全 文 ：白浆土植物系统营养物质转化机制及其有效性研究
II. 白浆土无机磷形态变化*
李法云* * 高子勤* * * (中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110015)
摘要 采用室内培养和微区试验研究表明, 施入白浆土中无机磷在短时间内( 24h、8d)主要向 FeP 和 AlP 转
变, 较长时间后( 80d) , AlP向 FeP 转化, CaP变化较弱, 土壤中无机磷形态转化与白浆土本身的土壤属性具有
密切关系. 施用有机肥改变了土壤中无机磷形态的转化过程, 其与土壤中的铁、铝氧化物反应形成的 Al有机质
P和 Fe有机质P是作物较易利用的有效 P源.
关键词 白浆土 无机磷形态 转化
Transformation mechanism and availability of mutrients in albic soilplant system . Inorganic phosphorus trans
formation in albic soil. Li Fayun and Gao Ziqin ( I nstitute of App lied Ecology , A cademia Sinica, Shenyang
110015) . Chin . J . A pp l . Ecol . , 1999, 10(4) : 419~ 422.
Incubation test and microplot experiments w ere conducted to study t he transformation of inorganic phosphorus in albic
soil. The r esults show that most part of so il inorg anic phosphate w as transformed into ironand aluminum phosphates
after a short per iod of incubation ( 24 hours and 8 davs, respectiv ely) , and aluminum phosphate w as transformed into
iron phosphate after 80 days of incubation. Calcium phosphate changed slightly throughout the who le period. A close
relationship betw een inor ganic phosphorus transfo rmation and soil properties w as found. T he transformation process of
inorganic phosphorus w as changed by applying or ganic fert ilizers, whose react ion with iron and aluminum ox ides in
duced the formation of or ganic matterir on phosphate and organic matteraluminum phosphate complexes which
can be easily uptaken by crop.
Key words Albic soil, Inorg anic phosphorus fr actions, T ransformation.
* 国家自然科学基金资助项目( 49471043) .
* * 现在辽宁大学环境与生命科学学院.
* * * 通讯联系人.
1998- 09- 03收稿, 1999- 04- 29接受.
1 引 言
作物直接吸收的是无机形态磷离子, 因而早在本
世纪 30年代就开始了土壤无机磷的研究,在这方面,
Chang等[ 8]发表的有关土壤无机磷形态分级的文献具
重要意义.对于酸性或弱酸性土壤,其无机磷形态主要
划分为 4类,即铝磷、铁磷、钙磷与还原可溶性磷, 其中
铁磷、铝磷、钙磷也包括一部分吸附态和表面沉淀反应
的P.土壤类型不同,各种形态磷的含量不同. 在酸性
土壤上,铁铝磷酸盐一般占优势.无机磷在土壤中进行
复杂的转化过程,有时在一种磷酸盐结晶面上形成另
一种在组成、性质上完全不同的化合物,这就使土壤中
各种磷酸盐处于不同状态.作物在整个生长过程中吸
收的肥料磷,绝大部分是新形成的产物,而不是原磷肥
本身. 因此,研究 P 素在土壤中的转化,对于探讨 P 素
营养的有效性具有重要意义[ 7] .
2 材料与方法
2. 1 试验材料
培养试验所用白浆土采自三江平原地区,其基本理化性状
如表 1所示 .微区试验所用白浆土采自黑龙江省八五三农场二
分场四队,其基本理化性状如表 2所示.
2. 2 试验方法
2. 2. 1 培养试验 称20目风干土5g加入 250ml三角瓶中,按 1
10 比例加入含 P 量为 50mgL - 1的磷溶液( KH2PO4 配制 ) ,
加 3滴 CHCl3 以抑制微生物活动, 塞紧瓶口, 振荡 30min, 置
30 恒温箱中平衡, 于 24h、6d 和 80d 后, 采样分析无机磷形
态.
2. 2. 2 微区试验 共 3 个处理: ( 1)对照( CK ) ; ( 2) NPK ; ( 3)牛
粪;每处理 3 次重复. 小区面积 2m2 , 每小区施纯 N 54g , 施纯
P2O5 43g, 牛粪一次性施入.试验从 1991 年开始,进行长期定位
试验, 1991 年 10 月采样, 1994 年 7 月采样.
2. 3 分析测定
土壤基本理化性质测定如前文所述[ 1] . 无机磷形态分级采
用Chang等方法[ 8] , 钼蓝比色法测定. 铁、铝氧化物形态采用
DCB(连二亚硫酸钠柠檬酸钠重碳酸钠 )和 Tamn(酸性草酸
铵)提取, 电感耦合等离子光谱仪( ICP)测定.
3 结果与讨论
3. 1 土壤无机磷形态变化
白浆土加入无机磷酸盐 24h 和 6d后, 无机磷形态
应 用 生 态 学 报 1999 年 8 月 第 10 卷 第 4 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Aug . 1999, 10( 4)419~ 422
表 1 供试土壤基本性状
Table 1 Chemical properites of test soil
土样编号
No.
土壤
Soil
采样地
Locat ion
发生层
Horizon
深度
Depth
( cm)
pH
H2O KCl
全 P
Total P
( gkg- 1)
Olsen P
( mg
kg- 1)
FeP
( mg
kg- 1)
AlP
( mg
kg- 1)
CaP
( mg
kg- 1)
有机质
O.M
( gkg- 1)
铁铝氧化物( gkg- 1)
Iron and alum inum ox ides
Ald Fed Alo Feo
1 草 甸 八五三 A 0~ 25 5. 81 4. 75 0. 47 9. 89 82. 8 31. 8 18. 4 42. 1 2. 44 16. 46 1. 18 6. 58
白浆土1) 农场 Aw 25~ 43 5. 61 4. 41 0. 31 1. 75 42. 1 10. 1 15. 4 9. 8 2. 64 19. 25 1. 02 3. 67
2 白浆土2) 饶河 A 0~ 27 5. 61 4. 44 0. 75 10. 30 102. 2 36. 3 17. 5 42. 4 3. 00 22. 76 1. 16 7. 89
Aw 27~ 46 5. 86 4. 08 0. 32 2. 36 43. 2 8. 4 16. 1 5. 2 3. 19 22. 26 0. 82 3. 98
3 潜 育 饶河 A 0~ 14 5. 32 4. 35 1. 39 26. 17 353. 8 118. 6 45. 5 47. 3 3. 99 21. 09 1. 84 12. 23
白浆土3) Aw 14~ 30 6. 13 4. 85 0. 85 6. 43 248. 1 34. 2 48. 9 12. 7 3. 12 28. 72 0. 89 10. 68
4 草 甸 饶河 A 0~ 16 5. 83 4. 84 1. 06 29. 03 259. 4 105. 4 26. 9 63. 2 3. 21 23. 79 1. 25 10. 08
白浆土 Aw 16~ 40 5. 56 4. 07 0. 43 3. 38 90. 6 18. 1 24. 7 7. 0 3. 75 23. 53 0. 80 4. 91
注: A ld、Alo分别表示游离铝和无定形铝, Fed、Feo 分别表示游离铁和无定形铁. 1) Meadow albic soil, 2)Albic soil, 3)Gley albic soil.
表 2 供试土壤的基本化学性状
Table 2 Chemical properties of test soil
发生层
Horizon
pH
有机质
O. M. ( gkg- 1) 全 PT otal P(gkg- 1) 速 POlsen P( mgkg- 1) FeP( mgkg- 1) AlP( mgkg- 1) CaP( mgkg- 1)
A 5. 80 43. 2 0. 72 14. 0 94. 3 27. 7 27. 0
Aw 5. 88 11. 2 0. 36 2 . 8 23. 0 3. 8 16. 3
表 3 白浆土施入磷酸盐 24h后白浆土无机磷形态
Table 3 Inorganic phosphorus fractions in albic soily by incubating with phsophate for 24 hours
编号
No.
层次
Horizon
含量 Content
( mgkg- 1)
AlP FeP CaP
增加量 Net increasing amount
( mgkg- 1)
AlP FeP CaP
增加率 Increasing rat io
( mgkg- 1)
AlP FeP CaP
1 A 144. 5 154. 5 22. 3 112. 7 71. 7 3. 9 354 85. 9 21. 2
Aw 160. 0 131. 9 20. 3 149. 9 89. 9 4. 9 1500 214 31. 8
2 A 155. 1 194. 9 24. 7 118. 8 92. 7 7. 2 327 90. 7 41. 1
Aw 159. 1 167. 1 20. 6 150. 7 123. 9 4. 5 1799 286 30. 0
3 A 308. 3 438. 8 46. 3 189. 7 85. 0 0. 8 160 20. 3 1. 75
Aw 168. 0 368. 5 49. 4 133. 8 120. 4 0. 5 391 48. 5 1. 02
4 A 230. 0 326. 1 31. 4 124. 6 66. 7 4. 5 118 25. 9 16. 7
Aw 154. 4 194. 9 31. 4 136. 3 104. 3 6. 7 753 115 27. 1
变化表明, AlP 和 FeP 都表现出大幅度增加, CaP 仅
表现出微弱的增加趋势(表 3、表 4) .由此可以证明,在
白浆土中,施入土壤中的磷酸盐主要向铁、铝磷酸盐形
态转变.
表 4 白浆土施入磷酸盐 6d后无机磷形态变化
Table 4 Change of inorganic phosphorus fractions in albic soil by incubat
ing with phosphate for 6 days
编号
No.
发生层
H orizon
含量 Content
( mgkg- 1)
AlP FeP CaP
增加量Net increasing amount
(mgkg- 1)
AlP FeP CaP
1 A 164. 6 186. 1 22. 6 132. 8 103. 3 4. 2
Aw 166. 4 157. 2 19. 2 156. 3 115. 2 3. 8
2 A 176. 3 213. 5 25. 8 140. 0 111. 3 8. 3
Aw 168. 5 185. 4 20. 8 160. 1 142. 2 4. 7
3 A 311. 6 482. 3 46. 2 193. 0 128. 5 0. 7
Aw 169. 8 374. 6 51. 5 135. 6 126. 5 2. 6
4 A 239. 9 362. 5 32. 7 134. 5 103. 1 5. 8
Aw 173. 7 220. 4 29. 8 155. 6 128. 9 5. 1
施入白浆土中的无机磷酸盐 24h后, 白浆层土壤
中铁、铝磷形态增加量比表层土壤高,这与土壤成土条
件和成土过程密切相关. 白浆土在长期成土过程中,长
期处于干湿交替状态, 表层土壤铁、铝氧化物活度增
强,逐渐向下淋溶[ 5, 6] ,加之白浆层土壤中磷和有机质
的含量比表层土壤小,故而施入的磷极易与铁、铝氧化
物作用生成铁、铝磷酸盐.施入 P 6d后,白浆层土壤中
铁、铝磷酸盐增加量仍比表层土壤高.但在潜育白浆土
(样 3)中,白浆层土壤铁、铝磷酸盐的增加量低于表层
土壤,这是因为不同地形部位和不同水分条件对游离
氧化物的移动与聚积具有重要影响, 潜育白浆土长期
处于水分饱和条件, 铁铝氧化物被溶解,水分垂直运动
不强烈,使其表层土壤中铁、铝氧化物的富积率高于其
它白浆土,故而施入潜育白浆土中的磷酸盐, 白浆层土
壤中铁铝磷酸盐增加量小于表层土壤. 加入无机磷
80d后,土壤中无机磷形态含量变化表明(表 5) , AlP
含量明显减少, 而 FeP 含量明显增加, CaP 含量变化
趋势不明显,说明施入白浆土中的 P, 最初向 AlP 转
变,但一定时间后, AlP 向 FeP 形态转化.张守敬[ 2]
研究表明,可溶性磷施入土壤后,刚开始主要变成磷酸
铝盐,但一定时间( 100d)后,铝磷减少, 铁磷增加, 钙磷
变化不明显. 顾永明[ 4]对施入土壤中磷肥的 P 素形态
变化的分析表明, 铝磷和铁磷都增加, 钙磷无明显变
化.土壤风化过程对 P 素形态转化及其有效性的影响
的研究表明,在风化过程中,以铝形态结合的磷酸盐在
土壤中不易稳定存在, 从而推断土壤中的磷酸铝盐是
P素转化过程中的中间产物, AlP 是作物较好的 P
源[ 3] .
420 应 用 生 态 学 报 10卷
表 5 加无机磷 80d后白浆土无机磷形态含量及变化率
Table 5 Change of inorganic phosphorus and i ts ratio in albic soil by incu
bating with phosphate for 80 days
编号
No.
层次
H orizon
含量 Content
( mgkg- 1)
AlP FeP CaP
变化量 Changing rat io
( % )
AlP FeP CaP
1 A 92. 2 170. 7 26. 1 - 36. 2 10. 90 17. 5
Aw 92. 7 160. 3 20. 7 - 42. 1 21. 50 20. 7
2 A 88. 1 211. 2 26. 8 - 43. 2 8. 37 8. 50
Aw 81. 2 183. 6 25. 9 - 49. 0 9. 87 25. 7
3 A 204. 7 477. 4 69. 7 - 33. 6 8. 80 50. 5
Aw 108. 6 441. 9 52. 9 - 35. 4 19. 90 7. 08
4 A 147. 0 364. 2 43. 9 - 36. 1 6. 17 40. 0
Aw 88. 5 221. 8 33. 8 - 42. 7 8. 73 7. 64
3. 2 土壤培肥后无机磷及其形态
3. 2. 1无机磷含量 土壤中 P 形态分布情况能反映土
壤 P 素供贮状况,由图 1可见, 经过 4年培肥后, NPK
和牛粪处理无机磷含量较对照都增加, 施用牛粪比
NPK处理无机磷含量增加更明显,无机磷含量比对照
和 NPK处理分别增加 145. 4、77. 4mgkg- 1.
图 1 白浆土培肥后无机磷含量
Fig. 1 Inorganic phosphorus amount in albic soil by fert ilizat ion.
3. 2. 2 无机磷形态 ( 1)铝磷( AlP)形态变化: 由表 6
可见, 1991年各处理中, NPK、牛粪处理 AlP 含量分
别比同年对照 AlP 增加 5. 4、11. 7mgkg- 1. 1994年
各处理表层土壤中, 经连续施用磷肥后, 牛粪、NPK 处
理AlP 分别比同年对照增加 40. 3、17. 8mgkg- 1. 从
AlP 含量年际变化情况看,不施肥的对照处理 AlP 含
量1994年比 1991年略有减少. NPK处理增加10. 8mg
kg- 1, 牛粪处理增加 27. 0mgkg- 1, 白浆土施用磷
肥并经4年培肥后, 土壤AlP库容量扩大 . ( 2) 铁磷
表 6 微区试验 AlP含量变化( mgkg- 1)
Table 6 AlP amount in albic soil of microplot experiment
处理 T reatment 1991年 1994年
对照 CK 27. 7 26. 1
NPK 33. 1 43. 9
牛 粪 Feces 39. 4 66. 4
( FeP)形态变化: FeP 是白浆土中的一种无机形态
磷,其含量明显比 AlP 和 CaP 多. 因此, 研究白浆土
培肥后土壤FeP形态的变化,对揭示施入土壤中 P 素
的化学行为对有效磷的影响具有重要意义.从表 7可
见,白浆土经 1 年培肥后( 1991) , 土壤中各处理 FeP
含量变化表明: NPK处理与同年对照处理相比增加幅
度不大, 牛粪处理比对照增加 27. 0mgkg- 1. 1994年
各处理 FeP 形态含量表明, 白浆土经 4 年培肥措施
后,土壤中 FeP 形态含量有较大幅度提高, 牛粪比同
年对照处理增加 91. 9mgkg- 1, 几乎增加 1倍, NPK
处理比对照增加 41. 9mgkg - 1.
表 7 微区试验 FeP含量变化( mgkg- 1)
Table 7 FeP amount in albic soil of microplot experiment
处理 T reatment 1991年 1994年
对照 CK 94. 3 93. 2
NPK 99. 0 135. 1
牛 粪 Feces 121. 3 185. 1
该试验的 FeP 形态含量年际变化表明,对照处理
FeP 含量 1994 年比 1991年略有下降. NPK 处理, 4
年培肥后 FeP 含量增加 36. 1mgkg- 1, 施用牛粪, Fe
P形态年际变化最为显著, 4年培肥后增幅达63. 8mg
kg- 1.综上所述, 逐年施入土壤中的磷肥, 向 FeP 形态
转化为主,与前面磷酸盐加入白浆土后的培养试验结
果一致. ( 3)土壤钙磷( CaP)形态的变化: 白浆土是一
种弱酸性土壤, 土壤 CaP 形态并不是其主要形态, 从
表8 可见, 1991 年各处理与同年对照相比, CaP 呈轻
微上升趋势. 1994 年, 由于逐年施磷累积的结果,
NPK、牛粪处理比同年对照分别增加 8. 3、13. 2mg
kg- 1.白浆土中, 虽然 CaP 含量不高, 明显低于土壤
FeP 含量, 但试验中 CaP 含量年际变化表明, 对照
处理 4年不施磷肥后, 1994年比 1991年下降 3. 8mg
kg
- 1
, CaP 年际变化幅度比 AlP、FeP、OP 大, 这说
明在白浆土不施肥情况下,缺 P 提高了作物根系分泌
有机酸的能力, 促使土壤中 CaP 向作物能吸收利用的
形态转化. ( 4)闭蓄态P素( OP)形态变化: OP是被
表 8 微区试验 CaP含量变化( mgkg- 1)
Table 8 CaP amount in albic plot of microplot experiment
处理 T reatment 1991年 1994年
对照 CK 27. 0 23. 2
NPK 28. 9 31. 5
牛 粪 Feces 32. 4 36. 4
图 2 白浆土培肥后 OP 含量( 1994)
Fig. 2 OP amount in albic soil by fert ilizat ion( 1994) .
4214 期 李法云等:白浆土植物系统营养物质转化机制及其有效性研究 .
氧化铁胶膜包被的一种难溶性磷酸盐无机化合物, 对
植物的生物有效性低, 就提高施入土壤中 P 素利用率
而言,抑制其向该种 P 素形态转化应是值得注意的一
个方面. 由图 2可见, NPK 和牛粪处理 OP 比对照增
加,白浆土施用磷肥后, 一部分 P 向无机闭蓄态磷变
化,但牛粪处理中闭蓄态磷含量比仅施无机氮磷钾处
理低,这和白浆土中闭蓄态磷的形成机制密切相关.酸
性土壤中 P 素闭蓄机制主要是土壤中无定形的 Fe
( OH ) 3 沉淀溶度积非常小( pK f= 37~ 38) , 当土壤中
其它形态的铁磷酸盐溶解时, 生成的 Fe( OH ) 3 沉淀可
形成一层无定形的 Fe( OH) 3 胶膜,所形成的胶膜对其
内部的 FeP 产生掩蔽作用. 施用有机肥的处理,由于
其在分解过程中的中间产物(可溶性有机酸)及腐殖质
化过程中含有酚基和羧基的富里酸对 Fe( OH ) 3 沉淀
的络合作用,使 FeP 闭蓄过程受到抑制(H 2L 代表络
合性有机酸) . Fe( OH ) 3+ H+ + H2L FeL+ + 3H2O
或 Fe( OH ) 3+ HL FeHL0+ 3H2O.可以认为, 施入白
浆土中的磷酸盐,向铁、铝磷酸盐形态转化是其两个主
要方面,有机措施较之无机措施更能增加土壤中铁、铝
磷量.施用有机肥增加白浆土中的有机质,有机质与土
壤中的铁、铝氧化物络合后,形成 Al有机质和 Fe
有机质络合物,这两种络合物又与土壤中的无机磷结
合,形成 Al有机质P和 Fe有机质P,这两种铁、铝
磷酸盐中的磷与铁、铝结合较弱,容易释放以供作物吸
收利用.
4 结 论
4. 1 施入白浆土的磷酸盐, 在较短时间内( 24h)主要
向无机 AlP 和 FeP 形态转化,尤以 AlP 形态变化更
为显著,其中白浆层土壤中 AlP 和 FeP 的增加量高
于表层土壤. 经较长时间培养后, AlP 向 FeP 转化,
CaP 变化比较微弱,白浆土中无机磷形态的转化与其
成土过程密切相关.
4. 2 在白浆土上采用无机有机培肥措施,无机磷库扩
大.施入土壤中的磷肥主要向铁、铝磷形态转化,有机
肥较之无机肥更能提高土壤中铁、铝 P 素形态的含
量,并能抑制难溶性闭蓄态磷的形成.
参考文献
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效性研究 I. 32P同位素示踪法对白浆土中 P肥利用率.应用生态学
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7 蒋柏藩. 1981.磷肥在土壤中的形态转化及其有效性.土壤学进展,
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8 Chang, S. C. and Jackson, M . L. 1957. Fract ionat ion of soil phospho
rus. S oil S cience , 84: 133~ 144.
作者简介 李法云,男, 29 岁,讲师, 1997 于中国科学院沈阳应
用生态研究所获博士学位, 现为湖南农业大学博士后, 主要从
事土壤生态与污染生态化学方面的教学与科研工作, 已发表论
文 15 篇.
422 应 用 生 态 学 报 10卷