秸秆还田下水分管理措施对稻田土壤中磷素有效性的影响

试验采用室内恒温培养的方法，共设6个处理：W1，淹水处理，淹水保持2 cm土层；W2，干旱处理，加水调至田间持水量的70%；W3，干湿交替处理，干旱-淹水-回旱；W1+S，淹水+秸秆处理；W2+S，干旱+秸秆处理；W3+S，干湿交替+秸秆处理。各处理恒温25 ℃培养60 d，每个处理设置3次重复。试验时，称取过2.00 mm筛的供试土壤500 g，按每500 g土壤(干质量)中添加10 g粉碎后的秸秆，充分混匀后装入培养容器中。培养期间采用差重法补充去离子水，分别在第1、3、5、7、15、30、45、60天进行取样，取完土样后继续进行培养。

水分管理和秸秆还田对土壤中磷有效性的影响

随着土壤培养时间的延长，不同处理的土壤中有效磷含量呈现出第1天至第3天快速增加，3 d后趋于稳定的变化趋势。土壤培养60 d后，W1+S处理的土壤中有效磷含量最高(见图1，图中不同小写字母表示处理间差异显著，下同)。

图1  不同处理的土壤中有效磷含量的变化

水分管理和秸秆还田对土壤中无机磷形态的影响

土壤培养60 d后，不同处理的土壤中Ca₂-P含量存在显著性差异(见图2)，其变化趋势为W1+S＞W1＞W3≈W2+S＞W3+S＞W2，W1+S处理的土壤中Ca₂-P含量比W2处理的提高22.25%。W1+S处理的土壤中Ca₈-P的含量最高，Ca₁₀-P、Fe-P的含量最低。6个处理的土壤中，Al-P、O-P的含量无显著性差异。

图2  不同处理的土壤中各形态无机磷含量

水分管理和秸秆还田对土壤中不同磷组分占比的影响

土壤培养60 d后，W1+S处理的土壤中Ca₂-P和Ca₈-P占比显著增加、Fe-P占比显著减少(见图 3)，这说明W1+S处理的土壤中Ca₂-P和Ca₈-P含量的增加主要来自土壤中Fe-P的转化。

图3  不同处理的土壤中各形态无机磷占比

水分管理和秸秆还田对土壤理化性状的影响

（1）土壤pH

随着土壤培养时间的延长，不同处理的土壤pH变化趋势为：第1至第7天快速增大，第7天后趋于稳定。土壤培养60 d后，W1处理的土壤pH最大(见图4)，其次是W3、W2+S、W2和W3+S处理的，W1+S处理的最小，W1+S处理的土壤pH比W1处理的降低0.48。

图4  不同处理的土壤pH的变化

（2）土壤中可溶性有机碳（DOC）含量

土壤培养60 d后，不同处理的土壤中DOC含量存在显著性差异，见图5。

图5  不同处理的土壤中DOC含量

（3）土壤中Fe²⁺含量

土壤培养60 d后，不同处理的土壤中Fe²⁺含量存在显著差异，见图6。

图6  不同处理的土壤中Fe²⁺含量

土壤中的有效磷含量与无机磷形态、pH及DOC、Fe²⁺含量的相关性分析

土壤培养60 d后，在不同水分管理条件下，土壤中的有效磷含量与无机磷形态、pH及DOC、Fe²⁺含量的相关性分析见图7(图中*表示P≤0.05，**表示P≤0.01)。

图7  土壤中有效磷含量与土壤中无机磷形态、pH及DOC、Fe²⁺含量的相关性

水分管理和秸秆还田对土壤中有效磷含量的影响

试验结果显示，不同水分条件下，土壤中有效磷含量存在显著差异。W1处理的土壤中有效磷含量显著高于W3、W2处理的，这表明水稻土在淹水的情况下有效磷含量显著增加。

试验结果还显示，在相同水分条件下，与不添加秸秆的处理相比，添加秸秆的处理在培养60 d后，土壤中有效磷含量升高11.22%~18.48%。

土壤中DOC含量是衡量土壤养分状况的重要指标。试验表明，W1、W1+S处理能提高土壤中DOC含量，在长期淹水条件下，能充分释放秸秆还田后土壤中的DOC。试验结果显示：土壤中DOC含量的升高与有效磷含量升高呈极显著正相关关系；土壤中DOC含量升高的同时，也能对土壤中有效磷含量起到积极的调控作用。秸秆碳能通过驱动土壤中不同形态磷的转化，促进土壤中有机磷的矿化来提高有效磷含量。DOC能够激活土壤中的残留磷，并减少磷的固定。

水分管理和秸秆还田对土壤中无机磷形态的影响

磷素在土壤中易被固定，其赋存形态是土壤中磷素有效性的决定性因素。试验结果显示，W1+S处理能显著提升土壤中Ca₂-P、Ca₈-P含量，并能降低土壤中Ca₁₀-P、Fe-P含量，由此可推断出淹水+秸秆处理能促进土壤中Ca₁₀-P和Fe-P向Ca₂-P和Ca₈-P的转化。

铁循环对稻田土壤有着重要影响。在稻田的淹水-干燥交替过程中，主要通过氧化还原过程来调控土壤养分的形态和有效性，从而影响金属元素的迁移以及微生物群落的组成。试验结果表明，在淹水+秸秆的处理条件下，土壤中Ca₂-P和Ca₈-P的占比升高，Fe-P的占比降低(见图3)，且土壤中Fe²⁺的含量也有所升高(见图6)。

综上，试验在淹水(W1)、干旱(W2)、干湿交替(W3)、淹水+秸秆(W1+S)、干旱+秸秆(W2+S)、干湿交替+秸秆(W3+S)等6个处理条件下，验证了土壤中各有效磷素的形态、含量、比例的变化趋势，明确了土壤中有效磷的形态转化与土壤中DOC含量、Fe³⁺/Fe²⁺比率之间的相关性。结果表明：秸秆还田处理能够促进土壤中有效磷素含量的提高；在淹水+秸秆的条件下，土壤中有效磷含量显著增加。长期淹水能充分释放秸秆还田后土壤中的DOC，DOC含量的升高与土壤中有效磷含量的升高呈极显著正相关关系。淹水+秸秆处理能促进土壤中Fe-P中的Fe³⁺还原成Fe²⁺，并释放H⁺，促使土壤中Ca₁₀-P向Ca₂-P和Ca₈-P转化。因此，从整个培养期看，在淹水条件下，秸秆还田更有利于稻田土壤中磷素有效性的提高。