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

1、隨著我國(guó)規(guī)?；笄蒺B(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(jī)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(yíng)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(jī)肥在滿足作物氮素營(yíng)養(yǎng)需要的同時(shí)，其供磷量常常遠(yuǎn)超過作物的需磷量而導(dǎo)致土壤磷素積累，進(jìn)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(xiǎn)。雖然關(guān)于施用有機(jī)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(bào)道，但是關(guān)于農(nóng)藝措施和環(huán)境條件

2、對(duì)石灰性土壤磷素遷移轉(zhuǎn)化和流失風(fēng)險(xiǎn)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(duì)象，采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)與田間原位觀測(cè)方法相結(jié)合，運(yùn)用化學(xué)測(cè)試和微生物分子生態(tài)學(xué)技術(shù)，較系統(tǒng)地研究了長(zhǎng)期施用有機(jī)肥對(duì)石灰性土壤磷素積累、轉(zhuǎn)化和遷移的影響、降水強(qiáng)度和有機(jī)肥用量對(duì)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(xiǎn)的關(guān)系、不同磷源對(duì)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(zhǎng)期凍融交替循環(huán)對(duì)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(zhǎng)期大量施用有機(jī)肥(8-15y)對(duì)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(jī)磷最低，占全磷比例不足5％。長(zhǎng)期大量施用有機(jī)肥顯著增加土壤無機(jī)磷含量，其中，活性無機(jī)磷增幅顯著高于穩(wěn)定性無

4、機(jī)磷。施用有機(jī)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(xiǎn)。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(xiǎn)較低。因此，長(zhǎng)期大量施用有機(jī)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(xiǎn);3種土地利用方式中以菜地土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)最大。
　　 2.采

5、用短期(53 d)滲漏計(jì)試驗(yàn)，在北京市順義區(qū)北郎中養(yǎng)殖場(chǎng)原位觀測(cè)了模擬降水強(qiáng)度和有機(jī)肥用量對(duì)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(jī)肥均會(huì)引起土壤磷素向下遷移，并主要富集在4-10 cm土層。強(qiáng)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(jī)肥處理也存在磷素淋溶，施用有機(jī)肥處理尤為顯著，53 d后滲漏液中DRP和TP分別達(dá)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(xiǎn);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(xiǎn)較低?？梢?，在作物種植期施用有機(jī)肥導(dǎo)致土壤磷素積累的情況下，無論降水強(qiáng)度高低或休閑期施用有機(jī)肥與否

7、，均存在不同程度的磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)，高強(qiáng)度降水和施用有機(jī)肥則顯著增加休閑期土壤磷素淋失的潛能，大型養(yǎng)殖場(chǎng)附近的農(nóng)田在休閑期可否進(jìn)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(gè)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(píng)價(jià)體系。結(jié)果顯示，采用較為簡(jiǎn)便的單點(diǎn)吸附所獲得的土壤磷素吸附量(PSC150)可替代多點(diǎn)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(jì)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(cè)石灰性土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)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(píng)價(jià)石灰性土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)的缺點(diǎn)，得出的臨界值可為石灰性土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)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(duì)石灰性土壤供磷水平的影響及其機(jī)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(shí)間的延長(zhǎng)，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(xì)菌特征脂肪酸和總磷脂脂肪酸含量、真菌特征脂肪酸/細(xì)菌特征脂肪酸比值以及磷酸酶活性，對(duì)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(duì)土壤真菌、細(xì)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(duì)真菌、細(xì)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(duì)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(jìn)有機(jī)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(zhǎng)期凍融交替循環(huán)(53個(gè)循環(huán)，共計(jì)424 d)對(duì)石灰性土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化、釋放特征的影響及其機(jī)制。結(jié)果顯示，長(zhǎng)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(xì)菌特征