黑土磷形态与结构对施磷与不施磷有效磷效率差异的影响机制

Soil available phosphorus (P) change and management are the focuses of soil science, agricultural and environmental science at home and aboard in long-term. Soil available P efficiency（Olsen P change rate by each P budget unit）is related to the composition and structure of soil P fractions. As the black soil available P efficiency had significant differences between no P and P fertilizer treatments in Gongzhuling of Jilin province, three historical years soil samples and two years soil samples of the project under different fertilization patterns would be collected in this study, the inorganic P and organic P fractions; and the content and structure of soil P fractions, organic P compounds and organic carbon fractionnation; organic calcium, iron and aluminum complex through nuclear magnetic resonance and synchrotron radiation will be analyzed. Our study may help to explore P fraction and its mechanisms on contrasting soil available P efficiencies under the two fertilization models. The results may promote the resrach of soil available phosphorus change, and provide a scientific basis for scientific management of available P in black soil and reasonable P fertilization in practice.

土壤有效磷水平的科学管理受到了国内外土壤学、农学和环境科学界的长期关注。土壤有效磷效率（单位磷平衡土壤有效磷的变化量）与土壤磷形态和结构特征存在密切的关系。基于在20多年吉林公主岭黑土施磷和不施磷条件下土壤有效磷效率存在明显差异，本项目选取不同施磷模式下的3个典型历史年份和2个本项目执行年份的耕层土壤样品，采用土壤磷形态顺序连续提取、核磁共振和同步辐射等手段分析其无机磷形态及钙磷、铁磷和铝磷的内部结构；有机磷形态及有机磷化合物种类与含量以及与有机碳组分的关系；有机钙、铁和铝络合物的含量、类型与结构，围绕土壤组分与磷形态变化特征的相互作用，以探明不同施肥模式下不同磷形态转化对土壤有效磷效率差异的影响机制。本项目的顺利完成，将会在理论上促进土壤有效磷的演变机制的深入研究，实践上为黑土磷肥的合理施用和农业可持续利用提供科学依据。

由于过量磷肥施用，造成土壤磷素大量累积，合理利用累积磷是我国农业生产持续发展和环境友好的重要科学问题。本研究选取了我国东北地区公主岭黑土（玉米连作）长期不同施肥模式的土壤为研究对象，包括不施肥（CK）、施氮肥（N）、施氮钾肥（NK）、施氮磷肥（NP）、施氮磷钾肥（NPK）与氮磷钾肥配施有机肥（NPKM）。本项目应用顺序和核磁方法，研究长期不同施肥累积磷不同有机磷和无机磷的形态特征及其与土壤性质、磷盈亏、土壤有效磷效率的响应关系，探索了不同施肥模式黑土有效磷效率差异的形态学机理，为合理利用土壤累积磷和磷肥的科学施用提供科学依据。.20多年不施磷黑土活性磷占全磷的比例逐渐减小，与1990年比，2010年CK与NK处理活性磷形态含量分别减少5%和2%，且中活性无机磷（Ca8-P, Al-P, Fe-P）含量下降较明显，高活性的Ca2-P和低活性无机磷（Ca10-P, O-P）含量有所上升；化肥与化肥配施有机肥处理，活性形态磷含量的比例均上升10%。作物共吸收了35.48 mg/kg的磷，同时中活性磷形态含量增加了5.75 mg/kg，这些磷主要来源于31.18 mg/kg的稳定态磷。20多年的化肥磷投入使得NPK处理的土壤总磷下降了28.84 mg/kg，但活性磷形态含量增加了45.22 mg/kg，中活性磷形态含量增加了43.51 mg/kg，稳定态磷含量下降了117.56 mg/kg。有机肥配合化肥施用，土壤总磷共增加了647.39 mg/kg，其中有42.29%转化为DilHCl-Pi，有16.60%、14.74%和16.41%分别转化为Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi。结果表明，Resin-P、NaHCO3-Pi与NaOH-Pi，其与有效磷效率的相关性分别为0.97、0.95、0.95，均达到极显著的水平，即活性高的无机磷对有效磷效率的贡献最大。而与不施磷肥的处理相比，磷肥的施入提高了活性磷形态含量（Resin-P+NaHCO3-Pi+NaHCO3-Po）占全磷的比例，NPKM处理的活性磷形态的比例较CK与NK分别高出19%与16%；施用磷肥的处理活性较高的Ca2-P, Ca8-P, Al-P, Fe-P含量均上升，活性较低的Ca10-P, O-P均下降，NPKM的有效磷效率较高，且与土壤有机质呈显著的正相关关系，与土壤pH值呈显著负相关关系。