湖南不同母質植煙土壤磷形態的研究

劉建國，羅建新*，田 飛，余 穎，周萬春，王 翔，宋 浩，王 娟，嚴紅星

1. 湖南農業大學資源環境學院，長沙市芙蓉區農大路1 號 410128

2. 湖南中煙工業有限責任公司，長沙市雨花區萬家麗中路三段188 號 410007

3. 醴陵市農業農村局，湖南省醴陵市西山街道辦事處五里墩 412200

磷是植物生長的必需營養元素，土壤中全磷含量相對較高，而速效磷含量十分有限。農業生產中，常以土壤速效磷的含量來判斷土壤磷素的豐缺，而對植物自身吸收磷的能力及土壤中磷的形態兩方面鮮有考慮。植物所需的磷主要來自土壤磷庫，土壤磷庫中磷素的形態決定有效磷的數量。土壤中的磷可分為有機磷和無機磷，其中無機磷是可供植物直接吸收利用的磷[1-4]，而有機磷可在多種酶的作用下礦化分解成無機磷被植物吸收利用[5]。土壤無機磷一般占全磷含量的60%～80%[6-8]，是土壤磷素的主體部分，其含量及各組分的比例與成土母質關系密切。袁東海等[9]研究表明土壤無機磷各組分中以O-P（閉蓄態磷）的含量較高，各無機磷形態與成土母質有關。紫色土中磷的研究表明，Fe-P（磷酸鐵鹽）、Al-P（磷酸鋁鹽）是重要的磷源，并且在一定程度上決定了土壤有效磷的供應水平，提高其比例則能增加磷素的有效性[10-13]。常采用Bowman-Cole 的分級方法[14]將土壤有機磷分為活性有機磷、中等活性有機磷、中穩性有機磷和高穩性有機磷。土壤有機磷各組分的含量也因母質的不同而存在差異。李孝良等[15]研究表明不同母質土壤有機磷總量相差較大，但均以中等活性有機磷為主，其占有機磷總量的比例為48.40%～73.88%。因此，研究不同母質土壤無機磷、有機磷總量及各組分的狀況，對揭示土壤磷素狀況、指導合理施用磷肥意義重大。為進一步明確湖南不同母質植煙土壤磷素形態的有效性，在王娟等[16]研究基礎上，對湖南不同植煙土壤有機磷和無機磷各組分進行深入分析，旨在為植煙土壤合理使用磷肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

在湖南省的衡陽、瀏陽、寧鄉、郴州、張家界、永州、湘西等7 個市（州）進行取樣[16]。采用“S”形多點取樣法采集16 個地區具有代表性的植煙土壤樣品。每個樣品約2 kg，土樣經風干、磨細、過篩并充分混勻后，進行土壤相關指標的分析。

1.2 方法

1.2.1 常規指標的測定

根據NaOH 熔融-鉬銻抗比色法測定土壤全磷含量[17]。稱取0.25 g 風干土樣放入坩堝中，用3滴無水乙醇濕潤土樣后加2.00 g NaOH，混勻放入高溫電爐中加熱至750 ℃，保溫15 min。冷卻后，用80 ℃溫水洗滌、定容、過濾，進行土壤全磷含量的測定。

采用鉬銻抗比色法測定速效磷含量[17]。用0.5 mol/L NaHCO3（pH=8.5）溶液（加無磷活性炭1勺）浸提，220 r/min 振蕩30 min，過濾后用鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量。

采用灼燒法測定有機磷含量[17]。土壤經550 ℃灼燒后，與未經灼燒的同一批土壤用0.1 mol/L H2SO4浸提1 h 后，再用鉬銻抗比色法測定有機磷含量。

有機磷含量=灼燒后的磷含量-未灼燒的磷含量。

無機磷含量=全磷含量-有機磷含量。

采用電位法[17]測定土壤pH，土∶水=1∶1。采用K2Cr2O7容量法測定土壤有機質含量[17]。土壤中加入0.8 mol/L（1/6 K2CrO7）和5.0 mL 濃硫酸，180 ℃下油浴，煮沸5 min。水洗后加10 滴2-羧基代二苯胺（指示劑），再用0.2 mol/L 硫酸亞鐵滴定。根據硫酸亞鐵滴定的毫升數，計算土壤有機質含量。

采用半微量開氏法[17]測定土壤全氮含量，在混合加速劑（K2SO4∶CuSO4∶Se = 100∶10∶1）的催化下，加入濃硫酸消煮，NaOH 堿化后進行蒸餾。用硼酸和定氮指示劑吸收蒸餾出來的氨，再用標準酸溶液進行滴定，計算土壤全氮含量。采用NaOH 熔融-火焰光度法測定土壤全鉀含量[17]。

1.2.2 無機磷和有機磷組分的測定

根據蔣柏藩等[18]提出的石性土壤無機磷分級方法，將土壤無機磷分為Ca2-P（NaHCO3溶性磷）、Ca8-P（NH4OAc 溶性磷）、Al-P（磷酸鋁鹽）、Fe-P（磷酸鐵鹽）、O-P（閉蓄態磷）和Ca10-P（H2SO4溶性磷）。用鉬銻抗比色法測定Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P 和Ca10-P 含量[17]。

有機磷分為活性有機磷、中等活性有機磷、中穩性有機磷和高穩性有機磷。用鉬銻抗比色法測定4 類有機磷的含量[17]。

1.3 數據處理

采用Excel 2010 和DPSV 7.05 軟件對數據進行處理與分析。

2 結果與討論

2.1 不同母質植煙土壤養分的基本狀況

不同母質植煙土壤養分狀況見表1。石灰巖母質發育土壤全磷含量最高，為951.05 mg/kg；紫色板頁巖發育土壤全磷含量最低，為755.94 mg/kg；板頁巖和第四紀紅土母質發育土壤全磷含量介于兩者之間。第四紀紅土母質發育土壤速效磷含量最高，為38.71 mg/kg；板頁巖母質發育土壤速效磷含量最低，為29.53 mg/kg。土壤的全磷含量和速效磷含量沒有直接相關關系。板頁巖母質發育土壤全氮含量最高，為2.18 g/kg；石灰巖母質發育土壤全氮含量最低，為1.75 g/kg。紫色板頁巖發育土壤全鉀含量最高，為15.60 g/kg；第四季紅土母質發育土壤最低，為7.18 g/kg。板頁巖母質發育土壤有機質含量最高，為42.66 g/kg；紫色板頁巖發育土壤有機質含量最低，為25.84 g/kg。

表1 供試土壤主要養分含量①Tab.1 Contents of main nutrients in test soils

2.2 不同母質植煙土壤無機磷的組分及其特點

湖南不同植煙土壤無機磷各組分的含量及比例見表2。在4 種不同母質的土壤中，紫色板頁巖和板頁巖土壤表現為Ca-P＞Fe-P（Ca-P 為Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P 含量之和），而第四紀紅土和石灰巖母質土壤則表現為Fe-P＞Ca-P。植煙土壤無機磷各組分所占比例的排序：紫色板頁巖和板頁巖母質土壤為O-P＞Ca-P＞Fe-P＞Al-P，第四紀紅土和石灰巖母質土壤為O-P＞Fe-P＞Ca-P＞Al-P。不同植煙土壤中Al-P 所占比例最小，在4.75%～7.56%之間。

表2 不同植煙土壤中無機磷形態及含量Tab.2 Forms and contents of inorganic phosphorus in different tobacco planting soils

Ca-P 中各組分含量及比例見表3。在不同母質植煙土壤Ca-P 組分中，Ca10-P 含量為66.81～95.12 mg/kg，占Ca-P 總量的54.32%～64.62%，為鈣磷的主體組分；Ca8-P 和Ca2-P 分別占Ca-P 總量的11.59%～26.66%和14.43%～23.79%。不同母質土壤間Ca2-P 的含量與比例都比較接近，但不同母質土壤Ca8-P 和Ca10-P 的差異較大。紫色板頁巖母質土壤Ca8-P 含量最高，為38.70 mg/kg，占Ca-P 的比例也最大，為26.66%；第四紀紅土母質土壤Ca8-P 的含量僅為13.20 mg/kg，占11.59%。紫色板頁巖和板頁巖土壤Ca10-P 的含量與比例均高于石灰巖與第四紀紅土母質土壤。土壤母質的不同導致了土壤無機磷中Ca8-P 和Ca10-P 含量與比例存在差異。

表3 Ca2-P、Ca8-P 和Ca10-P 的含量及所占比例Tab.3 Contents and proportions of Ca2-P, Ca8-P and Ca10-P

由表4 可知，Ca2-P、Fe-P、O-P 與土壤速效磷呈顯著正相關，其中Ca2-P 對速效磷的影響最大，這與韓曉日等[19]和卜玉山等[20]研究結果一致。Ca10-P 與土壤速效磷沒有顯著相關性。Ca8-P、Al-P 與土壤速效磷呈負相關，三者之間的相互影響還有待進一步研究。

表4 各無機形態磷之間及其與速效磷的相關性①Tab.4 Correlation between inorganic phosphorus of various forms and available phosphorus

2.3 不同母質植煙土壤有機磷的組分及其特點

不同母質植煙土壤有機磷各組分的含量與比例見表5。紫色板頁巖母質土壤：中等活性有機磷＞中穩性有機磷＞活性有機磷＞高穩性有機磷；板頁巖母質土壤：中等活性有機磷＞高穩性有機磷＞活性有機磷＞中穩性有機磷；第四紀紅土母質土壤：中等活性有機磷＞高穩性有機磷＞中穩性有機磷＞活性有機磷；石灰巖母質土壤：中等活性有機磷＞高穩性有機磷＞活性有機磷＞中穩性有機磷。4 種不同母質植煙土壤有機磷均以中等活性有機磷為主體，含量在127.77～170.55 mg/kg之間，占有機磷總量的51.72%～71.16%；高穩性有機磷含量在30.07～38.03 mg/kg 之間，占有機磷總量的10.13%～16.98%；活性有機磷和中穩性有機磷分別占有機磷總量的7.35%～11.22%和5.62%～26.93%。中等活性有機磷在石灰巖母質土壤中的比例最高，紫色板頁巖和板頁巖母質土壤次之，第四紀紅土母質土壤最低。紫色板頁巖土壤有機磷總量高于其他母質土壤，其中中等活性有機磷的比例最高，高穩性有機磷的比例最低。板頁巖、石灰巖和第四紀紅土母質土壤的活性有機磷含量和比例雖然都小于紫色板頁巖土壤，但中等活性有機磷占其有機磷總量的67.22%～71.16%，這一類型土壤的中等活性有機磷也可能成為土壤有效磷的補充。在4 種不同母質植煙土壤中，活性有機磷和中穩性有機磷含量均以紫色板頁巖母質土壤最高，分別為33.33 和79.96 mg/kg，分別占有機磷總量的11.22%和26.93%；而高穩性有機磷和中等活性有機磷占有機磷總量的比例均最低。

表5 不同植煙土壤有機磷形態及含量Tab.5 Forms and contents of organic phosphorus in different tobacco soils

3 結論

①在湖南不同母質植煙土壤無機磷各組分中，以O-P 含量及所占無機磷總量的比例最高；Al-P 均最小。不同母質植煙土壤的Ca-P、Fe-P 含量差異較大，在紫色板頁巖和板頁巖中，O-P＞Ca-P＞Fe-P＞Al-P；在第四紀紅土和石灰巖中，O-P＞Fe-P＞Ca-P＞Al-P。從無機磷O-P、Fe-P、Al-P、Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P 6 種形態的含量來看，不同母質植煙土壤無機磷各組分基本表現為O-P＞Fe-P＞Ca10-P＞Al-P、Ca8-P＞Ca2-P。②在湖南不同母質植煙土壤無機磷各組分中，Ca2-P、Fe-P、O-P 與土壤速效磷呈顯著正相關。③湖南不同母質植煙土壤有機磷各組分含量差異較大，但均以中等活性有機磷為主，占有機磷總量的51.72%～71.16%。不同母質植煙土壤有機磷各組分含量及占有機磷比例大體呈中等活性有機磷＞高穩性有機磷＞中穩性有機磷和活性有機磷。