王雪艳，王宇莹，龚会蝶，涂永峰，宋海英，何 强，颜 杰，陈波浪，盛建东
(1 新疆农业大学 资源与环境学院 新疆土壤与植物生态过程重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830052；
2 新疆慧尔农业集团股份有限公司，新疆 昌吉 831100)
磷既是植物生长发育所必需的重要营养元素之一[1-3]，也是植物体内核酸等多种有机化合物的重要组分，以多种方式参与植物体内的光合和呼吸等代谢过程[4-5]。磷主要来源于磷矿，据统计能够被开采的磷矿仅能维持300～400年[6]。研究表明，土壤中的磷肥有效性低，是因为磷肥施入土壤后主要以扩散的方式从施肥点向外转移，而土壤黏粒的吸附和沉淀作用降低了磷的移动性，从而影响了其有效性，这与磷肥组成、品种、施用方式及土壤性质(pH、矿物含量、石灰含量、铁铝含量)等密切相关[7-9]。目前关于磷肥品种的研究大多以基施为主，对不同磷肥滴施的分析相对较少，因此明确施肥方式对土壤有效磷含量的影响，有助于磷肥的合理施用。
不同磷肥品种由于其养分含量、酸碱性和溶解性等不同，施入土壤后的有效性也不同[10-12]。凌秋平等[8]研究认为，在酸性土壤中，碱性钙镁磷肥处理的甘蔗生物量显著高于中性聚磷酸铵和酸性磷酸一铵处理；
陈波浪等[13]研究认为，在石灰性土壤中，酸性重过磷酸钙较碱性磷酸二铵处理可以显著提高土壤有效磷含量；
王晓红[14]研究认为，在棕钙土、栗钙土、潮土和塿土中，磷酸一铵基施可以减少磷的固定；
而亢龙飞等[15]研究认为，在0～10 cm土层中聚磷酸、焦磷酸和磷酸脲滴施处理的移动性及有效性均显著高于其基施处理。此外，磷肥的有效性还与其施入土壤后的转化形态密切相关[16]。土壤中的磷主要以有机态和无机态两种形式存在，在石灰性土壤中无机磷一般占总磷的60%～80%[10,17-19]。根据无机磷在石灰性土壤中的存在形态可进一步分为Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P，其中Ca2-P被认为是有效磷源，Ca8-P、Al-P和Fe-P被认为是缓效磷源，O-P和Ca10-P被认为是固定磷源[3,16,20]。王小华等[21]研究认为，基施条件下，施用磷肥在短期内能够延缓石灰性土壤中固定态磷的形成；
李新乐等[22]研究认为，分次滴施条件下，长期施用磷肥可以增加褐潮土中的Ca2-P含量。
风沙土是新疆分布面积最大的土类，由于风蚀沙积作用，成土过程经常被中断，致使土壤肥力低[23]，且灌耕风沙土是棉花种植的重要土壤之一。尽管目前对不同磷肥品种、施用方式及土壤中无机磷形态的研究较多，但关于磷肥品种和施用方式对0～20 cm土层风沙土有效磷含量及无机磷形态影响的研究尚未见报道。因此，本研究通过室内土壤培养试验，选用中性聚磷酸铵、酸性重过磷酸钙和磷酸一铵3种主要的磷肥品种，分别采用基施和滴施2种施肥方式，探究磷肥品种和施用方式对风沙土不同土层有效磷含量及无机磷形态的影响，为风沙土中磷肥的合理施用提供参考依据。
1.1 试验材料
供试土壤为灌耕风沙土，采自新疆维吾尔自治区五家渠市103团(87°30′45″ E，44°21′29″ N)。试验开始前将采回的土壤自然风干，混匀过孔径2 mm筛后备用。土壤有机质含量为3.99 g/kg，全氮含量为1.85 g/kg，全磷含量为0.71 g/kg，全钾含量为11.91 g/kg，有效磷含量为16.61 mg/kg，速效钾含量为203 mg/kg，pH(土(g)∶水(mL)=1∶5)为8.2。
供试磷肥为重过磷酸钙(P2O546%)、磷酸一铵(P2O550%)和聚磷酸铵(P2O558%)，分别由云南云磷恒盛化肥有限公司、云南云天化股份有限公司和云南天耀化工有限公司提供。
1.2 试验设计与处理
本研究采用的室内土壤培养试验在新疆慧尔农业集团股份有限公司温室大棚内进行，共设6个处理，分别为不施磷肥对照(CK)、重过磷酸钙基施(TSP)、磷酸一铵基施(MAP-B)、聚磷酸铵基施(APP-B)、磷酸一铵滴施(MAP-D)和聚磷酸铵滴施(APP-D)，每处理重复4次。各处理按照229 mg/kg P2O5的标准加入磷肥，即每盆P2O5用量为11.45 g，则TSP、MAP和APP的施用量分别为24.89，22.90和19.74 g/盆。N和K2O的用量分别为98和39 mg/kg，即每盆N和K2O的用量分别为4.90和1.95 g。
试验处理时，在磷肥基施处理(TSP、MAP-B和APP-B)中，将50 kg过孔径2 mm筛的风干土与氮肥、磷肥和钾肥混匀后装入条盆(长80 cm、宽33 cm、高26 cm，下同)中；
而磷肥滴施处理(MAP-D和APP-D)中，将50 kg过孔径2 mm筛的风干土与氮肥和钾肥混匀后装入条盆中，将所需的磷肥溶于10 L蒸馏水中随水一起滴施(图1)到土壤中，同时给磷肥基施处理浇灌等量蒸馏水，保证土壤水分含量为田间持水量的60%～80%[24]，试验于2019年7月12日开始实施。
1.3 土壤样品采集与分析
分别于磷肥滴施处理后的1，3，15，30，60，78，109和120 d，采集0～5，5～10和10～20 cm土层土样，带回实验室，风干过孔径1 mm筛后测定土壤有效磷含量[25]。对磷肥滴施处理后第120 d的土样风干过孔径0.15 mm筛后，用石灰性土壤无机磷分级法[20]测定土壤无机磷总量及不同形态无机磷(Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P)含量。
1.4 数据处理
试验数据用Microsoft Office Excel 2016软件进行整理，采用SPSS 26.0软件和R软件对不同磷肥处理的土壤有效磷含量、无机磷形态及有效磷与无机磷形态之间的关系等进行方差分析和相关分析，利用SigmaPlot 10.0软件进行绘图。
2.1 磷肥品种和施肥方式对风沙土有效磷含量的影响
图2显示，在整个培养期(1～120 d)，各土层有效磷含量随着培养时间的延长总体呈波动式下降。3种磷肥基施处理对各土层土壤有效磷含量无显著影响。2种磷肥滴施处理中，在0～5 cm土层，MAP-D处理的土壤有效磷含量在第3～80天呈明显的下降趋势，之后缓慢增加，培养到第120天时土壤有效磷与第1天相比减少33.8%；
APP-D处理土壤有效磷含量在第1～60天总体呈下降趋势，之后呈现波动式增加，第120天时土壤有效磷含量与第1天相比减少12.5%。在5～10 cm土层，MAP-D和APP-D处理土壤有效磷含量总体呈先上升后下降趋势，在第120天时MAP-D和APP-D处理土壤有效磷含量分别比第1天减少53.7%和10.7%。在10～20 cm土层，MAP-D和APP-D处理土壤有效磷含量在整个培养期内呈波动式下降。从不同施肥方式来看，在0～5 cm土层，随着培养时间的延长，MAP-D和APP-D处理土壤有效磷含量显著高于TSP、MAP-B和APP-B处理；
而在5～20 cm土层，随着培养时间的延长，TSP、MAP-B和APP-B处理土壤有效磷含量总体高于MAP-D和APP-D处理。
由图3可知，在整个培养期(1～120 d)，3种磷肥基施处理对各土层土壤有效磷含量均无显著影响。2种磷肥滴施处理中，在5～10 cm土层，MAP-D处理土壤的有效磷含量显著高于APP-D处理；
其余土层2种磷肥滴施处理对土壤有效磷含量均无显著影响。由图3还可知，磷肥不同施用方式中，在0～5 cm土层，MAP-D和APP-D处理土壤有效磷含量显著高于TSP、MAP-B和APP-B处理；
而在5～10，10～20和0～20 cm土层，TSP、MAP-B和APP-B处理土壤的有效磷含量显著高于APP-D处理；
在5～10和10～20 cm土层，TSP、MAP-B和APP-B处理土壤的有效磷含量显著高于MAP-D和APP-D处理(P<0.05)。
2.2 磷肥品种和施肥方式对风沙土无机磷总量和形态的影响
2.2.1 磷肥品种和施肥方式对土壤无机磷总量的影响 表1显示，与不施磷肥对照(CK)处理相比，施磷肥处理均能不同程度地增加各土层无机磷总量。磷肥品种及施肥方式对5～10和10～20 cm土层无机磷总量无显著影响。在0～5和0～20 cm土层，MAP-D处理的无机磷总量显著高于TSP、MAP-B和APP-B处理(P<0.05)。MAP-D和APP-D处理0～5 cm土层无机磷总量显著高于5～10和10～20 cm土层，而TSP、MAP-B和APP-B处理对0～20 cm土层无机磷总量均无显著影响。
表1 磷肥品种及施肥方式对风沙土无机磷总量的影响 Table 1 Effects of phosphate fertilizer varieties and fertilization methods on total inorganic phosphorus of aeolian sandy soil
2.2.2 磷肥品种和施肥方式对土壤无机磷形态的影响 由图4可知，不同磷肥处理均能显著影响各形态无机磷含量，而不同土层及土层与处理间的交互作用仅显著影响Ca2-P和Ca8-P含量(P<0.05)。
图4显示，3种磷肥基施条件下，在0～5 cm土层，MAP-B处理的Fe-P含量显著高于APP-B处理；
在5～10 cm土层，MAP-B处理的Ca8-P含量显著高于APP-B处理；
在5～10和10～20 cm土层，TSP处理的O-P含量显著低于MAP-B和APP-B处理；
其余土层3种磷肥基施处理间无显著差异。2种磷肥滴施条件下，在5～10 cm土层，MAP-D处理的Ca8-P和Fe-P含量显著高于APP-D处理；
而在0～5和10～20 cm土层，MAP-D处理的Ca10-P含量显著高于APP-D处理；
其余土层2种磷肥滴施处理不同形态无机磷含量差异不显著。
由图4可知，同种磷肥不同施肥方式下，在0～5 cm土层，MAP-D处理的Ca2-P、Ca8-P和Ca10-P含量显著高于MAP-B和APP-B处理；
在5～10 cm土层，APP-B处理的Ca2-P含量显著高于MAP-D和APP-D处理，MAP-B处理的Ca8-P和Fe-P含量显著高于APP-D处理，MAP-D和APP-D处理的Ca10-P含量显著高于TSP、MAP-B和APP-B处理；
在10～20 cm土层，MAP-B和APP-B处理的Ca2-P和Fe-P含量显著高于MAP-D和APP-D处理，MAP-D和APP-D处理的Ca10-P含量显著高于TSP、MAP-B和APP-B处理。对于同一处理不同土层而言，MAP-D处理0～5 cm土层的Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量显著高于5～10和10～20 cm土层。
分析灌耕风沙土中无机磷各形态的比例(图5)可以发现，与0～5 cm土层相比，在5～10 cm土层中，MAP-D和APP-D处理的Ca2-P、Ca8-P和Al-P比例分别降低了6.2%，3.4%，1.3%和14.3%，7.4%，1.3%，而Fe-P、O-P和Ca10-P比例分别增加了1.2%，2.3%，7.6%和0.5%，8.8%，13.7%。在0～10 cm土层，TSP、MAP-B和APP-B处理各形态无机磷的比例基本保持不变。
由图5还可知，与0～5 cm土层相比，在10～20 cm土层中，MAP-D和APP-D处理的Ca2-P、Ca8-P和Al-P比例分别降低了9.8%，5.1%，2.2%和13.6%，4.2%，1.9%，而Fe-P、O-P和Ca10-P比例分别增加了0.2%，2.6%，14.1%和0.9%，5.1%，13.7%；
MAP-B处理的Ca8-P比例增加了1.2%，TSP和APP-B处理的Al-P比例分别增加了1.9%和1.2%，而TSP、MAP-B和APP-B处理的Ca10-P比例分别降低了0.1%，1.6%和0.4%。说明磷肥滴施处理下，Ca2-P、Ca8-P和Al-P的比例随土层深度的增加而降低，Fe-P、O-P和Ca10-P的比例随土层深度的增加而增加；
磷肥基施处理下，Ca8-P和Al-P的比例随土层深度的增加而增加，而Ca10-P的比例随土层深度的增加而降低。
2.3 土壤有效磷含量与各形态无机磷含量的相关分析
为了解土壤有效磷与各形态无机磷之间的关系，本研究将各处理120 d的土壤有效磷含量与各形态无机磷含量进行相关性分析，结果(表2)表明，在0～5 cm土层，土壤有效磷含量与Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Ca10-P含量之间呈显著的正相关关系(P<0.05)；
在5～10和10～20 cm土层，土壤有效磷含量与Ca2-P、Al-P和Fe-P含量之间呈显著的正相关关系(P<0.05)。
表2 土壤有效磷含量与各形态无机磷含量的相关关系Table 2 Correlation between available P and inorganic P forms in soil
3.1 磷肥品种和施肥方式对风沙土有效磷含量的影响
通过施肥方式可以调节肥料与种子及根系的空间距离，从而实现养分的有效吸收[26]。苏志峰等[27]研究表明，与0～5 cm土层相比，肥料深施在10～20 cm土层可显著提高磷肥的吸收利用效率。本试验条件下，与基施处理相比，磷肥滴施仅能显著提高0～5 cm土层有效磷含量，而磷肥基施却能显著提高 5～10和10～20 cm土层有效磷含量。土壤中磷的移动性很弱[28]，即使是高浓度的水溶性磷肥滴施，其移动距离仍然有限，而磷肥基施能够使耕层土壤中的肥料分布更加均匀，以增加根系与磷肥的接触面积。上述结果表明，磷肥基施处理能提高整个耕层(0～20 cm)土壤中的有效磷含量。
3.2 磷肥品种和施肥方式对风沙土无机磷形态的影响
土壤有效磷含量的高低跟无机磷各形态的含量和比例密切相关[29]。王小华等[21]研究认为，在石灰性土壤中磷肥基施在短期内并不会促进Ca10-P含量的增加，而本试验中，MAP-D和APP-D处理各土层的Ca10-P含量显著高于TSP、MAP-B和APP-B处理，说明磷肥滴施比基施处理增加了固定态磷含量，为降低土壤中固定态磷含量，应优先考虑磷肥基施。从无机磷各形态的比例来看，有研究认为在灌耕灰漠土中Ca10-P的比例随土层深度增大呈增加趋势，而Ca2-P、Ca8-P和Al-P的比例随土层深度的增加而降低[19]，这与本试验中磷肥滴施处理的结果一致。但本试验TSP、MAP-B和APP-B处理的Ca10-P比例随土层深度的增加而降低，Ca8-P和Al-P比例随土层深度的增大而增加，这从无机磷各形态的角度进一步说明了磷肥基施能显著提高耕层土壤中的Ca8-P和Al-P含量。
3.3 土壤有效磷含量与无机磷形态的相关关系
土壤有效磷是评价磷素利用情况的重要指标，通过对灌耕风沙土有效磷与无机磷形态之间相关关系的探讨，可以反映风沙土中无机磷各形态的有效性[30]。本试验条件下，风沙土有效磷与无机磷各形态间总体呈正相关关系，在0～20 cm土层中土壤有效磷含量与Ca2-P和Al-P含量之间呈显著正相关关系，说明Ca2-P和Al-P是土壤的有效磷源，这与吉冰洁等[16]、王斌等[31]和杨毅等[32]的研究结果一致。因此可以通过提高Ca2-P和Al-P在无机磷形态中的比例来提升土壤中的有效磷含量。
3.4 滴施磷肥非均匀分布的原因分析
本研究发现，磷肥滴施处理条件下，0～5 cm土层有效磷含量显著高于5～20 cm土层，可能是因为土壤对磷的固定作用使其聚集在土壤表层(0～5 cm)[33]，这与张国桥[34]和杨国江等[35]的研究结果一致。为提高滴施条件下磷肥的有效性，可结合水肥一体化技术在保持土壤水分充足的基础上进行滴灌施肥，或者通过调节启动磷肥和滴施的比例来提高土壤中磷的利用效率[36-37]。由于本试验是在室内控制条件下完成的，与大田试验在气候因素及管理措施等方面存在差异，因此还需进一步开展磷肥滴施对风沙土磷素有效性影响的田间试验研究。
通过土壤培养试验发现，即使是滴施磷肥，磷在土壤中的移动距离仍很短，且仅能显著提高0～5 cm土层的有效磷含量；
而磷肥基施是通过物理混合，能够使磷肥在耕层(0～20 cm)土壤中的分布更加均匀，从而显著提高了灌耕风沙土耕层中的有效磷含量。从无机磷各形态来看，磷肥滴施处理时Ca2-P、Ca8-P和Al-P的比例随土层深度的增加而降低，而磷肥基施处理能显著提高耕层土壤中的Ca8-P和Al-P比例，降低Ca10-P比例。土壤有效磷与各形态无机磷的相关关系分析证明，Ca2-P和Al-P是灌耕风沙土的有效磷源。因此，磷肥基施可通过增加Ca2-P和Al-P在各形态无机磷中的比例来提高灌耕风沙土中的有效磷含量。综合考虑棉花根系的分布范围，本研究建议滴灌棉田基施价格相对较低的重过磷酸钙，可以人为扩展磷肥在土壤中的分布深度。