张邦喜，李 渝，秦 松，李国学，蒋太明

（1.贵州省土壤肥料研究所，贵州贵阳 550006；2.农业部（贵州）耕地保育与农业环境科学观测实验站，贵州贵阳 550006；3.贵州省农业科学院，贵州贵阳 550006；4.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193）

长期施肥下黄壤无机磷组分空间分布特征

张邦喜1，2，4，李 渝1，2，秦 松1，2，李国学4，蒋太明2，3

（1.贵州省土壤肥料研究所，贵州贵阳 550006；2.农业部（贵州）耕地保育与农业环境科学观测实验站，贵州贵阳 550006；3.贵州省农业科学院，贵州贵阳 550006；4.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193）

利用土壤无机磷分级方法，研究长期施肥对黄壤中不同组分磷累积、迁移的影响。结果表明，施肥土壤全磷、有效磷、无机磷的含量均较不施肥处理有明显增加，随土层深度的加深而显著减少，施肥主要增加了Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、Al-P含量，而对Ca10-P、O-P含量影响较小。Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、Al-P、Ca10-P、O-P以表聚为主，同一土层上表现为O-P＞Fe-P＞A l-P、Ca10-P＞Ca2-P＞Ca8-P。不同形态的无机磷含量随土层深度呈现垂直分布规律，在0～100 cm土层中无机磷形态以O-P、Fe-P为主，且该比例随土层深度的增加而增加。因此，从长远来看，有机无机配施促使无机磷组分在土壤剖面的移动得以放缓，还不足以影响到地下水质量，更有利于黄壤区农业的可持续发展。

黄壤；长期施肥；无机磷组分；分布特征

磷是影响土壤生产力的关键因素，是植物生长的主要限制因子之一。植物所利用的磷素，主要来源于土壤磷库和磷肥施用，然而磷肥的当季利用率一般只有10%～25%。土壤中磷素以多种形态存在于土壤固-液两相中，同时不同形态磷之间不断发生转化。农田土壤中，无机磷约占土壤磷库的70%左右，是土壤有效磷的重要来源［1］。磷肥的长期过量施用不仅会造成磷肥资源的浪费，也可能导致磷素通过径流或淋溶进入地表或地下水体，加速水体富营养化过程［2-3］。磷素在土壤中移动性的大小决定了其向水体迁移的能力，国内外的研究结果发现，在面源污染控制过程中，控制磷素污染相比控制氮素污染更为关键［4-5］。针对农田过量施肥导致的面源污染和磷矿资源消耗问题，欧美等发达国家已建立相应的磷素研究平台，同时通过立法控制施用磷素。尽管很多研究表明地表径流是耕地磷素损失的主要途径［6-7］，但到目前为止，判断农田土壤磷素状况的定量标准并不一致［8］。长期定位试验具有时间的长期性和气候的重复性等特点，信息量丰富，准确可靠，有着常规试验不可比拟的优点，是发现重大科学问题和开展科学研究的重要平台，受到世界尤其西方发达国家的普遍重视［9-10］。目前我国许多学者在不同的土壤类型上进行了长期肥效试验［11］，主要涉及石灰土［12］、黑土［13］、潮棕壤［14］、水稻土［15］等十几种土壤类型。这些研究表明，长期施肥能显著地增加土壤有效磷的含量，并且表现出向下迁移的迹象，而不同形态的无机磷的迁移能力差异较大［16-17］。可见，利用长期定位试验来研究不同区域、不同土壤类型及不同施肥制度下磷素在土壤中的累积、迁移情况，是一种可行的试验方法。黄壤是广泛分布于中国热带、亚热带的山地和高原的一种地带性土壤类型［18］，是亚热带湿润气候条件下形成的富含水合氧化铁（针铁矿）的黄色土壤，占贵州国土面积和土壤面积的41.9%和46.4%，是贵州农业生产中主要的土壤类型［19］。然而有关长期不同施肥下黄壤无机磷组分空间变化特征尚鲜见报道。为此，本试验基于20年的肥料定位试验，应用蒋柏藩-顾益初［20］的无机磷分级方法，旨在揭示长期不同施肥方式下黄壤剖面中无机磷各组分的累积、迁移特征，为寻求黄壤区合理施用磷肥，促进区域粮食持续生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

国家（贵州）黄壤肥力与肥料效益长期定位监测基地，位于贵州省农业科学院试验场（26°11′N，106°07′E）内属中亚热带东部湿润季风气候区，水热资源丰富，平均海拔1 071 m，年平均气温15.3℃，年平均相对湿度为78%，年平均日照时数为1 148.3 h，年均降雨量1 100～1 200 mm。土壤类型为黄壤，成土母质为三叠系灰岩与砂岩残积物，地形为黔中丘陵区旱地，试验采用大区对比试验，不设重复，小区面积340 m2。从1993年4月播种玉米试验开始，采用玉米-休闲种植制度，经过2茬匀地试验，于1995年正式开始，持续至今。试验地耕层（0～20 cm）土壤基本理化性质为：pH值5.39，全氮、全磷、全钾含量分别为0.85，0.71，13.29 g/kg，有机质15.15 g/kg，碱解氮67.9 mg/kg，有效磷15.9 mg/kg，速效钾109.2 mg/kg。

1.2 试验设计

选取长期定位试验4个处理：①不施肥（CK）；②单施有机肥（M）；③化肥氮磷钾配施（NPK）；④化肥氮磷钾配施有机肥（NPKM）。每年的种植制度为玉米-休闲，肥料全部在玉米季施用，播种前施磷钾肥或有机肥作基肥，在玉米生长期中追施2次氮肥（尿素），即苗期施69.04 kg/hm2、喇叭口期施95.96 kg/hm2，冬季不施肥。所施用化肥类型为尿素、普钙、氯化钾，肥料用量为年施用N 165 kg/hm2、P2O582.5 kg/hm2、K2O 82.5 hm2；有机肥料为新鲜农家肥（N 2.7 g/kg、P2O51.3 g/kg、K2O 6 g/kg），年施用量为30 555 kg/hm2。

1.3 样品采集与处理

于2014年10月玉米收获后采集，以S型在各小区内随机选取5个点混合成一个土壤样品，采集深度为0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm，去除根系，风干、研磨备用。

1.4 分析方法与数据处理

土壤无机磷形态的分级采用蒋柏藩-顾益初［20］提出的方法。土壤pH（土∶水为1∶2.5）、有机质、全磷、速效磷含量均采用常规分析法［21］。

所有数据均采用Excel 2003软件进行整理；运用SPSS 11.0软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 长期施肥下黄壤剖面磷素分布特征

由表1可以看出，与不施肥处理（CK）相比，除单施化肥处理（NPK）外，其余处理0～20，20～40 cm土壤pH值均有所增加，尤以单施有机肥（M）增幅最大，增幅分别为0.14，0.51个单位，且施肥处理40～100 cm剖面土壤pH值均高于不施肥处理。说明长期施用有机肥对黄壤旱地土壤pH值有一定的改善效果。从0～100 cm土壤剖面全磷、速效磷和无机磷总量的分布来看，经过20年的定位施肥，施肥能够显著提高耕层土壤全磷、速效磷和无机磷含量，磷素养分在黄壤旱地土壤剖面各层表现出不同程度的积累状态。其中NPKM处理耕层（0～20 cm）土壤全磷、速效磷和无机磷含量最高，分别为（1 253.33± 122.46），（58.27±4.18），（548.04±21.18）mg/kg，其增加量随土层深度的增加而降低，出现明显的磷素表聚现象。0～60 cm各层土壤速效磷、无机磷含量均较不施肥处理（CK）有所增加，说明施肥在增加土壤耕层速效磷、无机磷含量时也存在明显的淋溶迁移。

表1 不同施肥处理对黄壤不同形态磷素含量的影响Tab.1 Effect of different treatm ent on properties com ponents in yellow soil mg/kg

2.2 长期施肥下黄壤剖面无机磷组分的分布特征

2.2.1 Ca2-P、Ca8-P和Ca10-P的变化 由Ca-P的剖面分布图（图1）可知，0～20 cm土层Ca-P含量明显高于CK处理，20 cm以下各处理Ca-P含量略有增加，但其累积量相对较少，且呈向下递减的趋势。其中0～20 cm土层M处理与NPK处理Ca2-P含量差异不显著，与NPKM处理差异显著，20～40 cm土层M处理与NPK、NPKM处理Ca2-P含量差异显著，NPK与NPKM处理差异不显著，40 cm以下土层各施肥处理Ca2-P含量略有增加，但差异不显著；Ca8-P在0～20 cm土层的变化特征与Ca2-P相似，以NPKM处理含量最高，且各施肥处理之间差异显著，20～40 cm土层各施肥处理Ca8-P含量差异不显著，40～60 cm土层NPK处理与M、NPKM处理差异不显著，M与NPKM处理差异显著，60 cm以下土层以M处理Ca8-P含量增幅最大，且Ca8-P含量显著高于NPK、CK处理；Ca10-P含量在0～20 cm土层的变化特征与Ca2-P、Ca8-P有所不同，以M处理Ca10-P含量最高，且差异显著，20～60 cm土层M、NPKM处理Ca10-P含量显著高于NPK处理，60 cm以下土层以NPKM处理Ca10-P含量增幅最大。可见，不同施肥方式下土壤剖面Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P的含量随土壤剖面加深，呈现明显的垂直分布特征。

2.2.2 Al-P、Fe-P和O-P的变化 对于酸性土壤，Al-P和Fe-P是土壤有效磷的主要来源，而O-P的有效性较低，是植物的潜在磷源。由图1可以看出，0～60 cm土层Al-P含量依次为NPKM＞NPK＞M＞CK，各施肥处理与CK处理差异显著，60 cm以下土层M、NPK处理Al-P含量均低于CK处理，且差异显著，而NPKM处理A l-P含量显著高于CK处理；Fe-P与Al-P在剖面土壤中分布特征则有所不同，0～40 cm土层Fe-P含量依次为NPKM＞M＞NPK＞CK，各施肥处理与CK处理差异显著，40～100 cm土层Fe-P含量依次为M＞NPKM＞NPK＞CK，各施肥处理与CK处理差异显著；施肥使0～20 cm土层O-P含量有所增加，NPKM处理与CK处理差异显著，与M处理无显著性差异，其中以NPK处理增量最大，其次为NPKM处理，20～40 cm土层NPK处理O-P含量显著高于CK处理，NPKM处理O-P含量略高于CK处理，而M处理O-P含量略低于CK处理，40～80 cm土层CK处理的O-P显著高于M、NPKM处理，而NPK略低于CK处理，80 cm以下土层则NPK处理的O-P显著高于M、NPKM、CK处理。可见，施肥加大了耕层土壤和下层土壤之间Al-P、Fe-P、O-P含量的差异，长期施有机肥对Fe-P迁移更为显著，而化肥主要是对O-P的影响更为显著，有机无机配施则对A l-P向下迁移影响较大。

图1 土壤无机磷各组分的剖面分布特征Fig.1 Spatial variation of each com ponent of inorganic phosphorus in soils

3 讨论与结论

施肥在农业生产中起着至关重要的作用，尤其对土地资源极其稀缺的西南石漠化地区。但长期过量施肥不仅会造成营养元素在土壤中累积［22］，而且会随地表径流和土壤渗漏进入江河、湖泊和地下水，加速水体富营养化过程［1-2］。试验研究表明，土壤速效磷达到50～70 mg/kg时，磷素可能通过渗漏形式污染水源，而在南方高产田块，土壤速效磷高于40 mg/kg对水体环境就已经构成威胁［23］。Singh等［22］则认为，从农业需求和环境保护角度确定的土壤速效磷最适宜范围应在30～50 mg/kg。也有学者［24］认为，速效磷为25 mg/kg就能满足作物高产时的需求。本试验结果表明，无论是单施化肥、有机肥还是有机无机配施，土壤剖面0～100 cm的土层中全磷、有效磷、各无机磷形态均有不同程度的积累，尤以有机无机配施对提高土壤有效磷及各无机磷形态含量最为显著，此结果与黑土和红壤上的研究一致［13，25］。此外，长期施肥20年后黄壤耕层速效磷得到很大提升，为（26.07±1.07）～（58.27± 4.18）mg/kg，一般认为，土壤速效磷高于20 mg/kg作物对施磷无反应［1］。刘方等［2］研究表明，黄壤旱地土壤速效磷为20～40 mg/kg，土壤饱和度为5%～15%，为农业非点源磷污染的一般防范区。因此，本试验中施肥处理耕层土壤速效磷含量高于以上水平，且存在不同程度的累积和向下迁移，对环境可能是一种威胁。

尽管速效磷极易通过淋溶的形式进行迁移，但因其总量较低，其迁移量远远低于无机磷，故而无机磷往往成为磷素迁移损失的主体。刘恩科等［26］研究表明，长期均衡地施化肥或有机无机配施可以显著提高土壤全磷及速效磷的含量。李中阳等［27］认为，有机无机配施对增加土壤全磷及速效磷含量的效果更加显著，主要增加了红壤和紫色土土壤无机磷中相对活性较高的Fe-P和Al-P含量，潮土、塿土、灰漠土和黑土中Ca2-P和Ca8-P的含量。梁国庆等［28］认为，有机肥施用量或与化肥配合施用，各形态无机磷的转化率基本是稳定的，不会因为施用方式的改变而改变。本试验结果表明，各施肥处理剖面土壤中Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P、A l-P、Fe-P、O-P出现了明显的表聚现象，并存在不同程度的累积和向下迁移。长期施有机肥对Fe-P迁移更为显著，而化肥主要是对O-P的影响更为显著，有机无机配施则对Al-P向下迁移影响较大。各施肥处理剖面土壤中无机磷形态以O-P、Fe-P为主，其次为钙磷（Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P之和），Al-P含量最小。究其原因可能有以下几点：①土类及各试验点的肥料投入数量和种类不同造成的。②试验区域属于南方亚热带红黄壤区，土壤pH值为5.15±0.22～5.96±0.23，且受雨水淋溶作用较强，土壤铝铁含量较高，易于形成有机酸-铁（铝）-磷三元复合体。③黄壤风化程度介于砖红壤、红壤与石灰性潮土之间。

长期施肥下土壤中全磷、无机磷和速效磷含量都随土壤深度的加深而减少，表层累积量最高，在土层上呈垂直分布规律，且有机肥的施用对黄壤旱地土壤pH值有一定的改善效果。不同施肥方式下剖面土壤中无机磷组分均有不同程度的累积，0～100 cm土层中无机磷形态以O-P、Fe-P为主，占无机磷总量的54%～80%，且该比例随土层深度的增加而增加。与化肥相比，施用有机肥更易于磷素向下迁移。O-P、Fe-P是酸性黄壤磷素养分累积、迁移的主要形态，如何提高这部分磷素有效性，并关注可能导致的环境影响，是未来黄壤区土壤磷素养分调节与管理的关键。

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The Characteristic of Spatial Distribution on Inorganic Phosphorus Fractions Accum ulation and M igration in Yellow Soil under Long-term Fertilization

ZHANG Bangxi1，2，4，LIYu1，2，QIN Song1，2，LIGuoxue4，JIANG Taiming2，3
（1.Guizhou Institute of Soil and Fertilizer，Guiyang 550006，China；2.Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation and Agriculture Environment（Guizhou），Ministry of Agriculture，Guiyang 550006，China；3.Guizhou Academy of Agricultural Sciences，Guiyang 550006，China；4.College of Resource and Environmental Science，China Agricultural University，Beijing 100193，China）

The objective of this study was to explore the accumulation and migration of soil available phosphorus，total phosphorus and inorganic phosphorus using different fertilizer.The data were collected in twenty years longterm fertilization experiment in upland yellow soil of Guizhou Province.Analyticalmethods was based on soil inorganic phosphorus fractions.Results indicated that compared with the control treatments（unfertilized），soil available phosphorus，total phosphorus and inorganic phosphorus fractions in M（organic fertilization），NPK（nitrogen phosphorus and potassium fertilization）and NPKM（organic and inorganic fertilizers m ixed）treatment were all increased significantly.The highest concentration of available phosphorus，total phosphorus and inorganic phosphorus were obtained in the topsoil，and decreased gradually with the increase of soil depth.Fertilization mainly increased the concentration of Ca2-P，Ca8-P，Fe-P and Al-P，while the changes of Ca10-P，O-P were slightly.The order of concentrations was O-P＞Fe-P＞Al-P、Ca10-P＞Ca2-P＞Ca8-P.The concentrations of Ca2-P was the lowest butwith the highest nutrient availability while the concentrations of O-P was highest with the lowest nutrient availability.The regularities of distribution in inorganic phosphorus were vertical distribution and surface gathering.The main concentrations of inorganic phosphorus were O-P，Fe-P in 0-100 cm soil，and the proportion increased with depth of soil.Therefore，organic and inorganic fertilizers combine for application decrease the transportation of norganic phosphorus contents in vertical direction，and not affect the groundwater quality，which could benefit to the sustainableagricultural development of yellow soil areas in the long term.

Yellow soil；Long-term fertilization；Inorganic phosphorus fraction；Spatial distribution

S143.2 文献标识码：A 文章编号：1000-7091（2016）03-0212-06

10.7668/hbnxb.2016.03.031

2016-03-15

贵州省联合基金项目（黔科合J字LKN［2013］21号）

张邦喜（1984-），男，贵州盘县人，助理研究员，博士，主要从事农业资源与环境保护研究。

蒋太明（1964-），男，贵州遵义人，研究员，博士，主要从事土壤与环境资源可持续方面研究。