邹 平，符建荣，曹志洪，叶 静，俞巧钢，马军伟，姜丽娜，王 强，孙万春

（1.浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所，浙江杭州 310021；2.中国科学院南京土壤研究所，江苏南京 210008）

水稻土时间序列磷素吸持特性研究

邹 平1，符建荣1，曹志洪2，叶 静1，俞巧钢1，马军伟1，姜丽娜1，王 强1，孙万春1

（1.浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所，浙江杭州 310021；2.中国科学院南京土壤研究所，江苏南京 210008）

以浙江慈溪已鉴定的水稻土时间序列为研究对象，研究水稻土序列磷素吸持特性，结果表明，慈溪水稻土序列中磷素大部分被固定在剖面上部-耕层；速效磷一般在剖面上部含量较高，随着土壤深度的增加，其含量急剧降低；慈溪水稻土时间序列土壤磷素吸持百分数主要分布10%～30%，属于中等强度的吸持，水稻土序列剖面表层土壤磷素的吸持能力较强，一般都在20%以上，植稻1 000年和2 000年水稻土中剖面土壤磷的吸持百分数与剖面土壤游离铁分布极其相关。

水稻土；时间序列；磷素；吸持

磷是作物生长最为重要的必需营养元素之一，据估计，我国约有1/3～1/2的耕地土壤缺磷［1］。磷肥施入土壤后，经过一系列的化学、物理化学或生物化学过程，形成难溶性的磷酸盐并迅速为土壤矿物吸附固定或为微生物固持，其在当季作物的利用率仅为10%～25%［2］。自20世纪60年代以来，磷肥在我国农业生产中得到了广泛应用，在促进农业增产上发挥了极为重要的作用，但长期施用磷肥也导致了磷素在土壤中的大量累积。据估算，1949-1992年，我国累计施入农田的磷肥达3.4× 107t，其中约有2.6.107t累积在土壤中［3］。磷素在土壤中的累积，既造成了磷肥资源的浪费，也必然导致农田径流中磷浓度的提高，加速了水体富营养化过程。因此，土壤中磷的化学行为不仅直接影响着磷素的生物有效性，而且其生物地球化学循环过程与环境效应密切相关，采取有效措施降低土壤对磷肥的固定、提高植物对磷素的利用率，是长期以来土壤学和生态学工作者所共同关注的重要课题。

水稻土作为一类间歇淹水的土壤类型，与旱地土壤相比，这类土壤中磷素随水流失的风险更大［4］。稻田施用的磷肥绝大部分被固定在耕层土壤中。国内外的大量研究表明，水稻土中磷素在土壤剖面上纵向迁移的距离很短，对其横向迁移需引起足够重视。鲁如坤等［5］研究了连续施肥7年和17年红壤旱地和红壤性水稻土磷素的下移特征，结果显示红壤性水稻土化肥磷可下移至25 cm，而红壤旱地化肥磷最多可下移到30 cm，而厩肥磷则至少下移到40 cm。Katoh等［6］研究了日本中部灌溉稻田中耕作层磷素淋失状况，发现从耕层淋失的磷素绝大部分被固定在表下层（13～40 cm）土壤中。曹志洪等［7-8］系统研究了太湖流域稻田土壤磷素随径流迁移的特征，结果显示，水稻-小麦轮作条件下稻田每年向水体排放的磷量为0.84 kg· hm-2，仅占当年磷肥用量的2.5%，稻田发生的径流是“机会径流”，发生次数少，强度小，径流携带可溶性磷和颗粒磷的数量也少；Xie等［9］开展的32P同位素标记磷肥的田间试验表明，施入土壤1个月后50%的磷素仍然固定在3～5 cm的表土层，当表土随径流迁移时吸附固定在颗粒表面的磷素也随之流失。

本研究主要就慈溪水稻土时间序列剖面土壤磷素现状，以及水稻土序列对磷的吸持特性进行研究，以期阐明水稻土时间序列对磷的吸持能力及其影响因素，为水稻土的磷素科学调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

所选研究区域浙江省慈溪市位于东海之滨，杭州湾南岸（图1），地理坐标30°02′-30°24′N，121°02′-121°42′E，地处北亚热带南缘，属季风型气候，四季分明，日照充足，年平均日照为1 933.5 h，全年无霜期达244 d，气候温和，年平均气温16.3℃；全境气候受冷暖气团交替控制和杭州湾海水的调节，回温和降温过程稍缓慢，气温年、日变幅小。多年平均降水量1 388 mm，雨水分布不均，有明显的雨季和旱季，一般汛期（4-10月）降水量占全年降水量的73.3%，平均风速为2.7 m·s-1。全境地势南高北低，呈丘陵、平原、滩涂三级台阶状朝杭州湾方向展开；东西走向上，地势自西向东缓缓倾斜。

该区域在6 000年前尚为浅海，距今5 000年前开始逐渐海退，南境山麓裸露为沼泽地带，北部仍为海洋，陆地均由海涂在自然条件下沉积堆高形成。距今约2 500年（全新世晚期）以来，由于喇叭形杭州湾涌潮动力的作用，陆域不断供沙，南岸逐渐向外淤积成陆，以大古塘河为界分南北两个部分，南部近山平原成陆于900～2 500年前，由全新世晚期湖海相沉积物淤积而成，北部滨海平原，系900年以来新成陆地。到公元5世纪，民间随海涂地形不同开始垒土筑塘，随着海涂淤积的北移，不断增筑海塘，至今大部分地段已筑至十塘；每筑一塘，当地人民便开始开垦，使其变为耕地［10］（图1），各海塘修筑时间均有记载［11］。水稻是当地长期种植的粮食作物。《慈溪县志》记载在东汉光武帝时（公元25—57年）慈溪东部已广栽水稻［12］。因此，根据《慈溪水利志》和《慈溪海堤集》中慈溪市历代海塘图记载的不同地段海塘修筑年代，可以大致推算稻田耕作的历史年限，为水稻土时间序列的建立提供了可能与依据［13-15］。

图1 研究区域及浙江慈溪不同年代海塘分布

1.2 样品采集与理化性状分析

本研究大部分的土壤样品是在2008年6月中旬，与德国同行共同采集的，采样区域地形为沉积平原，母质为滨海沉积物。采样时，首先根据浙江慈溪各海塘修筑的时间及位置，寻找各个海塘附近的水稻土，选取有代表性的水稻田采集50，100， 300，500、700，1 000和2 000年等7个不同耕种年限的水稻土。样品采集时各稻田样点均处于落干状态，各样点均挖掘一个深为100 cm的剖面（实际操作中以挖掘到地下水渗出为止）。完成土壤剖面挖掘后，依照土壤学理论，划分各发生层次，然后按照土壤层次采集土壤样品。在选取有代表性年代序列水稻田时，在与稻田样点地理位置邻近的区域寻找有代表性的对应的旱地土壤，并按照水稻土剖面样品采集的方法采集各旱地土壤样品，旱地土壤序列包括50，100，300，500和700年等5个年代序列。采集的样品用采样袋装好，编号，在空闲的实验室内分别摊开，分拣出作物根系、小石块等杂物，进一步破碎土壤样品，然后进行风干，2个月后收集风干样品，将样品研磨，过2 mm筛后用塑料袋装好备用。相关样品分析方法见参考文献［16］。

2 结果与分析

2.1 磷素分布规律

水稻土时间序列剖面的土壤速效磷用经典的Olsen法浸提，分别用ⅠCP和钼锑抗比色法测定，将ⅠCP测得的磷素当作速效总磷，而将比色法得到的磷素作为速效无机磷酸盐。慈溪水稻土序列速效总磷的平均值为7.60 mg·kg-1，标准偏差为9.64 mg·kg-1，说明水稻土序列中速效总磷的变异系数很大。图2系按照水稻土时间序列50，100，300，700，1 000和2 000年的顺序排列，绘制的土壤速效磷的分布图。从图2中可以看出，速效磷的分布一般在剖面上部含量较高，随着土壤深度的增加，其含量急剧降低；植稻100，300和1 000年的水稻土表层土壤速效磷含量相对于植稻50，700和2 000年的低很多。一般在农业生产实践中，表层土壤速效磷高于20 mg·kg-1，说明该土壤磷素养分足以供应作物生长需要，显而易见，植稻50，700和2 000年的水稻土土壤磷素均已超过上述临界值，在水稻的田间管理中要加以重视，避免磷素向水体淋失，增加水体富营养化的风险。

磷素在水稻土时间序列剖面土壤中的分布还表明，水稻土中磷素大部分被固定在剖面上部-耕层，因为紧实的犁底层的存在，磷素随水垂直下渗进入地下水的量很小，基本可以忽略不计，当然如果有大孔隙优势流的条件时除外。水稻土犁底层的存在，起到了很好的保水保肥的作用。因为施肥具有差异性，且土壤磷素是状态变量，故土壤速效磷含量与水稻植稻年限之间并没有发现明确的相关关系。

图2 慈溪水稻土时间序列土壤速效磷分布

土壤中的磷素形态大体上可分为无机磷和有机磷两类，两者的组分比例在不同的土壤中差别很大，即使是同一类土壤，由于人为投入和田间管理的差异，差别亦很大。由表1可以看出，植稻50，700，1 000和2 000年的表层水稻土以无机磷酸盐为主，而植稻100和300年的水稻土中，有机磷占主导。相应的旱地土壤序列中，无机磷酸盐形态的磷仅在开垦50年的旱地中占主导，且其速效总磷含量很高，达35.84 mg kg-1，而有机磷在开垦100，300和700年的旱地中起支配作用。在旱地序列中，有机磷随着开垦利用的时间延长，其含量逐渐升高，这可能与旱地中有机质含量的提升有关。在水稻土序列中，50～300年土壤有机磷随着植稻年限的增加，其含量稳步提高。当植稻年限达到700年时，可能由于表层土壤有机碳已达生态容量的极限，其含量稳定在一定的范围内，有机磷的含量也维持在一定的范围。从旱地与水稻土的比较来看，旱作50年的土壤磷素含量较高，这可能是由于该年代的土壤采样时系正收获一季蔬菜，而蔬菜地施肥较一般的农用地量大所致，其余年代的水稻土中速效总磷含量均高于对应的旱地。植稻1 000年的水稻土耕层土壤速效总磷含量偏低，可能与采样时该年代土壤处于休闲状态有关。

表1 慈溪水稻土时间序列表层土壤的速效磷素形态分布

2.2 磷素吸持能力

从图3可以看出，慈溪水稻土时间序列土壤磷素吸持率为10%～30%，属中等强度的吸持，不同年代土壤对磷的吸持百分数不同。影响磷素吸持百分数的因素很多，土壤中几乎所有固体物质均能吸附磷，但不同物质吸附固定磷的能力有较大差异。水稻土序列剖面表层土壤磷素的吸持能力较强，一般都在20%以上；表下层土壤磷素吸持能力存在较大差异，植稻300年土壤在该层次磷素吸持能力有一定提高，而其他年代序列土壤则均出现降低的现象，这可能与植稻300年水稻土序列已改变土地利用方式，土壤结构被破坏有关。

图3 慈溪水稻土时间序列土壤磷素固持能力分布

从图4可以看出，植稻1 000年和2 000年水稻土中剖面土壤磷的吸持百分数与剖面土壤游离铁分布极其相关，氧化淀积层高含量的游离铁极大地提高了土壤吸持磷的能力，使得该层次土壤磷素吸持百分数分别达到28%和26%左右。水稻土剖面土壤磷素吸持能力与游离铁含量的这种密切联系，进一步证实了磷素在水稻土剖面中移动性极小，几乎全被土体固相所吸附，水稻土剖面中深层次土壤是吸纳磷素的一个巨大的汇。这也从一个侧面说明，水稻土剖面土壤磷的吸持远未达到饱和，磷素从土体中淋失的风险极小。

与植稻1 000年和2 000年的水稻土剖面相比，其他年代序列的水稻土磷素吸持百分数并没有与土壤相关要素表现出上述良好的相关关系。这可能与水稻土序列中影响磷素吸持的因素众多有关，而氧化淀积层除了含有大量的游离铁外，粘粒淀积，也能促进土壤对磷素的吸持。耕层土壤由于有机质含量高，而有机质与磷同带负电荷，在土壤固相的吸附中，会形成竞争关系，使得其对土壤磷的吸附降低，因为耕层土壤磷素吸附百分数与土壤有机碳含量之间并没有明显的正相关关系。

图4 植稻1 000年（A）和2 000年（B）水稻土序列剖面土壤磷的吸持与游离铁的关系

3 小结

与旱地土壤类似，慈溪水稻土序列中磷素大部分被固定在剖面上部-耕层，速效磷的分布一般在剖面上部含量较高，随着土壤深度的增加，其含量急剧降低。在水稻土序列中，50～300年土壤有机磷随着植稻年限的增加，其含量稳步提高。当植稻年限达到700年时，可能由于表层土壤有机碳已达生态容量的极限，其含量稳定在一定的范围内，有机磷的含量也维持在一定的范围。慈溪水稻土时间序列土壤磷素吸持百分数主要分布10%～30%，属于中等强度的吸持，水稻土序列剖面表层土壤磷素的吸持能力较强，一般都在20%以上。植稻1 000年和2 000年水稻土中剖面土壤磷的吸持百分数与剖面土壤游离铁分布极其相关，氧化淀积层高含量的游离铁极大地提高了土壤吸持磷的能力，使得该层次土壤磷素吸持百分数分别达到28%和26%左右。

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（责任编辑：高 峻）

S 15

A

0528-9017（2014）06-0919-04

文献著录格式：邹平，符建荣，曹志洪，等.水稻土时间序列磷素吸持特性研究［J］.浙江农业科学，2014（6）：919-923.

2014-03-13

国家自然科学基金项目（41201233）；国际科技合作项目（2011DFA91190）；浙江省自然科学基金项目（LQ12D01003）

邹 平（1979-），男，湖北荆州人，助理研究员，从事水稻土碳氮磷素循环研究工作。E-mail：pzou@mail.zaas.ac.cn。