生态环境 2003, 12(4): 456-461 南通SEO ，南通网络营销
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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 ） 作者简介：李淑仪（1957–），女，研究员，从事土壤化学与植物营养方面的研究。 收稿日期：2003-06-06
砂页岩赤红壤磷肥活化效果及其机理研究
李淑仪1，蓝佩玲1，廖新荣1，徐胜光1，张凤明 2
1. 广东省生态环境与土壤研究所，广东 广州 510650；
2. 梅县沙田柚研究所，广东 梅州 514031
摘要：应用不同活化剂处理不同性质的磷肥，并对其在砂页岩赤红壤中的生物效应及作用机理进行了研究。结果表明，在砂页岩赤红壤上，施用供试的几种经活化剂处理的磷肥均能显著提高蔬菜生物量。砂页岩赤红壤中的铁、锰质量分数与磷素的有效性有密切的关系，且在还原条件下，土壤铁、锰对磷的固定作用更大；硅、钙可促进土壤中磷的释放。供试活化剂不仅可促进难溶磷的释放，还可控制水溶性磷的释放，使土壤供磷性能平稳；有机活化剂的用量，用于难溶性磷促释时其质量分数为3%，用于水溶性磷控释时其质量分数约为14%。在土壤-植物体系中，活化剂对磷的促释和控释机理是它通过对土壤铁、锰、铝质量分数的调节而实现对磷的活化。
关键词：砂页岩赤红壤；磷肥；活化剂；生物效应；活化机理
中图分类号：S143.2；S147.4；S153 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2003）04-0456-06
水溶性磷在土壤中容易与钙、铁、铝、锰等结合形成难溶性磷化合物，这是造成磷肥利用率低的主要原因[1~6]。因此，调节和提高磷肥的有效性是合理施用磷肥的基本前提。提高磷肥利用率最根本的手段，是开发出能控制磷素养分释放的载体材料，这些材料能抵御各种酸性土壤中固定磷的物质，如铁、铝、锰。作者研究了在砂页岩赤红壤中，应用有机和无机活化剂对磷肥的活化控释效果及其机理，旨在为提高红壤的磷肥利用率提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试土壤
采自广东省梅州市梅县扶大镇砂页岩发育的赤红壤。样品风干后过3 mm 筛。土壤pH 为4.88，有机质质量分数为22.16 g/kg ，N 、P 2O 5、K 2O 总质量分数分别为1.06、0.27、1.24 g/kg ；土壤碱解N 、有效P 、有效K 、交换性Ca 、Mg 质量分数分别为74.57、9.0、101.0、683.4、85.5 mg/kg 。土壤用“双酸”1次性浸提测出的元素质量分数如表1所示。
1.2 供试物质与分析方法
供试活化剂、肥料和土壤有效磷、活性铁、铝、锰、硅、钙的分析方法与前文[1, 2]相同。 1.3 盆栽试验
供试的盆栽作物为蔬菜，品种与管理方法与前
文[1, 2]相同。试验分12个处理，每个处理4次重复，每盆装土1.25 kg ，氮肥施用量（N 与土壤的质量之比）为0.104 g/kg ，钾肥施用量（K 与土壤的质量之比）为0.57 g/kg 。各物料按不同处理混合，并与土壤充分混匀，然后再装进盆中种上菜苗。蔬菜连续种两造，在种第二造时，补追氮肥和钾肥，补追的N 、K 质量分数分别为0.15、0.083 g/kg 。 1.4 室内模拟试验
室内模拟试验主要是研究土壤培养条件下活化剂对磷肥有效性的影响。用培养皿称50 g 土培养，设处理如下：
（1）CK1没有添加磷肥和活化剂；
（2）CK2仅添加磷矿粉1.15 g （以下处理所添加的磷矿粉质量与此量相同）；
（3）添加磷矿粉和质量分数为3%的有机活化剂1号；
（4）添加磷矿粉和质量分数为3%的有机活化剂2号；
（5）添加磷矿粉和质量分数为5%的有机活化剂2号；
（6）添加磷矿粉和质量分数为20%的无机活化剂1号；
（7）添加磷矿粉和质量分数为20%的无机活化剂2号；
（8）添加磷铵； （9）添加磷铵和质量分数为8%的有机活化剂1号； （10）添加磷铵和质量分数为8%的有机活化剂2号；
表1 供试土壤用“双酸”1次性浸提测出的元素质量分数
P
Ca
Si
Fe
Al
Mn
w /(mg kg -1)
20.0
3235.0
73.54
30.89
498.63
53.03
李淑仪等：砂页岩赤红壤磷肥活化效果及其机理研究457
（11）添加磷铵和质量分数为14%的有机活化
剂2号；
（12）添加磷铵和质量分数为50%的无机活化
剂1号；
（13）添加磷铵和质量分数为50%的无机活化
剂2号。
各处理物质混匀，加水（保持湿润），于4 d、
14 d、42 d、63 d、280 d、560 d取样，测定有效磷
质量分数，前4次还测定活性铁、铝、锰、钙、硅
质量分数。
2 结果与讨论
2.1 盆栽蔬菜生长状况
表2的试验结果显示，在磷矿粉组，第一茬菜芯生物量超过过磷酸钙处理的是无机2号、有机2
号、无机1号活化剂处理的，生物量接近过磷酸钙处理的是有机1号活化剂处理的；在磷铵组，所有处理的生物量均超过磷铵处理的，其中生物量最大是有机2号活化剂处理的。
在磷矿粉组，所有活化剂处理的两茬蔬菜的生物量总和，均超过对照（仅施磷矿粉）的，超过过磷酸钙的有有机2号、无机1号、无机2号处理的；在磷铵组，所有活化剂的处理的两茬蔬菜的生物量总和，均超过对照（仅施磷铵）的，其中有机2号处理的生物量仍为最大。
无论在第一茬还是在第二茬，砂页岩赤红壤施用过磷酸钙和磷铵均有较好的效果（表2）。磷铵在这种土壤上的施用效果优于过磷酸钙。经合适的活化剂处理后，其效果比在玄武岩砖红壤上的效果[1]更好。这可能是由于玄武岩砖红壤活性锰质量分数（139 mg/kg）[1，2]高于砂页岩赤红壤（53.03 mg/kg，表1），致使磷在土壤中被固定的作用更强。
2.2 不同活化剂对磷矿粉中磷的促释效果
从图1可知，几种活化剂对土壤中速效P质量分数的影响也有较大的差异。所测得的结果与盆栽试验的结果相吻合。另外，有机2号质量分数为3%的处理效果比5%的好，即随着活化剂质量分数的提高，土壤有效磷有下降的趋势。这说明在砂页岩赤红壤条件下，用于难溶磷促释时，有机活化剂的质量分数最好不超过3%。
2.3 不同活化剂培养磷矿粉后土壤中有效磷质量分数与各有关元素质量分数的相关性
从表3可知，从4 d至63 d的时间段中，在土壤风干状态下，活性铁质量分数与有效磷质量分数呈完全负相关、且负相关的系数较大，而其它与铁有关的比值也呈显著至极显著的负相关。有效磷质量分数与活性锰的关系也大部分呈负相关，但不显著。这说明在砂页岩赤红壤条件下，活性Fe固定土壤有效P的作用最强，其次是活性Mn。
有效磷质量分数与活性Ca质量分数的关系在大多数时间段中呈极显著正相关。这可能是由于在
图1 不同活化剂对磷矿粉的作用效果
表2 盆栽试验各处理的两茬蔬菜生物量
处理第一茬菜芯
/(g?盆-1)
第二茬生菜
/(g?盆-1)
两茬生物量合计
/(g?盆-1)
1. 不施肥28.75 5.38 34.13
2. 磷矿粉55.00 11.76 66.76
3 .过磷酸钙56.75 11.98 68.73
4. 磷矿粉+5%有机1号5
5.00 13.26 68.26
5. 磷矿粉+5%有机2号62.50 19.15 81.65
6. 磷矿粉+20%无机1号63.75 15.93 79.68
7. 磷矿粉+20%无机2号63.85 23.85 87.7
8. 磷铵72.50 8.53 81.03
9. 磷铵+14%有机1号75.00 12.21 87.21
10. 磷铵+14%有机2号85.00 17.99 102.99
11. 磷铵+50%无机1号73.75 3.52 95.72
12. 磷铵+50%无机2号77.50 10.87 88.37
表3 不同活化剂培养磷矿粉后土壤有效磷质量分数
与有关元素质量分数及其比例的相关系数（r）项目
土壤有效磷质量分数与有关元素质量
分数及其比例的相关系数（r）
4 d 14 d 42 d 63 d (干)1) 63 d (湿)2) w(Fe) -0.970** -0.941** -0.538 -0.856** -0.912** w(Mn) -0.233 0.0593 0.753* -0.348 -0.411
w(Al) 0.899** 0.459 0.877** 0.949** 0.958**
w(Ca) 0.916** 0.907** 0.629 0.962**
w(Si) 0.369 0.420 0.432 0.378
w(Fe)/w(Al) -0.977** -0.946** -0.950** -0.957** w(Fe)/w(Mn) -0.972** -0.939** -0.683* -0.869** w(Al)/w(Fe) 0.717* 0.674* 0.681* 0.158
w(Al)/w(Mn) 0.784* 0.637 -0.467 0.682* 0.841**
w(Mn)/w(Fe) 0.790* 0.776* 0.448 0.116
w(Mn)/w(Al) -0.887** -0.760* 0.403 -0.914** -0.913** w(Fe)/w(Ca) -0.978** -0.959** -0.973**
w(Fe)/w(Si) -0.972** -0.947** -0.888**
w(Al)/w(Ca) -0.684* -0.961** 0.0387 -0.971**
w(Al)/w(Si) 0.245 0.106 -0.592 0.566
w(Mn)/w(Ca) -0.868** -0.962** 0.323 -0.973**
w(Mn)/w(Si) -0.549 -0.397 -0.581 -0.659
1）4、14、42 d时所测的土壤均为风干土，63 d时则分别测定了风干土和湿润土
2）r0.05=0.666；r0.01=0.798
458 生态环境第12卷第4期（2003年11月）
酸性土壤中钙可减轻或消除Fe3+、Mn2+、Al3+过量存在的抑制作用[7]，因而在一定范围内对磷的活化有促进作用[1，2]。还有资料[8]表明，酸性土壤中施适量石灰（钙）可促进小麦吸收P。这说明在砂页岩赤红壤条件下，适量的钙也有利于提高磷的活性。
而有效磷质量分数与活性Al质量分数的关系在大多数时间段中呈极显著正相关。这是由于Al 与P的结合所产生的沉淀的离解度较高。
表3中，活性硅质量分数与有效磷质量分数之间呈正相关，这与作者[1, 2]的研究结果“硅对磷有效性有促进作用”相一致。
活性铁、锰质量分数与有效磷质量分数的相关系数在湿润状态下大于风干状态下。活性铝、硅、钙质量分数与有效磷质量分数之间的相关性呈正相关，进一步说明在砂页岩赤红壤条件下，铁与磷素有效性关系较密切，其次为锰，而铝、钙、硅相比之下都不是影响土壤磷肥有效性的主要因素。
2.4 活化剂在砂页岩赤红壤中培养磷矿粉后干、湿土壤有效磷的差异
用活化剂培养磷矿粉63 d时，分别测定了风干土和湿润土的有效磷质量分数（图2）。图2-a中多数处理的湿润土有效磷质量分数低于风干土的，而变价元素铁、铝、锰之中，只有锰质量分数与磷质量分数呈相反变化，即锰质量分数高时则磷质量分数低，锰质量分数制约着磷质量分数的变化。
根据分析结果（图2-b），湿润状态下质量分数高于风干状态最明显的是锰，说明在还原条件下的砂页岩赤红壤中，锰对磷的固定作用大于铁。这一点与玄武岩砖红壤[1, 2]相同，尽管砂页岩赤红壤中的活性锰质量分数（53 mg/kg）远低于玄武岩砖红壤的（139 mg/kg）。
2.5 砂页岩赤红壤上不同活化剂对磷矿粉释磷及有关元素的动态效应
从前面图1可看出，在土壤中用活化剂培养磷矿粉，有效磷质量分数在不同时间测定的结果表明，4 d时有机1号、有机2号、无机2号已开始起释磷作用，14 d后除无机1号活化剂外，其它活化剂处理的有效磷质量分数均超过了对照；而无机1号活化剂处理的有效磷质量分数比其它各种活化
剂处理的均低，但活性硅质量分数则在各时间段均
图2 活化剂与磷肥作用63 d后干、湿土壤有效P、Fe、Al、Mn质量分数
李淑仪等：砂页岩赤红壤磷肥活化效果及其机理研究459
最高，说明其释出活性硅的效果比释出有效磷的效果更好，这可能与硅利于促进磷的吸收有关。已有研究[1, 2]表明硅可促进磷的吸收。这一点解释了为什么蔬菜盆栽试验中这种活化剂的生物效应较好，仅次于无机2号。
从图3可看出，在不同时间段中，与对照相比，与有效磷变化方向相反的只有铁。在所有时间段中，施进磷矿粉或活化剂处理磷矿粉的所有处理，测出的活性铁量均大大低于原土壤（处理1），即施磷后活性铁均比土壤（CK1）明显降低，而有效磷则明显提高，说明土壤中的活性铁是与体系中大量的有效磷结合，使其活度下降。这进一步说明了在砂页岩赤红壤中活性铁与磷的关系的密切性。
活性锰质量分数则在原土壤中较高，施磷后稍有下降，而加活化剂后上升的量因不同的活化剂而异。说明锰在体系中是较顽固的一种。这个问题有待进一步研究。
钙、硅质量分数在各时间段和用各种活化剂处理中与原土壤相比变化不大，说明施磷和用活化剂处理与这些元素的关系不大。
2.6 不同活化剂对磷酸二氢铵中的磷的控释效果
图4的结果显示，在砂页岩赤红壤中施入磷铵后，土壤中有效磷的测出值约只有加入活化剂处理的60%~70%左右。几种活化剂对水溶性磷均有防固定的性能和平稳供肥的性能，但其中也有差异，有机1号和有机2号处理的土壤有效P在不同时间段中所测出的有效P量较为一致，表明这两种活化剂对水溶性磷的保护效果最好，使其供磷性能最平稳。无机活化剂的效果也较好，且其干湿土有效磷之间的差异不大，说明这4种活化剂对水溶磷的控释作用均良好。在有机2号的两种质量分数中，培养42 d至560 d的几次测定表明，质量分数为5%的效果比3%的效果后劲更足，说明在本供试土壤的条件下，用于水溶性磷的控释时，有机活化剂加入量应在14%左右。
2.7 砂页岩赤红壤施用水溶性磷加活化剂对与磷有效性的有关元素质量分数的影响
图5显示，砂页岩赤红壤施磷铵加活化剂的大
图4 不同活化剂对磷铵的作用效果
图3 活化剂处理磷矿粉后土壤中与磷有关的元素动态变化
460 生态环境 第12卷第4期（2003年11月）
部分处理（9、10、11、12号）的土壤中，活性铁、铝、锰质量分数比不加活化剂的对照（处理8）高，
说明施磷铵加活化剂使土壤有效磷质量分数平稳。
这一点也与玄武岩砖红壤[1, 2]施用活化剂一样，是通过对土壤中活性铁、铝、锰质量分数的调节而实现对水溶性P 的控释。
表4的结果显示，砂页岩赤红壤施磷铵加活化
剂后，有些元素质量分数与土壤有效磷质量分数的相关性较复杂，规律性较差。而有效磷质量分数与这些元素质量分数之间的比例的相关性则较有规律性，其中呈现显著负相关最多的是与铁有关的比值，其次为与Mn 有关的比值；而呈现正相关的是与Al 有关的比值。这说明，在该条件下，磷的有效性与这些元素在体系中的比例和平衡度有很大的关系；同时进一步说明，体系中活性Fe 和Mn 对磷的固定作用较大。虽然土壤中Fe 、Mn 的质量分数比Al 质量分数低得多（表1），但由于Al 与P 的结合而产生的沉淀的离解度较高，因此Al 所结合的P 对作物的有效性较高，故P 质量分数与Al 质量分数的相关性，以及与有关元素的质量分数比值的相关性在大多数时间段中呈现正相关。
参考文献：
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[3] 李淑仪, 廖观荣, 廖新荣, 等. 不同母质砖红壤的磷有效性差异
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图5 活化剂处理磷铵后土壤中与磷有关的元素动态变化
表4 不同活化剂培养磷铵后土壤有效磷质量分数 与有关元素质量分数及其比例的相关系数（r ）
项 目 土壤有效磷质量分数与有关元素质量
分数及其比例的相关系数（r ）
4 d
14 d 42 d 63 d (干)1) 63 d (湿)2) w (Fe) -0.637 -0.840** 0.708* 0.756* -0.517 w (Mn) -0.0965 0.385 0.213 0.365 0.157 w (Al) 0.527 0.564 0.720* 0.985** 0.919** w (Ca) -0.679* 0.601
0.589 0.339 w (Si) 0.718* 0.162 0.324 0.590 w (Fe)/w (Al) -0.597 -0.916** -0.661 -0.952** -0.949** w (Fe)/w (Mn) -0.626 -0.891** -0.419 0.0803 -0.306 w (Al)/w (Fe)
0.662
0.654 0.595 0.966** 0.825** w (Al)/w (Mn) 0.562
0.464 0.501 0.622 0.591 w (Mn)/w (Fe) 0.623
0.609 0.471 0.052 0.367 w (Mn)/w (Al) -0.551 -0.610 -0.596 -0.812** -0.814** w (Fe)/w (Ca) 0.264 -0.850** -0.232 -0.021 w (Fe)/w (Si) -0.795* -0.739* -0.796** 0.123 w (Al)/w (Ca) 0.316 -0.223 0.0042 0.487 w (Al)/w (Si)
0.337
0.309 0.823** 0.873** w (Mn)/w (Ca) 0.292
-0.616
-0.174
-0.215
w (Mn)/w (Si) -0.789* -0.076 -0.783* 0.113
1）4、14、42 d 时所测的土壤均为风干土，63 d 时则分别测定了
风干土和湿润土
2）r 0.05=0.666；r 0.01=0.798
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Activating effects and mechanisms of phosphatic fertilizers
in lateritic red soil derived from arenaceous shale
LI Shu-yi1, LAN Pei-ling1, LIAO Zhin-rong1, XU Sheng-guang1, ZHANG Feng-ming2
1. Guangdong Institute of Ecology, environmental and Soil Sciences, Guangzhou 510650, China;
2. Meixian Institute of Citrus grandis Osbeck, Meizhou, Guangdong 514031, China
Abstract: Several activation agents were used to treat various phosphate fertilizers, and their biological effects and mechanisms in lateritic red soil derived from arenaceous shale were studied. The results showed that the growth of vegetables increased markedly in lateritic red soil when phosphatic fertilizers via the treatment of several activation agents were applied to them. The mass fraction of Fe and Mn elements in the soil are closely correlated to the efficiency of P elements, and the soil Fe and Mn have greater fixation effect on P under the condition of reduction. Si can benefit the release of P in soil, and proper Ca mass fraction also increase the ac-tivity of P element. The activation agents can not only promote the release of hard-soluble P, but also control the release of wa-ter-soluble P so as to stabilize the P supply from soil. The feasible mass fraction of organic activation agent is 3% for hard-soluble P but 14% for water-P. In the soil-plant system，the promotion and control mechanisms of activation agents to P is to adjust the mass fraction of Fe, Al and Mn in soil so as to realize the activation of P.
Key words: lateritic red soil derived from arenaceous shale; phosphatic fertilizer; activation agents; biological response; activating mechanisms
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