長期定位施肥下潮土磷素盈虧及對無機磷的影響

王柏寒，黃紹敏，郭斗斗，張水清，宋曉，岳克，張珂珂

長期定位施肥下潮土磷素盈虧及對無機磷的影響

王柏寒，黃紹敏，郭斗斗，張水清，宋曉，岳克，張珂珂

（河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，鄭州 450002）

【】探討長期定位施肥下潮土磷素盈虧、各形態無機磷的變化及土壤磷素盈虧對無機磷的影響，為潮土合理施用磷肥提供理論依據。在“國家潮土肥力與肥料效益長期定位試驗基地”，以NK（不施磷肥）處理為對照，研究華北地區常見的4種施肥模式（NPK（單施化肥）、SNPK（秸稈還田）、MNPK（有機無機配施）、1.5MNPK（高量有機無機配施））下，土壤表觀磷盈虧、累積磷盈虧、各形態無機磷含量變化，以及土壤磷素盈虧對各形態無機磷的影響。25年不施磷肥土壤磷始終處于虧缺狀態，土壤磷累積虧缺431.8kg·hm-2，4種施磷肥模式（NPK、SNPK、MNPK、1.5MNPK）25年土壤磷分別累積盈余291.2、398.4、1742.4、2 676.9 kg·hm-2。長期不施磷肥，土壤無機磷以Ca2-P減少最多，減少49.0%。試驗前13年上述4種施肥模式土壤Ca2-P增加1.2—5.4倍，平均增加1.26—5.73mg·kg-1·a-1，后12年單施化肥、秸稈還田和有機無機配施Ca2-P增長速率降低99.2%—112.6%，高量有機無機配施土壤Ca2-P年降低2.0 mg·kg-1，以上4種施肥模式土壤Ca2-P相對含量25年增加1.0%—3.5%；連續25年施用磷肥，土壤Ca8-P、Al-P、Fe-P分別增加1.4—6.5、1.8—3.3、1.1—2.2倍，平均增加4.69—19.81、1.67—3.10、1.23—2.37 mg·kg-1·a-1，其相對含量分別增加8.4%—30.0%、3.3%—4.0%、1.8%—3.3%；Ca10-P和O-P含量長期維持在350—410、100—160 mg·kg-1，但其相對含量分別減少11.4%—29.7%、3.1%—8.9%。25年不施磷肥，土壤每虧缺100 kgP·hm-2，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、Ca10-P、O-P分別減少1.2、2.7、1.1、1.5、0.8、7.5 mg·kg-1。單施化肥和秸稈還田模式土壤每累積盈余100 kgP·hm-2，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、Ca10-P、O-P分別增加3.9—5.0、21.5—21.6、6.5—7.4、4.8—5.6、4.0—7.5、2.4—7.2 mg·kg-1。有機無機配施模式（MNPK、1.5MNPK）土壤每累積盈余100 kgP·hm-2，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、Ca10-P、O-P分別增加1.8—2.8、14.2—16.4、2.5—3.2、1.9—2.6、-0.2—1.2、0.3—1.9 mg·kg-1。長期施用磷肥能夠提高潮土磷盈余量，提高土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量及其占總無機磷的相對含量，其中有機無機配施模式提高程度高于單施化肥和秸稈還田；潮土盈余相同磷量時，土壤無機磷以Ca8-P增量最多，其次是Al-P、Fe-P；單施化肥土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P增加量高于秸稈還田和有機無機配施模式。

長期定位施肥；潮土；磷素盈虧；無機磷

0 引言

【研究意義】磷是植物生長發育不可缺少的營養元素之一，是植物體內不可缺少的重要的有機化合物組分[1]。潮土是我國重要的耕作土壤，河南省潮土面積約占全省耕地面積的37.14%，是黃淮海平原最主要的農業土壤[2]。隨著我國現代農業生產中磷肥投入量的增加，土壤磷含量呈增長趨勢[3]。長期過量施入磷肥導致磷素在土壤中大量的積累，被固定為作物難以吸收利用的磷形態，使土壤磷處于盈余狀態[4-5]，磷肥利用率僅有10%—25%[6]。較高水平的土壤磷是獲得糧食高產的關鍵，但過量的磷可能引發磷素淋溶從而導致地表水體的富營養化，加劇環境污染[7-10]。而當土壤中的磷累積量超過一定值后，減少或短時間停止施用磷肥并不會對作物產量有明顯影響，所以了解施用磷肥后土壤磷素及各形態無機磷形態含量的變化，磷素平衡對各形態無機磷的影響具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】已有研究表明[11]，1981—2000年我國農田P2O5用量從21 kg·hm-2增加到71 kg·hm-2，磷肥施用量不斷增加，而土壤中全磷、有效磷平均增加0.2 g·kg-1、5.7 mg·kg-1，過量的磷累積在土壤中。長期施用磷肥能提高土壤無機磷含量，施用無機磷肥與有機復混磷肥可以顯著提高潮土中Ca2-P、Ca8-P、Al-P含量，對Fe-P、Ca10-P、O-P含量影響不大[12]。潮土具有全磷含量高而有效磷含量低的特點[13-14]。信秀麗等[14]研究發現潮土具有很強的固磷能力，施加有機肥可以降低土壤固磷能力，增強土壤磷有效性。楊振興等[15]對褐土研究發現施用無機肥土壤有效磷提高4.3 mg·kg-1，有機肥與無機肥配施處理土壤有效磷提高9.1 mg·kg-1。黃晶等[16]在紅壤性水稻土研究結果表明，有機肥與無機肥配施可以提高土壤有效磷和全磷含量，提高土壤磷有效化程度。張麗等[17]發現黑土有效磷變化量與累積磷盈虧量呈正相關關系，土壤磷每盈余100 kg·hm-2，有效磷增加5.28 mg·kg-1?！颈狙芯壳腥朦c】目前較多的研究都側重于不同施肥模式下，不同類型土壤的磷盈虧量對全磷、有效磷影響方面。而長期定位施肥模式下，潮土磷素盈虧對其各形態無機磷的影響應做進一步研究?！緮M解決的關鍵問題】本文在“國家潮土肥力與肥料效益長期定位試驗基地”，研究25年不同施肥模式下，土壤磷素平衡及各形態無機磷含量的變化特征，土壤磷累積盈虧對各形態無機磷的影響，為潮土合理施用磷肥，提高磷利用率提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況及試驗設計

本試驗設于河南省原陽縣“國家潮土肥力與肥料效益長期定位試驗基地”（113°40′42″E，34°47′55″N）。該區域屬于溫帶季風氣候，年均降雨量約660 mm，主要集中于7、8、9月。1990年開始定位試驗，試驗初期土壤pH為8.6、有機質含量10.6 g·kg-1、全氮1.69 g·kg-1、全磷0.67 g·kg-1、Olsen-P 6.9 mg·kg-1。

本研究以NK（不施磷肥）為對照，選取試驗站1990—2015年代表華北地區常見的4個施肥模式：NPK（單施化肥）、SNPK（秸稈還田）、MNPK（有機無機配施）、1.5MNPK（高量有機無機配施）。施用的磷肥為普通過磷酸鈣，氮肥為尿素，鉀肥為氯化鉀，施用的有機肥 1990—1999 年為馬糞，2000—2010 年為牛糞，2011—2014 年為商品有機肥；小麥季施氮肥（以N計）165 kg·hm-2，磷肥（以P2O5計）、鉀肥（以K2O計）各82.5 kg·hm-2，玉米季施氮肥（以 N計）187.5 kg·hm-2，磷肥（以P2O5計）、鉀肥（以K2O計）各93.75 kg·hm-2。MNPK處理在施用相當于 NPK 處理磷、鉀肥的基礎上，增施相當于70%NPK 處理氮量的有機肥；SNPK 處理在施用相當于 NPK處理磷、鉀肥的基礎上，每年小麥季將前茬玉米秸稈粉碎還田，秸稈還田量以每年測定的秸稈氮含量計算[7]。試驗站施用的磷肥均屬于分批購置、多年使用，使用時以肥料包裝袋上養分含量標識計算施肥量，后期總結中發現每批磷肥養分不同，2004年開始磷肥中P2O5含量由12.0%降為8.0%，2012年開始磷肥中P2O5含量由8.0%變為8.8%，相差較小，磷實際年施入量如表1所示。在本試驗中將施肥年限分為施肥前13年和后12年兩個階段對土壤Ca2-P和磷素盈虧其進行分析。

表1 磷素實際年度總投入平均量

1.2 樣品采集及測定方法

收獲時各小區選取長勢均勻的20株小麥、3株玉米樣品，分為籽粒、莖稈、穎殼或穗軸，帶回室內105℃殺青30 min后60℃烘干至恒重，粉碎過0.15 mm篩備用。1990—2009年在小麥播種前采集土壤樣品，2010年開始玉米季施肥方式為條播，在玉米季采集土壤樣品，土樣不均勻，2010—2015年在玉米播種前采用五點法采集土壤樣品，土樣帶回室內風干，揀去雜物后研磨過1 mm篩備用。

土壤無機磷分級使用顧益初-蔣柏藩無機磷分級法測定[18]。

土壤全磷含量使用H2SO4-HClO4消煮-鉬銻抗比色法測定，土壤Olsen-P含量使用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定，植株全磷含量使用H2SO4-H2O2消煮-鉬銻抗比色法測定[19]。

1.3 數據計算及處理

無機磷相對含量（%）=[某一形態無機磷含量（mg·kg-1）]/[無機磷總量（mg·kg-1）]×100；

作物攜出磷量（kg·hm-2）=籽粒產量（kg·hm-2）×籽粒含磷量（%）+ 秸稈產量（kg·hm-2）×秸稈含磷量（%）+ 穎殼（穗軸）產量（kg·hm-2）×穎殼（穗軸）含磷量（%）；

土壤表觀磷盈虧（kg·hm-2）=施入土壤磷總量（kg·hm-2）-作物攜出磷量（kg·hm-2）；

土壤累積磷盈虧（kg·hm-2）=∑[土壤表現磷盈虧（kg·hm-2）]。

試驗數據采用 Microsoft Excel 進行分析和制圖。

2 結果

2.1 長期不同施肥模式下土壤磷素盈虧分析

土壤表觀磷盈虧量因作物磷攜出量和磷施用量不同而不同。由圖1可知，長期不施磷肥土壤表觀磷始終處于虧缺狀態，年平均虧缺17.3 kg·hm-2。長期單施化肥和秸稈還田，試驗前13年土壤表觀磷一直處于盈余狀態，年均磷盈余量分別為28.6、36.3 kg·hm-2，后12年由于磷施用量減少，土壤當前磷盈余值小，而作物年均攜出磷量維持在60.2—65.8 kg·hm-2，造成當年表觀磷為虧缺狀態，以長期試驗25年平均值計算，單施化肥和秸稈還田土壤表觀磷仍為盈余狀態，分別盈余11.7、15.9 kg·hm-2。長期有機無機配施（MNPK、1.5MNPK）土壤表觀磷始終高于單施化肥和秸稈還田，試驗前13年土壤表觀磷年均盈余91.6、158.0 kg·hm-2，后12年磷投入量減小，作物攜出磷量維持在68.6—73.5 kg·hm-2，土壤磷表觀盈余值減小，年均盈余46.0、51.9 kg·hm-2，以長期試驗25年平均值計算，有機無機配施（MNPK、1.5MNPK）土壤表觀磷分別盈余69.7、107.1 kg·hm-2。長期施用磷肥可以提高土壤表觀磷盈余值，有機無機配施模式提高程度強于秸稈還田與單施化肥。

圖1 長期不同施肥模式下土壤表觀磷盈虧的變化特征

土壤累積磷盈虧與試驗年限呈極顯著線性關系（圖2）。長期不施磷肥土壤累積磷量一直處于虧缺狀態，其相關方程為NK=-15.765-41.443（2= 0.9963**），25年土壤磷累積虧缺431.8 kg·hm-2。4種施磷肥模式（NPK、SNPK、MNPK、1.5MNPK），試驗前13年土壤累積磷盈余量隨試驗年限快速增加，其相關方程分別為NPK=30.038-1.1831（2=0.994**），SNPK=38.29-39.295（2=0.9971**），MNPK=93.584- 54.453（2=0.9933**），1.5MNPK=159.76-74.902（2= 0.9945**），其中高量有機無機配施土壤磷盈余速率是有機無機配施的1.7倍，是秸稈還田的4.2倍，是單施化肥的5.3倍。試驗后12年，單施化肥和秸稈還田由于土壤表觀磷為虧缺狀態，導致土壤累積磷盈余速率減小，其相關方程為NPK=-9.1472+491.74（2=0.8689**），SNPK=-8.0174+586.46（2=0.9179**），土壤累積磷盈余量年平均減少9.1和8.0 kg·hm-2，但與試驗前相比，仍分別累積盈余291.2、398.4 kg·hm-2。有機無機配施（MNPK、1.5MNPK）試驗后12年土壤累積磷以2003年為拐點，增長速率降低了56.0%和66.1%，連續25年有機無機配施，土壤累積磷盈余量分別為1 742.4和2 676.9 kg·hm-2。連續施磷肥25年，高量有機無機配施土壤磷累積盈余量是有機無機配施的1.5倍，是秸稈還田的6.7倍，是單施化肥的9.2倍；秸稈還田土壤磷累積盈余量是單施化肥的1.4倍，說明秸稈對土壤磷累積盈余的影響小于有機肥。

圖2 長期不同施肥模式下土壤累積磷盈虧的演變

2.2 長期不同施肥模式下土壤各形態無機磷含量變化

長期不同施肥模式下，土壤各形態無機磷含量變化如圖3所示，試驗初期各施肥模式土壤中各無機磷組分含量基本一致，以Ca10-P含量最高，其次是O-P與Ca8-P。25年不施磷肥土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量呈降低趨勢，分別減少49.0%、21.8%、30.6%、35.2%，年均降低0.23、0.42、0.16、0.22 mg·kg-1。

4種施磷肥模式（NPK、SNPK、MNPK、1.5MNPK）前13年土壤Ca2-P分別增加1.2、1.6、4.3、5.4倍，年均增加1.26、1.47、3.82、5.73 mg·kg-1，由于2003年后磷投入減少，作物年均攜出磷量維持在60.2—68.6 kg·hm-2，單施化肥、秸稈還田和有機無機配施3種模式土壤Ca2-P以2003年為拐點，增長速率降低了99.2%—112.6%，單施化肥、秸稈還田土壤Ca2-P含量穩定維持在22.72—33.12 mg·kg-1，有機無機配施其含量維持在51.98—57.19 mg·kg-1；高量有機無機配施模式從2012年開始不再施用有機肥，磷投入量的持續減少，導致土壤中有效性最高的Ca2-P呈降低趨勢，年降低2.0 mg·kg-1。整個施肥期間，有機無機配施模式（MNPK、1.5MNPK）土壤Ca2-P含量始終高于單施化肥和秸稈還田，其含量平均比單施化肥和秸稈還田高10.6—55.9、6.8—48.4 mg·kg-1。

長期施磷肥模式土壤Ca8-P、Al-P、Fe-P含量隨施肥年限呈極顯著增加趨勢。連續25年施用磷肥模式（NPK、SNPK、MNPK、1.5MNPK）土壤Ca8-P、Al-P、Fe-P含量分別增加1.4—6.5、1.8—3.3、1.1—2.2倍。高量有機無機配施模式土壤Ca8-P、Al-P、Fe-P的年增長率分別是有機無機配施的2.0、1.4、1.3倍，是秸稈還田的3.1、1.7、1.8倍，是單施化肥的4.2、1.9、1.9倍。有機無機配施模式磷投入量是單施化肥和秸稈還田的1.5—2.7倍，而Ca8-P、Al-P、Fe-P的增量是單施化肥和秸稈還田的1.4—4.5、1.1—2.1、1.5—2.3倍，說明磷投入量對土壤Ca8-P、Al-P、Fe-P影響大，磷投入量越多其含量增加越多。磷投入總量減少后土壤Ca8-P、Al-P、Fe-P仍是呈快速增加趨勢，說明磷投入量的變化對Ca8-P、Al-P、Fe-P影響小。2012年后，高量有機無機配施不再施入有機肥，投入磷是過磷酸鈣中的磷，土壤Ca8-P、Al-P、Fe-P仍呈增加趨勢，說明減少有機肥磷素的投入，過磷酸鈣中的磷仍能促進Ca8-P、Al-P、Fe-P快速增加。

連續25年施用磷肥，土壤Ca10-P、O-P含量分別長期在350—410、100—160 mg·kg-1之間呈振蕩狀態。與單施化肥相比，秸稈還田和有機無機配施模式土壤Ca10-P分別增加0.2%、1.5%，秸稈還田模式下土壤O-P減少1.5%，有機無機配施模式下土壤O-P增加5.1%— 18.2%，有機肥與秸稈中的磷對土壤Ca10-P的增加無顯著促進作用，有機肥中的磷可以增加土壤O-P含量。

2.3 長期施肥對土壤各形態無機磷相對含量的影響

不同無機磷組分占無機磷總量比例不同，在潮土土壤中無機磷主要以Ca-P為主。如圖4，長期不同施肥模式不僅能夠改變無機磷含量，各無機磷組分占無機磷總量的相對含量也發生變化，與試驗前相比，長期不施磷肥，土壤中易被作物利用的Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P的相對含量分別減少0.8%、1.0%、0.8%、1.1%。與試驗前相比，連續施磷肥模式25年土壤Ca8-P相對含量的增量大于Ca2-P、Al-P和Fe-P，達8.4%—30.0%；Ca2-P、Al-P和Fe-P相對含量以Al-P增量最大，為3.3%—4.0%，Ca2-P、Fe-P相對含量分別提高1.0%—3.5%、1.8%—3.3%。由于連續施肥25年土壤Ca10-P和O-P的含量長期在350—410、100—160 mg·kg-1之間呈振蕩狀態，而土壤無機磷總量呈逐年上升趨勢，故Ca10-P和O-P的相對含量均呈降低趨勢。與試驗前相比，土壤Ca10-P相對含量減少11.4%—29.7%，土壤O-P相對含量減少3.1%—8.9%，以有機無機配施模式減少幅度最大。

圖3 25年長期不同施肥模式土壤各形態無機磷的變化

圖4 長期不同施肥模式土壤無機磷組分相對含量變化

長期施磷肥可以提高有效性較高的無機磷組分Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P的相對含量，減少土壤有效性弱的Ca10-P和O-P的相對含量。有機無機配施模式對Al-P、Fe-P相對含量的影響與秸稈還田和單施化肥基本一致，對提高土壤Ca2-P、Ca8-P相對含量，降低Ca10-P、O-P相對含量的程度高于秸稈還田和單施化肥。

2.4 長期不同施肥模式下土壤磷盈虧對無機磷的影響

通過分析長期不同施肥模式下，土壤磷累積盈虧對主要無機磷形態的影響。連續25年不施磷肥，土壤無機磷以Ca2-P減少為主，達49.0%，其次是Al-P和Fe-P。土壤每累積虧缺100 kg P·hm-2，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、Ca10-P、O-P分別減少1.2、2.7、1.1、1.5、0.8、7.5 mg·kg-1。

連續25年單施化肥，土壤無機磷總量以Ca8-P增加為主，土壤每累積盈余100 kg P·hm-2，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、Ca10-P、O-P分別增加5.0、21.5、7.4、5.6、4.0、7.2 mg·kg-1。

連續25年秸稈還田，土壤每累積盈余100 kg P·hm-2，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、Ca10-P、O-P分別增加3.9、21.6、6.5、4.8、7.5、2.4 mg·kg-1。

連續25年有機無機配施（MNPK、1.5MNPK），土壤無機磷中以Ca8-P增加為主，增加了4.1—6.5倍。且無機磷總量隨有機肥的施用量增加而增加。兩種有機無機配施模式下，土壤每累積盈余100 kg P·hm-2，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、Ca10-P、O-P分別增加1.8—2.8、14.2—16.4、2.5—3.2、1.9—2.6、-0.2—1.2、0.3—1.9 mg·kg-1。

3 討論

長期不施磷肥，作物攜出磷主要來自土壤自身，所以土壤表觀磷一直呈虧缺狀態，但當土壤磷降低到一定水平時，土壤表觀磷虧缺量維持在11.2—18.9 kg·hm-2，這是因為土壤各形態磷素之間存在動態平衡，緩效態磷向有效態磷轉化及時補充磷素虧缺[20-21]。長期施用磷肥前期土壤表觀磷均處于盈余狀態，施磷量減少30%后，單施化肥、秸稈還田模式土壤表觀磷處于虧缺狀態，有機無機配施仍處于盈余狀態。從25年平均值分析4種施肥模式（NPK、SNPK、MNPK、1.5MNPK），土壤磷表觀盈虧均為盈余狀態，分別盈余11.7、15.9、69.7、107.1 kg·hm-2，有機無機配施模式土壤磷盈余量高于單施化肥和秸稈還田，此結果與前人[22-28]結論一致。隨著不同施肥模式施入磷量的增加，施磷量高的施肥模式土壤磷累積量越高[29]，與本試驗結果一致。

在本試驗條件下，長期施磷肥對土壤Ca2-P的影響與Ca8-P、Al-P、Fe-P不同，表現出前期快速增加，后期平穩增加或有所減少，主要是由于磷肥投入量減少，但作物產量仍隨施肥年限增加，增加了作物對磷的吸收，土壤磷盈余減小，導致土壤中有效性最強的Ca2-P含量降低。

當土壤無磷肥投入時，土壤虧缺相同的磷量，作物對土壤有效性最大的Ca2-P吸收量應為最大，但本試驗結果表明，土壤Ca2-P減小量低于Ca8-P，其原因可能是當土壤Ca2-P含量減小到一定程度時，為維持土壤磷素平衡，Ca8-P向Ca2-P轉化供作物生長需求。長期秸稈還田土壤磷累積盈余量是單施化肥的1.4倍，而有機無機配施磷累積盈余量是單施化肥的6.0倍，說明秸稈對土壤磷累積的影響程度略強于化肥，與楊學云等[30]、王伯仁等[31]的研究結果一致；但本試驗條件下土壤盈余相同磷量時，單施化肥模式土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P增加量均高于秸稈還田和有機無機配施模式，可能是因為秸稈帶入磷量很少，而有機肥帶入磷以有機態磷占比大，且秸稈還田和有機無機配施提高了作物產量，促進了土壤磷素的吸收，造成土壤有效性較高的Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P被作物利用，使其隨土壤磷盈余量的增量變小。

本試驗施用的過磷酸鈣中磷形態主要是磷酸一鈣和硫酸鈣的復合物，其中磷酸一鈣約占其質量的50%，硫酸鈣約占40%；而在測定分析過磷酸鈣中P2O5含量的試驗方法中，所測的磷形態主要是水溶性的磷酸一鈣和少量的磷酸二鈣和磷酸三鈣，不能完全測定出過磷酸鈣中所有磷形態的含量。通過計算得出的施入磷量少于實際投入的磷量，故計算得出的土壤磷每公頃盈虧量少于實際盈虧量，而無機磷每公頃的增減量是試驗測定所得，兩者間不能進行每公頃含量的量化對比。

4 結論

長期施用磷肥能夠提高潮土磷盈余量，施磷量越多土壤磷累積量越多，其中有機無機配施模式土壤磷盈余量高于單施化肥和秸稈還田；施用磷肥能提高潮土中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量及其占總無機磷比例，以有機無機配施提高程度最大，對Ca10-P、O-P含量影響不大，但可以降低其占總無機磷的比例；潮土盈余相同磷量時，各施肥模式土壤無機磷以Ca8-P增量最多，單施化肥模式土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P增加量均高于秸稈還田和有機無機配施模式。

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Phosphorus Profit and Loss and Its Effect on Inorganic Phosphorus in Fluvo-Aquic Soil Under Long-term Located Fertilization

WANG BoHan, HUANG ShaoMin, GUO DouDou, ZHANG ShuiQing, SONG Xiao, YUE Ke, ZHANG KeKe

(Institute of Plant Nutrition and Resource Environment, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002)

【】In this study, the changes of phosphorus profit and loss as well as various forms of inorganic phosphorus in fluvo-aquic soil under long-term fertilizer application, and the effect of soil phosphorus profit and loss on inorganic phosphorus were discussed, which provided a theoretical basis for the rational application of phosphorus fertilizer in fluvo-aquic soil.【】Based on the “National Long-term Monitoring Station for Soil Fertility and Fertilizer Benefit in Fluvo-aquic Soil”, the four fertilization modes in North China including NPK (single chemical fertilizer), SNPK (straw return), MNPK (organic-inorganic combined application), 1.5 MNPK (high amount of organic-inorganic combined application), were studied with the control of NK (non-phosphate fertilizer) to study the changes of apparent phosphorus profit and loss, cumulative phosphorus profit and loss, the content and relative content of each form of inorganic phosphorus, and the effect of soil phosphorus profit and loss on each form of inorganic phosphorus.【】Under the condition of not applying phosphate fertilizer for 25 years, the phosphorus in the soil was always in a state of deficit, the cumulative deficit of phosphorus in soil was 431.8 kg·hm-2, after 25 years, the cumulative surplus of soil phosphorus on four phosphate fertilizer models (NPK, SNPK, MNPK, and1.5MNPK) was 291.2, 398.4, 1 742.4, and 2 676.9 kg·hm-2, respectively. When phosphorus fertilizer was not applied for a long time, Ca2-P decreased most in soil inorganic phosphorus by 49.0%. In the first 13 years, the soil Ca2-P of the above four fertilizer models increased by 1.2-5.4 times, with an average annual increase of 1.26-5.73 mg·kg-1. In the latter 12 years, the growth rate of soil Ca2-P decreased by 99.2%-112.6% by applying chemical fertilizer single, straw returning and organic-inorganic combined application model; and the content of Ca2-P in the soil decreased by 2.0 mg·kg-1per year. The relative content of soil Ca2-P increased by 1.0%-3.5% in 25 years above four fertilizer models. After 25 years of application of phosphate fertilizer, the content of Ca8-P, Al-P, and Fe-P in soil increased 1.4-6.5, 1.8-3.3, and 1.1-2.2 times, respectively, with an average annual increase of 4.69-19.81, 1.67-3.10, and 1.23-2.37 mg·kg-1, respectively; the relative content increased 8.4%-3.0%, 3.3%-4.0%, 1.8%-3.3%, respectively. The contents of Ca10-P and O-P were oscillatory between 350-410 and 100-160 mg·kg-1for a long time, but their relative contents decreased by 11.4%-29.7% and 3.1%-8.9%, respectively. Under the condition of not applying phosphate fertilizer for 25 years, for every 100 kg P·hm-2cumulative deficit, Ca2-P, Ca8-P, Al-P, Fe-P, Ca10-P, and O-P in soil decreased by 1.2, 2.7, 1.1, 1.5, 0.8, and 7.5 mg·kg-1, respectively. Under the mode of single fertilizer and straw returning for 25 years, for every 100 kg P·hm-2cumulative surplus, Ca2-P, Ca8-P, Al-P, Fe-P, Ca10-P, and O-P in soil increased by 3.9-5.0, 21.5-21.6, 6.5-7.4, 4.8-5.6, 4.0-7.5, and 2.4-7.2 mg·kg-1, respectively. Under the mode of organic and inorganic combined application for 25 years, for every 100 kg P·hm-2cumulative surplus, Ca2-P, Ca8-P, Al-P, Fe-P, Ca10-P, and O-P in soil increased by 1.8-2.8, 14.2-16.4, 2.5-3.2, 1.9-2.6, -0.2-1.2, and 0.3-1.9 mg·kg-1, respectively. 【】The long-term application of phosphorus fertilizer could increase the surplus of phosphorus and the content and its relative content of Ca2-P, Ca8-P, Al-P, and Fe-P in fluvo-aquic soil, and the effect of organic and inorganic combined application was higher than that of single chemical fertilizer and straw returning. When the surplus of phosphorus in fluvo-aquic soil was the same, the increment of Ca8-P was the most in all fertilizer models, followed by Al-P and Fe-P, and the increment of Ca2-P, Ca8-P, Al-P, and Fe-P in soil with single chemical fertilizer was higher than that of straw returning and organic and inorganic combined application.

long-term located fertilization; fluvo-aquic soil; phosphorus profit and loss; inorganic phosphorus

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.21.013

2019-06-06；

2019-09-05

國家重點研發計劃項目（2016YFD0200109, 2016YFD0300809, 2017YFD0301103）、2018年度河南省科技攻關項目（182102310055）

王柏寒，E-mail：976603660@qq.com。通信作者黃紹敏，E-mail：hsm503@126.com

（責任編輯 李云霞）