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聚磷酸铵在土壤中有效性的变化及其影响因素

熊子怡 邱烨 郭琳钰 郭涛 石纹豪

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聚磷酸铵在土壤中有效性的变化及其影响因素

    作者简介: 熊子怡 E-mail: 550828749@qq.com;
    通讯作者: 郭涛, E-mail:guotaosd@swu.edu.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目子课题(2017YFD0200203-4);西南大学创新创业训练计划校级项目(X202010635604)。

The availability of ammonium polyphosphate in soil and the impacting factors

    Corresponding author: GUO Tao, E-mail:guotaosd@swu.edu.cn ;
  • 摘要:   【目的】  明确聚磷酸铵在土壤中有效性的变化及影响因素,为聚磷酸铵的合理高效施用提供参考。  【方法】  选用pH不同的两种供试土壤进行室内恒温培养试验和盆栽试验。培养试验总时长331 h (14天),设置4个磷肥处理:不施磷肥处理 (CK),及分别施磷酸二氢铵 (MAP)、聚合度4的聚磷酸铵 (APP-4) 和聚合度6的聚磷酸铵 (APP-6)处理;除CK外,其他3个处理均施用P2O5 83.8 mg/kg,每个处理重复4次。于施肥后第0、3、24、96、144、240和331 h采样测定土壤有效磷含量。盆栽试验以玉米为供试材料,设置5个磷肥处理:不施磷肥处理(CK),及分别施磷酸二氢铵 (MAP)、过磷酸钙 (SSP)、聚合度4的聚磷酸铵 (APP-4) 和聚合度6的聚磷酸铵 (APP-6)处理;除CK外,其他处理均以每盆 (2 kg土) 施N 0.400 g、P2O5 0.764 g、K2O 0.386 g,玉米苗移栽后第30天收获植株,测定地上部与地下部干重和全磷含量,同时测定土壤pH和有效磷含量。  【结果】  相比于MAP处理,APP处理能在较长时间内维持土壤中的有效磷含量。在酸性土中,APP-4和APP-6处理的磷肥利用率较SSP处理分别提高了49.5%和84.3%,在碱性土中较SSP处理分别提高了307.3%和316.2%。在酸性土中,APP处理的玉米地上部全磷含量较SSP处理提高了7.9%~12.4%,APP-6处理的玉米地下部全磷含量较SSP处理提高了13.5%;在碱性土中,APP处理的玉米地上部全磷含量较SSP处理提高了175.0%~177.6%,玉米地下部全磷含量提高了111.2%。APP-4和APP-6处理的玉米植株吸磷量在酸性土中较SSP处理提高了43.3%和74.0%,在碱性土中分别提高了244.6%和251.7%。与SSP处理相比,APP处理玉米地上部干重显著提高了17.2%~51.9%,地下部干重显著提高了13.3%~49.5%。  【结论】  聚磷酸铵比普通磷酸二氢铵能在更长的时间范围内维持土壤有效磷的含量,显著增加玉米对磷素的吸收利用效果,从而促进玉米的生长。聚合度和土壤酸碱性对聚磷酸铵的肥效响应显著,聚合度6的聚磷酸铵肥效显著优于聚合度4的聚磷酸铵,聚磷酸铵在碱性土壤中施用的效果好于酸性土壤。
  • 图 1  酸性土和碱性土施用不同磷肥后有效磷含量随培养时间的变化

    Figure 1.  Variation of available P contents with incubation time in acid soil and alkaline soil applied with different phosphate fertilizers

    图 2  施用不同磷肥玉米地上部和地下部干重

    Figure 2.  Aboveground and underground dry weight of maize under different phosphate fertilizer treatments

    表 1  不同磷肥种类对玉米全磷含量和吸磷量的影响

    Table 1.  Total P content and P uptake of maize applied with different phosphate fertilizers

    土壤
    Soil
    磷肥
    P fertilizer
    地上部分Aboveground part
    地下部分Underground part
    全株吸磷量
    Whole plant P uptake
    (mg/pot)
    全磷含量
    Total P content (g/kg)
    吸磷量
    P uptake
    (mg/pot)
    全磷含量
    Total P content (g/kg)
    吸磷量
    P uptake
    (mg/pot)
    酸性土Acid soilCK1.30 ± 0.26 Bc0.85 ± 0.12 Be1.66 ± 0.15 Bb0.39 ± 0.10 Bc1.24 ± 0.11 Be
    MAP2.24 ± 0.62 Bb9.70 ± 1.41 Bc1.60 ± 0.28 Bb1.48 ± 0.40 Bb11.18 ± 0.90 Bc
    SSP2.02 ± 0.38 Bc8.64 ± 0.43 Bd1.56 ± 0.25 Bc1.63 ± 0.28 Bb10.27 ± 0.36 Bd
    APP-42.27 ± 0.37 Ba12.76 ± 2.33 Bb1.54 ± 0.16 Bb1.97 ± 0.52 Ba14.72 ± 1.43 Bb
    APP-62.18 ± 0.38 Bb15.36 ± 3.85 Ba1.77 ± 0.23 Ba2.51 ± 0.44 Ba17.87 ± 2.14 Ba
    碱性土Alkaline soilCK2.27 ± 0.18 Ac1.93 ± 0.60 Ae1.77 ± 0.20 Ab0.48 ± 0.13 Ac2.41 ± 0.36 Ae
    MAP2.85 ± 0.19 Ab13.00 ± 2.46 Ac1.80 ± 0.11 Ab2.07 ± 0.29 Ab15.07 ± 1.38 Ac
    SSP2.32 ± 0.63 Ac10.06 ± 2.41 Ad1.52 ± 0.16 Ab1.76 ± 0.56 Ab11.82 ± 1.49 Ad
    APP-46.38 ± 0.89 Aa36.67 ± 2.47Ab3.21 ± 0.60 Ab4.06 ± 0.20 Aa40.73 ± 1.34 Ab
    APP-66.44 ± 0.72 Aa37.75 ± 6.32 Aa3.21 ± 0.63 Aa3.82 ± 0.72 Aa41.57 ± 2.34 Aa
    显著性 Significance
    土壤 Soil (S) **********
    磷肥 P fertilizer (P) **********
    S × P**********
    注(Note):同列数据后不同大写字母表示同一处理不同土壤间差异显著,不同小写字母表示同一土壤不同磷肥处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different capital letters in a column mean significant difference between acid soil and alkaline soil under the same treatment (P < 5%), and different lowercase letters mean significant difference among treatments for the same soil (P < 0.05); **— P < 0.01.
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    表 2  施用不同磷肥玉米的磷肥利用率 (%)

    Table 2.  P use efficiency of maize applied with different phosphate fertilizers

    土壤
    Soil
    磷肥
    P fertilizer
    磷肥利用率
    P use efficiency
    酸性土
    Acid soil
    MAP8.29 ± 0.79 Bc
    SSP7.52 ± 0.25 Bc
    APP-411.24 ± 1.32 Bb
    APP-613.86 ± 2.03 Ba
    碱性土
    Alkaline soil
    MAP10.55 ± 1.01 Ac
    SSP7.84 ± 1.12 Ac
    APP-431.93 ± 0.97 Ab
    APP-632.63 ± 3.15 Aa
    注(Note):数据后不同大写字母表示同一处理不同土壤间差异显著,不同小写字母表示同一土壤不同磷肥处理间差异达 0.05显著水平 Values followed by different capital letters mean significant difference between acid soil and alkaline soil under the same treatment (P < 0.05), and different lowercase letters mean significant difference among treatments for the same soil (P <0.05).
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-04
  • 网络出版日期:  2020-09-23
  • 刊出日期:  2020-08-31

聚磷酸铵在土壤中有效性的变化及其影响因素

    作者简介:熊子怡 E-mail: 550828749@qq.com
    通讯作者: 郭涛, guotaosd@swu.edu.cn
  • 1. 西南大学资源环境学院,重庆 400715
  • 2. 贵州川恒化工股份有限公司,贵州福泉 550599
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目子课题(2017YFD0200203-4);西南大学创新创业训练计划校级项目(X202010635604)。
  • 摘要:   【目的】  明确聚磷酸铵在土壤中有效性的变化及影响因素,为聚磷酸铵的合理高效施用提供参考。  【方法】  选用pH不同的两种供试土壤进行室内恒温培养试验和盆栽试验。培养试验总时长331 h (14天),设置4个磷肥处理:不施磷肥处理 (CK),及分别施磷酸二氢铵 (MAP)、聚合度4的聚磷酸铵 (APP-4) 和聚合度6的聚磷酸铵 (APP-6)处理;除CK外,其他3个处理均施用P2O5 83.8 mg/kg,每个处理重复4次。于施肥后第0、3、24、96、144、240和331 h采样测定土壤有效磷含量。盆栽试验以玉米为供试材料,设置5个磷肥处理:不施磷肥处理(CK),及分别施磷酸二氢铵 (MAP)、过磷酸钙 (SSP)、聚合度4的聚磷酸铵 (APP-4) 和聚合度6的聚磷酸铵 (APP-6)处理;除CK外,其他处理均以每盆 (2 kg土) 施N 0.400 g、P2O5 0.764 g、K2O 0.386 g,玉米苗移栽后第30天收获植株,测定地上部与地下部干重和全磷含量,同时测定土壤pH和有效磷含量。  【结果】  相比于MAP处理,APP处理能在较长时间内维持土壤中的有效磷含量。在酸性土中,APP-4和APP-6处理的磷肥利用率较SSP处理分别提高了49.5%和84.3%,在碱性土中较SSP处理分别提高了307.3%和316.2%。在酸性土中,APP处理的玉米地上部全磷含量较SSP处理提高了7.9%~12.4%,APP-6处理的玉米地下部全磷含量较SSP处理提高了13.5%;在碱性土中,APP处理的玉米地上部全磷含量较SSP处理提高了175.0%~177.6%,玉米地下部全磷含量提高了111.2%。APP-4和APP-6处理的玉米植株吸磷量在酸性土中较SSP处理提高了43.3%和74.0%,在碱性土中分别提高了244.6%和251.7%。与SSP处理相比,APP处理玉米地上部干重显著提高了17.2%~51.9%,地下部干重显著提高了13.3%~49.5%。  【结论】  聚磷酸铵比普通磷酸二氢铵能在更长的时间范围内维持土壤有效磷的含量,显著增加玉米对磷素的吸收利用效果,从而促进玉米的生长。聚合度和土壤酸碱性对聚磷酸铵的肥效响应显著,聚合度6的聚磷酸铵肥效显著优于聚合度4的聚磷酸铵,聚磷酸铵在碱性土壤中施用的效果好于酸性土壤。

    English Abstract

    • 磷肥施入土壤后,大部分与Ca2+、Mg2+、Fe3+和Al3+等离子发生沉淀反应,作物难以吸收利用,磷肥的当季利用率只有5%~25%[1]。磷肥的过量施用不仅无法提高磷肥的当季利用率,还会造成农业面源污染等环境问题[2-4]。为了解决传统磷肥面临的问题,国内外学者聚焦一种新型磷肥—聚磷酸铵。

      聚磷酸铵(ammonium polyphosphate,APP) 是一种含有氮和磷的聚磷酸盐,通式为(NH4)n+2PnO3n+1,按聚合度可分为低聚、中聚和高聚3类,其聚合度越高水溶性越小,反之水溶性越大,当n大于20时难溶于水,农用APP的聚合度一般为5~18[5]。鲁如坤等[6]通过研究KH2PO4在12种代表性土壤中有效性的下降发现,磷施入土壤后有效性的下降主要分为快反应阶段和慢反应阶段,在前3 h的快反应阶段中,12种代表性土壤的磷平均固定率为51.6%,其中砖红壤的土壤磷固定率高达83%,说明大部分磷在进入土壤的前3 h就会被固定,这是传统磷肥当季利用率低的主要原因。聚磷酸盐进入土壤以后,只有水解成正磷酸盐才会被土壤固定[7],水解过程能显著降低土壤的固定作用,达到提高磷肥利用率的目的,因此农用APP在应用上表现出显著的优势。章守陶等[8]在哈密瓜上施用液体APP和等量养分的固体磷酸二铵(DAP),APP可使哈密瓜增产3.0%~8.4%。但也有研究认为APP作为磷肥的肥效与传统磷肥没有显著区别[9]。这可能是因为APP的有效性受到土壤质地、pH和温度等土壤性质及其自身聚合度和聚合率的综合影响[10]

      选用聚合度为4和6的APP,研究其施入土壤后有效性的变化,玉米对其磷素的吸收利用效果,为APP在农业生产中的应用提供理论指导。

      • 供试碱性和酸性紫色土分别采自重庆市北碚区“国家紫色土肥力与肥料效益监测基地”和重庆市江津区“江津黄庄现代粮油科技示范园区”。国家紫色土肥力与肥料效益监测基地位于东经106°24′33″,北纬29°48′36″,海拔266.3 m,年均降雨量1087 mm,土壤的基本理化性质为pH 8.56、水分系数0.5095、有机质10.7 g/kg、全氮1.07 g/kg、有效磷7.81 mg/kg、速效钾64.3 mg/kg。江津黄庄现代粮油科技示范园区位于东经106°15′38″,北纬29°19′22″,海拔约1420 m,年均降雨量1036 mm,土壤的基本理化性质为pH 5.26、水分系数0.6622、有机质19.6 g/kg、全氮1.32 g/kg、有效磷4.42 mg/kg、速效钾105 mg/kg。

        供试磷肥分别为磷酸二氢铵 (MAP,N 12.2%,P2O5 61.7%,分析纯)、过磷酸钙 (SSP,P2O5 26.0%,分析纯)、聚合度4的聚磷酸铵 (APP-4,N 20.8%,P2O5 38.2%,纯度 ≥ 99%) 和聚合度6的聚磷酸铵 (APP-6,N 15.6%,P2O5 41.1%,纯度 ≥ 99%),由贵州川恒化工股份有限公司提供。供试钾肥为氯化钾 (KCl,K2O 63.0%,分析纯)。供试氮肥为尿素 (Urea,N 46.6%,分析纯)。

        供试玉米的品种为‘京科糯2000’。将玉米种子用10%的H2O2消毒10 min后用蒸馏水冲洗干净,在25℃的恒温培养箱中催芽至露白1 cm左右,然后在基质中播种育苗备用。

      • 培养试验和盆栽试验均在西南大学资源环境学院的温室中进行,试验用塑料盆规格为上端内径25 cm、高30 cm、下端内径20 cm。将供试土壤风干,研磨过0.5 cm筛,除去植物根系及残膜等备用。

        培养试验设置4个磷肥处理:不施磷肥处理 (CK),及分别施磷酸二氢铵 (MAP)、聚合度4的聚磷酸铵 (APP-4) 和聚合度6的聚磷酸铵 (APP-6)处理。除CK外,按照施P2O5 83.8 mg/kg的标准,MAP、APP-4和APP-6处理的肥料用量依次为0.544、0.880和0.816 g。将磷肥配制成溶液均匀喷洒在备用土壤中,搅拌充分后将土壤装入塑料盆中,每盆装入1 kg土,土壤含水量保持田间持水量的60%,用保鲜膜封住盆口,每天采用称重法保持土壤的含水量不变,每个处理4次重复。培养试验总时长为331 h (14天),分别在0、3、24、96、144、240和331 h 7个时间点采样土壤样品,并测定土壤有效磷含量。

        盆栽试验设置5个磷肥处理:不施磷肥处理 (CK),及分别施磷酸二氢铵 (MAP)、过磷酸钙 (SSP)、聚合度4的聚磷酸铵 (APP-4) 和聚合度6的聚磷酸铵 (APP-6)处理,每个处理4次重复。取备用土壤装入塑料盆中,每盆装2 kg土,选择长势一致的玉米苗 (每盆1株) 移栽到塑料盆中,然后开始施肥,所有处理施氮磷钾的总量要保持一致,除CK外,均为每盆N 0.400 g、P2O5 0.764 g、K2O 0.386 g。所有肥料以溶液的形式均匀施入土壤中,磷肥和钾肥一次施用,氮肥一半基施,一半在试验进行的第15天追施。每两天浇一次水,将土壤含水量控制在土壤田间持水量的50%~60%。试验自玉米苗移栽当天起共计30天,第30天收获玉米植株,将植株清洗干净后杀青烘干,称重记录植株地上部分和地下部分的干重,分别测定植株地上部分和地下部分的全磷含量,除去每盆土壤中的植物根系后风干,研磨过1 mm筛和0.25 mm筛备用,用于测定土壤pH和有效磷含量。

      • 土壤pH用电位法 (土∶水=1∶5) 测定,有机质含量用硫酸-重铬酸钾外加热法测定,有效磷含量用NaHCO3浸提—钼蓝比色法测定,全氮含量用H2SO4消煮—凯氏定氮法测定,速效钾含量用火焰光度法测定。植株干重分别称量玉米植株地上部分和地下部分的干重,植株全磷含量用H2SO4–H2O2消煮,钒钼黄比色法测定[11]

        水分系数 = (持水量刚好达到饱和的土壤重量−烘干土重) /烘干土重

        磷肥利用率(%) = (施磷处理植株吸磷量−不施磷处理植株吸磷量) /施磷量 × 100

      • 运用SPSS 23.0和Microsoft Excel 2016软件进行数据统计分析和图表制作。LSD多重比较法检验不同处理平均值之间差异的显著性。

      • 图1可以看出,在酸性土中,施入磷肥后立即测定 (0 h)时,土壤有效磷含量表现为MAP > APP-4 > APP-6 > CK。在3 h后,MAP处理的土壤有效磷含量下降了38%,且之后持续下降;而APP-4和APP-6处理的土壤有效磷含量分别升高了12%和50%,且之后整体上呈现升高的趋势,APP-4处理在第331 h的土壤有效磷含量较在第240 h时下降了3%,而APP-6处理没有下降的趋势,在331 h,APP-6处理的土壤有效磷含量达到峰值25.53 mg/kg,较同期的CK、MAP和APP-4处理分别提高了384%、216%和15%。

        图  1  酸性土和碱性土施用不同磷肥后有效磷含量随培养时间的变化

        Figure 1.  Variation of available P contents with incubation time in acid soil and alkaline soil applied with different phosphate fertilizers

        在碱性土中,MAP处理的土壤有效磷含量峰值出现在0 h,为34.87 mg/kg,分别是同期CK、APP-4和APP-6处理的4.94、2.02和3.44倍。APP-4和APP-6处理土壤有效磷含量的峰值分别出现在240和331 h,分别为24.48和28.48 mg/kg。331 h不同种类磷肥处理的土壤有效磷含量表现为APP-6 > APP-4 > MAP > CK。整体上,MAP施入土壤后的有效性是迅速下降的,而APP-4和APP-6处理的土壤有效磷含量在试验期间呈升高趋势。说明聚磷酸铵 (APP-4和APP-6) 较磷酸二氢铵 (MAP) 能在更长时间范围内维持土壤有效磷的含量,其中,APP-6的效果优于APP-4。

      • 图2显示,土壤的酸碱性对玉米地上部分和地下部分的干重影响不显著。APP-6处理的玉米地上部干重最大,在酸性土中为7.26 g,较CK、MAP、SSP和APP-4处理分别提高了855%、49%、52%和30%,在碱性土中为5.99 g/pot,较CK、MAP、SSP和APP-4处理分别提高了709%、25%、45%和4% (P < 0.05)。总体平均,APP处理玉米地上部干重较SSP处理显著提高了17.2%~51.9%。

        图  2  施用不同磷肥玉米地上部和地下部干重

        Figure 2.  Aboveground and underground dry weight of maize under different phosphate fertilizer treatments

        APP处理的玉米地下部干重较MAP和SSP处理分别提高了24.0%~41.7%和13.3%~49.5%。表明聚磷酸铵 (APP-4和APP-6) 较传统磷肥 (MAP和SSP) 能显著提高玉米的干物质重量,其中APP-6处理的效果要优于APP-4处理。

      • 表1所示,不同磷肥种类对玉米全磷含量和吸磷量有极显著影响,土壤酸碱性也极显著影响玉米全磷含量和吸磷量 (P < 0.01)。APP-4和APP-6处理的玉米地上部分全磷含量显著高于CK、MAP和SSP处理,但APP-4和APP-6处理之间无显著性差异;APP-6处理的玉米地下部分全磷含量显著高于其他处理,APP-4处理的玉米地下部分全磷含量在碱性土中显著高于CK、MAP和SSP处理,在酸性土中最小 (1.54 g/kg)。在酸性土中,APP处理的玉米地上部全磷含量较SSP处理提高了7.9%~12.4%,APP-6处理的玉米地下部全磷含量较SSP处理提高了13.5%;在碱性土中,APP处理的玉米地上部全磷含量较SSP处理提高了175.0%~177.6%,玉米地下部全磷含量提高了111.2%。不同种类磷肥处理的玉米地上部分吸磷量大小呈现APP-6 > APP-4 > MAP > SSP > CK,在碱性土中,APP-6处理的玉米地上部分吸磷量为37.75 mg/pot,较CK、MAP、SSP和APP-4处理分别提高了18.56、1.90、2.75和0.03倍,APP-4和APP-6处理的玉米地下部分吸磷量较其他处理也有显著提高。在酸性土中,APP-6处理的玉米总吸磷量最大,其次为APP-4处理,二者均显著高于CK、MAP和SSP处理,APP-4和APP-6处理的玉米总吸磷量分别是CK的11.87和14.41倍,较SSP处理分别提高了43.3%和74.0%。在碱性土中,不同种类磷肥处理的玉米总吸磷量大小呈现APP-6 > APP-4 > MAP > SSP > CK,其中,APP-4和APP-6处理的玉米总吸磷量分别为40.73和41.57 mg/pot,较SSP处理分别提高了244.6%和251.7%。聚磷酸铵 (APP-4和APP-6) 较传统磷肥 (MAP和SSP) 能显著提高玉米全磷含量和吸磷量,以APP-6处理的效果更佳。

        表 1  不同磷肥种类对玉米全磷含量和吸磷量的影响

        Table 1.  Total P content and P uptake of maize applied with different phosphate fertilizers

        土壤
        Soil
        磷肥
        P fertilizer
        地上部分Aboveground part
        地下部分Underground part
        全株吸磷量
        Whole plant P uptake
        (mg/pot)
        全磷含量
        Total P content (g/kg)
        吸磷量
        P uptake
        (mg/pot)
        全磷含量
        Total P content (g/kg)
        吸磷量
        P uptake
        (mg/pot)
        酸性土Acid soilCK1.30 ± 0.26 Bc0.85 ± 0.12 Be1.66 ± 0.15 Bb0.39 ± 0.10 Bc1.24 ± 0.11 Be
        MAP2.24 ± 0.62 Bb9.70 ± 1.41 Bc1.60 ± 0.28 Bb1.48 ± 0.40 Bb11.18 ± 0.90 Bc
        SSP2.02 ± 0.38 Bc8.64 ± 0.43 Bd1.56 ± 0.25 Bc1.63 ± 0.28 Bb10.27 ± 0.36 Bd
        APP-42.27 ± 0.37 Ba12.76 ± 2.33 Bb1.54 ± 0.16 Bb1.97 ± 0.52 Ba14.72 ± 1.43 Bb
        APP-62.18 ± 0.38 Bb15.36 ± 3.85 Ba1.77 ± 0.23 Ba2.51 ± 0.44 Ba17.87 ± 2.14 Ba
        碱性土Alkaline soilCK2.27 ± 0.18 Ac1.93 ± 0.60 Ae1.77 ± 0.20 Ab0.48 ± 0.13 Ac2.41 ± 0.36 Ae
        MAP2.85 ± 0.19 Ab13.00 ± 2.46 Ac1.80 ± 0.11 Ab2.07 ± 0.29 Ab15.07 ± 1.38 Ac
        SSP2.32 ± 0.63 Ac10.06 ± 2.41 Ad1.52 ± 0.16 Ab1.76 ± 0.56 Ab11.82 ± 1.49 Ad
        APP-46.38 ± 0.89 Aa36.67 ± 2.47Ab3.21 ± 0.60 Ab4.06 ± 0.20 Aa40.73 ± 1.34 Ab
        APP-66.44 ± 0.72 Aa37.75 ± 6.32 Aa3.21 ± 0.63 Aa3.82 ± 0.72 Aa41.57 ± 2.34 Aa
        显著性 Significance
        土壤 Soil (S) **********
        磷肥 P fertilizer (P) **********
        S × P**********
        注(Note):同列数据后不同大写字母表示同一处理不同土壤间差异显著,不同小写字母表示同一土壤不同磷肥处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different capital letters in a column mean significant difference between acid soil and alkaline soil under the same treatment (P < 5%), and different lowercase letters mean significant difference among treatments for the same soil (P < 0.05); **— P < 0.01.

        土壤酸碱性和磷肥种类的交互作用对玉米全磷含量和吸磷量也存在极显著影响 (P < 0.01)。CK、MAP、SSP、APP-4和APP-6处理在碱性土中的玉米总吸磷量较在酸性土中分别提高了94.35%、34.79%、15.09%、176.70%和132.62%,说明聚磷酸铵肥料在碱性土中的施用效果优于在酸性土中。

      • 表2可知,APP-6处理的磷肥利用率显著高于MAP、SSP和APP-4处理,其中APP-4处理显著高于MAP和SSP处理,说明不同磷肥种类对磷肥利用率有显著影响 (P < 0.05)。APP-4和APP-6处理的磷肥利用率在酸性土中较SSP处理分别提高了49.47%和84.31%,在碱性土中较SSP处理分别提高了307.27%和316.20%。土壤酸碱性能影响聚磷酸铵 (APP-4和APP-6) 的磷肥利用率,APP-4和APP-6处理在碱性土中的磷肥利用率高于在酸性土中。

        表 2  施用不同磷肥玉米的磷肥利用率 (%)

        Table 2.  P use efficiency of maize applied with different phosphate fertilizers

        土壤
        Soil
        磷肥
        P fertilizer
        磷肥利用率
        P use efficiency
        酸性土
        Acid soil
        MAP8.29 ± 0.79 Bc
        SSP7.52 ± 0.25 Bc
        APP-411.24 ± 1.32 Bb
        APP-613.86 ± 2.03 Ba
        碱性土
        Alkaline soil
        MAP10.55 ± 1.01 Ac
        SSP7.84 ± 1.12 Ac
        APP-431.93 ± 0.97 Ab
        APP-632.63 ± 3.15 Aa
        注(Note):数据后不同大写字母表示同一处理不同土壤间差异显著,不同小写字母表示同一土壤不同磷肥处理间差异达 0.05显著水平 Values followed by different capital letters mean significant difference between acid soil and alkaline soil under the same treatment (P < 0.05), and different lowercase letters mean significant difference among treatments for the same soil (P <0.05).
      • 随着工业的发展,我国向土壤中施入的磷肥量迅速增加,2017年的磷肥施用量是1980年的2.9倍[12]。土壤的吸附与沉淀反应使大部分磷素以无效态累积在土壤中,导致土壤中可供植物吸收利用的磷含量较少,磷肥的当季利用率偏低[13]。过量施肥不仅造成了磷矿资源的浪费,土壤中过量的磷素还会通过径流等方式进入水体,造成水体富营养化等生态环境问题[14],提高磷肥利用率对农业的可持续发展具有重要意义。

        迄今,我国在农业生产中施用的磷肥主要是正磷酸盐[15]。本试验结果表明,正磷酸盐 (MAP) 在土壤中的有效性是不断下降的,这与鲁如坤等[6]的研究结果一致,而聚磷酸铵 (APP) 能在较长时间内维持较高的土壤有效磷含量 (图1)。这是因为正磷酸盐施入土壤后易与土壤中的铁铝氧化物、层状硅酸铝盐以及金属离子等发生沉淀反应和吸附反应[16],迅速转化成为无效态的磷,而聚磷酸铵在土壤中会络合钙、铝、铁等离子形成稳定可溶解的混合物,这种混合物在土壤中会逐渐水解转化为正磷酸盐,这个过程能显著降低土壤对磷的固定量,从而在一定时间内维持土壤中有效磷的含量[17]。高艳菊等[18]研究发现,植株吸磷量与土壤有效磷含量、植株干重与含磷量之间均存在显著的线性相关关系,本研究结果表明聚磷酸铵能通过在一定时间内维持土壤有效磷含量来改善玉米的磷素营养供应,提高磷肥的利用率 (表2),从而促进玉米植株的生长 (图2)。傅瑞斌等[17]通过比较磷酸二氢铵 (MAP)、磷酸二铵 (DAP) 和聚磷酸铵 (APP) 在轻度盐碱地玉米种植中的肥效后发现,施用APP的玉米磷肥当季利用率高达67%,较MAP和DAP处理分别高出31.9%和46.8%,APP显著促进了玉米的生长发育,使玉米的增产率达14%。王越[19]的研究也发现施用含有聚磷酸铵的液体肥料较含有正磷酸盐的液体肥料能显著提高番茄的产量和品质。

        有研究发现,聚磷酸铵在土壤中水解成正磷酸盐后才能被植物吸收利用[7],水解反应速率直接影响植物对磷素的吸收[20]。聚磷酸铵的水解是由酶促反应控制进行的,不同聚合度的聚磷酸铵水解速率不同,其聚合度越高,水解速率越慢[21],因此聚合度6的聚磷酸铵 (APP-6) 较聚合度为4的聚磷酸铵 (APP-4) 能更长时间地为玉米生长提供充足的有效磷,从而提高了玉米植株的全磷含量和吸磷量 (表1)。聚磷酸盐的水解速率除了受自身聚合度的影响,还受到许多外界因素的综合影响。其中,pH是影响聚磷酸盐水解的一个重要因素。王蕾等[22]的研究发现,低pH环境会加速聚磷酸铵水解,而碱性环境能延长聚磷酸铵中磷的有效期。Farr等[23]通过研究pH对聚磷酸铵水解速率的影响发现,三聚磷酸盐在pH=7时完全水解需要26 h,在pH=4时只需要10.5 h。本试验结果也表明,聚磷酸铵在碱性土中的有效性和施用效果显著优于在酸性土中。分析其内在原因发现,聚磷酸盐在pH=7时的水解活化能显著高于其在pH=4时的水解活化能[24],水解活化能越高,水解反应速率就越慢,此外,酶对聚磷酸铵水解反应的催化作用极强,酶促作用下的水解速率比无酶时提高至少106[25],作为水解反应中的关键酶,焦磷酸酶和磷酸酶的活性受到土壤pH的显著影响,在一定条件下降低pH,酶的活性会显著增加,促使水解反应加快[26-27]。聚磷酸盐水解成正磷酸盐后,一部分被植物吸收利用,剩余的磷很快会重新被土壤固定,土壤对磷的固定速率和植物对磷的吸收速率共同决定着磷肥利用率。在酸性环境下,聚磷酸盐迅速水解并在短时间内释放大量的磷,植物只能吸收其中很少的一部分,大量剩余的磷迅速被土壤固定;而在较高的pH环境下,聚磷酸盐的水解反应速率缓慢,其持续少量释放的磷能更多地被植物吸收利用,从而提高了磷肥中磷的利用率。

      • 1) 相对于磷酸二氢铵 (MAP) 来说,聚磷酸铵 (APP) 是一种长效磷肥,在培养的331 h (14天) 内,聚磷酸铵处理的土壤有效磷含量没有出现显著的下降,而是缓慢上升,特别是聚合度为6的聚磷酸铵处理。由于聚磷酸铵可在更长的时间范围内维持土壤有效磷的含量,有利于玉米的磷素营养供应,促进了玉米生长,提高了磷肥的利用率。

        2) 聚磷酸铵的聚合度能显著影响其有效性和肥效,聚合度为6的聚磷酸铵 (APP-6) 效果优于聚合度为4的聚磷酸铵 (APP-4)。

        3) 聚磷酸铵 (APP) 的有效性受土壤pH影响显著,其在碱性土中的肥效显著优于在酸性土中的肥效。

    参考文献 (27)

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