摘要
为研究玉-豆轮作体系下秸秆连续还田后施磷水平对黑土各形态磷组分含量及磷素平衡的影响，于 2022 和 2023 年在北大荒集团九三分公司大西江农场有限公司开展试验，2022 年设置 P2O5 0 kg/hm2 （P0）、50.2 kg/hm2 （P1）、71.8 kg/hm2 （P2）和 86.1 kg/hm2 （P3）4 个施磷水平，2023 年设置 P2O5 0 kg/hm2 （P0）、50.2 kg/hm2 （P1）和 71.8 kg/hm2 （P2）3 个施磷水平，其中 P2 处理为当地推荐磷肥用量。采集 0 ～ 20 cm 土层土样，测定土壤有效磷含量和磷酸酶活性，利用 Hedley 磷素分级法测定土壤不同形态磷组分含量，并分析不同形态磷组分间的相关关系。结果表明：在秸秆连续还田 6 ～ 7 年的基础上，施磷肥可以显著提高大豆各生育时期土壤有效磷含量，但多数施磷肥处理之间的差异不显著。施磷肥处理土壤 H2O-P、NaHCO3-Po 和 NaOH-Pi 含量显著高于不施磷肥处理，增幅分别达到 41.75% ～ 53.45%、23.07% ～ 43.95% 和 14.38% ～ 33.38%；2022 年 P1、P2 和 P3 处理土壤 NaHCO3-Pi 含量分别较 P0 处理显著提高 17.06%、28.61% 和 24.78%；2022 年 P2 和 P3 处理 HCl-P 含量分别较 P0 处理显著提高 12.41% 和 11.32%；两年土壤 NaOH-Po 和 Rseidual-P 含量在各处理间的差异均未达到显著水平。2022 和 2023 年 NaOH-Pi 与土壤全磷之间的相关系数分别达到 0.954 和 0.940，2022 年 H2O-P 和 NaHCO3-Pi 与有效磷的相关系数分别达到 0.945 和 0.987，2023 年 H2O-P 与有效磷的相关系数达到 0.951。大豆各生育时期土壤酸性磷酸酶活性和碱性磷酸酶活性均随施磷水平的提高而不断降低，并以土壤酸性磷酸酶的变幅最大。在秸秆还田条件下，随着施磷水平的提高，籽粒磷素携出量呈先增加后降低的趋势，2022 和 2023 年均以 P1 处理籽粒磷素携出量最高，分别达到 21.24 和 17.52 kg/hm2 ；两年各处理土壤磷表观平衡量均表现为盈余，且土壤磷表观平衡量均随施磷水平的增加而递增。综上所述，在黑土区秸秆连续还田 6 ～ 7 年后，生产中减少 30% 磷肥用量在维持较高土壤有效磷水平的同时可有效平衡土壤磷素，促进磷素高效安全利用。
Abstract
In order to study the effects of phosphorus application level on phosphorus content of various forms and phosphorus balance of black soil after continuous straw return under corn and soybean rotation system，this study was conducted in Daxijiang Farm Co.，LTD.，Jiusan Branch，Beidahuang Group，in 2022 and 2023. In 2022，four phosphorus application levels of P2O5 0 kg/hm2 （P0），50.2 kg/hm2 （P1），71.8 kg/hm2 （P2）and 86.1 kg/hm2 （P3）were set up. In 2023， three phosphorus application levels of P2O5 0 kg/hm2 （P0），50.2 kg/hm2 （P1）and 71.8 kg/hm2 （P2）were set up，in which P2 treatment was the recommended local phosphorus fertilizer dosage. Soil samples from 0-20 cm soil layer were collected to determine the content of available phosphorus and phosphatase activity in soil. Hedley phosphorus fractionation method was used to determine the content of different phosphorus fractions in soil，and the correlation between different phosphorus fractions was analyzed. The results show that，on the basis of continuously returning straw to the field for 6 to 7 years，phosphorus fertilization significantly increased the soil available phosphorus content at each growth stage of soybean， but the difference between most phosphorus fertilization treatments was not significant. The contents of H2O-P，NaHCO3- Po and NaOH-Pi in soil treated with phosphorus fertilizer were significantly higher than those without phosphorus fertilizer， increasing by 41.75%-53.45%，23.07%-43.95% and 14.38%-33.38%，respectively. In 2022，the NaHCO3-Pi content of soil treated with P1，P2 and P3 was significantly increased by 17.06%，28.61% and 24.78%，respectively，compared with that treated with P0. In 2022，the HCl-P content of P2 and P3 treatment was significantly increased by 12.41% and 11.32% compared with P0 treatment，respectively. There were no significant differences in NaOH-Po and Residual-P contents among different treatments at two years. The correlation coefficients between NaOH-Pi and soil total phosphorus reached 0.954 and 0.940 in 2022 and 2023，respectively，and the correlation coefficients between H2O-P and NaHCO3-Pi and available phosphorus reached 0.945 and 0.987 in 2022，respectively，and the correlation coefficients between H2O-P and available phosphorus reached 0.951 in 2023. Soil acid phosphatase activity and alkaline phosphatase activity were decreased continuously with the increase of phosphorus application level，and soil acid phosphatase activity changed the most. Under the condition of straw returning to field，with the increase of phosphorus application level，the phosphorus carried out in grain increased first and then decreased. In 2022 and 2023，the phosphorus carried out in grain under P1 treatment was the highest，reaching 21.24 and 17.52 kg/hm2 ，respectively. The apparent balance of soil phosphorus in all treatments showed surplus in 2 years，and the apparent balance of soil phosphorus increased with the increase of phosphorus application level. In summary，after 6 to 7 years of continuous straw returning to the field in the black soil area，reducing the amount of phosphorus fertilizer by 30% in production could effectively balance soil phosphorus while maintaining a high soil available phosphorus level，and promote the efficient and safe utilization of phosphorus.
磷是植物生长发育过程中必需的营养元素之一。农业生产上一般通过增施磷肥来提高土壤中磷素有效性[1]。尽管施磷可以补充土壤有效磷库，但过量的化肥投入导致了一系列农田土壤磷素盈余及相关环境风险问题[2]。除施用磷肥外，秸秆还田是向土壤输入磷素的重要途径之一[3]，也是影响土壤磷形态和转化的重要驱动因子[4]。因此，研究秸秆还田条件下施磷水平对土壤磷组分及平衡的影响对指导区域农业生产合理施用磷肥、减少磷流失风险具有重要意义。
土壤磷分级能够很好地了解土壤有效磷含量及各磷组分在土壤中的供应状况[5]。修正后的 Hedley 磷素分级法[6]同时兼顾了土壤中无机磷和有机磷的区分，并根据活性分为活性态磷、中等活性磷和稳定态磷，更有助于全面评估土壤中各磷素的形态变化[7]，是目前较为科学合理的磷素分级方法，已得到了广泛的认同，且被越来越多的学者所采用[8]。磷肥施入土壤后，极易被固定，作物只能利用其中很小的部分[9-10]，所以我国大部分农田土壤已经成为潜在磷库[11]。周宝库等[12]通过对黑土区 24 个生长季的长期定位试验研究表明，施用磷肥较不施磷肥显著提升了土壤有效磷含量，提高幅度可达 6～15 倍。磷各组分含量决定了土壤磷素有效性[13-14]。在无外界因素干扰时，土壤不同形态磷含量一般趋于一种动态平衡，外源磷素的输入会使其发生显著变化[15]。而土壤磷盈亏主要受磷肥投入量和作物吸收量的影响[16]。信秀丽等[17]通过对土壤全磷、有效磷演变特征的研究表明，土壤全磷和有效磷的演变都显著受磷素盈亏的影响。
黑土是黑龙江省重要的土壤类型之一，其本身全磷含量和磷的有效性均处于较高水平[18-19]。康日峰等[20]分析了东北黑土区 26 年间耕地养分演变指出，黑土区农田土壤经过 10～26 年的演变，土壤基础养分含量整体呈上升趋势，有效磷提升效果最为显著。受长期施肥影响，其中 28.6% 的监测点土壤有效磷含量已超过 50.0 mg/kg 的环境阈值。王蒙等[21]研究表明玉米秸秆还田促进了土壤中磷素的固定，增加了土壤中磷库的储备和不同形态磷的含量，在提高土壤中磷素积累方面有着积极作用。因此，秸秆还田条件下大量磷肥的投入必然造成土壤磷素的累积，从而影响土壤磷组分的变化。目前，关于玉-豆轮作体系下秸秆连续还田后施磷水平对黑土磷素平衡以及不同磷素形态之间相关关系的研究还比较缺乏。因此本研究利用田间试验，在玉-豆轮作体系下玉米秸秆连续还田 6～7 年的基础上以大豆为研究对象，采用 Hedley 磷素分级法，研究秸秆连续还田 6～7 年后施磷水平对黑土区大豆田土壤磷组分及磷素平衡的影响，旨在为黑土区磷素养分管理和地力培育提供理论依据，指导区域农业生产。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验于 2022 和 2023 年在北大荒集团九三分公司大西江农场有限公司进行，地理坐标分别为 48°55′29″N、124°53′26″E 和 48°57′42″N、 125°01′23″E。农场位于黑龙江垦区西北部，地处小兴安岭南麓，嫩江东岸，属于寒温带半湿润区，无灌溉，为典型的旱作雨养农业，降水主要集中在 7、8 月，年平均降水量为 526.6 mm，年≥ 10℃有效积温为 2312.5℃。全年日照时数平均为 2532 h，无霜期平均为 120 d。试验田土壤为黑土，其基本理化性质如表1所示。玉-豆轮作体系为该地区主要的种植制度，作物一年一熟，2022 和 2023 年试验区前茬作物均为玉米。玉米和大豆秸秆还田方式为全量粉碎翻埋（翻埋深度 30 cm）还田，试验区每年玉米秸秆还田量约为 8500 kg/hm2，大豆秸秆还田量约为 2200 kg/hm2。
表1供试土壤理化性状
1.2 试验材料与设计
供试材料：供试大豆品种为当地主栽品种黑河 43，为亚有限结荚习性。株高 75 cm 左右，无分枝，紫花，尖叶，灰色茸毛，荚成熟时呈灰色。在适应区，需≥ 10℃活动积温 2150℃左右，出苗至成熟生育日数 113 d 左右，由北大荒垦丰种业股份有限公司大西江农场分公司提供。
供试肥料：尿素（N 46%）、磷酸二铵（P2O5 46%、N 18%）、硫酸钾（K2O 50%），所有试验点供试肥料品种均相同，由北大荒九三区域农业综合服务中心提供。肥料以机械条施的方式施入，所有肥料全部作为基肥。
试验采用大区对比法，2022 年设置 4 个施磷水平，分别为无磷肥处理（P0）、低施磷水平（P1）、当地常规施磷水平（P2）、高施磷水平 （P3）；2023 年设置 3 个施磷水平，分别为无磷肥处理（P0）、低施磷水平（P1）、当地常规施磷水平（P2）；具体试验处理如表2所示。大豆种植采用宽台大垄匀密栽培模式，每个处理 12 垄，垄宽 1.1 m，垄长 550 m，垄上 3 行种植，设计公顷保苗株数为 36 万株，其他田间管理措施同一般生产田。 2022 年 5 月 7 日播种，9 月 29 日收获；2023 年 4 月 30 日播种，10 月 1 日收获。
表2具体施肥措施
1.3 样品采集与分析
植株样品于大豆成熟期进行取样，每个处理取植株 10 株，3 次重复。将根部、茎秆、荚皮和籽粒分开，在 105℃杀青 30 min 后，于 80℃继续烘干至恒重，分别称其干重计算生物量，样品粉碎过 0.25 mm 筛待测。采用硫酸-过氧化氢消煮，钼锑抗比色法[22]测定植株各器官磷含量。
土壤样品于春季播种施肥前和秋季收获后取样，大豆生育期内选择始花期、始粒期、成熟期共计 5 次取样，2022 年因疫情原因大豆始粒期未进行取样。取样过程中根据地形等因素进行样方的选择，在试验区固定样地中随机布设 3 个典型样方，在每一样方内采用五点取样法用土钻采集各处理耕层（0～20 cm）土壤，并混合为 1 个土壤样品，混匀后按四分法取部分样品，去除植物残体及其他杂质，于室内自然风干备用，风干土过 1 mm 筛后用于供试土壤有效磷含量和土壤磷酸酶活性的测定，一部分再磨细过 0.149 mm 筛后用于土壤全磷及各形态磷组分的测定。
土壤全磷含量测定采用 NaOH 熔融-钼锑抗比色法测定，有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法[22]测定，土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法[23]测定，土壤磷组分采用修正的 Hedley 磷素分级法[6]测定，该方法可以同时兼顾土壤中的无机磷和有机磷。
1.4 计算公式及统计方法
土壤磷素表观平衡量为当季磷素总投入量减去总携出量，正值表示养分盈余，负值表示养分亏缺。计算公式：
数据采用 Excel 2021 进行整理与绘制图表，用 SPSS 17.0 进行方差分析（ANOVA）和皮尔森 （Pearson）相关性分析。
2 结果与分析
2.1 秸秆还田条件下施磷水平对土壤有效磷含量的影响
由表3可知，在 2022 和 2023 年，随着生育期的推进，土壤有效磷含量整体呈先减少后增加的趋势，在大豆的各生育时期，两年土壤有效磷含量均以 P0 处理最低。在 2022 年大豆始花期和成熟期，施磷肥显著增加了土壤有效磷含量，且随着施磷水平的增加而增加，P1、P2 和 P3 处理土壤有效磷含量分别较 P0 处理显著提高了 38.01%、53.93%、60.92% 和 45.37%、73.34%、67.78%；当施磷水平大于 P2 处理后，随施磷水平的提高，大豆始花期和成熟期土壤有效磷的含量不再显著增加。2023 年施用磷肥显著增加了大豆始花期、始粒期和成熟期的土壤有效磷含量，呈 P2>P1>P0 的规律，各生育时期 P1 和 P2 处理土壤有效磷含量分别较 P0 处理显著增加了 34.44%、 43.53%、28.53% 和 45.15%、56.37%、30.71%，但各时期 P1 与 P2 处理间均无显著差异。整体而言，秸秆连续还田 6～7 年后，各施磷肥处理的土壤有效磷含量均显著高于 P0 处理，但多数施磷肥处理之间的差异不显著，当施磷水平大于 P2 处理时，土壤有效磷含量趋于平稳或略有降低。
表3不同施磷水平下大豆不同生育期土壤有效磷的含量
注：不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下同。
2.2 秸秆还田条件下施磷水平对土壤磷组分的影响
土壤 H2O-P、NaHCO3-P 是活性较强的磷素形态，后者由 NaHCO3-Pi 和 NaHCO3-Po 两种形态构成。由表4可知，土壤 H2O-P 含量最低，2022 和 2023 年变化范围分别为 12.89～19.59 和 14.03～2 1.53 mg/kg，施磷肥显著提高了土壤 H2O-P 含量，但各施磷肥处理间无显著差异，两年均以 P2 处理达到最大值，2022 和 2023 年 P2 处理 H2O-P 含量分别较 P0 处理显著提高了 51.99% 和 53.45%。施磷水平对土壤 NaHCO3-Pi 含量的影响在年际间存在差异，2022 年施磷肥显著提高了土壤 NaHCO3-Pi 含量，P1、P2 和 P3 处理分别较 P0 处理显著提高了 17.06%、28.61% 和 24.78%，P2 与 P3 处理间无显著差异，2023 年 NaHCO3-Pi 含量表现为随施磷水平的增加而增加，但各处理间无显著差异。 NaHCO3-Po 含量在两年均表现为随施磷水平的增加而增加，不施磷肥与施用磷肥之间差异显著，两年增加幅度分别达到 23.07%～30.12% 和 37.14%～43.95%。
表4不同施磷水平下土壤磷组分的含量
NaOH-Pi 和 NaOH-Po 稳定性相对较好，属于中稳性磷形态。随着施磷水平的提高，土壤 NaOH-Pi 和 NaOH-Po 含量整体呈现上升的趋势，说明施用磷肥均发生了土壤 NaOH-Pi 和 NaOH-Po 含量的积累，其中对 NaOH-Pi 含量的提升幅度最大。2022 和 2023 年不施磷肥与施用磷肥之间 NaOH-Pi 含量均存在显著差异，均以 P2 处理达到最大值，2022 和 2023 年 P2 处理 NaOH-Pi 含量分别较 P0 处理显著提高了 25.33% 和 33.38%。土壤 NaOH-Po 含量在两年均表现为随施磷水平的提高而提高，但各处理间差异不显著。
HCl-P 属于稳定态磷，是潜在磷源之一，不易被植物所吸收，其变化规律与 NaOH-Pi 相似。 2022 和 2023 年各处理间 HCl-P 含量变化范围分别为 81.28～91.37 和 89.34～99.63 mg/kg，且两年均以 P2 处理达最大值，其中 2022 年 P2 和 P3 处理 HCl-P 含量较 P0 处理分别显著提高了 12.41% 和 11.32%。Rseidual-P 是最稳定的磷形态，极不容易被作物吸收，2022 年表现为随施磷水平的提高而不断增加，2023 年随施磷水平的提高呈先增后降的趋势，但各处理间 Rseidual-P 含量的差异均未达到显著水平。整体而言，秸秆连续还田 6～7 年后，施用磷肥均会引起各种磷形态不同程度的积累，其中主要造成了活性磷、中等活性磷含量的显著增加，对稳定态磷含量的影响不显著。
2.3 土壤全磷、有效磷和磷组分之间的相关关系
由表5可知，土壤各磷组分之间均存在正相关关系，其中 2022 年 H2O-P 与 NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po 和 NaOH-Pi 的相关系数分别达到 0.910、0.875 和 0.838，NaHCO3-Pi 与 NaOH-Pi 的相关系数达 0.933， HCl-P 与 NaHCO3-Pi 和 NaOH-Pi 的相关系数分别达到 0.876、0.783；2023 年 H2O-P 与 NaHCO3-Pi、 NaHCO3-Po 和 NaOH-Pi 的相关系数分别达到 0.901、0.870 和 0.877，NaHCO3-Po 与 NaOH-Pi 的相关系数达 0.844，HCl-P 与 NaOH-Po 的相关系数达到 0.829。
2022 年各形态磷与有效磷之间均存在相关关系，各形态磷组分与土壤有效磷的相关系数大小为 NaHCO3-Pi>H2O-P>NaOH-Pi>NaHCO3-Po>HCl-P>Rseidual-P>NaOH-Po，其中 H2O-P 和 NaHCO3-Pi 与有效磷的相关系数分别达到 0.945 和 0.987；2023 年除 Rseidual-P 外，其余各形态磷与有效磷之间均存在显著相关关系，各形态磷组分与土壤有效磷的相关系数大小为 H2O-P>NaHCO3-Pi>NaHCO3-Po>HCl-P>NaOH-Pi>NaOH-Po>Rseidual-P，其中 H2O-P 与有效磷的相关系数达到 0.951。
2022 年除 NaOH-Po 外，其他土壤磷组分与土壤全磷之间均存在极显著正相关关系，2023 年除 Rseidual-P 外，其他土壤磷组分与土壤全磷之间均存在极显著正相关关系。其中 NaOH-Pi 与土壤全磷之间的相关系数在 2022 和 2023 年分别达到 0.954 和 0.940，说明秸秆连续还田 6～7 年后，不同施磷水平对土壤磷库的变化主要体现为 NaOH-Pi 含量的变化。
表5土壤全磷、有效磷和各形态磷组分之间的相关关系
注：* 表示 0.05 水平显著，** 表示 0.01 水平显著；右上为 2022 年土壤磷组分相关性，左下为 2023 年土壤磷组分相关性。
2.4 秸秆还田条件下施磷水平对土壤磷酸酶活性的影响
由表6可知，土壤酸性磷酸酶活性高于碱性磷酸酶活性，随着大豆生育进程的推进，酸性磷酸酶活性和碱性磷酸酶活性整体均呈先增后降的趋势，其中酸性磷酸酶活性的变幅最大；大豆各生育时期土壤酸性磷酸酶活性和碱性磷酸酶活性均随施磷水平的提高而不断降低，整体上仍以土壤酸性磷酸酶的变幅最大，说明在秸秆还田 6～7 年土壤酸性磷酸酶对磷肥的响应更强烈。P1、P2 和 P3 处理在 2022 年大豆始花期的土壤酸性磷酸酶活性分别较 P0 处理显著降低 19.35%、23.66% 和 26.88%，各施磷肥处理间无显著差异，在大豆成熟期各处理土壤酸性磷酸酶活性均显著高于 P3 处理；2023 年大豆始花期 P1 和 P2 处理土壤酸性磷酸酶活性分别较 P0 处理显著降低了 20.24% 和 26.19%，在大豆始粒期和成熟期 P2 处理土壤酸性磷酸酶活性分别较 P0 处理显著降低 44.44% 和 24.36%，P0 与 P1 处理间无显著差异。2022 年大豆始花期 P1、P2 和 P3 处理土壤碱性磷酸酶活性分别较 P0 处理显著降低 19.48%、37.66% 和 48.05%，大豆成熟期 P0、P1 和 P2 处理的土壤碱性磷酸酶活性均显著高于 P3 处理；2023 年大豆各生育时期 P2 处理土壤碱性磷酸酶活性均显著低于 P0 和 P1 处理，P2 处理较 P0 处理分别显著降低了 42.59%、39.53% 和 44.07%。
表6不同施磷水平下土壤磷酸酶的活性
2.5 秸秆还田条件下施磷水平对土壤磷素表观平衡的影响
土壤磷素表观平衡量主要受到磷素投入量和籽粒磷素携出量的影响。由表7可知，在秸秆还田条件下各处理土壤磷表观平衡量均表现为盈余，随着施磷水平的提高，籽粒磷素携出量呈先增加后降低的趋势，2022 和 2023 年均以 P1 处理籽粒磷素携出量最高，分别达到 21.24 和 17.52 kg/hm2； 而土壤磷表观平衡量随施磷水平的增加而递增， 2022 年以 P3 处理土壤磷表观平衡量最高，达到 36.10 kg/hm2，2023 年以 P2 处理土壤磷表观平衡量最高，达到 35.68 kg/hm2。综合两年的试验结果表明，秸秆连续还田 6～7 年后，过高的施磷水平易造成土壤磷素过多累积，不利于磷素在籽粒中的积累，减施磷肥能够平衡土壤磷素，减少磷资源的消耗。
表7不同施磷水平下土壤磷表观平衡量
3 讨论
3.1 秸秆还田条件下施磷水平对土壤有效磷及磷酸酶活性的影响
有效磷含量是表征土壤供磷能力的重要指标，在土壤肥力评估中发挥重要作用[24]。研究表明，通过玉米秸秆还田增加了不同性质土壤中磷元素的积累，适量的玉米秸秆还田与土壤有效磷含量呈正相关[25]。本研究中，秸秆连续还田 6～7 年后，土壤有效磷含量随施磷水平的提高不断增高，但施磷水平大于 P2 处理时，土壤有效磷含量趋于稳定或略有降低。本研究说明秸秆连续还田 6～7 年施用外源磷肥显著提高土壤有效磷含量，且随磷肥用量的增加，土壤有效磷含量升高，但土壤有效磷含量的增加量低于外源补充的磷量[26]。丛萍等[27]研究表明，外源玉米秸秆输入提高了土壤中参与磷循环的土壤酶含量。土壤酶活性的改变会影响土壤中磷的活化过程，其参与着土壤中养分的循坏，是影响土壤有效磷含量的关键指标，在土壤磷素吸收利用中扮演重要角色。刘彦伶等[28]研究发现，土壤磷素含量越高则磷酸酶活性越高；也有研究认为适度缺磷的土壤磷酸酶活性会提高[29]。本研究中两种磷酸酶其活性均随施磷水平的增加呈降低趋势，其原因可能是，一方面，当化学磷肥施用量较大时，会抑制解磷菌的生长和磷酸酶的合成，降低了磷酸酶的活性[30]；另一方面，当土壤磷素供应能力较弱时，豆科作物会通过根系分泌质子、酸性磷酸酶、低分子量有机酸等方式活化土壤难溶性磷，提高土壤磷的有效性[31]。
3.2 秸秆还田条件下施磷水平对土壤磷组分的影响
研究表明，与玉米秸秆离田相比，玉米秸秆还田可以增加土壤中不同形态磷的含量[32]。本研究中，两年试验结果表明，在连续 6～7 年秸秆还田条件下，施用磷肥均显著增加了土壤活性和中等活性磷组分的含量，这与沈开勤等[33]的研究结果一致。也有研究表明，施用磷肥会引起各种磷形态的显著积累，其中残余态磷的增加幅度最大[34]。本研究中 HCl-P 和 Residual-P 没有随施磷水平的增加而发生显著变化，分析认为，土壤类型可能是产生差异的原因之一。骆妍妃等[35]研究表明，红壤因其理化性质使得施入的磷肥极易被固定，主要以闭蓄态磷等难溶性无机磷组分积存在土壤中。李佳琪等[36]通过对黑土累积磷的释放动力学特征的研究表明，黑土固定的残留磷量受施磷肥的影响较小，长期施肥累积的磷具有较高的活性，且施肥累积的磷大部分可以释放。另外，可能与秸秆连续还田 6～7 年对土壤磷组分的活化有关，徐悦等[37]研究表明，在轮作制中，秸秆还田可以促进土壤中稳定态磷向有效态磷和缓效态磷的转化，从而减少了土壤稳定态磷的积累。本试验大豆田土壤中不同磷组分含量存在差异，活性态磷组分含量相对较低，易受施磷量的影响出现显著变化，而稳定态磷含量高，施肥往往不易导致其显著变化[34]。
植物对磷的利用取决于其在土壤中的赋存形态及其迁移转化过程[38]。土壤磷组分可全面表征土壤磷素状况，磷组分之间的转化直接影响磷的有效性，根际土壤磷有效性对植物磷的吸收积累能力影响较大，H2O-P 和 NaHCO3-P 是有效性最高的磷组分，NaOH-P 为中活性磷组分，而 HCl-P 和残渣态磷的植物有效性较低[39]。研究表明植物主要吸收利用土壤中的 H2O-P 和 NaHCO3-Pi，对其他磷组分的利用能力较弱[40]。土壤有效磷含量的高低主要取决于土壤磷组分之间的分布和转化情况。焦金铖等[41]研究表明，Olsen-P 的含量与 NaHCO3-Pi 的相关性最高，并通过结构方程模型得出 Olsen-P 的水平受到活性态磷含量的显著直接正向影响。一般认为，土壤有效磷与某形态磷的相关性越显著，该组分磷的有效性就越高，其相对有效性也越高[42]。本研究中，2022 年 H2O-P 和 NaHCO3-Pi 与有效磷的相关系数分别达到 0.945 和 0.987，2023 年 H2O-P 与有效磷的相关系数达到 0.951。这表明 H2O-P 和 NaHCO3-Pi 的有效性最高[36]。不同形态有机磷素可以通过矿化等方式转化为有效性较高的无机磷形态，但它们之间的相关程度不同[43]。本研究中，2022 年 H2O-P 与 NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po 和 NaOH-Pi 的相关系数分别达到 0.910、0.875 和 0.838，NaHCO3-Pi 与 NaOH-Pi 的相关系数达 0.933，HCl-P 与 NaHCO3-Pi 和 NaOH-Pi 的相关系数分别达到 0.876、0.783；2023 年 H2O-P 与 NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po 和 NaOH-Pi 的相关系数分别达到 0.901、0.870 和 0.877，HCl-P 与 NaOH-Po 的相关系数达到 0.829，说明秸秆连续还田 6～7 年后，施用磷肥影响土壤磷组分之间的转化主要发生在 NaOH-P 和 HCl-P 与其他磷组分之间。当土壤不稳定无机磷库被消耗，磷可以从磷酸钙矿物以及 Fe、Al 氧化物上的非闭塞位点解吸或溶解，引起 NaOH-P、HCl-P 的释放，以补充不稳定态无机磷库[44]，同时秸秆还田可促进土壤磷向活性态磷转化，提高土壤磷有效性[45]。残余态磷（Residual-P）通常被认为是难以被植物吸收利用的磷组分，但在本研究中，2022 年残余态磷与土壤有效磷表现出显著相关性，表明秸秆连续还田 6～7 年后残余态磷在较长时间内对植物是有效的，可以通过稳定态磷的活化提高土壤磷的有效性[46]。
3.3 秸秆还田条件下施磷水平对土壤磷素平衡的影响
北大荒集团九三分公司严格执行玉-豆轮作制度，秸秆还田措施中玉米、大豆秸秆均全量还田。甘国渝等[47]、苏珊珊等[48]研究表明，秸秆还田有利于耕地地力的提升，促进土壤供磷能力的提高。因此在本研究中，土壤经过秸秆连续还田 6～7 年后，为当地磷肥减施提供了可能。土壤磷素累积与磷投入密切相关，当磷投入量相当于作物需磷量时可维持耕层土壤总磷库的平衡，高于作物需磷量时可增加耕层土壤磷库[49]。随着作物对磷素的大量携出，不施磷肥处理耕层土壤磷素处于亏缺状态，但向土壤中过量施入磷素并不能使作物吸磷量成比例的增加，还会造成磷素在土壤中大量积累[50]。本研究结果表明，秸秆连续还田 6～7 年后，随磷肥用量的增加，籽粒磷素携出量呈先增加后下降的趋势，但土壤磷素表观平衡量随施磷水平的提高而不断增加，这与张忠学等[51] 的研究结果一致。李春越等[52]研究表明，适量施用磷肥不仅可以补充外源有效磷，还有利于底层土壤固定态磷的释放，对降低磷素流失上表现出较强优势，在保证作物产量的同时，有利于提高磷素利用率，减少土壤磷流失[53]。磷肥对作物的增产效应随施磷量增加而呈下降趋势[54]。当土壤中的磷累积量超过一定值后，减少或短时间停止施用磷肥并不会对作物产量有明显影响[55]。本研究中，秸秆连续还田 6～7 年后，施磷肥可显著提高土壤有效磷含量，但 2023 年低施磷水平（P1）与常规施磷水平（P2）土壤有效磷含量无显著差异，且两年均为 P1 处理籽粒磷素吸收量达到最大值，P1 处理磷素表观平衡量均显著低于其他施磷肥处理，可见，连续 6～7 年秸秆还田条件下减施磷肥对降低土壤磷素表观平衡量具有重要意义。
4 结论
秸秆连续还田 6～7 年后，施用磷肥显著增加了大豆各生育时期土壤有效磷含量，降低了土壤磷酸酶活性，当施磷水平大于当地常规施磷水平时，土壤有效磷含量趋于平稳或略有降低；同时施用磷肥会引起各种形态磷组分不同程度的积累，主要造成了活性磷、中等活性磷含量的显著增加，其中 H2O-P 和 NaHCO3-Pi 是土壤中最有效的磷源，但磷肥过高的施用量易造成土壤磷素过多累积。因此，黑土区秸秆连续还田 6～7 年后，减少 30% 磷肥投入量能在维持较高土壤有效磷水平的同时有效平衡土壤磷素，降低土壤磷素盈余。