2024, Vol. 45
2. 西南大学长江经济带农业绿色发展研究中心, 重庆 400715;
3. 西南大学农业科学研究院, 重庆 400715;
4. 农业农村部西南山地农业绿色低碳重点实验室, 重庆 400715
, CUI Yu-tao1,2,3 , LI Shun-jin1,2,3 , WEI Bing-li1,3 , WANG Yuan1,3 , YANG Hong-bo1,2 , WANG Xiao-zhong1,2,4 , ZHANG Wei1,2,3,4
2. Interdisciplinary Research Center for Agriculture Green Development in Yangtze River Basin, Southwest University, Chongqing 400715, China;
3. Academy of Agricultural Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China;
4. Key Laboratory of Green and Low-carbon Agriculture in Southwest Mountain, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Chongqing 400715, China
磷是蔬菜生产中重要营养元素之一, 在促根、平衡营养生长和生殖生长方面起着重要作用. 但由于磷素极易被吸附固定, 化学磷肥在施入土壤后很快转化为植物难以利用的形态[1]. 而农户在蔬菜生产中长期大量投入磷肥, 导致土壤磷素盈余严重, 土壤质量下降, 磷肥利用率低, 蔬菜品质受到威胁[2~5].
近40余年, 在我国农业面源污染分布中, 化肥逐渐成为总磷污染的主要来源[6, 7]. 另一方面, 随着畜牧业生产发展和人类生活水平提高, 产生了大量有机废弃物, 这些废弃物逐渐作为养分资源投入到农田中[8, 9]. 有机肥替代化肥成为一种趋势, 一定程度上改善了土壤板结和酸化问题, 并且合理的有机物料可以兼顾作物产量和环境效益[10]. 但是由于不同有机物料中的C/N/P化学计量比差异较大, 且与作物需求不完全匹配, 前人在进行大量的有机肥替代氮肥研究后发现, 在满足作物氮素需求条件下, 土壤磷素大量盈余, 增加了径流风险, 加速水体富营养化[11].
当前有机质提升是培肥地力、维持健康土壤的基础. 2021年国务院出台的《2030年前碳达峰行动方案》指出, 加强生态文明建设, 推进农业农村固碳减排工作[12]. 因此在农田管理中保证土壤碳平衡, 提高土壤有机质是高产优质高效型农业的前提, 也是当前农业发展的必然趋势[13]. 有研究表明, 农田施用有机物料有助于提升土壤肥力. 连续5 a配施粪肥增加了土壤有机碳含量, 并驱动土壤微生物群落结构变化和微生物量增加 [14]；秸秆还田可以有效补充土壤活性碳库, 一方面会影响有机碳结构, 促进稳定性碳组分向活性组分的转化, 另一方面通过激发有机质分解维持土壤碳库的动态平衡[15, 16]. 另外, 有机肥也可以通过刺激土壤微生物活性, 加速土壤磷组分间的转化. 李蕴慧等[17]认为菌渣和树叶分别增加了土壤中等活性和稳定性有机磷, 提升了土壤的供磷潜力, 而长期施用生物炭增加了土壤活性磷和中等活性有机磷含量[18], 前人已经证明土壤磷库的这种动态变化受到碳组分的调控[19]. 即使不同类型有机物料都能促进地力提升, 但是由于不同有机物料的组成差异较大, 可能会导致土壤磷素失衡. 在低磷土壤上, 低碳磷比有机物料更能有效提升磷有效性[20], 而高碳磷比物料通过提高微生物量磷减少磷损失, 降低环境风险[21]. 同时, 农田施用有机物料带入大量有机磷, 需经过矿化过程才能转化为作物可吸收的磷酸盐, 短期内不会被大量固定, 在满足作物养分供应的同时加剧了向下迁移的损失风险. 因此, 协同实现有机质提升和农田磷素管理尤为重要.
目前国内外研究在有机磷肥农田管理中往往忽视地力提升, 且多聚焦于磷素在耕层土壤的累积, 鲜有研究同时关注土壤碳固存、淋溶和迁移过程. 本研究在基于土壤有机质提升条件下明确磷素累积、转化和迁移特征及其影响机制, 通过科学指导施肥, 规避环境风险. 本研究以菜地为试验对象, 设置4个有机物料处理, 挖掘不同物料处理下磷肥管理对土壤碳固存和磷素变化规律的影响, 以期为菜地合理施肥提供理论支撑, 同时保证蔬菜生产的绿色可持续性.
1 材料与方法 1.1 试验地概况及供试材料本研究于2019 ~ 2021年在重庆北碚国家紫色土肥力与肥料效益监测站（北纬29°48′, 东经106°24′）进行, 试验地为辣椒-大白菜轮作体系, 10月到次年1月种植大白菜, 5 ~ 9月种植辣椒, 总面积为283.5 m2. 试验地土壤类型为石灰性紫色土, 由侏罗系沙溪庙组紫色砂页岩风化残积物发育而成, 质地为壤土[22], 属于亚热带季风性湿润气候, 具有空气湿润, 降雨多, 日照少等特点. 年均气温18.2℃, 年均降雨量1 156.8 mm. 试验地初始耕层基础理化性质如下：pH为8.44, ω[土壤有机质（SOM）]为8.09 g·kg-1, ω[全氮（TN）]为0.37 g·kg-1, ω（Olsen-P）为14.10 mg·kg-1, ω[速效钾（AK）]为211 mg·kg-1.
1.2 试验设计本试验共设置6个处理, 包括：对照（CK, 不施肥）, 基于农户调研的传统施肥处理（CONV）, 生物炭（BC）, 鸡粪（CM）, 餐厨废弃物（KW）和秸秆处理（ST）. 每个处理设置3个重复, 所有小区随机区组分布, 各小区面积约15.8 m2. 农户传统施肥量为1 200 kg·hm-2（以C计）、450 kg·hm-2 N、450 kg·hm-2 P2O5和300 kg·hm-2 K2O, 4种有机物料处理为优化施肥, 施肥量为1 700 kg·hm-2（根据作物碳需求、根系固存、土壤碳固存、二氧化碳释放等碳养分循环利用计算所得, 以C计）、250 kg·hm-2 N、160 kg·hm-2 P2O5和300 kg·hm-2 K2O, 有机物料用量是基于碳需求所得, 其余养分不足时用化肥（尿素、过磷酸钙、硫酸钾）补平至优化水平. 生物炭购自勤丰众成生物质新材料有限公司, 以秸秆和稻壳为原料经高温（500℃）裂解炭化过程制备而得, 成品为粉末状, 具有较大比表面积；鸡粪购自重庆西山坪生物有机肥公司, 经高温密闭罐式发酵腐熟而成；餐厨废弃物购自四川嘉博文生物科技有限公司, 将餐厨废弃物和复合微生物菌种、水分调整材料混合均匀, 在60 ~ 80℃环境中好氧发酵8 ~ 10 h制备为有机物料；秸秆来源于监测站内玉米田. 生物炭、鸡粪、餐厨废弃物和秸秆养分含量如下：ω[有机碳（OC）]分别为32.2%、36.0%、31.0%和33.4%；ω（TN）分别为1.5%、2.3%、1.2%和0.7%；ω（P2O5）分别为0.4%、4.1%、0.6%和0.1%. 有机物料撒施后翻耕, 于辣椒种植前作为基肥一次性施入. 采用当地传统模式统一管理.
1.3 样品采集及测定于2021年9月6日辣椒期取样, 植株样品分部位采取, 洗净烘干并称重, 粉碎待测；土样采用五点取样法在各小区随机选点, 按照0 ~ 5、5 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 30和30 ~ 60 cm的梯度利用土钻（0 ~ 30 cm）分层采取, 分别在土钻5、10、20和30 cm处标记, 每个点打两钻, 第一钻取完擦除附着土壤, 第二钻为30 ~ 60 cm土样, 以此区分不同土层样品, 剔除石砾、根系和肥料块后混匀装袋, 带回实验室风干过筛（2 mm和0.15 mm）, 用于分析土壤理化性质. 植株采用HNO3-H2O2法消解, 利用电感耦合等离子体光谱发射仪（ICP-OES）分析磷含量；土壤TP采用钼锑抗比色法测定；土壤有机碳（SOC）采用重铬酸钾容量法测定；有效磷（Olsen-P）通过0.5 mol·L-1 NaHCO3（pH = 8.5, 土水比为1∶20）浸提, CaCl2-P通过0.01 mol·L-1 CaCl2（土水比为1∶5）浸提, 二者的浸提液采用钼锑抗比色法比色；pH采用电位法（土水比为1∶2.5）测定. 采用Tiessen和Moir提出的顺序提取法进行磷组分分级, 将不同组分按有效性分为4种磷库, 分别为活性磷库[树脂态磷（Resin-P）、NaHCO3态无机磷（NaHCO3-Pi）、NaHCO3态有机磷（NaHCO3-Po）]、中等活性磷库[NaOH态无机磷（NaOH-Pi）、NaOH态有机磷（NaOH-Po）、稀HCl态无机磷（dil.HCl-Pi）]、低活性磷库[浓HCl态无机磷（conc.HCl-Pi）、浓HCl态有机磷（conc.HCl-Po）]和惰性磷库[残留态磷（Residual-P）][23].
1.4 数据分析及统计P吸收量按以下公式计算：
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耕层（0 ~ 20 cm）土壤磷组分含量通过0 ~ 5、5 ~ 10和10 ~ 20 cm土层中含量加权平均而得；采用Microsoft Excel 2019、SPSS 26.0、Origin 2023和Powerpoint 2019进行数据分析与绘图, 利用Amos 24.0对研究指标进行相互关系模拟；使用Duncan法对数据进行多重比较, P < 0.05时处理间差异具有统计学意义.
2 结果与分析 2.1 不同有机物料对辣椒生长和土壤养分的影响相比于对照, 施肥处理均显著增加辣椒产量和磷吸收量（表 1）. 4种有机物料优化施肥处理下, 生物炭和餐厨废弃物处理下辣椒产量达到农户传统施肥相似水平, 显著高于秸秆和鸡粪；生物炭处理下辣椒磷吸收量显著高于其他3种物料6.5% ~ 20.5%, 鸡粪处理最低.
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表 1 全生育期辣椒产量和磷吸收对不同有机物料的响应1） Table 1 Pepper yield in whole growth period and phosphorus uptake in response to different organic materials |
除农户传统施肥的C∶N外, 所有施肥处理的SOM、TN、TP和C∶N、C∶P均显著增加（表 2）. 其中农户传统施肥下SOM、TN和TP含量增幅分别为103.7%、121.9%和63.9%, 而有机物料处理下3种养分增幅分别为147.2% ~ 190.6%、81.3% ~ 93.8%和39.8% ~ 49.4%. 4种有机物料对SOM的提升作用不同, 其中以生物炭效果最佳, 顺序为：生物炭 > 餐厨废弃物 > 秸秆 > 鸡粪；不同有机物料处理间土壤TN无显著差异, 生物炭处理下土壤TP含量最高, 其次是餐厨废弃物, 秸秆和鸡粪没有差异. 此外, 由于有机物料成分差异, 导致4个处理下有机替代磷肥比例不同.
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表 2 土壤养分对不同有机物料的响应及各有机物料处理下有机替代磷肥的比例1） Table 2 Response of soil nutrients to different organic materials and the proportion of organic fertilizer replacing phosphorus fertilizer under different treatments |
2.2 不同有机物料对不同土层Olsen-P和CaCl2-P的影响
除餐厨废弃物处理的5 ~ 10 cm土层外, 所有施肥处理的0 ~ 5 cm和5 ~ 10 cm土层Olsen-P含量均显著高于对照, 整体表现为：农户传统施肥 > 秸秆 > 生物炭 > 鸡粪 > 餐厨废弃物 > 对照[图 1（a）]. 耕层土壤中, 农户传统施肥的Olsen-P最高. 在0 ~ 10 cm土层中, 4种有机物料以秸秆对磷的活化作用最佳, 在表土层（0 ~ 5 cm）显著高于鸡粪和餐厨废弃物, 分别增加49.5%和67.3%, 次表层（5 ~ 10 cm）分别增加32.4%和59.6%, 而与生物炭处理无明显差异. 对于CaCl2-P[图 1（b）], 所有施肥处理均高于对照, 农户传统施肥相比于对照显著增加, 但不同有机物料对其影响不大, 餐厨废弃物略高于秸秆, 其次是生物炭, 鸡粪最低. 在表土层和次表层中, 餐厨废弃物处理分别是鸡粪的1.53倍和1.58倍. 总体而言, 连续两年施用不同有机物料对土壤Olsen-P和CaCl2-P的累积主要集中在0 ~ 20 cm土层.
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相同小写字母表示不同处理间没有差异, 相同大写字母表示不同深度间没有差异（P < 0.05） 图 1 不同土层深度下土壤Olsen-P和CaCl2-P受施肥处理的影响 Fig. 1 Soil Olsen-P and CaCl2-P at different soil depths affected by fertilization treatments |
在4种有机物料中, 鸡粪处理的Olsen-P向下迁移最多, 5 ~ 10、10 ~ 20和20 ~ 30 cm土层Olsen-P分别占表土层的96.8%、65.4%和55.9%, 而秸秆处理下Olsen-P多集中在表层和次表层, 向下迁移最少, 20 ~ 30 cm土层仅为表土层的16.0%, 餐厨废弃物处理下磷素向下迁移程度略高于生物炭；对于CaCl2-P来说, 鸡粪处理下磷素迁移比例最多, 20 ~ 30 cm土层CaCl2-P占表土层的42.0%, 而餐厨废弃物处理仅为19.2%.
2.3 不同有机物料对各土层土壤磷组分和各种磷质量分数的影响各土层的不同磷组分对4种有机物料的响应不同（图 2）. 整体而言, 相比于对照, 施用有机物料后土壤各磷库含量均增加或显著增加. 秸秆促进了土壤磷向NaOH-Pi的转化, 在0 ~ 5 cm和5 ~ 10 cm土层其含量分别为另外3种物料的1.18 ~ 2.61倍和1.46 ~ 2.48倍；而生物炭更有利于dil.HCl-Pi累积, 在0 ~ 5 cm和5 ~ 10 cm土层高于或显著高于其他物料处理, 尤其是鸡粪；conc.HCl-Pi组分变化规律与CaCl2-P一致, 表现为：餐厨废弃物 > 秸秆 > 生物炭 > 鸡粪. 由图 3可知, 秸秆在提高土壤活性磷方面表现出更大的优势, 相比于生物炭、鸡粪和餐厨废弃物分别增加14.6%、47.3%和35.1%. 土壤磷主要以中等活性磷库的形式存在, 占总磷的70.0% ~ 80.0%. 在有机物料处理下中等活性磷库大小规律为：生物炭 > 秸秆 > 餐厨废弃物 > 鸡粪, 相比于对照增加了26.0% ~ 46.9%, 生物炭和秸秆处理下中等活性磷库占比差异不大, 而鸡粪处理以该形式储存的磷占比最多, 约74.8%. 惰性磷库在土壤中占比最小, 在生物炭处理下显著高于鸡粪、餐厨废弃物和秸秆处理, 分别增加56.4%、63.4%和66.0%. 整体来看, 随着土壤深度增加, 不同土壤磷组分含量显著降低, 各组分在20 cm以下没有差异.
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相同小写字母表示不同处理间没有差异, 相同大写字母表示不同深度间没有差异（P < 0.05） 图 2 不同土层深度下土壤磷组分受施肥处理的影响 Fig. 2 Soil P fractions at different soil depths affected by fertilization treatments |
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黑色虚线框表示9种磷组分被分为4种磷库：活性磷库包括Resin-P、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po；中等活性磷库包括NaOH-Pi、NaOH-Po和dil.HCl-Pi；低活性磷库包括conc.HCl-Pi和conc.HCl-Po；惰性磷库包括Residual-P 图 3 表层土壤（0 ~ 5 cm）中各种磷组分占比受施肥处理的影响 Fig. 3 Proportion of each soil P fraction affected by fertilization treatments in the surface soil (0-5 cm) |
如图 4所示, 将土壤活性磷库、中等活性磷库、低活性磷库和惰性磷库分别与有效磷（Olsen-P）进行相关性分析发现, 活性磷库和中等活性磷库中, Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi和dil.HCl-Pi与有效磷呈极显著相关（P < 0.001）, 低活性磷库和惰性磷库中, conc.HCl-Pi和Residual-P与有效磷显著相关（P < 0.05）, 且所有斜率均为正数, 表明有效磷含量随各磷库含量增加而增加. 在所有磷组分中, NaHCO3-Pi与有效磷相关性最强, R2值为0.98.
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不同形状样点表示各处理下不同磷组分和有效磷对应的样本值；*和***分别表示在P < 0.05和P < 0.001时显著回归 图 4 耕层土壤中, 有效磷与土壤活性磷、中等活性磷、低活性磷和惰性磷的关系 Fig. 4 Relationship between available phosphorus and soil labile P, moderately labile P, sparingly labile P, and non-labile P in cultivated soil |
在碱性菜地上连续两年施用不同类型有机物料, 所有施肥处理的pH均显著下降（图 5）. 相比于对照, 农户传统施肥处理表层土pH降低0.51个单位, 施用有机物料降低0.15 ~ 0.33个单位. 不同有机物料处理的土壤pH顺序为：鸡粪 > 餐厨废弃物 > 生物炭 > 秸秆, 鸡粪和餐厨废弃物处理显著高于生物炭和秸秆.
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相同小写字母表示不同处理间没有差异（P < 0.05） 图 5 土壤pH受施肥处理的影响 Fig. 5 Effect of fertilization treatments on soil pH |
通过结构方程模型（structural equation modeling, SEM）构建有机无机配比、土壤环境因子、磷组分和有效磷（Olsen-P）间的相互关系[图 6（a）], 结果显示, 土壤有效磷受多种因子调控, 有机物料投入一方面通过降低土壤pH直接提高土壤磷素有效性, 合适的土壤酸碱度有利于作物生长和养分循环；另一方面通过改变有机无机磷肥配比, 直接或间接地作用于磷素转化过程. pH的改变影响了中等活性磷库、低活性磷库和惰性磷库, 加速稳定性磷库向活性磷库的转化, 进而提高有效磷含量. 另外, 有机物料对磷源的补充多为稳定性磷库, 需要长时间矿化才能转化为植物可利用磷源. 有机物料投入也会直接影响土壤有效磷含量, 合适的有机无机配比可以提高土壤磷有效性. 在磷素转化过程中, 中等活性磷库和低活性磷库更易于向活跃组分转化, 而惰性磷库向低活性磷库的转化以及磷库间跨级转化较难发生. 在影响土壤有效磷的众多因子中, 土壤pH和活性磷库是关键的因素, 路径系数分别为0.49和1.01, 而其他3个磷库对Olsen-P影响不显著.
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1.OSR-P（有机肥替代磷肥比例）, 2.pH, 3.惰性磷库, 4.低活性磷库, 5.中等活性磷库, 6.活性磷库；结构方程模型中红色和蓝色线条分别表示正向和负向影响, 实线表示影响显著, 虚线表示影响不显著, 线条旁数值是标准化的路径系数, 线条的粗细程度表示路径系数的大小；各变量上方的黑色数值是R2值, 表示变量解释的方差比例；*和***分别表示在P < 0.05和P < 0.001水平上显著相关 图 6 菜田上有机替代比例、pH、磷组分和有效磷间的相互关系模型 Fig. 6 Relationship model of organic substitution ratio, pH, P fraction, and available phosphorus on vegetable field |
在本研究中, 农户传统施肥处理积累了较高Olsen-P, 0 ~ 5、5 ~ 10和10 ~ 20 cm土层的ω（Olsen-P）分别为58.6、56.4和25.0 mg·kg-1, 显著高于有机物料处理, 主要原因是农户传统施肥处理下肥料自身投入量过高, 远超作物带走的养分量, 多余的养分留存在土壤中. 长期过量施用磷肥会增加土壤磷素积累和浸出量[24], 廖文华等[25]研究证明, 菜田过量施肥导致土壤磷素处于盈余状态, 当单季用量为180 ~ 720 kg·hm-2 P2O5时, 土壤磷年累积量为41.2 ~ 478.7 kg·hm-2, 而180 kg·hm-2 P2O5的用量即可满足作物需求, 王瑞等[26]研究发现果菜类菜田的环境磷阈值为56.7 ~ 58.0 mg·kg-1. 因此, 过高的养分投入并不会促进作物增产增收, 反而增加了环境风险. 另外, 相比于对照, 优化施肥的有机物料处理显著增加土壤磷素积累. 在本研究中将玉米秸秆施入菜田对有效磷的提升作用最强, 显著高于鸡粪和餐厨废弃物, 与生物炭没有差异. 这与前人的研究结果不完全一致, 吕春玲等[27]通过整合分析发现, 有机肥类型对土壤有效磷提升幅度不同, 具体表现为粪肥 > 秸秆类 > 城市垃圾类. 这与所施物料的组成有关, 秸秆具有较高的C/P, 一方面高碳低养分的特性利于建立土壤微生物区系, 对于改善新菜地土壤, 活化养分至关重要；另一方面在保证土壤碳平衡, 提升地力的前提下, 秸秆处理的有机无机配比较低. 而鸡粪处理仅为粪肥磷源, 磷素有效性相对较低.
肥料投入不仅促进磷素积累, 也加剧了磷向深层的迁移, 并且迁移程度对不同类型有机物料的响应不同. 有研究发现, 在菜田连续施用两年高量化肥, 土壤Olsen-P多集中在0 ~ 20 cm土层, 而有机肥可迁移至30 cm土层, 且磷素下移深度因有机肥类型和种植年限改变而改变[28~31]. 在本试验采用的4种有机物料中, 鸡粪处理向下迁移的有效磷占比最多, 具有向地下水源迁移的潜在风险, 原因是鸡粪低C/P导致该处理多为有机磷源, 不易被土壤颗粒吸附固定. 秸秆处理下的有效磷多集中在上层, 说明秸秆具有最好的固磷作用[32]. 但需要注意的是, 在长期施用秸秆后应注意减施磷肥. 在菜田添加生物炭有效缓解了土壤磷向下迁移风险, 正如Xie等[33]所研究的, 生物炭添加通过诱导土壤有机质增加改变了磷淋溶变化点, 降低了磷淋溶风险. 另外, 樊红柱等[31]发现施用新鲜猪粪会加速土壤磷向下移动, 长期施肥可达100 cm以下；而当采用腐熟牛粪作为有机肥源时, 对土壤有效磷的影响主要集中在0 ~ 40 cm, 60 cm以下的磷含量与不施肥处理相当[30]. 因此, 不同有机肥类型导致磷素在土壤中的变化规律存在很大差异. 本研究是在提升菜田土壤有机质的前提下对比连续施用两年不同有机物料后土壤有效磷的累积和迁移特征, 为农户选择合理的有机肥源提供理论支撑.
施用磷肥增加了上层土壤CaCl2-P含量, 除餐厨废弃物外其他处理与Olsen-P累积规律基本一致, 这种差异与试验所采用的餐厨废弃物自身的特殊性质或堆肥发酵过程有关. 虽然不同物料对土壤Olsen-P累积作用不同, 但各处理下CaCl2-P没有显著差异, 原因是由于种植年限太短, 尚未造成环境压力. Qin等[34]分析了华北潮土上过度施肥造成的土壤磷累积和流失风险发现, 连续过量施用有机肥超过10 a土壤磷超过环境阈值, 引起环境风险. 因此, 在长期大量投入肥料后需及时监控土壤磷素变化.
3.2 有机物料类型对菜田磷组分变化的影响活性磷库可以直接被吸收利用, 对作物生长发育至关重要. 由图 6可以看出, 在土壤有效磷的累积过程中, 活性磷库是最直接和关键的因子. 试验结果表明, 有机物料显著增加土壤活性磷库绝对含量和占比, 促进中等和低活性磷向活性磷的转化. 这与前人的研究一致, 相比于单施化肥, 配施粪肥通过减少土壤颗粒对磷素的固定促进土壤非活性磷向活性磷的补充[35]. 保留秸秆与磷肥结合, 除了直接促进活性磷库累积, 还可以通过提高土壤酶活性（包括植酸酶和酸碱性磷酸酶）和phoD基因丰度间接影响活性无机磷库[36]. Zhang等[24]研究认为长期添加秸秆更多的是促进中等活性磷库积累, 进而减少土壤磷流失. 在本研究中, 相比于其他有机物料, 秸秆更多的是促进了向活性磷库的转化, 原因是秸秆具有较高的C/P, 加快了解磷菌的活动, 从而促进磷周转[37]；生物炭处理下中等活性磷库含量最高, 更具有减少磷损失和补充有效磷的潜力. 相比于对照, 有机物料投入均降低了低活性磷库占比.
3.3 土壤有效磷变化的影响因素肥料施用并非单一地增加土壤养分, 而是通过调控各种土壤性质因子共同起作用. 本研究利用结构方程模型模拟发现, 在各种有机物料搭配不同比例化学磷肥施入土壤后, 通过降低土壤pH加速了相对低活性磷向高活性磷组分的转化, 直接或间接地提高了土壤磷素有效性. 在一项为期32 a的定位试验中, 农田长期施用有机肥, 土壤有效磷与pH显著负相关[38]. Yuan等[19]在添加了不同有机物料后发现用生物炭和秸秆作为土壤改良剂都可以提高土壤有机碳和影响碳组分, 不同的碳组分具有不同的受众菌群, 从而重塑微生物区系, 刺激磷酸酶酶解作用, 提高土壤磷含量. 在一项氮磷协同吸收的研究中发现, 高氮肥施用在促进有机磷积累过程中, pH值是最重要的驱动因子, 在主成分分析中解释了含phoD基因的细菌群落组成的79.4%的差异[39], 这与本研究的结果相似.
在基于土壤有机质提升条件下施用不同有机物料, 分别对应不同的有机无机磷肥配比. 由图 6（a）可以看出, 不同替代比例通过影响pH间接影响土壤磷素累积. 有研究表明, 粪肥替代30%磷肥显著提高了土壤磷有效性[40], 但不同物料可替代的比例不同, 目前仍缺乏不同有机肥类型替代磷肥效果的同田对比. 合适的物料类型有助于维持土壤有效磷合理水平, 保证作物正常生长的同时避免养分累积造成的环境压力.
3.4 基于有机质提升的磷肥综合管理综上, 本研究在基于菜田地力提升的基础上对比不同有机物料对土壤磷的影响发现, 过量施肥造成磷素在土壤中大量积累；等养分输入下不同物料类型对土壤总磷提升程度不同, 这主要与土壤磷素的流失有关. 有研究表明有机物料类型是造成土壤磷流失的重要因子[41, 42]. 农田添加生物炭通过影响磷组分降低损失风险[40], 但相比秸秆, 生物炭处理导致更多的PO43-流失[32]；沼渣是比粪肥更有效控制磷流失的环保型肥源[43]. 同时有机物料通过促进土壤团聚体形成增加磷吸附能力, 但不同类型物料对团聚体的形成及稳定性存在差异[44]. 本研究中生物炭和秸秆处理下有效磷无显著差异, 但秸秆具有较强的固磷作用, 需及时监控磷素动态变化；鸡粪处理难以建成高肥力土壤且易向下迁移；餐厨废弃物处理下积累了较高的水溶性磷, 可能会造成较大的环境压力. 尽管有机肥在提高土壤有机质方面作用显著, 但碳平衡条件下土壤磷素管理面临很大问题. 基于此, 在磷肥管理中应注意：在提高土壤有机质的同时应基于作物需求投入养分, 最大限度发挥作物根系生物学潜力, 避免养分盈余对根系造成的负面效应；在基于碳平衡进行有机肥替代化肥时应根据物料的碳磷比确定有机无机配比, 避免短期内活性磷被大量固定或因缺乏启动磷肥导致作物根系无法建成[45, 46]；不同有机物料向下迁移程度不同, 应注意物料性质及土壤养分状况选择有机肥类型, 并及时监控土壤磷动态.
4 结论（1）施磷条件下, 土壤有效磷随土层深度增加而降低. 秸秆和生物炭对有效磷的累积作用优于餐厨废弃物和鸡粪. 菜田生物炭施用条件下, 土壤有效磷含量与秸秆处理的有效磷含量水平相当, 但生物炭能够兼顾土壤磷素有效性和有机质提升.
（2）当前土壤中磷多以中等活性磷库形式存在. 菜田施用有机物料加速中等活性磷库和低活性磷库向活性磷库转化, 秸秆处理下活性磷库磷含量最高.
（3）等碳量条件下鸡粪处理的土壤有效磷向下层迁移相对量最高, 连续施用两年鸡粪后土壤磷素可迁移至30 cm土层.
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