全 文 ：易旱地区褐土 P、Zn 形态转化特点及其
与持续农业的关系*
邹邦基　王　虹　莫润苍　(中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110015)
【摘要】　采用田间微区试验和分级提取测定的方法研究了褐土中P、Zn 形态转化问题.发
现褐土中 Ca2-P 和 Ca8-P 是转化最活跃的 P 素形态,而且 Ca8-P 的流通容量很大, 可超过
作物需 P 量 9 倍以上; 在 Zn 的各种形态中转化最活跃的是 EX-Zn 和 CARB-Zn, 其中
CARB-Zn 的流通容量亦很大, 可超过作物需 Zn 量 19 倍以上. Ca8-P 库和 CARB-Zn 库形
成了褐土中调控 P、Zn 养分供蓄以适应旱地水分波动的主要机构. 合理施肥和培肥土壤
以丰富 Ca 8-P 和 CARB-Zn 库将有利于增强作物抵御干旱能力, 提高水分养分利用效率,
促使旱地农业持续向高产优质高效方向发展.
关键词　褐土　P、Zn 形态转化　旱地农业
Transformation of P and Zn in a cinnamon soil and its relation to sustainable agriculture
in easily dried region. Z ou Bang ji, Wang Hong and Mo Runcang ( I nstitute of App lied E-
cology , A cademia S inica, Shenyang 110015) . -Chin. J . App l. Ecol. , 1994, 5( 4) : 365- 370.
The char acter istics o f P and Zn tr ansfo rmat ions in a cinnam on soil ar e invest ig ated by field
micr o-plot exper iment and chemical fractional ex tr action method. It is found t hat Ca2-P
and Ca8-P in this so il are the most activ e forms, and t he cir culat ive capacity o f Ca8-P can
reach to a lar ge amount w hich exceeds the P upt ake o f sing le cr opping plants by mo re
than 9-fold. Among the fo rms of Zn, EX-Zn and CARB-Zn are the most a ct ive forms, and
the circulativ e capacity of CARB-Zn can also r each up to a lar ge amount which exceeds the
Zn uptake of single cr opping plants by more t han 19-fo ld. Ther efor e, the m echanism con-
tr olling the supply and stor age of P and Zn and coordinating the fluctuation o f soil mo is-
ture is constituted mainly by Ca8-P and CARB-Zn pools. Enr iching Ca 8-P and CARB-Zn
poo ls by fer tilization is beneficial t o intensify t he dr ought r esistance by cr ops, to increase
the use efficiency of wat er and nutr ients, and to advance the development o f sust ainable a-
gr icult ur e in easily div ed r egion.
Key words　Cinnamon so il, T ransformation of P and Zn, Upland ag r icultur e.
　　* 国家“八·五”科技攻关项目和中国科学院南京土
壤研究所开放实验室基金资助项目.
　　1993年 12月 26日收到, 1994年 4月 8日改回.
1　引　　言
褐土是我国北方易旱地区分布最广的
一类农田土壤. 由于降水量少、季节分布不
匀,周期性和季节性干旱成为褐土持续农
业的主要障碍因素; 又因水土流失和经营
不当,除干旱因素外,土壤养分损耗和营养
元素不平衡也成为持续农业的障碍因素.
据各地生产实践和土壤普查资料表
明,耕地褐土 N、P 缺乏十分普遍, 但 K 却
因地而异,说明褐土虽然是比较富 K 的土
类,但由于母质成分的差异和长期耕种消
耗等原因,脱 K 也会逐渐加重.
此外,微量元素 B、Zn供给不足的问题
比较普遍. 例如在喀左和屯留国家“七五”
攻关试验基点, 耕层土壤有效 B (沸水)含
量分别为 0. 14- 1. 07和 0. 10- 0. 49mg·
kg
-1
,有效 Zn( DTPA)分别为 0. 04- 1. 18
和 0. 30 - 1. 05mg·kg-1 , 而有效态 Mn、
应 用 生 态 学 报　1994 年 10月　第 5卷　第 4期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Oct. 1994, 5( 4)∶365—370
Cu、Fe 的含量则处于较高的水平. 辽西褐
土耕层 162个样品的分析结果表明, 有效
B 含量< 0. 25mg·kg -1水平的占样品总数
66. 5% , < 0. 50mg·kg -1水平的占 96. 3%;
有效 Zn 含量< 0. 5mg·kg-1水平的占
77. 0% , < 1. 0mg·kg -1水平的占 97. 8%.
进一步对辽西褐土各亚类剖面层次分析的
结果证明, 各亚类整个剖面中有效态 B 和
Zn含量都处在低水平.
由此可见, 易旱地区褐土养分状况的
主要特征是 N、P、Zn、B 普遍缺乏, 部分地
区出现富 K 或脱 K 现象. 如何对它合理调
控和改善, 以适应易旱地区土壤水分波动
和农业持续发展,值得深入探讨. 本文着重
研究褐土中 P 和 Zn 的形态转化特点,并讨
论其与旱地持续农业的关系.
2　研究方法
采用在田间微区试验基础上进行土壤 P、Zn
分级提取测定的方法, 探讨褐土 P、Zn 养分各种形
态库贮量与变动情况,进而讨论其与水分变化协
调的机理, 阐明其有利于旱地农业持续发展的合
理调控途径.
供试土壤为辽西褐土,微区面积 4m2, 试验方
案见表 1, 3 次重复. P (三料过磷酸钙 )、Zn (硫酸
锌)肥料以不同用量配合在播种前与 0- 20cm 土
层充分混匀,处理 3个月后采取土样, 进行分级提
取测定. P 的分级提取采用顾益初、蒋柏藩的方
法[ 2] , Zn 的分级提取基本上采用 L . M . Shuman
等人的方法[ 3, 4] . P 分级为二钙磷 ( Ca2-P)、八钙磷
( Ca8-P )、铝磷( A l-P )、铁磷( F e-P )、闭蓄态磷 ( O-
P )、十钙磷( Ca 10-P) ; Zn 分级为水溶代换态 ( EX)、
碳酸盐结合态 ( CARB)、有机态 ( OM )、氧化锰结
合态( M nOX )、非结晶氧化铁结合态( AFeOX)、结
晶氧化铁结合态 ( CFeOX)、残余态( RES) . P 用钼
兰显色法分光光度计测定, Zn 用原子吸收分光光
度计测定.
3　结果与讨论
3. 1　褐土中 P 的形态转化
表 1　田间微区试验方案
Table 1 Scheme of field micro-plot experiment
处　　理
T reatment
肥料施用量( g·m-2)
Applied rate of fert il izers
P2O 5 Zn
P2 Zn 1 69. 0 3. 0
Zn1 0 3. 0
P1 Zn 2 34. 5 6. 0
P1 34. 5 0
P1 Zn 1 34. 5 3. 0
　　结果表明,不论施 P 肥多少,钙磷( Ca-
P)均占绝对优势 (表 2) . 各种形态 P 占总
无机 P 的比率有 Ca-P
Al-P> Fe-P 或 O-
P 的分布趋势, 这种分布趋势和褐土的特
性有关,受施肥影响较小,但 Ca-P 中 Ca2-P
的这种比率随施肥而有较大波动(图 1) .
图 1　供试褐土不同施肥处理下各种形态无机 P 占无机
P 总量的比率( 1—5为处理号)
Fig. 1 Rat io of various form s to total inorgan ic P in cin-
namon soil under dif f erent fert ilizat ion t reatments.
　　施肥对各种形态 P 库存量影响显著,
从表 3可见: 1)施 P 肥后, 土壤无机 P 总库
存量均显著提高,其中 Ca8-P 和Ca2-P 提高
最多, O-P 其次, Al-P 和 Fe-P 再次, Ca10-P
最少. 由此可见, Ca10-P 表现为该土壤中最
稳定的无机 P 库,虽其容量较大,但对植物
P 素养分的蓄积和供给能力则很低, 在该
土壤中这种能力最高的库是 Ca8-P 和Ca2-
366 应　用　生　态　学　报 5 卷
表 2　不同施肥处理下褐土中无机磷的形态分布(mg·kg-1)
Table 2 Dis tribution of inorganic P in various forms in cinnamon soil under dif ferent f ertil ization treatments
处　　理
T reatmen t
不同形态中分布 Dist ribut ion in various forms
Ca2-P C a8-P Ca10-P Al-P Fe-P O-P
总　计
Total
P2 Zn 1 105. 83 399. 01 156. 59 102. 67 69. 30 79. 58 912. 98
Zn1 8. 20 274. 32 149. 60 79. 49 46. 22 38. 50 596. 33
P1 Zn 2 58. 91 311. 72 154. 01 85. 57 56. 47 82. 15 748. 83
P1 44. 73 349. 14 153. 61 101. 16 61. 62 79. 07 789. 33
P1 Zn 1 67. 12 311. 79 153. 60 88. 97 56. 47 84. 72 762. 67
P. 2)施 Zn 肥后, 土壤无机 P 的库存量有
所减少, 推测可能与 Zn 肥促进植物生长
吸收及无机 P 转化为有机 P 有关, 后者的
证据是, 在中量 P 肥基础上不施 Zn、中量
Zn 和高量 Zn3个处理的土壤有机 P 含量
分别为 98. 6、130. 9和 155. 8mg·kg -1. Zn
所引起的无机 P 减少主要发生在 Ca8-P
中, Ca2-P 反而有明显增加,这可能是施Zn
增强了生物活性从而有利于 Ca8-P 及 Al-
P 等向 Ca2-P 转化的缘故.
表 3　施用 P肥或 Zn肥对褐土不同形态无机 P库存量的影响(mg·kg-1)
Table 3 Influence of P or Zn fertil ization on the storage of various inorganic P pools in cinnamon soi l
处　　理
T reatmen t
增( + )减( - )量 Increment ( + ) or decrement ( - )
Ca2-P C a8-P Ca10-P Al-P Fe-P O-P
总　计
Total
Zn1 P2 + 97. 63 + 124. 69 + 6. 99 + 23. 18 + 23. 08 + 41. 08 + 316. 65
P1 + 58. 92 + 37. 47 + 4. 00 + 9. 48 + 10. 25 + 46. 22 + 166. 34
P1 Zn 2 + 14. 18 - 37. 42 + 0. 4 - 15. 59 - 5. 15 + 3. 08 - 40. 50
Zn1 + 22. 39 - 37. 35 - 0. 01 - 12. 19 - 5. 15 + 5. 65 - 26. 66
　　综观以上试验结果,可以认定,褐土中
Ca2-P 和 Ca8-P 是转化最活跃的形态, 施
入的 P 首先大量转入这两种形态库,消耗
时也首先大量从这两种形态库中输出,而
且其中 Ca8-P 库的容量很大; Al-P 库和
Fe-P 库在输入输出的形态转化方面较缓
慢, Ca10-P 更缓慢; O-P 库则表现出有相当
高的接纳能力,施入褐土的 P 肥有相当多
的数量会较快地进入这一形态库, 不过其
输出可能是相当缓慢的.
3. 2　褐土中 Zn 的形态转化
从表 4 可见, 供试褐土中的 Zn 以
RES 态最多, 高达 57- 60mg·kg -1, 其次
是 CFeOX态,大约有 14- 16mg·kg-1 ,这
两种形态一般认为是很难被植物利用的,
其它较易被植物利用的形态含量很低, EX
态大约只有 0. 1- 0. 5mg·kg -1, OM 态、
MnOX 态和 CARB 态也大约各只有 1-
3mg·kg -1, 然而, CARB 态的含量可在很
大幅度范围内变动, 低到 0. 2mg·kg -1左
右,高达 13mg·kg -1左右.
　　图 2揭示了不同施肥处理的土壤中各
种形态 Zn 库存量占总库存量的比率分布
图 谱, 可 以 清 楚 地 看 出, RES-Zn 和
CFeOX-Zn分别占 Zn 总库存量的 62. 0-
76. 4%和 16. 9- 18. 9%,二者合计约占 79
图 2　供试土壤不同施肥处理下各种形态 Zn 占 Zn全
量的比率( 1—5为处理号)
Fig. 2 Rat io of various form s to total Zn in cinn amon soil
under dif f erent fert ilizat ion t reatments.
3674 期　　　　邹邦基等: 易旱地区褐土 P、Zn 形态转化特点及其与持续农业的关系　　　　　　　　
表 4　不同施肥处理下褐土中 Zn 的形态分布(mg·kg-1)
Table 4 Dis tribution of Zn in various forms in cinnamon soi l under different fertili zation treatments
处　　理
T reatmen t
不同形态中分布 Dist ribut ion in various forms
EX OM CARB M nOX AFeOX CFeOX RES
总　计
Total
P2 Zn 1 0. 38 1. 80 7. 89 1. 62 2. 11 15. 72 57. 0 86. 52
Zn1 0. 29 1. 90 7. 34 1. 78 2. 11 15. 81 59. 0 88. 23
P1 Zn 2 0. 45 1. 91 12. 94 2. 33 2. 73 16. 37 60. 0 96. 73
P1 0. 12 0. 98 0. 24 1. 19 1. 00 14. 25 57. 5 75. 28
P1 Zn 1 0. 29 1. 55 4. 16 1. 36 1. 63 15. 14 58. 0 82. 13
- 95%, 其它形态库存量合计则仅占 5-
12%. 施用 Zn 肥后 RES 态和 CFeOX 态
的比率降低, 而其它形态的比率则升高,尤
其是CARB态升高特别突出(达几十倍) .
　　由施肥引起的各种形态 Zn 的库存量
的增减变动情况如表 5. 施 Zn 后土壤中
Zn的总量增加,各种形态库中也都有不同
程度的增加,并且无论总量或各种形态都
是施 Zn 量愈高增加愈多, 但在各种形态
库中绝对量的增加也仍以 CARB态最多.
由此可见, 在褐土中 CARB态是库容相当
大且库存量可以大幅度变动的一个 Zn
库, 预示着当 Zn 来源丰富时它能较大量
蓄积,当来源缺乏时它则较容易释放供给,
从而成为该土壤植物 Zn 素营养供给的主
要调控机构.
表 5　施用 P肥或 Zn肥对褐土不同形态 Zn库存量的影响(mg·kg-1)
Table 5 Influence of P or Zn fertil ization on the storage of various Zn pools in cinnamon soil
处　　理
T reatmen t
增( + )减( - )量 Increment ( + ) or decrement ( - )
EX OM CARB M nOX AFeOX CFeOX RES
总　计
Total
Zn1 P2 + 0. 09 - 0. 1 + 0. 55 - 0. 16 0 - 0. 09 - 2. 0 - 1. 71
P1 0 - 0. 35 - 3. 18 - 0. 42 - 0. 48 - 0. 67 - 1. 0 - 6. 1
P1 Zn 2 + 0. 33 + 0. 93 + 12. 7 + 1. 14 + 1. 73 + 2. 12 + 2. 5 + 21. 45
Zn1 + 0. 17 + 0. 57 + 3. 92 + 0. 17 + 0. 63 + 0. 89 + 0. 5 + 6. 85
　　施用中量 P 肥后,土壤中 Zn 的总量
和大多数形态库中的 Zn 量都有所减少,
可能由于 P 促进植物生长引起吸收消耗
增加所致; 高量 P 肥的作用可能比较复
杂,除子生长效应外,高量的磷酸和伴随的
高量 Ca可能影响 Zn的形态转化, 因此其
表现有异于中量 P 肥.
3. 3　P、Zn形态转化与旱地持续农业关系
我国北方褐土地区土壤水分呈波动性
亏缺状态.这种波动不仅发生在年间,而且
发生在季节之间. 缺水时作物生长受到限
制,土壤中即使有较多的养分也不易利用,
如果易溶性养分过多(施肥)反而加剧干旱
危害;一时性水分充足(降雨)时作物迅速
生长(这些地区生长季节光、热资源丰富) ,
则需迅速而大量的吸收养分.由此可见,如
果土壤能把养分预先以适当的形态较大量
库存,干旱时呈蓄积状态不致加剧植物干
旱危害,一旦土壤水分充足时又较容易地
转化为植物可直接吸收的形态以满足植物
需求,则能充分发挥有限降水的作用,提高
水分和养分利用效率,争取高产稳产.
本试验结果表明, 对 P、Zn养分来说,
褐土本身具有这种潜在能力.供试褐土中
Ca8- P 库的流通容量(较易输出和输入的
容量)可达 125mgP·kg 土-1左右, 以 0-
20cm 土层估算,耕层土壤 Ca8-P 库的总流
通容量高达 280kgP·ha-1 ,而高粱、玉米等
高产作物(包括根)需吸 P 量也不过 30kg
·ha-1; Ca8-P 的流通容量超过此需要量的
9倍以上. 因此,只要通过合理施肥培肥手
段使 Ca8-P 库库存丰满,就有可能在 P 素
养分方面形成对水分波动的协调适应力.
而就 Zn 来说,供试褐土 CARB-Zn 库的流
368 应　用　生　态　学　报 5 卷
通容量可达 13mgZn·kg -1土左右, 0 -
20cm 耕层土壤 CARB-Zn 库的总流通容
量高达 29kgZn·ha-1, 而作物地上地下部
分需吸 Zn 量总共不超过 1. 5kgZn·ha-1;
CARB-Zn 库的流通容量超过作物需 Zn
量 19倍以上.因此,亦只要通过合理施肥
培肥手段使 CARB-Zn 库库存丰满, 就有
可能在 Zn素养分方面形成对水分波动的
协调适应力.
诚然, Ca8-P 库和 CARB-Zn 库的流通
容量不等于有效态容量,不可能全部流向
植物吸收,但相对来说是较容易流向植物
吸收的,扣除其它流向的一定数量,上述论
断也是合理的.
增大褐土中 Ca8-P 和 CARB-Zn的库
存量不仅具有协调适应水分波动, 使干旱
地区土壤水分供给与 P、Zn 养分供给同
步,提高天然降水利用效率的作用,而且也
必然具有提高 N 肥利用效率的作用, 从而
在提高作物产量的同时,节省消耗,提高经
济效益. 由于 P、K 和 Zn 对作物抵御干旱
有特殊作用,而干旱时作物对这些元素的
吸收远不如吸 N 容易, 因此配合该土壤较
多的 K 素库存, 进一步丰富 P、Zn 养分库
更是缓解干旱危害、保证稳产的重要手段.
在易旱地区争取当季作物高产稳产,不仅
有直接的经济效益, 而且由于作物根茬和
秸秆等生物产量的提高,为土壤培肥增加
了有机物料来源, 从而有利于易旱地区农
业的持续发展.
丰富褐土 P、Zn 养分库最有效的措施
是合理施肥.本试验结果已证明施用化学
P 肥和 Zn 肥对丰富褐土 P、Zn 养分库的
显著效果,其它许多化肥肥效试验,特别是
中长期试验, 亦证明 P、Zn 化肥有较长久
的残效 [ 1] , 也就是说,施入褐土的 P、Zn养
分通过一种机构贮蓄起来可以逐步供给植
物利用. 根据以上论述得知这种机构主要
是Ca8-P 库和CARB-Zn 库. 张漱茗等[ 2]把
褐土装入网室水泥池内进行肥料试验, 据
其报导的 6 年试验结果计算,不施肥和单
施 N 肥的处理土壤无机 P 比原土分别减
少 109. 4 和 122mg·kg -1 , 单施有机肥的
亦减少 79. 57mg·kg-1 , 三者皆主要发生
在Ca8-P 库,而施N、P 或N、P、K 的处理6
年后无机 P 则增加 173. 5mg ·kg-1或
230. 98mg·kg -1, 施 N、P 加有机肥的增加
259. 12mg·kg -1, 它们亦都主要发生在
Ca8-P 库. 这一试验结果一方面证明了前
述关于 Ca8-P 具有很高流通容量, 是褐土
中 P 素养分的主要供蓄机构的论断,另一
方面还证明化肥和有机肥配合施用对丰富
土壤 P 素养分库有更高的效果. 沈善敏
等[ 1]在田间试验中,化肥加有机物(过腹堆
腐)还田比单施化肥处理 6年作物地上部
平均吸 P 高 35% , 6年后土壤速效 P 含量
高54. 9% ,亦证明了有机无机配合施肥的
良好效果.还有不少试验和实践证明,有机
无机配合施肥可以减少土壤容重、改善结
构、增加孔隙度和田间持水量,以及提高土
壤有机质和 N、K 等养分含量等, 从而提高
土壤的蓄水保肥和抵御干旱的能力. 因此
采取有机无机配合施肥的措施,丰富 P、Zn
养分库,培肥土壤, 对旱地农业持续发展有
重要意义.
4　结　　论
4. 1　褐土中钙磷( Ca-P)占绝对优势的比
重,其总量远高于其它形态无机 P; 在供试
褐土中有 Ca-P
Al-P> Fe-P 或 O-P 的趋
势,但 Ca-P 中 Ca2-P 的量往往很低.
4. 2　褐土中 Ca2-P 和 Ca8-P 是转化最活
跃的形态,在施肥或其它条件变动时,其输
入输出都较容易, 而且 Ca8-P 库的容量很
大; Ca10-P 虽然容量也很大, 但其转化缓
慢,流通性小.
3694 期　　　　邹邦基等: 易旱地区褐土 P、Zn 形态转化特点及其与持续农业的关系　　　　　　　　
4. 3　根据试验资料估算,供试褐土耕层( 0
- 20cm) Ca8-P 库的流通容量高达 280kgP
·ha-1 ,而高粱、玉米等高产作物需吸 P 量
不过 30kg·ha-1 , Ca8-P 的流通容量超过此
需要量的 9倍以上.
4. 4　褐土中的 Zn 绝大部分以不易被植
物利用的 RES 态和 CFeOX 态存在;在供
试褐土中二者分别占 Zn总库存量的 62-
76 和 17- 19% , 其它形态 Zn ( AFeOX,
M nOX, CARB, OM 和 EX)总共仅占 5-
21%,以 EX态的量最低.
4. 5　褐土中 EX和 CARB 态 Zn 是转化
最活跃的形态, 施用 Zn 肥后 RES 和
CFeOX 态 Zn 占 Zn 总量的比率降低, 其
它形态的比率则升高, 尤其是 CARB 态
Zn 升高特别突出,说明 CARB 态 Zn不仅
是转化最活跃的形态之一, 而且其容量也
相对很大.
4. 6　根据试验资料估算,供试褐土耕层( 0
- 20cm ) CARB态 Zn 库的流通容量高达
29kgZn·ha-1 ,而作物地上地下部需吸 Zn
量总共不超过 1. 5kg·ha-1; CARB-Zn 库
的流通容量超过作物需 Zn 量 19倍以上.
4. 7　我国北方易旱地区作物生长季节光
热资源比较丰富, 而土壤水分却变动很大,
作物生长随水分状况而起伏,要求土壤养
分的供给最好形成对水分波动的协调适应
状态, 褐土中的 Ca8-P 库和 CARB-Zn 库
提供了这种适应性机构, 缺水时以贮备态
大量存在而不致加剧干旱危害,水分充足
时则迅速释放供给植物吸收,因此这种机
构和旱地作物稳产高产有密切关系.
4. 8　易旱地区褐土一般贫 P 缺 Zn, 有必
要采用有机、无机肥料施肥和培肥土壤,以
丰富 Ca8-P 和 CARB-Zn 库, 配合褐土本
身较丰富的 K 库, 可以增强作物抵御干旱
的能力, 提高天然降水和 N 肥利用效率,
有利于旱地农业持续向高产优质高效方向
发展.
致谢　陈利军同志参加部分分析工作, 特此致
谢.
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370 应　用　生　态　学　报 5 卷