農(nóng)藝措施和環(huán)境條件對土壤磷素轉(zhuǎn)化和淋失的影響及其機理研究.pdf

1、隨著我國規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，畜禽糞便排放量急劇增加。畜禽糞便由于含有豐富有機質(zhì)和氮、磷等養(yǎng)分，在改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力和提供作物營養(yǎng)等方面具有重要的作用。但是，近年來的研究表明，大量施用有機肥在滿足作物氮素營養(yǎng)需要的同時，其供磷量常常遠超過作物的需磷量而導(dǎo)致土壤磷素積累，進而增加由于地表徑流、土壤侵蝕、淋溶等途徑造成的水體污染風(fēng)險。雖然關(guān)于施用有機肥后土壤磷素形態(tài)、含量和轉(zhuǎn)化特征已有不少的研究報道，但是關(guān)于農(nóng)藝措施和環(huán)境條件

2、對石灰性土壤磷素遷移轉(zhuǎn)化和流失風(fēng)險的影響尚缺乏系統(tǒng)的研究。本論文以石灰性土壤為研究對象，采用室內(nèi)模擬試驗與田間原位觀測方法相結(jié)合，運用化學(xué)測試和微生物分子生態(tài)學(xué)技術(shù)，較系統(tǒng)地研究了長期施用有機肥對石灰性土壤磷素積累、轉(zhuǎn)化和遷移的影響、降水強度和有機肥用量對休閑期石灰性土壤磷素淋失的影響、石灰性土壤磷素吸附特性及其與流失風(fēng)險的關(guān)系、不同磷源對石灰性土壤磷素有效性及其微生物群落結(jié)構(gòu)的影響以及長期凍融交替循環(huán)對石灰性土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化及其微生物

3、群落結(jié)構(gòu)的影響。取得的主要結(jié)果如下:
　　 1.在北京市順義區(qū)采集了3種土地利用方式（菜地、農(nóng)田、林地）下，0-200 cm內(nèi)不同土層石灰性土壤樣品，研究了長期大量施用有機肥(8-15y)對不同土地利用方式下石灰性土壤磷素積累、轉(zhuǎn)化和遷移的影響。結(jié)果表明，3種土地利用方式下，土壤中磷酸鈣型磷占全磷比例最大，殘留態(tài)磷次之，有機磷最低，占全磷比例不足5％。長期大量施用有機肥顯著增加土壤無機磷含量，其中，活性無機磷增幅顯著高于穩(wěn)定性無

4、機磷。施用有機肥的耕層土壤(0-20 cm)中，土壤有效磷(POls)和磷飽和度(DPS)水平均分別高于臨界值60 mg POls kg-1和30％ DPS，增加土壤磷素流失風(fēng)險。底土中(20-200 cm) DPS值均低于臨界值，通過淋溶途徑造成的土壤磷素流失風(fēng)險較低。因此，長期大量施用有機肥不僅導(dǎo)致磷在表層土壤積累，而且提高土壤活性磷水平，從而增加土壤磷素流失風(fēng)險;3種土地利用方式中以菜地土壤磷素流失風(fēng)險最大。
　　 2.采

5、用短期(53 d)滲漏計試驗，在北京市順義區(qū)北郎中養(yǎng)殖場原位觀測了模擬降水強度和有機肥用量對休閑期石灰性雛形土磷素淋溶的影響。結(jié)果表明，降水和施用有機肥均會引起土壤磷素向下遷移，并主要富集在4-10 cm土層。強降水條件下，土壤水溶性磷含量顯著低于弱降水土壤，前者滲漏液中活性磷(DRP)和全磷(TP)含量均顯著高于后者;休閑期未施用有機肥處理也存在磷素淋溶，施用有機肥處理尤為顯著，53 d后滲漏液中DRP和TP分別達1.83、7.46

6、mg L-1。根據(jù)水溶性磷(Pw)與土壤磷飽和度DPSCaM3和DPS(Ca+Mg)M3關(guān)系所確定的土壤磷素淋失DPSCaM3和DPS(Ca+Mg)M3臨界值分別為18.9％和14.1％。供試土壤中，0-30 cm土層土壤的DPS值均高于上述臨界值，存在磷素淋失的風(fēng)險;相反，30-40 cm土層土壤DPS值均低于上述臨界值，土壤磷素淋失風(fēng)險較低?？梢?，在作物種植期施用有機肥導(dǎo)致土壤磷素積累的情況下，無論降水強度高低或休閑期施用有機肥與否

7、，均存在不同程度的磷素淋失風(fēng)險，高強度降水和施用有機肥則顯著增加休閑期土壤磷素淋失的潛能，大型養(yǎng)殖場附近的農(nóng)田在休閑期可否進行畜禽糞便的土地消納需根據(jù)土壤磷素狀況而定。
　　 3.采集了75個土壤基本性質(zhì)、磷素水平差異較大的典型石灰性土壤樣品，系統(tǒng)研究了土壤固磷能力與理化性質(zhì)間的關(guān)系，以期建立石灰性土壤磷素流失評價體系。結(jié)果顯示，采用較為簡便的單點吸附所獲得的土壤磷素吸附量(PSC150)可替代多點吸附所獲得的磷最大吸附量(Xm

8、）以表征供試土壤的磷素固定能力，并可依據(jù)土壤磷飽和度(DPS)方程DPS(％)=[PM3/(0.039CaM3+0.462MgM3)]計算石灰性土壤的DPS(DPS(CaM3+MgM3))。在此基礎(chǔ)上，通過分段線性擬合DPS(CaM3+MgM3)和水溶性磷(Pw）的關(guān)系得出供試石灰性土壤磷素流失的DPS(CaM3+MgM3)和速效磷(POls)的臨界值分別為28.1％和49.2 mg kg-1。本研究綜合考慮土壤磷水平和吸附特征所構(gòu)建的

9、預(yù)測石灰性土壤磷素流失風(fēng)險的指標(biāo)體系，克服了以往沿用酸性土壤中常用方法所建立的指標(biāo)體系，存在難以準(zhǔn)確評價石灰性土壤磷素流失風(fēng)險的缺點，得出的臨界值可為石灰性土壤磷素流失風(fēng)險預(yù)測以及科學(xué)施肥管理提供理論依據(jù)。
　　 4.采用室內(nèi)培養(yǎng)方法，研究了不同磷源（豬糞、堆肥和化肥）對石灰性土壤供磷水平的影響及其機制。結(jié)果表明，施用3種磷源均顯著提高土壤速效磷含量和土壤磷素釋放能力，化肥處理尤為顯著。隨著培養(yǎng)時間的延長，施用化肥土壤速效磷水平

10、顯著下降，施用豬糞和堆肥土壤的速效磷水平卻沒有顯著變化。施用豬糞可顯著提高土壤真菌、細菌特征脂肪酸和總磷脂脂肪酸含量、真菌特征脂肪酸/細菌特征脂肪酸比值以及磷酸酶活性，對放線菌特征脂肪酸含量沒有影響;施用堆肥顯著提高土壤總磷脂脂肪酸含量和堿性磷酸單酯酶活性，對土壤真菌、細菌和放線菌特征脂肪酸含量以及酸性磷酸單酯酶和磷酸二酯酶活性均沒有影響;施用化肥對真菌、細菌和放線菌特征脂肪酸以及總磷脂脂肪酸的含量沒有影響，顯著降低土壤磷酸酶活性。因此

11、，不同磷源均可提高土壤供磷水平，但化肥處理顯著高于豬糞和堆肥處理，化肥處理顯著降低土壤磷酸酶活性卻對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)沒有明顯影響;但豬糞和堆肥可通過提高土壤磷酸酶活性或磷脂脂肪酸含量以促進有機磷水解，保證土壤磷素的持續(xù)供應(yīng)。
　　 5.采用室內(nèi)培養(yǎng)方法，研究了長期凍融交替循環(huán)(53個循環(huán)，共計424 d)對石灰性土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化、釋放特征的影響及其機制。結(jié)果顯示，長期凍融交替處理下，土壤微生物生物量碳和生物量磷以及土壤細菌特征