全 文 ： 收稿日期: 20010827
基金项目: 广东省自然科学基金项目(990741)、广东省科技创新百项工程 ( 2KB05602N、2KB05601N)和广东省农业环境
综合治理重点实验室
作者简介: 李淑仪(1957 ) ,女,广东佛山人,研究员.
文章编号: 10011498( 2002) 03026108
雷州桉树人工林下土壤磷肥
活化效果及机理研究
李淑仪1, 蓝佩玲1, 廖新荣1, 徐胜光1, 王尚明2, 杨国清2
( 1. 广东省生态环境与土壤研究所,广东广州 510650; 2. 国营雷州林业局,广东 湛江 524348)
摘要: 应用不同活化剂处理不同性质的磷肥, 对其在玄武岩母质的桉树人工林土壤中的生物效应及
其作用机理进行了研究。结果显示: ( 1)在玄武岩桉树人工林土壤上, 施活化剂处理磷肥均能显著地
提高桉树生长量,其中经有机 2 号活化剂处理后的磷矿粉增加生长量最大; 有机活化剂的最适使用农
度为 5%。( 2)玄武岩桉树人工林土壤中的 Fe、Mn 与 P素有效性关系密切, 且在还原条件下的土壤
Mn对磷的固定作用更大; Si有利于土壤中 P的释放; 适量的 Ca也有利于提高 P的活性; ( 3)供试活化
剂不仅可促进难溶 P的释放,还可控释水溶性 P, 使土壤供磷性能平稳。( 4)在玄武岩砖红壤 桉树
体系中,活化剂对 P的促释和控释机理在于通过对土壤Fe、Mn、Al含量的调节而实现对 P的活化。
关键词: 玄武岩人工林土壤; 桉树;活化剂; 磷;活化机理
中图分类号: S7148 文献标识码: A
自50年代以来,我国土壤缺 P 面积不断扩大, 现在我国土壤的缺 P 面积已达 6 700万
hm2, 67%的耕地缺P。南方酸性土壤缺P 更为严重, 有78%的土壤缺P,且南方土壤淋溶强烈,
土壤 Fe、Al、Mn含量高,极易对肥料中有效 P进行固定, P 肥利用率极低,只有 10%左右。而磷
矿是不可再生的矿产资源,况且我国的磷矿资源并不丰富,由于施肥不当不仅造成浪费, 还引
起环境污染。如能部分提高磷肥利用率,都将带来巨大的社会经济效益。
磷肥利用率低的主要原因是 P的土壤固定作用, 水溶性P 在土壤中容易与 Ca、Mg、Fe、Al、
Mn等结合形成难溶性 P化合物, 据报道,大部分 P 作为无效态被土壤所固定, 至少有 70%
90%的P 进入土壤而成为难以被植物吸收的固定态 P。土壤中的全 P量虽较高, 但对作物有
效的 P含量往往很低,如雷州半岛的桉树人工林土壤, 浅海沉积物发育的砖红壤, 土壤全 P 含
量是有效 P的 1 857倍, 而玄武岩发育的砖红壤其全 P 含量是有效 P 的 9 571倍[ 1] , 这些土壤
中磷肥有效性低的问题, 已影响到桉树速生丰产造纸材基地林的建设,已成了该地区林木生产
力最重要的限制因子之一,因此,提高雷州桉树人工林土壤磷肥的有效性已是迫切需要解决的
问题,而提高土壤磷肥有效性又是国内外土壤科学和肥料学研究中的活跃前沿。
提高磷肥利用率最根本的手段,是开发出能抵御不同酸性土壤中Fe、Al、Mn固定 P的物质
控释 P素养分的载体材料。本文在实验室和盆栽生物试验条件下,研究在玄武岩桉树人
工林土壤中有机和无机活化剂对磷肥的活化控释效果及其机理, 旨在为提高林木肥料利用率
林业科学研究 2002, 15( 3) : 261 268
Forest Research
提供科学依据。
1 材料与方法
11 试验材料
111 供试土壤 供试土壤采自雷州半岛玄武岩砖红壤的桉树人工林耕层土壤,风干后过
3 mm筛, 土壤 pH 为 4. 18,有机质、全量 N、P2O5、K2O分别为 23. 64、0. 92、0. 37、1. 60 g. kg- 1;土
壤碱解N、有效 P、有效K分别为 91. 1、1. 50、1. 50 mg. kg- 1; 交换性 Ca、Mg 分别为 76. 1和 73. 0
cmol. kg- 1。
112 供试活化剂 供试木素由华南农业大学资源与环境学院廖宗文教授提供, 其基本性质
已有研究[ 2, 3] ;有机 1号和 2号由江西出产;无机活化剂由江苏出产。
113 供试肥料 氮肥: 尿素(分析纯) ; 磷肥: 过磷酸钙及磷矿粉。过磷酸钙全 P 量为 203
(P2O5) mg. kg
- 1
,有效P 为 156( P2O5) mg. kg- 1;磷矿粉为开阳磷矿粉,其全 P 量为 276( P2O5) mg.
kg
- 1
, 有效 P 为58( P2O5) mg. kg- 1;磷酸二氢铵(分析纯)。钾肥:硫酸钾(分析纯)。
114 供试品种 尾叶桉U6 无性系,由国营雷州林业局提供。
12 试验方法
121 盆栽试验
盆栽试验方案: 试验共12个处理, 重复 4次(即 4盆) ,每盆种 1株树苗;每盆装土 5 kg, N、
K施用量分别为 N 0. 414 g. kg- 1土、K 0. 225 g. kg- 1土,磷肥用磷矿粉每盆 7. 5 g;活化处理: 1、
2 均没添加活化剂,分别为 CK1磷矿粉、CK2过磷酸钙(每盆 7. 5 g ) ; 3 CK3添加 3%木
素; 4、5、6 分别添加有机 1 号活化剂 3%、5%、10%; 7、8、9 分别添加有机 2号活化剂
3%、5%、10% ; 10、11、12 分别添加无机活化剂 15%、25%、35%。各物料与土壤充分混匀
后再装进盆中种上树苗。
处理方案有 3个对照, 其中 CK3的木素是经过多次试验, 证明该活化剂和该浓度是有效
的[ 4, 5]。
栽培管理:盆栽试验在网室内进行,盆栽试验于2000年 8月 28日每盆种1株树苗(出圃苗
木) ,生长至 11月 9日止。分别于种植前、种植后 22、43、73 d量株高和地径,计算净增株高(用
每次调查实测值的株高减去种植时的株高,得净株高 H)。
122 室内模拟试验
活化剂对防止土壤固磷的作用: 试验设 4 个处理, 1 不加活化剂; 2 0. 02 g 木素;
3 0. 02 g 有机1号; 4 0. 02 g有机2号。每处理3重复,分别将各处理与5 g土置于离心
管中加水 4 mL 摇混后加50 mg. kg- 1 NH4H2PO4溶液25 mL,充分搅拌后, 振荡 30min,离心吸取
5 mL 清液测溶液中 P 含量。
土壤培养条件下活化剂对磷肥有效性影响:用培养皿称 50 g土培养, 试验处理: 1 CK1
没有添加磷肥和活化剂; 2 CK2仅添加磷矿粉 1. 15 g(此量下同) ; 3 CK3添加磷矿粉及
3%木素; 4 添加磷矿粉及 3%有机 1号; 5、6、7 分别添加磷矿粉和 3%、5%、10%有机 2
号; 8 添加磷矿粉和20%无机活化剂; 9、10、11、12、13 分别添加磷铵及活化剂 0( CK4)、
8%有机 1号、8%有机 2号、13. 3%有机 2号和 65%无机活化剂。混匀加水(保持湿润) ,于 4、
14、42、63 d后取样,测有效 P和活性 Fe、Al、Mn、Ca、Si。
262 林 业 科 学 研 究 第 15卷
13 分析方法
土壤有效 P、活性 Fe、Al、Mn、Si、Ca,用双酸( 0. 05 mol L- 1 HCl 0. 025 mol L- 1 1/ 2 H2SO4)
一次性浸提,钼锑抗比色法测定P, 其它元素用等离子发射光谱( ICP)测定。
14 数据统计方法
试验数据用 Excel和 SAS计算机统计软件进行处理, 图表中数据均为各处理中各重复之
间的平均值,多重比较用新复极差(SSR)法。
2 结果与讨论
21 桉树盆栽生长效应
从图 1A可看出,在玄武岩砖红壤的桉树人工
林土壤上,桉苗植后 22 d的净株高超过过磷酸钙
处理,最好是 5处理( 5%的有机 1号) , 且与各处
理间差异极显著( p = 0. 013 6) ; 效果超过过磷酸
钙处理但差异不显著的有 9处理( 10%有机 2号)
和3处理( 3%木素) ; 生长量最差的是 1处理(施
磷矿粉不加活化剂) 和 12 处理 ( 35% 无机活化
剂)。
图1B 表明, 桉苗植后 43 d 的净株高超过过
磷酸钙处理的有 3个处理, 最好的仍然是 5处理,
且与各处理间的差异极显著( p = 0. 001 1) ; 其次
是8( 5%有机 2号)、9( 10%有机 2号) ;最差的是4
处理( 3%有机1号)和 1处理(施用磷矿粉不加活
化剂)。
从图 1C可看出, 桉苗植后 73 d, 净株高超过
过磷酸钙处理的依次有: 5处理( 5%有机 1号)、8
图 1 几种活化剂及其不同浓度处理
磷矿粉对桉树生长的影响
处理( 5%有机2号)、11处理( 25%无机活化剂)、9
处理( 10%有机 2号)、7处理( 3%有机 2号)。
桉树盆栽的试验结果表明, 在玄武岩砖红壤
条件下,用于对磷矿粉的活化是有机2号和有机1
号作活化剂效果较好,最适使用浓度为 5%。
22 活化剂对防止土壤固 P 的作用
活化剂对防止土壤固 P 作用的模拟试验结果
列于表 1,试验显示,在玄武岩砖红壤上加入不同
活化剂处理的土壤溶液中 P 浓度均高于不加活化
剂的对照处理, 这表明,加入适量有效的活化剂到
263第 3 期 李淑仪等: 雷州桉树人工林下土壤磷肥活化效果及机理研究
表 1 活化剂对玄武岩砖
红壤水溶性 P的影响
处理号 淋出液有效 P含量/
( mg. kg- 1)
1: CK 1. 237
2:木素 4. 379
3:有机 1 号 7. 888
4:有机 2 号 4. 292
土壤中有利于减少土壤对施入土壤中水溶性 P 的固
定作用,使土壤溶液中能保持较高浓度的有效性 P。
这与 R. J. Xie[ 6]和肖雄师等[ 4]的研究结果一致。试
验结果同时显示,三种活化剂当中, 有机 1号对玄武
岩砖红壤的作用优于木素,这与盆栽试验中桉树的生
长效应相吻合。
图 2 活化剂处理磷矿粉后土壤中有效 P及活性 Fe、Mn、Si含量
23 不同活化剂及其不同浓度对难溶性磷肥 磷
矿粉中P 的促释效果
从图 2B可知,几种活化剂对土壤中速效 P影响也有较大的差异,所应用的几种活化剂当
中, 4 d时测得有效 P 含量最大的是木素的处理,其它依次是有机 1号、有机 2号,最差是无机
活化剂;在 14 d时,土壤有效P 含量则依次是有机 2号、有机1号、木素、无机活化剂; 63 d时测
得风干土壤有效 P 含量最高是有机 1号,其它依次为有机 2号、木素和无机活化剂。
4 d和14 d及 63 d时测定,用有机2号处理磷矿粉,在加入量为 3%、5%、10%均能提高土
壤有效P 含量,其中加入量为 5%时有效 P提高的量比 3%的高,但加入量达到 10%时土壤有
效P 开始下降, 其中原因有待进一步研究。在玄武岩砖红壤条件下, 有机活化剂加入量最适为
5% ,这与盆栽试验桉树的生长效应相吻合。
264 林 业 科 学 研 究 第 15卷
24 不同活化剂培养磷矿粉后土壤中有效 P与各有关元素的相关性
在玄武岩砖红壤中, 施入经不同活化剂处理的磷矿粉后,土壤有效P含量与可能固P 或与
P 有关的元素含量之间的相关系数列于表2。从表 2可知,土壤在风干状态下与有效 P含量完
全呈负相关的有活性Fe和活性Mn;有效 P与活性 Fe的相关系数大于与活性Mn的相关系数;
其中活性 Fe 的相关系数是风干状态下大于湿润状态下的;而活性 Mn的相关系数是湿润状态
大于风干状态的。
表 2 不同活化剂培养磷矿粉后土壤有效 P 与有关元素的相关系数( r)
4 d 14 d 42 d 63 d(干) 63 d(湿)
Fe - 0. 86* * - 0. 83* * - 0. 96* * - 0. 95* * - 0. 88* *
Mn - 0. 45 - 0. 46 - 0. 52 - 0. 56 - 0. 79* *
Al 0. 66 - 0. 54 0. 72* 0. 98* * 0. 94* *
Ca 0. 92* * 0. 91* * 0. 99* * 0. 76*
Si - 0. 40 - 0. 47 - 0. 24 0. 064
注: 1. 4 d、14 d、42 d的测定结果均风干土测, 63 d则分别测定了风干土和湿润土。2. r0. 05= 0. 666, r0. 01= 0. 798
图 3 活化剂与磷矿粉作用培养 63 d后干、湿土有效P 和活性Mn含量
从表 2还可知,活性Ca含量与有效P 含量之间的关系呈正相关, 且相关显著。这可能是
由于在酸性土壤中 Ca可减轻或消除 Fe3+ 、Mn2+ 、Al3+ 过量存在的抑制作用[ 9] , 因而在一定范
围内对P 的活化有促进作用[ 10] , 还有资料表明, 酸性土壤中施适量石灰( Ca)可促进小麦吸收
P。说明在酸性桉树人工林土壤条件下,适量的 Ca也有利于提高 P的活性。
一般说来, 活性 Al与 P 的固定作用也有密切关系, 而与此相反, Si对 P 有效性有促进作
用, 而表2中, 活性Al、Si含量与有效P 含量之间的相关性呈正负混合无规律性,原因有待进一
步研究。
表2的结果说明在玄武岩砖红壤条件下, Fe和Mn与P 素有效性关系较密切,且成为 P素
有效性的限制因素; Ca 则是提高磷有效性的有利因素,而 Al、Si相比之下都不是影响土壤磷肥
有效性的主要因素。
25 相同活化剂在玄武岩砖红壤中与磷矿粉混合后干、湿土有效 P 的差异
活化剂与磷矿粉混合 63 d后,分别测定了风干土和湿润土的有效 P(图 3B 所示) , 所有处
265第 3 期 李淑仪等: 雷州桉树人工林下土壤磷肥活化效果及机理研究
理的土壤有效 P含量均为湿润土低于风干土,而变价元素Fe、Al、Mn 3个之中, 只有Mn含量与
P 含量相对应呈相反变化,即体系中 Mn含量高时则P 含量低, Mn含量制约 P含量。根据分析
结果(图 3A所示) ,湿润状态下含量高于风干状态的只有Mn,说明在还原条件下的土壤 Mn对
P 的固定作用大于Fe、Al。
26 在玄武岩砖红壤上不同活化剂对磷矿粉释 P及有关元素的动态效应
从图 2B可看出,在土壤中活化剂处理磷矿粉有效 P含量在不同时间测定结果表明, 4 d时
木素和有机 1号、有机 2号已开始起释 P作用, 14 d后除无机活化剂外,所有的有机活化剂的
有效 P含量均超过了对照,而木素在前期有效 P比其它活化剂高,而后期较其它活化剂低,这
可能由于其所用浓度偏低( 3%)所致;而无机活化剂的有效 P 越往后效果越好,此外释出活性
Si的效果比释出有效 P 效果更好,这可能与 Si利于促进 P 的释放有关, 很多研究已表明 Si可
促进 P的吸收[ 7 8] , 这一点解释了为什么桉树盆栽试验中这种活化剂在生长 73 d后生长量赶
上了不同浓度的有机活化剂。
从图 2A、C、D中还可看出, 在不同时间段中, 与对照相比, 与有效 P 变化方向相反的有
Mn、Fe, 与有效P 变化方向相同的是 Si, Ca 与 Si相似(图略) ,而 Al则自身变化不大(图略) ,进
一步说明有效 P的变化与Fe、Mn的关系比Al关系更密切; 在所有时间段中, 施不同活化剂与
磷矿粉的处理,活性 Fe 和Mn均比土壤( CK1)明显降低, 而有效 P 则明显提高,说明土壤中的
活性 Fe、Mn是与土壤中大量的有效 P结合, 使其活度下降, 这一点也说明了 Fe、Mn与 P 关系
的密切性。
图 4 活化剂处理磷铵后土壤中有效 P及活性 Si、Fe、Mn动态变化
266 林 业 科 学 研 究 第 15卷
27 不同活化剂对水溶性磷肥 磷酸二氢铵中 P 的控释效果
图4的结果显示,在玄武岩砖红壤中施入磷铵后,土壤中有效 P 的测出值只有加入活化剂
处理的50%左右,而且随着时间的推移而不断降低。而几种活化剂加磷铵的处理,土壤有效 P
在不同时间段的测出值, 均大幅度高于对照。说明几种活化剂对水溶性 P 均有防固定性能和
平稳供肥性能, 但其中也有差异,如图 4所示, 供试的三种活化剂均对 P有保护作用,多数是湿
润土的有效P 低于风干土,只有 10处理(有机 1号)的土壤有效 P 在不同时间段中所测出的土
壤有效P 量较一致,而且风干土与湿润土的测定值差异不大,表明有机 1号对水溶性 P的保护
效果最好,使其供 P性能相对最平稳。而无机活化剂的后劲较足, 在前期它比不上有机活化
剂,但在 63 d后,用它处理的磷铵的有效 P量超过了有机活化剂, 说明这种无机活化剂对水溶
P 的控释作用良好。
28 玄武岩砖红壤中施磷铵加活化剂对可能影响 P 有效性的有关元素含量的影响
表3和图4均显示,玄武岩砖红壤施磷铵加活化剂对土壤中活性 Si含量有着与有效 P 同
样的效应,即在提高土壤有效 P的同时,也提高了土壤活性 Si的含量,由于 Si P 间存在协
同效应,已有研究证明[ 8, 10] Si可以使土壤中持正电荷的无定形[ FeAl2O3] 0. 5+ 转变为带负电荷
的[ FeAlSi( OH) 3] 0. 5- , 从而减少土壤对H2PO4- 和HPO42- 的固定。所以提高了活性 Si的作用
等同于提高有效 P 含量。
表 3 玄武岩砖红壤施磷铵加活化剂后土壤有效 P与有关元素的相关系数( r)
4 d 14 d 42 d 63 d(干) 63 d(湿)
Fe 0. 112 0. 236 - 0. 775 0. 565 0. 481
Mn 0. 465 0. 506 0. 888 0. 765 0. 846
Al 0. 851 0. 003 0. 874 0. 963 0. 975
Ca 0. 197 0. 069 0. 199 0. 483
Si 0. 989* * 0. 785* * 0. 838* * 0. 974* *
注: 14、14、42 d的测定结果均风干土测, 63 d则分别测定了风干土和湿润土。2 r0. 05= 0. 666, r0. 01= 0. 798
图4还显示, 施磷铵加活化剂对 Fe、Mn、Al等的效应与施磷矿粉时所产生的效应不同,施
磷铵时加活化剂后土壤的活性 Fe、Mn、Al含量均比对照高,说明施磷铵加活化剂使土壤有效 P
含量平稳,也是通过对土壤Fe、Mn、Al含量的调节而实现对水溶性 P的控释作用的。
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Research on Activation Effects and Mechanisms of Phosphatic Manure
in Soil under the Eucalypt Plantation in Leizhou Peninsula
LI Shuyi 1, LAN Peiling1, LIAO Xinrong1, Xu Shengguang 1, WANG Shangming2, YANG Guoqing2
( 1.Guangdong Institute of Eco environmental and Soil Sciences, Guangzhou 510650, Guangdong, China;
2. Leizhou forestry Bureau, Zhanjiang 524348, Guangdong, China)
Abstract: Several activation agents were used to treat various phosphate fertilizers and their biological ef
fect and mechanism in soil under the eucalypt plantation on basaltlatolol were studied. The results are as
follows: ( 1) The growth of eucalypt increased markedly in soil under the eucalypt plantation on basaltla
tolol when potted plants were tested by a few activation matters to examine the phosphatic manure. The
phosphorus powder treated by activation agent No. 2 can promote the increment of eucalypt trees signifi
cantly. The feasible concentration of organic activation agent is 5% . ( 2) The Fe and Mn elements in the
plantation soil are closely correlated to the efficiency of P element, and the soil Mn has greater fixat ion ef
fect on P under the condit ion of reduction. Si can benef it the release of P in soil, and proper Ca content
can also increase the activity of P element. ( 3) The activation agents tested can not only promote the re
lease of hardsoluble P, but also control the release of watersoluble P so as to stabilize the P supply from
soil. ( 4) In the basaltlatolol soileucalypt system, the promot ion and control mechanism of activation a
gents to P is to adjust the contents of Fe, Mn and Al in soil so as to realize the act ivat ion of P.
Key words: basaltlatolol soil; eucalypt; activation agent ; phosphorus; act ivat ion mechanism
268 林 业 科 学 研 究 第 15卷