.582,通過Ca,P的通徑鏈

29、系數為0.455,它們主要是通過轉化為Ca-P和Cas一P而間接影響速效磷的含量。另外，它們之間的相關系數也較大，其中,Ca2-P和AIP的相關系數為0.961,Cfl2-P和Fe-P的為0.877；Ca.-P和A1-P的相關系數為0.929,Ca,-P和Fe-P的為0.871.由各組分磷的通徑系數可知，在長期定位試驗的棕壤上，Ca2-P和Ca8-P為速效瞬的主要碑源，說明P和CaB-P對土壤速效璘的貢獻最大。3結論(1)長期施用磷肥和有機肥可以使棕壤。20cm的Ca:-P,Ca8-P,Al-P>Fe-P大量積累，隨土層的加深各形態無機磷含量逐漸減少,這與許多學者的研究相一致"

30、-a,。(2) 長期不施磷肥處理(N.CK的土壤中,Ca“一P和OP也有一定量的轉化，因此,Ca10-P和O-P存在著緩慢的動態變化，是棕壤中潛在的磷源.(3) 長期施肥使Fe-P,Al-P,C&-P,Ca2-P的相對含量都有不同程度的上升，而且Fe-P的相對含量已處于第一位，但0P,Cai°P均下降.(4) 長期施肥對各形態無機磷剖面分布的影響相似，含量均為隨土層的增加呈先下降后略微升高，基本規律為施用有機肥區施用璘肥區CK或N.可見，盡管土壤中的磷素移動性很小,但在長期大量施用磷肥時，表層土壤磷素也不同程度地向下移動.(5) 相關和逐步回歸分析結果表明:CaLP，CaLP

31、,Al-P,Fe-P,O-P與速效磷之間達到1%的極顯著水平,Cas-P與速效磷之間達到5%的顯著水平。表明Ca2-P和Ca8-P對土壤速效磷的貢獻最大.<2)±地利用方式對有機磷及其各組分在不同粒級微團聚體中的影響各不相同。土地耕墾可以降低有機磷總量在各級微團聚體中的含量，且降低率隨粒級的增大而增加，有利于V10pm粒級中有機磷向50250rm粒級中分布，提高50250pm粒級活性有機磷的有效性，原因是一方面耕作使土壤更易曝踞在空氣中，為微生物生長提供了良好的條件，促進了小粒級中有機磷分解進入50250rm粒級中，另一方面可能是開墾后磷肥的施入可進一步促進活性有機磷的合成。劉

32、小虎等的研究也表明，化肥的施用，尤其是氮璘鉀混合施用有利于土壤活性有機磷的提高和積累區。耕墾可降低V10pm和50250»m粒級中的中活性有機磷含量，但開墾為耕地在施用磷肥的情況下有利于<10/zm粒級中其有效性的維持.土地利用方式對中穩性有機磷含量影響主要是在1050jun和50-250粒級中，并隨人為擾動程度的加強而顯著降低，尤其促進了耕地中其向其它有機璘組分轉化。開墾為柞樹林地有利于高穩性有機璘在各粒級中的分解轉化，開墾為耕地由于磷肥的施用卻有利于其在1050pm和5025。pm粒級累集，降低磷素的有效性。套零文徐陽春，沈其榮，茹澤圣長期施用有機肥對土壤及不同粒級中有機磷

33、含量與分配的影響J.土坂學報，2003,40(4),593一598.1 劉小虎，鄒德乙，劉新華.長期輪作施肥對棟填有機磷組分及其動態變化的影響J.土壤通報，1999,30(4),20-26.2 SharpleyAN,McDowellRW,KleinmanPJA.Amounts,FormsandSolubilityofPhosphorusinSoilReceivingManure£j3«SoilScienceSocietyofAmericaJournal,2004,68(6)：20482057.3 TurnerBL»Cade-MenunBJ.CondronLM,et

34、al.Extractionofsoilorganicphosphorus。.Taianta*2005(66)1294306.4 張玉革，姜勇，梁文舉，等.潮棕壤不同利用方式pH和Ohen-P的垂直變化特征J.水土保持學報,2004,18(4):89-92.5 張玉革，要勇，梁文舉，等.土地利用方式對潮棕壤磷素剖面分布的影響JJ.農業環境科學學報，2005.24(3),512-516.6 吳榮貴，林葆，TiessenH.農牧交錯帶土壤磷素動態研究J植物營養與肥料學報，2003,9(2):131-138.7 JE建強,章明至，徐建民.林地開墾后對不同質地紅壤碳氮和磷庫的影響JJ土壤通報，2005,362)：185189.8 辛剛，關連珠.汪景寬不同開星年限黑土牌素的形態和數景變化口土壤通報.2002,33(6):425-427.9 BowmanRAColeCV.Anexplorat