不同分子量碳源对砂姜黑土磷素有效性和玉米磷吸收的影响.pdf
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1、土 壤(Soils),2023,55(5):10011007 基金项目:安徽省教育厅重点项目(2022AH050886),安徽省科技重大专项(202103a06020012),安徽省自然资源科技项目(2021-K-4)和安徽省杰出青年科学基金项目(2008085J13)资助。*通讯作者()作者简介:阳琴(1997),女,安徽太湖人,硕士研究生,主要从事土壤磷素高效利用研究。E-mail: http:/ DOI:10.13758/ki.tr.2023.05.009 阳琴,徐博,占丰瑞,等.不同分子量碳源对砂姜黑土磷素有效性和玉米磷吸收的影响.土壤,2023,55(5):10011007.不同分子
2、量碳源对砂姜黑土磷素有效性和玉米磷吸收的影响 阳 琴1,徐 博1,占丰瑞1,赵 华2,李虹颖3,熊启中1,孙瑞波1,李 硕1,张朝春1,叶新新1*(1 安徽农业大学资源与环境学院/安徽省绿色磷肥智能制造与高效利用工程研究中心/农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室/江淮耕地资源保护与生态修复重点实验室,合肥 230036;2 砀山县农业农村局,安徽宿州 235300;3 安徽省农业科学院土壤肥料研究所,合肥 230001)摘 要:为探究不同分子量碳源对土壤磷有效性的影响,以安徽省典型砂姜黑土为供试土壤,通过盆栽种植玉米试验,开展了不同碳源(果糖、蔗糖、纤维素)对土壤中磷形态转化和玉米磷吸收影响
3、的研究。结果表明:土壤 Olsen-P 含量随时间先增加后降低。在玉米间苗 7 d 后果糖处理 Olsen-P 含量最高,15 d 后纤维素处理 Olsen-P 含量达最大值,90 d 后,相比于对照、果糖和蔗糖处理,纤维素处理土壤 Olsen-P 含量显著增加了 79.74%、54.03%和 30.03%(P0.05)。玉米间苗 90 d 后,相较于对照处理,纤维素处理显著降低了 Fe-P 和 Ca10-P 含量,增加了 Ca8-P 含量,而对照、果糖和蔗糖处理的 Ca2-P 含量无显著差异。与对照处理相比较,纤维素处理显著提高了活性有机磷(LOP)和中等活性有机磷(MLOP)含量,减少了中
4、稳定性有机磷(MROP)含量。纤维素处理增加了土壤可溶性有机碳(DOC)含量和磷酸酶活性,降低了土壤 pH 和交换性钙含量,这是土壤磷有效性增加的重要原因;与对照、果糖和蔗糖处理相比,纤维素处理下玉米磷吸收量显著增加了 46.20%、19.05%和 19.28%。可见,与低分子量碳源(果糖和蔗糖)相比较,高分子量碳源(纤维素)提高土壤磷有效性和玉米磷吸收效果长效性更好。研究结果为指导农田生态系统中利用碳源调控土壤磷的转化和有效性提供了重要信息。关键词:碳源;分子量;磷有效性;磷形态;砂姜黑土;玉米;磷吸收量 中图分类号:S158.5 文献标志码:A Effects of Carbon Sour
5、ces with Different Molecular Weights on Phosphorus Availability and Phosphorus Uptake in Maize YANG Qin1,XU Bo1,ZHAN Fengrui1,ZHAO Hua2,LI Hongying3,XIONG Qizhong1,SUN Ruibo1,LI Shuo1,ZHANG Chaochun1,YE Xinxin1*(1 College of Resources and Environment,Anhui Agricultural University/Anhui Engineering R
6、esearch Center for Intelligent Manufacturing and Efficient Utilization of Green Phosphate Fertilizer/Key Laboratory of Farmland Ecological Conservation and Pollution Control of Anhui Province/Key Laboratory of Jianghuai Cultivated Land Resource Protection and Ecological Restoration,Hefei 230036,Chin
7、a;2 Dangshan Agriculture and Rural Bureau,Suzhou,Anhui 235300,China;3 Institute of Soil and Fertilizer,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei 230001,China)Abstract:A pot experiment was conducted to understand the effects of different carbon sources(fructose(GT),sucrose(ZT)and cellulose(XWS)on
8、the transformation of phosphorus(P)form in soil and P uptake by maize with the lime concretion(Shajiang)black soils of Anhui Province.The results showed as follows:1)Soil Olsen-P content firstly increased and then decreased with time,after thinning for 7 days the content of Olsen-P under GT treatmen
9、t reached the maximum,and after 15 days the content of Olsen-P under XWS treatment reached the maximum.After 90 days,compared with CK,GT and ZT,the content of Olsen-P under XWS treatment was significantly increased by 79.74%,54.03%and 30.03%(P0.05),respectively.2)After 90 days,compared to CK,XWS tre
10、atments significantly reduced the contents of Fe-P and Ca10-P,and increased the contents of Ca8-P,while no significant difference was found in the contents of Ca2-P among CK,GT and ZT treatments.Compared with CK,XWS treatment 1002 土 壤 第 55 卷 http:/ significantly increased the contents of active orga
11、nophosphorus(LOP)and moderately active organophosphorus(MLOP),and decreased the content of moderately stable organophosphorus(MROP).3)Under XWS treatment,soil DOC content and phosphatase activity were increased,but soil pH and exchangeable calcium content were decreased,which were important factors
12、influencing the increase of soil P availability.4)Compared with CK,GT and ZT treatments,P uptake of maize under XWS treatment was significantly increased by 46.20%,19.05%and 19.28%.The results show that compared with low molecular weight carbon sources(fructose and sucrose),high molecular weight car
13、bon sources(cellulose)have better long-term effectiveness in improving soil P availability and P absorption in maize,which provide important information for the regulation and effectiveness of soil P conversion by using carbon sources in farmland ecosystems.Key words:Carbon source;Molecular weight;P
14、hosphorus availability;Phosphorus form;Sand ginger black soil;Maize;Phosphorus uptake 磷是一种重要的矿质营养元素,在植物生长发育、生理代谢以及维持产量等方面发挥着重要作用1-2。磷在土壤中移动性差,施入土壤中的磷肥极易被固定,导致磷肥利用效率低且土壤中磷的盈余量增加3。有研究表明,磷肥当季利用率仅为 5%15%4。因此,充分挖掘土壤中固有磷的有效性,减少磷肥投入量,对降低土壤中磷的流失至关重要。有机碳源可为土壤中解磷微生物生长提供能量,促进磷酸酶分泌,或与土壤中磷酸根竞争吸附位点,从而促进土壤累积态磷的释放5
15、-6。已有研究表明,添加碳源可以影响磷转化过程和土壤磷有效性7。陈倩等8研究发现木质素能提高土壤中有效磷的含量。Zhang 等9研究发现果糖也可以促进有机磷的矿化过程,进而提高磷的有效性。Wu 等10研究结果显示,添加葡萄糖促进了缓效磷铝磷(A1-P)和铁磷(Fe-P)的活化,提高了土壤有效磷含量。而周文杰等11研究表明,培养 60 d 后葡萄糖和淀粉处理土壤微生物群落和功能存在显著差异。由此可以推测,不同碳源其化学结构和组成不同,被土壤微生物分解的速率和利用程度不同,对提高土壤磷有效性和促进其形态转化的效果也存在差异。目前,关于不同分子量碳源对提高土壤中磷有效性和作物磷吸收的影响缺乏系统的研
16、究。由此,本研究以安徽省典型砂姜黑土为供试土壤,以不同碳源作为供试材料,通过盆栽试验研究不同分子量碳源对砂姜黑土磷有效性以及玉米磷吸收的影响,以期为实现砂姜黑土“以碳调磷”,提高土壤磷素有效性提供理论依据。1 材料与方法 1.1 试验材料 供试土壤为砂姜黑土,取自安徽农业大学皖北综合试验站。土壤的基本理化性质为:pH 7.63,有机质 13.47 g/kg,有效磷 6.78 mg/kg,速效钾 272.62 mg/kg,碱解氮 76.73 mg/kg,全氮 0.86 g/kg,全磷 0.74 g/kg。土样自然风干后,研磨过 5 目筛备用。供试作物为玉米,品种为郑单 958。1.2 试验设计
17、盆栽试验在安徽农业大学农萃园内进行,试验设置 4 个处理,分别为空白对照、果糖处理、蔗糖处理和纤维素处理,每个处理 3 个重复。试验时,取 7 kg过 5 目筛土壤装于塑料盆,每盆的肥料供应量为:磷酸二氢钾 2.15 g,尿素 3.5 g,氯化钾 1.4 g。根据碳磷比(C/P)为 200 添加碳源,将土壤、碳源和肥料充分混匀,加水使其含水量达到田间持水量的 70%后,进行播种。播种前,挑选大小均匀、无破损的玉米种子,放入 10%过氧化氢溶液中浸泡 30 min 消毒,再用去离子水反复冲洗干净后置于纯水浸润的滤纸上,于 30培养箱内催芽,待出芽后进行播种。播种后,在玉米长至三叶期时间苗,每盆保
18、留 1 株长势一致的幼苗。种植期间每隔 2 d 采用称重法浇水,保持土壤含水量恒定。分别在间苗 0、3、7、15、30、60、90 d后采集土样,风干过筛后测定土壤中有效磷含量及相关指标;并在间苗 90 d 后采集地上部和地下部植株样品,将样品放入烘箱 105 杀青 30 min,65 下烘干至恒重,称量植株干重,后粉碎测定其磷含量。1.3 测定指标与方法 土壤 pH 的测定采用电位法(土水质量比 12.5)12;Olsen-P 含量测定13采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提钼锑抗比色法;无机磷的测定采用顾益初和蒋柏藩14的分级方法,包括 NaHCO3溶性磷(Ca2-P)、NH4OAc
19、溶性磷(Ca8-P)、NaOH-Na2CO3溶性磷(Fe-P)、NH4F 溶性磷(Al-P)、闭蓄态磷(O-P)和 H2SO4溶性磷(Ca10-P);有机磷的测定采用 Bowman 和 Cole15有机磷分级方法,包括活性有机磷(LOP)、中等活性有机磷(MLOP)、中稳定性有机磷(MROP)和高稳定性有机第 5 期 阳琴等:不同分子量碳源对砂姜黑土磷素有效性和玉米磷吸收的影响 1003 http:/ 磷(HROP)。土壤中可溶性有机碳(DOC)含量的测定16:称取 10 g 鲜土,装入盛有 50 mL 去离子水的 100 mL塑料离心管中,室温下以 200 r/min 振荡浸提 30 min
20、,4 000 r/min 离心 10 min 后过 0.45 m 滤膜,利用总有机碳分析仪测定浸提液中有机碳含量。土壤交换性钙含量的测定采用 1 mol/L 乙酸铵交换原子吸收分光光度法17。土壤磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠比色法18:取 10 g 风干土,置于 100 mL 容量瓶中,加入 1.5 mL 甲苯,轻摇 15 min 后加入磷酸苯二钠溶液 10 mL,以及相应缓冲液 10 mL,其中,酸性磷酸酶(ACP)用 pH 5.0的醋酸缓冲液,中性磷酸酶(NP)用 pH 7.0 的柠檬酸缓冲液,碱性磷酸酶(ALP)用 pH 10.0 的硼酸缓冲液,摇匀后 37 培养 24 h,测定磷酸酶
21、活性。植株全磷含量的测定:采用浓硫酸双氧水法消煮,钼黄显色法测定。1.4 数据分析 植株磷吸收量(mg/plant)=植株干物质量(g/plant)植株磷含量(mg/g)数据分析采用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析,采用 Duncan 多重比较分析组间差异(P0.05),利用 Excel 2021 软件进行作图。2 结果与分析 2.1 不同分子量碳源对土壤 Olsen-P 含量动态变化的影响 添加不同分子量碳源后,土壤 Olsen-P 含量随时间的变化先增加后降低(图 1),其中在玉米间苗种植7 d 后果糖处理达到最大值,15 d 后纤维素处理达到最大值;90 d 后纤维素处理的土壤
22、Olsen-P 含量显著高于其他处理(P0.05)。(图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(P0.05),下同)图 1 不同分子量碳源处理下土壤 Olsen-P 含量变化 Fig.1 Changes of soil Olsen-P content under carbon sources with different molecular weights 2.2 不同分子量碳源对玉米干物质量积累和磷吸收量的影响 玉米间苗种植 90 d 后,纤维素处理玉米植株干物质量显著高于对照、果糖和蔗糖处理(P0.05),分别提高了 14.02%、11.40%和 12.01%,且对照、果糖和蔗糖处理之间无显
23、著差异(图 2A)。添加碳源的处理玉米磷含量显著高于对照处理(图 2B)。玉米磷吸收量变化趋势与干物质量一致,纤维素处理较对照、果糖和蔗糖处理分别增加了 46.20%、19.05%和19.28%(图 2C)。2.3 不同分子量碳源对土壤无机磷形态的影响 玉米间苗种植 90 d 后,与对照处理相比较,添加碳源处理显著提高了土壤 Ca8-P 含量(P0.05),减少了土壤 Fe-P 和 Ca10-P 含量(图 3A)。相对于果糖和蔗糖处理,纤维素处理土壤 Ca2-P 和 Ca8-P 含量显著增加(P0.05),Fe-P 含量显著降低(P0.05),其中Ca2-P 含量分别增加了 20.57%和 2
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