【研究意义】磷是植物生长的必需营养元素，但也是引起水体富营养化的重要因子，在我国南方，酸性土壤面积大，施入土壤的磷肥极易被铁、铝离子固定在土壤中，以无效态磷的形式存在，磷素的有效性低，造成我国磷肥的当季利用率仅为10% ~ 25%^[1-2]。同时，随着我国人口的不断增长，加剧了对粮食产量和质量的需求，为提高作物产量，磷肥施用量逐年增加，导致土壤磷素累积，增加了土壤中磷的移动性，引发农田磷素表面面源污染和水体富营养化等环境问题^[3]。因此，通过添加土壤调理剂与磷肥配合施用，活化土壤中被固定的磷，改变传统的磷肥施用方式，是提高土壤磷有效性的有效途径。而土壤速效磷能被植物吸收利用，磷素活化系数表征磷的有效性，活化系数越高，则磷的有效性越高。因此，如何利用被固定在土壤中的磷，挖掘土壤的潜在肥力，有效提高土壤中难溶性磷的利用，是当前值得研究的热点。

【前人研究进展】目前，对磷素活化剂的研究主要有腐殖酸、草酸、木质素、沸石、柠檬酸钠等种类^[4-5]。腐殖酸是一种天然大分子有机物质，含有羟基、羧基、甲氧基等含氧活性官能团，具有一定的亲水性、吸附能力，可促进作物对土壤磷素养分的吸收^[6]。研究发现，腐殖酸可活化土壤中的难溶性磷，减少磷素在土壤中的吸附和固定，提高磷在土壤的有效性^[7]。由于腐殖酸有很强的吸附作用，通过阴离子间相互替代作用，可以把吸附在土壤中的磷酸根离子从土壤矿物中替代出来，减少土壤对磷的固定，提高磷素有效性^[8]。张继舟等^[9]在腐殖酸对设施养分、盐分及番茄产量和品质影响的研究中发现，施用腐殖酸可以提高土壤中速效磷的含量。生物质碳具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，有极强吸附性。前人研究表明，在土壤中施加生物质碳可改善土壤结构、提高肥水利用率、促进作物的生长，特别是在改变磷素有效性方面影响显著^[10-12]。生物质碳在农业生产应用上也有诸多研究，在水稻、玉米等大田作物上的应用取得了一定效果，研究发现施用生物质碳可明显提高土壤水分与肥料的利用率，番茄的产量也有很大提高^[13]。【本研究切入点】目前对腐殖酸和生物质碳在土壤中的应用研究主要集中在对土壤有效磷含量及对作物产量的影响方面，而对土壤磷素活化机制及无机磷各组分形态转化还鲜有报道。【拟解决的关键问题】本研究设置2个施磷水平，分别与腐殖酸、生物质碳2种土壤调理剂进行不同配比，通过研究腐殖酸与生物质炭配合减少磷肥施用对土壤磷素活化及土壤无机磷各组分形态转化的影响，探究腐殖酸与生物质碳配施对土壤磷素的活化效果及无机磷各组分Fe-P、Al-P、Ga-P、O-P转化的影响，更好地认识和评价腐殖酸、生物质碳在活化土壤磷中的重要作用，旨在为今后腐殖酸、生物质碳在磷肥减量施用及新型磷肥的研发和应对由磷素积累带来的磷环境风险问题提供科学依据。.

1　材料与方法 1.1　试验材料

供试土壤采集自广西大学农学院试验基地，基本理化性质为：全氮0.63 g/kg，全磷0.45 g/kg，速效磷1 0.52 mg/kg，Al-P 13.35 mg/kg，Fe-P 98.89 mg/kg，Ca-P 17.59 mg/kg，O-P 3.48 mg/kg，pH 5.78。

供试腐殖酸原粉、生物质碳(稻壳)、磷肥。

1.2　试验设计

试验设0.1 g/kg（P1）、0.2 g/kg（P2）两个磷（P₂O₅）水平，腐殖酸（F）和生物质碳（S）均分别设1、2 g/kg两个水平，共14个处理（表 1），每个处理18次重复。

室内培养试验于2020年7月开始，采取0~20 cm耕层土壤，自然风干后过0.85 mm筛，搅拌均匀后准确称取100.00 g装进白色培养瓶，将土壤调至最大田间持水量的45%，盖好盖子，并在瓶盖上面打5 ~ 6个孔，将所有培养瓶置于培养箱中以25 ℃恒温避光条件预培养7 d，按上述试验方案加入磷肥、腐殖酸和生物质碳混匀，保持田间持水量的65%继续培养，并每隔1 d补充去离子水以维持水分相对稳定。分别于培养0、18、30、45、60 d取土样测定相关指标。

1.3　测定指标及方法

土壤速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO₃浸提-钼锑抗比色法测定，土壤全磷含量采用HClO₄-H₂SO消解-钼锑抗比色法测定，土壤Al-P含量采用0.5 mol/L NH₄F(pH 8.2)浸提-钼锑抗比色法测定，土壤Fe-P含量采用0.1 mol/L NaOH浸提-钼锑抗比色法测定，土壤Ga-P含量采用0.5 mol/L (1/2H₂SO₄)浸提-钼锑抗比色法测定，土壤O-P含量采用0.3 mol/L柠檬酸钠浸提-钼锑抗比色法测定^[14]。

试验数据采用Excel2018进行处理和作图，用SPSS26和邓肯比较法进行统计分析。

磷素活化系数(%) = （土壤速效磷含量/土壤全磷含量）×100

2　结果与分析 2.1　腐殖酸与生物质碳配施对土壤速效磷含量的影响

由表 2可知，腐殖酸、生物质碳均能显著提高土壤速效磷含量，P2水平下，与单施磷肥处理（CK2）相比，配施腐殖酸处理（P2F1、P2F2）均显著提高土壤速效磷的含量，并且呈现先增加后趋向稳定的特点，其中以P2F2处理效果较好；配施生物质碳处理（P2S1、P2S2）亦显著提高速效磷的含量，其中在培养45 d达到最高，P2S2处理比CK2高20.67%；联合施用腐殖酸和生物质碳处理（P2F1S1、P2F2S2）均显著提高土壤速效磷的含量，在培养18 d达到最高，且以P2F1S1处理效果较好，比CK2高27.13%。

P1水平下，与单施磷肥处理（CK1）相比，配施腐殖酸处理（P1F1、P1F2）显著提高土壤速效磷的含量，呈现先增加后趋于稳定的特点，其中以P1F2处理培养18 d土壤速效磷含量最高，比CK1高69.83%；配施生物质碳处理（P1S1、P1S2）能提高土壤速效磷的含量，其中P1S1处理在培养45 d达到最高，比CK1高12.80%；联合施用腐殖酸和生物质碳的处理（P1F1S1、P1F2S2）与CK1差异不显著。

可见，施用腐殖酸、生物质碳各处理的土壤速效磷含量均显著高于CK2、CK1，配合施用腐殖酸与生物质碳亦均可显著提高土壤中速效磷的含量，其中P2水平下各处理均较P1水平好。

2.2　腐殖酸与生物质碳配施对土壤磷素活化系数的影响

由表 3可知，腐殖酸和生物质碳均能显著提高土壤磷素活化系数，P2水平下，与单施磷肥处理（CK2）相比，配施腐殖酸处理（P2F1、P2F2）均显著提高土壤磷素活化系数，其中以P2F2处理培养45 d达到最高，比CK2高24.84%；配施生物质碳处理（P2S1、P2S2）均显著提高土壤磷素活化系数，呈现先增加后趋向稳定的特点，且均在培养45 d达到最高，P2S2处理比CK2高23.87%；联合施用腐殖酸和生物质碳的处理（P2F1S1、P2F2S2）均显著提高土壤磷素活化系数，在培养18 d速效磷含量达到最高，且以P2F1S1处理效果较好，P2F2S2处理比CK2高20.47%。

在P1水平下，与单施磷肥处理（CK1）相比，配施腐殖酸处理（P1F1、P1F2）显著提高土壤磷素活化系数，呈现先增加后稳定的特点，其中以P1F2处理培养18 d土壤磷素活化系数最高，比CK1高64.84%；配施生物质碳处理（P1S1）土壤磷素活化系数在培养30 d达到最高，比CK1高14.80%；联合施用腐殖酸和生物质碳的处理（P1F1S1、P1F2S2）只在培养30 d时与CK1差异显著。

综上所述，施用腐殖酸与生物质碳处理的土壤磷素活化系数显著高于CK2、CK1，且P2水平下各处理较P1水平好。

2.3　腐殖酸与生物质碳配施对土壤无机磷各形态含量的影响

2.3.1 对Fe-P含量的影响　由图 1A可知，在P2水平下，施用腐殖酸、生物质碳各处理的土壤Fe-P含量均显著高于CK2，且在试验的前18 d先降低后增加。其中，P2F2处理培养45 d的土壤Fe-P含量与CK2差异显著，比CK2高15.33%；P2S2处理培养30、45 d的土壤Fe-P含量均与CK2差异显著，分别高15.01%、25.00%；P2F2S2处理培养30 d的土壤Fe-P含量达到最高，比CK2显著高21.63%。

由图 1B可知，施用腐殖酸和生物质碳各处理的土壤Fe-P含量高于CK1处理，其中以P1F2处理的土壤Fe-P含量最高，CK1的土壤Fe-P含量随着时间的延长逐渐降低，而施加腐殖酸和生物质碳的处理随着时间的延长而增加。在P1水平下，在培养试验的前18 d，P1F2处理的土壤Fe-P含量与CK1差异不显著，但在30 d后差异显著，且以45 d时达到最高，比CK1显著高31.08%；P1S2处理在培养期间变化不大；P1F2S2处理的土壤Fe-P含量呈先降低后增加的趋势，在60 d时比CK1显著高11.76%。可见，腐殖酸和生物质碳能有效提高土壤Fe-P含量。

2.3.2 对Al-P含量的影响　由图 2可知，各处理的土壤Al-P含量在培养的前18 d无明显变化，之后随着培养时间的延长，Al-P含量逐渐增加，在培养30 d时出现峰值，之后略有下降。其中，施用腐殖酸和生物质碳各处理的土壤Al-P含量显著高于CK2，以P2F2处理的Al-P含量明显高于其他各处理，并在30 d时达到最高值。在P2水平下，与CK2处理相比，P2F2处理的土壤Al-P含量在30 d之后差异显著，且以45 d时达到最高，比CK2显著高26.93%；P2S2处理培养30、45、60 d的土壤Al-P含量与CK2差异显著，分别比CK2高61.40%、14.79%、17.77%；P2F2S2处理在30 d之后与CK2差异显著，并在45 d时出现峰值，分别比CK2显著高36.71%、28.76%（图 2A）。

如图 2B所示，P1F2、P1S2处理的土壤Al-P含量变化明显高于其他各处理，其中以P1F2处理提高效果明显，并在30 d时出现峰值。在P1水平下，与CK1处理相比，P1F2处理的土壤Al-P含量在30 d时存在显著差异，显著比CK1高35.79%；P1S2处理的土壤Al-P含量在30 d时比CK1显著高22.49%；P1F2S2处理与CK1差异不显著。由此可知，腐殖酸与生物质碳的施用对土壤Al-P的活化作用有一定的增强。

2.3.3 对Ga-P含量的影响　由图 3可知，在试验培养期间，各处理的土壤Ga-P含量呈下降趋势，其中以CK2降低趋势最明显。P2F2、P2S2、P2F2S2处理的土壤Ga-P含量均高于CK2，在18 d时差异显著，并分别比CK2高51.73%、47.08%和113.06%（图 3A）。P1F2、P1S2处理的土壤111 Ga-P含量均分别高于CK1和P1F2S2处理，并在18 d时出现峰值，分别比CK1高115.26%和193.20%；P1F2S2处理与CK2、CK1差异不显著（图 3B）。可见，腐殖酸与生物质碳对土壤Ga-P有一定的维持作用。

2.3.4 对O-P含量的影响　由图 4可知，CK2与P2S2处理的土壤O-P含量在18 d时有较大的波动并出现峰值，之后趋向稳定，但CK2的O-P含量一直保持最高水平；P2F2、P2F2S2处理一直趋于稳定，但O-P含量始终低于CK2，其中以P2S2处理降低效果最明显，其次是P2F2S2处理。P2F2、P2S2和P2F2S2处理的土壤O-P含量低于CK2，在45 d时差异显著，分别比CK2显著低26.36%、24.20%和20.58%（图 4A）。图 4B所示，在培养试验的前30 d，CK1的土壤O-P含量始终高于其他各处理，P1F2、P1S2处理与CK1差异不显著，P1F2S2处理在18、45 d时与CK1差异显著，土壤O-P含量分别显著降低13.25%和17.57%。

2.4　土壤速效磷与磷素活化系数、Fe-P、Al-P、Ca-P、O-P的相关分析

由表 4可知，土壤速效磷含量与磷素活化系数、Al-P含量呈极显著正相关关系，与Ca-P含量呈极显著负相关关系；磷素活化系数与Al-P含量呈极显著正相关关系，与Fe-P、Ca-P含量呈显著负相关关系；而Al-P含量与Ca-P含量呈显著负相关关系。

3　讨论 3.1　腐殖酸与生物质碳配施对土壤磷有效性的影响

磷素是土壤中重要的生产力，但也是农业生产中重要的养分限制因子。由于长期大量施用肥料，作物对磷的利用率仅有10% ~ 25%^[15]，使得土壤中各形态无机磷均出现不同程度累积，有效地活化土壤中难溶性磷以提高土壤有效磷含量是减少磷肥施用量、提高磷肥利用率的重要措施。研究表明，腐殖酸与生物质碳能提高土壤无机磷库，并影响土壤无机磷组分比例和分布，促进无效态磷向有效态转化。李军等^[16]研究发现，添加腐殖酸可减少土壤中磷的固定，提高土壤速效磷的含量。添加生物质碳也可减少土壤中磷的固定，促进难溶性磷的活化，影响土壤中无机磷的形态^[17]。高纪超等^[18]研究发现，腐殖酸可提高肥料的有效性。包立等^[19]研究报道，添加腐殖酸可提高大棚土壤有效磷与全磷的比例，而土壤磷素活化系数表征土壤磷素的有效化程度^[20]。本研究结果表明，不同的施磷水平对土壤的速效磷含量与磷素活化系数有显著影响，施用腐殖酸与生物质碳均能提高土壤中速效磷的含量和磷素活化系数，与前人结果一致。在两个施磷水平下，单独施用腐殖酸与生物质碳和联合配施的处理均可提高土壤中速效磷含量与磷素活化系数，其含量可表征土壤磷的有效性，腐殖酸与生物质碳通113过提高土壤中速效磷含量及磷素活化系数来提高磷的有效性，直接促进土壤磷有效性的提高，同时发现各处理的土壤速效磷含量相比并未显著降低，说明适当减施磷肥配合施用腐殖酸与生物质碳在短时间内不会出现磷匮乏的现象。

3.2　腐殖酸与生物质碳配施对土壤无机磷形态的影响

我国南方酸性土壤无机磷主要以Fe-P、Al-P、Ca-P、O-P形态存在，并且Fe-P、Al-P已被证明是潜在的有效磷源，部分钙磷酸盐不能被植物直接吸收利用，但可作为潜在的有效磷源，而O-P是几乎不能被利用的难溶性磷源^[21]。有研究表明，施用稻草生物炭可提高水稻土中的Ga-P、Al-P和Fe-P含量，降低O-P含量^[22]。刘畅等^[23]在高磷条件下腐殖酸与生物质碳配施对土壤磷素转化的研究中发现，腐殖酸与生物质碳配合施用可以促进土壤中磷素的转化，提高磷肥的利用率。而土壤磷素的转化过程主要包括磷素的沉淀和溶解、吸附和解吸、无机磷的固定与有机磷的矿化^[24]。本试验结果发现，施用腐殖酸与生物质碳的各处理均能显著提高土壤中Fe-P、Al-P的含量，并主要以增加Fe-P含量为主，而土壤Al-P含量在培养30、45 d时出现峰值后趋向稳定，说明腐殖酸与生物质碳对土壤Al-P的影响主要体现在培养中期；各处理的土壤Ca-P含量呈现出先降低后稳定的特点，而O-P含量则随试验时间的延长逐渐降低。其中，P2S2处理的土壤Fe-P含量在30、45 d与CK2差异显著，并分别比CK2高15.01%、25.00%；P2F2S2处理在30 d时土壤的Fe-P含量达到最高，比CK2显著高21.63%，这可能与生物质碳和腐殖酸的结构特点有关，对磷素的解吸和溶解，生物质碳具有较多的阴阳离子交换位点，能够降低土壤中的铁、铝离子含量，与其竞争磷酸根离子，干扰铁铝氧化物对磷的固定^[25]。同时，施用生物质碳改变了土壤的理化性质，而腐殖酸含有多种官能团，有一定的吸附和阳离子交换能力，可与土壤中的氢离子竞争吸附电位，减少土壤对磷酸根离子的吸附固定，增强其活化能力，通过增加土壤中的Fe-P、Al-P含量增加磷库，促进难溶性的O-P向潜在磷源的转化，进而提高土壤的磷素有效性。综上所述，腐殖酸与生物质碳通过对磷素的溶解和解吸过程，减少土壤中磷的固定，促进闭蓄态磷的降低，增加有效性磷源的含量，提高土壤磷素的有效性。说明腐殖酸与生物质碳的施用可通过降低土壤O-P的含量，提高Fe-P、Al-P的含量，使土壤中闭蓄态磷向有效态磷方向转化，提高土壤的磷素有效性。

4　结论

本试验结果表明，土壤各形态无机磷所占比例大小为Fe-P> Ca-P> Al-P> O-P，添加腐殖酸与生物质碳显著提高土壤中速效磷含量、磷素活化系数、土壤无机磷组分中有效磷源Fe-P、Al-P含量及组成比例，降低无效磷源Ca-P、O-P含量及组成比例，从而活化土壤磷素，增强土壤磷素的有效性。其中，与CK1处理相比，P1F2处理在18 d时土壤速效磷含量最高，显著提高69.83%；与CK2处理相比，P2F2、P2S2和P2F2S2处理的土壤O-P含量显著低26.36%、24.20%和20.58%。表明腐殖酸与生物质碳联合磷肥减量施用对土壤中固定的磷有活化作用，有利于难溶性的O-P向有效态Fe-P、Al-P转化，降低潜在的磷环境风险问题，可为腐殖酸与生物质碳在新型高效磷肥研发方面提供科学参考。