土壤改良剂单施与混施对磷素形态转化的调控效应：降低磷流失风险的同时维持植物有效性

《Canadian Journal of Soil Science》：Changes of soil test phosphorus and phosphorus fractions with single and blended soil chemical amendments

本文推荐研究人员针对农业土壤磷素过量导致水体富营养化的问题，开展了单施与混施化学改良剂（明矾、氯化铁、石膏、硫酸镁）对土壤磷素形态转化影响的研究。结果表明，混施改良剂（尤其是石膏或硫酸镁与氯化铁组合）能更有效降低水溶性磷（WEP）浓度（降幅达54%-85%），而对Olsen P（植物有效磷）影响较小（平均降幅仅9.5%）。磷分级和SEM-EDX分析表明改良剂促进了磷向稳定形态转化。该研究为协调农业生产力与环境保护提供了重要策略。

　　

在当今农业生产中，磷肥的施用对保障作物高产至关重要，但过量磷素通过径流和淋溶进入水体，已成为导致湖泊、河流富营养化的主要非点源污染。特别令人担忧的是，施入土壤的磷肥中仅有不到20%能被作物吸收利用，其余大部分都蓄积在土壤中，成为潜在的环境风险源。面对这一挑战，如何在不影响作物磷营养供应的前提下，有效减少土壤中可溶性磷的流失，成为农业与环境领域亟待解决的科学问题。

近期发表于《Canadian Journal of Soil Science》的一项研究为此提供了新见解。由加拿大温尼伯大学领衔的研究团队系统探讨了单施与混施化学改良剂对土壤磷素形态转化的影响。研究人员选取了明矾(KAl(SO₄)₂·12H₂O)、氯化铁(FeCl₃)、石膏(CaSO₄·2H₂O)和硫酸镁(MgSO₄)四种常见改良剂，在加拿大曼尼托巴省南部采集的六种农业土壤中进行了为期84天的培养实验。

研究团队采用了多学科交叉的技术方法。他们通过测定水提取磷（Water-extractable P, WEP）和Olsen P来评估磷的流失风险与植物有效性；运用顺序磷分级技术（sequential P fractionation）解析磷在土壤中的化学形态分布；并借助扫描电镜-能谱联用技术（scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy, SEM-EDX）观察磷与其他元素的共定位情况，从微观尺度揭示磷的稳定化机制。

土壤特性分析显示，所有供试土壤均呈碱性（pH>7.3），有机质含量高（7.5%-13.0%），Olsen P浓度（60-95 mg kg^-1）远超曼尼托巴省推荐的农学最适值（15 mg kg^-1），表明这些土壤具有较高的磷流失风险。改良剂处理后土壤pH仅轻微下降（<1.0单位），始终保持在近中性范围（>6.5），这种温和的pH变化对磷转化影响有限。

水提取磷浓度变化结果表明，所有改良剂处理均显著降低了WEP浓度，但效果因土壤类型和改良剂种类而异。混施改良剂，特别是石膏或硫酸镁与氯化铁的组合（Gy₁Fe₁、Gy₂Fe₁、Mg₁Fe₁和Mg₂Fe₁），表现最为突出，WEP降幅高达54%-85%，显著优于单施处理。单施改良剂中，氯化铁(Fe₁)效果最佳，WEP降幅达58%-73%。值得注意的是，除盐分较高的土壤1外，改良剂用量（2.5 vs. 5 Mg ha^-1）对WEP降低效果无显著影响，且这种稳定效应在84天培养期内持续存在，表明磷的固定过程迅速且产物稳定。

Olsen磷浓度变化分析发现，与WEP的显著降低形成鲜明对比，改良剂对Olsen P浓度影响甚微。尽管部分混施处理（如Gy₁Fe₁、Mg₁Fe₁等）可显著降低Olsen P，但平均降幅仅为9.5%，远低于WEP的53.0%降幅。这表明改良剂主要将易流失的磷转化为植物仍可利用的形态，实现了环境风险降低与农学价值维持的平衡。

磷分级结果揭示，在土壤3和4中，混施改良剂（Gy₁Fe₁和Mg₁Fe₁）显著降低了NaHCO₃提取磷（易溶性磷）和NH₄Ac提取磷（中度可溶性钙结合磷）含量，同时增加了残余磷和NaOH+Na₂CO₃提取磷（铁铝结合磷）的比例。这种磷形态的转化表明改良剂促进了磷向更稳定形态的转化。

扫描电镜-能谱分析显示，改良剂处理土壤中磷与钙、铁元素存在共定位现象，尽管元素重量百分比的无显著统计差异，但空间分布的关联性暗示了磷可能通过与这些阳离子形成沉淀或吸附而稳定化。

研究结论与讨论部分强调，化学改良剂，特别是氯化铁与石膏或硫酸镁的混施，能通过促进磷向稳定形态转化，有效降低土壤磷流失风险，而对植物有效磷库影响较小。这种选择性稳定效应使得改良剂成为高磷土壤磷管理的有效策略。然而，改良剂效果受土壤性质（如盐分、初始磷含量）影响，在盐分较高的土壤中效果较差。此外，长期田间试验仍需进行，以验证这些改良剂在不同环境条件下的持续效果。

该研究的重要意义在于首次系统比较了单施与混施改良剂对土壤磷素形态的转化效应，明确了混施策略的协同优势，为开发高效、环境友好的磷管理技术提供了理论依据和实践指导。在全球面临磷资源短缺与水环境保护双重压力的背景下，这项研究为实现农业可持续发展提供了重要科学支撑。