吴庚福 黄振瑞 陈迪文 潘晓英 李集勤 马柱文 敖俊华 周文灵 袁清华
摘 要：为了探究不同类型磷肥对烟草生长和土壤磷素形态的影响，以烟草品种云烟87和牛肝土为试验材料，采用室内盆栽方法，设置6个处理：过磷酸钙（T1）、钙镁磷肥（T2）、聚磷酸铵（T3）、磷酸一铵（T4）、磷酸二铵（T5）以及不施磷（CK），调查分析了烟草农艺性状、土壤的Hedley分级磷及其相关性。结果表明，与不施磷相比，所有施磷土壤的Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi和Residue-P均显著增加，而有机态磷NaOH-Po和NaHCO3-Po显著减少。其中，施用钙镁磷肥和磷酸二铵的土壤有效磷含量显著高于其他处理，钙镁磷肥处理的磷活化系数最大。各处理烟草叶片总鲜质量大小表现为：T5>T2>T3>T1>T4>CK，所有施磷处理均显著高于对照。各农艺性状和生物量与Resin-P、NaHCO3-Pi、全磷、有效磷均呈显著正相关，而多数农艺性状和生物量与NaHCO3-Po和NaOH-Po呈显著负相关。综上所述，钙镁磷肥和磷酸二铵处理的磷活化能力较强，并且有利于烟草生长和提高烟叶产量。
关键词：烟草;磷肥;Hedley分级磷;磷形态;磷活化系数
Abstract：
The effects of different phosphate fertilizers on tobacco growth and soil phosphorus （P） forms were explored. Yunyan 87 and Niugantu soil were used as experimental materials in pot experiments. Six treatments of calcium superphosphate （T1）， fused calcium-magnesium phosphate （T2）， Ammonium polyphosphate （T3）， Monoammonium phosphate （T4）， Diammonium phosphate （T5） and no phosphorus （CK） were set for investigating and analysing the agronomic characteristics of tobacco， the Hedley grade phosphorus， and the correlation between them. The results showed that Resin-P， NaHCO3-Pi， NaOH-Pi， HCl-Pi and residual-P were significantly increased， while organic phosphorus NaOH-Po and NaHCO3-Po were significantly decreased in all P fertilizer treatments compared with no P application. The available phosphorus content of soil treated with fused calcium-magnesium phosphate and diammonium phosphate was significantly higher than that of other treatments， and the phosphorus activation coefficient of fused calcium-magnesium phosphate was the highest. Total fresh weight of tobacco leaves in each treatment was in the following order：
T5>T2>T3>T1>T4>CK. Among them， all phosphorus treatments were significantly higher than the control. Each agronomic trait was positively correlated with Resin-P， NaHCO3-Pi， total phosphorus， and available phosphorus， while most agronomic traits were negatively correlated with NaHCO3-Po and NaOH-Po. In summary， fused calcium-magnesium phosphate and diammonium phosphate were highly effective in Niugantu soil， which was conducive to tobacco growth， leading to higher yield.
Keywords：
tobacco; phosphate fertilizer; hedley grade phosphorus; phosphorus forms; phosphorus activation coefficient
磷元素是植物生長发育所必需的大量营养元素之一，参与各种代谢过程。研究发现，磷素在很大程度上影响烟草的生长发育和烟叶品质[1-2]。同时，磷可提高作物能量代谢，加速细胞分裂，促进碳水化合物及蛋白质的合成[3]。从苗期开始，磷对烟草的生理和生长产生影响，并持续影响后期的生长[4-5]。农业生产上，土壤中含有大量不能直接被植物吸收利用的磷。尤其在我国南方，由于土壤淋溶作用强烈，脱硅富铁铝化现象严重，对磷素具有固定作用[6]，导致施入土壤的大量磷肥形成难溶形态而难以被作物利用，土壤中磷的有效性偏低。土壤磷形态受磷肥施用、土壤有机质矿化、植物吸收等因素影响，与土壤磷的有效性显著相关[7]。Hedley等[8]提出兼顾有机磷和无机磷的土壤磷素分级方法，是目前相对合理的土壤磷素分级方法，已被众多的学者采用并进一步发展。Apthorp方法一般用于估算磷酸盐在土壤中的溶解量，以便于了解磷肥施用后土壤各形态磷素的变化情况[9-10]。磷活化系数（PAC）是土壤磷素有效性的重要指标，值越大，作物的产量和磷素吸收量越高[11]。目前烟草上关于磷肥的研究报道主要集中在不同类型磷肥对烟草生理和品质的影响[12-13]，而对于不同磷肥在植烟土壤中磷形态转化的研究关注较少。明确不同磷肥在土壤中的转化及有效性，对于有效供给烟草生长发育所需的磷素具有重要意义。牛肝土是广东韶关烟区典型的土壤类型之一[14]，在该类型土壤上施用不同类型磷肥的相关研究尚未见报道。本研究利用广东韶关烟区的牛肝土，通过盆栽试验研究不同类型磷源对烟草生长以及土壤磷素形态和养分含量的影响，以期为烟草合理施用磷肥提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试土壤为石灰性紫色土（牛肝土），取自广东省韶关市始兴县，其理化性质为：pH 6.47，速效钾含量82.2 mg/kg，有效磷14.7 mg/kg，碱解氮134.42 mg/kg，有机质17.4 g/kg。供试烟草品种为云烟87。
1.2 研究地点与方法
1.2.1 试验地点 广东省科学院南繁种业研究所日光温室。
1.2.2 培养方法 采用室内盆栽试验。供试土壤风干研碎，每盆装干土5 kg，移栽烟苗1株。设置6个处理：CK，不施磷;T1，过磷酸钙（含P2O5 12.0%）;T2，钙镁磷肥（含P2O5 12.0%）;T3，聚磷酸铵（含N 18.0%，P2O5 58.0%）;T4，磷酸一铵（含N 12.0%，P2O5 61.0%）;T5，磷酸二铵（含N 21.0%，P2O5 53.0%）。各施磷处理有效磷施用量一致，为每千克土加入P2O5 0.2 g，氮肥和钾肥采用尿素、硝酸钾和硫酸钾，施用量为每千克土加入N 0.4 g，K2O 0.6 g。磷肥和钾肥作为基肥与土壤充分混合后装盆，重复3次。氮肥溶于水淋施，分5次平均施用。试验于2020年2月1日育苗，4月1日移栽，初花打顶，6月28日开始根据烟叶成熟度从下往上分3批收获烟叶并称重烘干，所有烟叶收获完成后收集茎秆称重烘干，取土风干后研磨待测。
1.3 指标测定和方法
打顶后统计叶片数，上部烟叶收获时测定烟株株高和茎围。土壤pH采用水浸提电位法测定，水土质量比为1∶5;土壤有效磷和全磷含量，分别先用HN4F-HCl浸提和H2SO4-HClO4消煮，用钼锑抗比色法测定[15];土壤速效钾用乙酸铵浸提-火焰光度法测定[15];土壤全钾含量测定，按NY/T 87—1988方案用HF-HNO3-HClO4消煮，火焰光度法测定;土壤全氮用凯式定氮仪测定，碱解氮用碱解扩散法测定[15];有机质用重铬酸钾容量法-外加热法[15];土壤磷分级采用Guppy等改进的Hedley磷分级方法连续浸提[16]，将土壤磷分为Resin-P、NaHCO3-P、NaOH-P、HCl-Pi和Residue-P共5级，其中NaHCO3-P包含无机态NaHCO3-Pi和有机态NaHCO3-Po，NaOH-P包含无机态NaOH-Pi和有机态NaOH-Po，用钼锑抗比色法测磷含量。磷肥施用后对土壤中不同形态磷素的增加效应采用Apthorp方法计算， 即各施磷处理的5个磷素形态（Resin-P、NaHCO3-P、NaOH-P、HCl-Pi和Residue-P）分别减去对照处理值，再计算不同磷肥施用后土壤磷素各形态增加量占总施磷量的百分比[9]。磷活化系数（phosphorus activation coefficient，PAC）=土壤有效磷含量/全磷含量×100%[11]。
1.4 数据分析方法
所有数据通过Excel软件整理和作图，采用SPSS 19.0软件进行统计分析，采用邓肯氏新复极差法进行多重比较（SSR），各指标间采用皮尔逊（Pearson）相关分析。
2 结 果
2.1 不同磷肥处理土壤磷素有效性和磷形态
2.1.1 不同磷肥处理对烟草土壤全磷、有效磷和磷活化系数的影响 如图1a所示，各施磷肥处理土壤全磷含量均显著高于CK，其中T1增幅最大，达36.75%，T3增幅最低为20.52%。各施磷处理有效磷含量（图1b）均显著高于CK，其中T2最高，比CK提高263.19%，其次为T5，比CK提高219.37%，T2和T5均显著高于其他施磷处理。各处理磷活化系数（PAC）的大小顺序依次为（图1c）：T2>T5>T4>T3>T1>CK，其中T2较CK增幅最大且显著高于其他处理，其次为T5处理，且均显著高于T1、T3和T4。
2.1.2 不同磷肥处理的土壤各形态磷含量 如表1所示，与CK处理相比，不同施磷肥处理的Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi和Residual-P均显著增加，而有机态磷NaOH-Po和NaHCO3-Po显著减少。具体来看，T1和T5处理的Resin-P含量显著高于其他磷肥处理。T1和T5处理的NaHCO3-Pi含量显著高于T2和T3处理，而T2和T3的NaHCO3-Po含量显著高于T1、T4和T5处理。T1的NaOH-Pi含量最高，显著高于其他施磷肥处理，而T2处理显著低于T3、T4、T5处理。T2和T3处理的NaOH-Po含量显著高于T4、T5处理。T2处理的HCl-Pi含量显著高于其他磷肥处理，而T3显著低于T1和T5處理。T1处理的Residual-P含量最高，显著高于其他处理。
如图2所示，不同磷肥施用后土壤磷素各形态增加量占总施磷量的比例在38.25%～66.59%之间。除T2处理外，各磷肥处理的NaOH-P增加值占总施磷量的比例高于其他形态磷，占比在12.74%～19.86%之间，其中T1占比最高;比例最低的是NaHCO3-P，占比为5.47%～2.22%;Resin-P占比为10.52%～14.13%，其中T1处理最高;HCl-Pi占比为5.2%～19.73%，其中T2处理最高。Residual-P含量占比为5.49%～18.61%，T1处理最高。
2.1.3 全磷、有效磷和磷活化系数与各形态磷含量相关关系 如表2所示，全磷与Resin-P、NaHCO3- Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi、Residual-P、有效磷和PAC显著正相关，而与NaHCO3-Po和NaOH-Po显著负相关;有效磷与Resin-P、NaHCO3-Pi、HCl-Pi、全磷和PAC显著正相关，而与NaHCO3-Po和NaOH-Po显著负相关;PAC与Resin-P、NaHCO3-Pi、HCl-Pi、全磷和有效磷显著正相关，而与NaHCO3-Po和NaOH-Po显著负相关。
2.2 不同磷肥处理烟草农艺性状和生物量
2.2.1 不同磷肥处理对烟草生长的影响 如表3所示，各磷肥处理的农艺性状均显著高于CK。不同磷肥处理的叶鲜质量大小顺序依次为：T5>T2>T3> T1>T4>CK;茎鲜质量大小顺序依次为：T3>T5>T2> T4>T1>CK;总鲜质量大小顺序依次为：T5>T3> T2>T1>T4>CK;除CK外，各施磷处理的叶片数和茎围差异不显著。T2和T3处理的株高显著高于T1、T4和T5处理。
2.2.2 烟草农艺性状和生物量与各形态磷相关关系 如表4所示，叶鲜质量、茎鲜质量、总鲜质量、叶片数、茎围以及株高与Resin-P、NaHCO3-Pi、全磷和有效磷顯著正相关，而与NaHCO3-Po显著负相关。除茎围之外，其他指标与HCl-Pi显著正相关;除株高之外，其他指标与NaOH-Po显著负相关。
2.3 不同磷肥处理对土壤氮、钾、有机质含量和pH的影响
如表5所示，T1处理的全氮含量显著低于CK、T2、T3处理;T5处理碱解氮含量显著低于CK，各处理大小顺序依次为：CK>T3>T4>T1>T2>T5;各处理全钾和速效钾含量差异不显著;T2处理的pH显著高于其他处理，而T3处理显著低于其他处理;T2和T4处理的有机质含量显著高于T1和T3处理。
3 讨 论
3.1 不同磷肥处理对土壤磷形态的影响
在石灰性土壤中，磷酸一铵和不同聚合的聚磷酸铵的NaOH-P占总磷比例最高[17];在石灰性紫色土上施用过磷酸钙后，土壤中NaOH-Pi和NaOH-Po含量有较大提高[18]。本研究采用的牛肝土属于石灰性紫色土，过磷酸钙处理更容易转化为Residual-P和NaOH-P，磷酸一铵、磷酸二铵和聚磷酸铵处理则更容易转化为NaOH-P。这与前人研究结果相似，其原因可能是由于NaOH-Pi多为与土壤Fe、Al化合物结合的无机态磷，施加过磷酸钙、磷酸一铵、磷酸二铵和聚磷酸铵后，土壤中Fe-P有所增加，过磷酸钙处理增加量最大，因而NaOH-P占比较大[19]。另外，较稳定的Residual-P有效性较低，一般难以被作物利用[20];在所有处理中，过磷酸钙处理的Residual-P含量和占比最高，并且PAC较低，其原因可能是过磷酸钙施入牛肝土后容易转化为Residual-P而被固定。
Resin-P是对植物有效性最高的可溶性无机磷，而NaHCO3-Pi为晶体铁铝氧化物表面的磷，具有较高的有效性，也是有效磷源，且在较长时间内较稳定[21-23]。本研究结果表明，Resin-P和NaHCO3-Pi与有效磷、PAC、各农艺性状、生物量显著正相关，对作物磷吸收起主要的作用，说明本研究中Resin-P、NaHCO3-Pi是磷肥转化为有效磷的重要形态，促进了烟草生长[24]。
据研究报道，钙含量高的碱性和中性土壤，添加钙镁磷肥后磷素优先向HCl-Pi转变[25];本研究表明，钙镁磷肥处理更容易转化为HCl-Pi，与上述研究结果相似。有研究认为，HCl-Pi大部分为难溶性钙磷，有效性较低[21]。但本研究表明，HCl-Pi与有效磷和PAC显著正相关，且与多数烟草农艺性状显著正相关，可能是HCl-Pi中的Ca-P活性提高，能部分转化有效磷[26]。研究表明，当土壤pH<8时，随着pH值的提高，Fe和Al结合磷酸盐的溶解度增加，但Ca结合磷酸盐的溶解度降低[27]。本研究中钙镁磷肥处理土壤pH较高，HCl-Pi含量也高，聚磷酸铵处理pH最低，HCl-Pi含量最低，也验证了上述观点。
NaHCO3-Po主要是可溶性的有机磷化合物和部分微生物磷，而NaOH-Po主要是腐殖酸和铁铝化合物吸附的有机磷。研究表明，有机磷矿化后形成的磷酸根离子，与土壤中Fe3+、Al3+、Ca2+等离子能形成溶解度较低的稳定磷酸盐，因此在石灰性土壤上施化学磷肥降低NaHCO3-Po和NaOH-Po含量[28-29]。同时，在石灰性土壤中有机磷呈微溶态，矿化分解后减少了有机磷的积累[30]。本研究中，各施肥处理NaHCO3-Po和NaOH-Po含量均显著低于CK，说明在牛肝土中，施磷肥促进了NaHCO3-Po和NaOH-Po的矿化分解，使之转化为无机磷酸盐，NaHCO3-Po和NaOH-Po含量减少。
3.2 不同磷肥处理对土壤pH的影响
有研究表明，调节土壤酸碱度能够释放出有效磷：当土壤pH为6～7时，土壤中的Fe、Al、Ca等元素对磷素的固定作用最小[31]。钙镁磷肥是一种弱酸或微碱性的枸溶性肥料，本研究中钙镁磷肥处理的土壤pH最高，同时有效磷含量和PAC也最高，说明钙镁磷肥提高了土壤pH及磷素有效性。研究还表明，聚磷酸盐对金属离子有一定的鳌合能力，在碱性土壤中具有更好的稳定性[32]。因此，本研究聚磷酸铵施用下土壤pH值较低，但有效磷含量不低，土壤中可能含有大量能被植物直接吸收利用的正磷酸根，有利于烟株的生长。
3.3 不同磷肥处理对烟草农艺性状和生物量的影响
本研究结果中，磷酸二铵处理烟叶鲜质量和总鲜质量表现最好，而聚磷酸铵处理茎秆鲜质量和株高表现最好，说明磷酸二铵和钙镁磷肥更能促进烟叶的生长发育，而聚磷酸铵更能促进烟株茎秆的生长发育。据报道，湘烟5号施用钙镁磷肥对生长发育及烟叶主要化学成分的效果最好[13]，施用钙镁磷肥的光合能力最强，施用过磷酸钙的烟株田间抗逆性优，发病率较低[12，33];也有报道认为，烤烟施用过磷酸钙的农艺性状和烟叶质量、产量和磷肥利用率高，钙镁磷肥次之[34]。这些结果与本研究结果有一定差异，其原因可能与土壤类型、肥力水平、烟草品种和气候等因素有关。
4 结 论
本试验条件下，施用5种不同类型磷肥后，土壤Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi和Residual-P均显著增加，而NaOH-Po和NaHCO3-Po显著减少。各处理的土壤有效磷含量大小顺序依次为：钙镁磷肥>聚磷酸铵>磷酸一铵>磷酸二铵>过磷酸钙。钙镁磷肥在牛肝土中转化成有效磷的能力较强，以HCl-Pi形态为主;过磷酸钙转化成有效磷能力相对较弱，更多地转化为Residual-P而被土壤固定;磷酸一铵、磷酸二铵和聚磷酸铵在土壤中更容易转化为NaOH-Pi。各施磷处理的烟草叶片生物量较不施磷处理均显著增加，其中施用磷酸二铵和钙镁磷肥的烟草农艺性状综合表现较好，并获得更大生物量。
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