潮土磷库组成及累积磷的消耗转化特征

【目的】长期施用磷肥致使潮土中累积了大量的磷,为精确管控和合理利用累积磷素,我们研究了小麦–玉米连续种植下,停止使用磷肥后磷库的组成和消耗转化特征。【方法】本研究依托位于河南新乡的“国家潮土肥力与肥料效益长期定位试验基地”进行,连续26年施用不同量磷肥,处理间土壤磷积累量差异很大。利用单个处理或两个处理耕层土壤混合的方法,制备Olsen-P含量分别为6.7、14.3、27.6、55.4、72.3 mg/kg的土壤(分别记为L1、L2、L3、L4、L5),用于进行微区耗竭试验,种植制度为冬小麦–夏玉米轮作。在耗竭试验的5年间,测定了土壤全磷、Olsen-P和各磷库组分含量。【结果】潮土磷库中无机磷占比超过90%,L5处理土壤中的有效磷库组分Resin-P、NaHCO_(3)-Pt、NaOH-Pt含量分别为L1的5.0、3.5、2.8倍。L1处理(缺磷土壤)的有效磷组分在全磷中的比例仅为10.4%,而难利用磷组分(C.HCl-Pt, Residual-P)的比例高达24.0%;L5处理(高磷土壤)有效磷组分比例高达20.6%,难利用组分比例低至14.3%。缓效磷组分(D.HCl-Pi)在全磷中的比例基本维持在66%。有效磷水平高于农学阈值(L2处理)之后,Resin-P组分才开始增加,增加量占有效磷库增加量的17.3%~22.6%。磷库耗竭过程中,有效磷库是作物吸收的第一磷库,且以Resin-P、NaHCO_(3)-Pi、NaOH-Pi的先后顺序被利用。Resin-P、NaHCO_(3)-Pi、NaOH-Pi每消耗1 mg/kg,Olsen-P分别减少1.3、0.7和1.0 mg/kg。有效磷库组分与缓效磷库、难利用磷库组分可以互相转化。5年耗竭过程中,L1处理有18.0 mg/kg难利用磷转化为D.HCl-Pi,L2、L3处理分别有22.3和7.2 mg/kg D.HCl-Pi转化为有效态磷,提升了土壤累积磷素的生物有效性;而L4、L5处理分别有29.9和43.1 mg/kg有效态磷组分转化为D.HCl-Pi,降低了土壤累积磷的生物有效性。【结论】随着土壤Olsen-P水平的提高,有效磷库组分Resin-P、NaHCO_(3)-Pt、NaOH-Pt占比增加,难利用磷库占比减少,而缓效磷库占比高且稳定。有效态Resin-P在Olsen-P超过农学阈值后才开始累积。作物吸收可促进缺磷土壤难利用磷库组分转化为缓效磷库组分,中磷土壤缓效磷库组分转化为有效磷库组分,最终土壤累积磷素均被活化利用;而高磷土壤中30%以上的有效磷库组分被转化为缓效磷库组分,作物奢侈吸磷量显著增加,造成一定的磷肥养分浪费。中磷土壤是维持磷资源高效利用和作物高产的最佳磷库组成状态。