长期轮作与施肥对农田土壤磷素形态和吸持特性的影响

通过对黄土旱塬地区长期定位施肥(26a)条件下的不同轮作系统的土壤磷素形态和吸持参数的测定,研究了轮作和施肥对土壤磷素吸持特性和磷素形态的影响,以及土壤磷素吸持参数与磷素形态之间的关系。结果表明,长期轮作与施肥都可以减低土壤磷素的最大吸附量（Qm）,相对于其它轮作和连作,在氮磷（NP）施肥下,小麦-玉米-豌豆轮作可以减低土壤的Qm,在氮磷有机肥（NPM）施肥下,小麦-玉米轮作可以减低土壤的Qm。在施肥相同的条件下,小麦-玉米轮作和小麦-豌豆轮作可以显著增加土壤中各形态无机磷的含量,长期轮作比连作可以增加土壤中的有效磷养分,尤其对Ca2-P的提高效果更为显著。相关分析表明,Qm和磷吸持指数（PSI）与全磷（T-P）、Olsen-P、CaCl2-P、Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、Ca10-P和有机磷呈极显著负相关（p＜0.01）,与闭蓄态磷（O-P）呈显著负相关（p＜0.05）,与Al-P关系不显著。土壤有机质（SOM）与Qm、PSI和磷最大缓冲能力（MBC）之间存在极显著负相关关系,与磷吸持饱和度（DPSS）存在显著正相关。通径系数和逐步回归分析表明,在石灰性黑垆土土壤的无机磷形态中,Ca2-P对Olsen-P的贡献最大。     

外源磷在三峡库区典型土壤中的活性演变及形态转化

三峡库区消落带土壤周期性淹水—出露对磷素迁移循环和水体负荷具有重要影响。以三峡库区消落带广泛分布的紫色潮土和灰棕紫泥土为对象,通过室内模拟培养实验,探讨不同饱和度外源磷在两种土壤中的活性变化与形态转化特征。结果表明:(1)外源磷进入土壤后,表征土壤磷活性的有效磷(Olsen-P)含量及磷素释放能力呈指数型衰减,可用指数方程C_t=ae~(-kt)+b拟合,拟合度均在94%左右。(2)外源磷在灰棕紫泥土中较在紫色潮土中能够保持更高的活性,同时也具有更高的渗漏淋失与释放风险。50%Q_m(最大吸附量)是两种土壤Olsen-P与磷素平衡解吸量的突变点,当磷素吸持饱和度≥50%时,土壤磷活性与渗漏淋失风险将明显增大。(3)Olsen-P与磷释放量在p0.01水平上呈显著正相关,两者可用线性方程良好拟合,因此可用Olsen-P含量表征土壤磷素释放潜势。(4)外源磷进入土壤后,主要转化为活性较高的Ca_2-P和Ca_8-P,约占施入量50%~60%;其次是Al-P和Fe-P,约占施入量的30%左右,闭蓄态磷(O-P)和Ca_(10)-P变化不明显。(5)Ca_2-P是决定Olsen-P和磷素解吸能力的主要形态,对两者均起正向直接作用。     

土壤磷素吸持饱和度(DPS)评价土壤磷素流失风险研究

随着磷肥施用量增加,土壤磷素累积,由此所引起的土壤磷素流失越来越成为水体磷素的重要来源。本研究采集湖北省主要类型土壤,土壤风干过2 mm筛后,加入不同量的K2HPO4(0,30,40,60,100,160,200,240,300,400 mg P/kg土)进行室内培养,测定土壤M-3P、CaCl2-P和Fe、Al含量,计算土壤磷吸持饱和度(DPS),利用Split-line模型,预测不同土壤类型磷素流失风险。结果表明:土壤M-3P与Fe、Al含量间关系符合y=y0+axb方程(P0.05);土壤DPS与CaCl2-P含量关系,存在一个明显的突变点,即土壤磷素流失环境临界值,超过该值时,CaCl2-P含量急剧增加,但不同土壤类型其临界值差异较大,潮土、红壤和水稻土土壤磷素流失DPS临界值分别为18.8、12.9和13.3%,相对应的CaCl2-P含量分别为2.21、0.92、0.60 mg kg-1,根据以上临界值判断,红壤、水稻土极易发生流失。从区域角度考虑,土壤磷素流失DPS临界值为18.80%,该值能够给当地农业生产过程中的土壤磷素区域环境管理提供指导。     

紫色土磷素流失的环境风险评估-土壤磷的“临界值”

采用室内培养的方法,研究了3种类型的紫色土旱地和淹水土壤磷素流失的环境阈值。结果表明:无论是淹水土壤或旱地生境,3种紫色土Olsen-P与CaCl2-P之间都存在一个"临界值",酸性、中性和钙质紫色土磷素淋失临界点的Olsen-P含量分别为67.2、85.8和113.8 mg kg-1。淹水土壤磷素环境敏感值在酸性、中性和钙质紫色土上,Olsen-P含量分别为49.2、77.9和92.1 mg kg-1。3种紫色土在淹水还原条件下土壤磷环境敏感临界值比旱地低,淹水还原条件提高了紫色土磷向水体释放的风险。淹水土壤Olsen-P含量与田表水TP、DP浓度之间存在"临界值",酸性、中性和钙质土临界值处土壤Olsen-P含量分别为(65±1.41)mg kg-1(、96.7±2.7)mg kg-1和(105.5±1.1)mg kg-1。土壤0.01 mol L-1 CaCl2-P与田表水TP、DP之间呈极显著的线性关系。可以利用这些指标对紫色土区域土壤磷环境风险进行评价,并确定区域磷肥的最佳管理策略。     

不同土地利用方式下红壤磷素径流流失特征

土壤磷素流失已成为地表水富营养化的重要威胁,红壤在我国分布范围广、分布面积大,研究红壤磷素累积与流失特征可为红壤区农业面源污染控制、防止区域地表水污染提供科学依据。选取红壤区牧草地、休闲地、玉米地、菜地、大棚5种常见土地利用方式,采用人工模拟降雨方法,研究了红壤区不同土地利用方式下磷素累积状况、形态组成和随地表径流的迁移特征及其环境阈值。结果表明:(1)供试土壤Olsen-P含量的范围为6.81～178.17 mg/kg,土壤溶解态活性磷(CaCl_2-P)含量的范围为0.29～8.26 mg/kg,藻类可利用总磷(NaOH)的变化范围为30.34～369.81 mg/kg,不同利用方式红壤中均存在一定程度的磷素累积;(2)不同利用方式红壤的磷吸持指数PSI范围为31.95～47.05,均值大小表现为牧草地玉米地菜地休闲地大棚;(3)红壤地表径流中TP的浓度范围为0.245～2.073 mg/L,TDP浓度范围为0.023～0.308 mg/L,PP浓度范围为0.223～1.826 mg/L,不同场次降雨地表径流中TP和PP平均浓度和流失量大小与土壤表层Olsen-P含量分布规律一致,TDP平均浓度表现为大棚菜地旱地玉米牧草地休闲地,而TDP流失量却表现为大棚菜地牧草地休闲地旱地玉米;径流输出以PP为主,占TP的比例为82.46%～90.15%;(4)土壤Olsen-P与NaOH-P和CaCl_2-P存在极显著正相关,随着Olsen-P含量的增加,NaOH-P和CaCl_2-P提高,且Olsen-P与NaOH-P之间存在一个明显的"突变点",确定36.17 mg/kg为红壤磷素流失的环境阈值,同时还指出,径流TP浓度或流失量与土壤NaOH-P含量呈显著正相关。     

长期不同施肥红壤磷素特征和流失风险研究

为探索长期施肥对红壤磷素吸附固持的影响,分析不同施肥土壤磷流失风险及影响因素。在南方丘陵区红壤上开展了持续25年的长期定位试验,处理包括:不施肥(CK)、施氮肥(N)、施磷肥(P)、施钾肥(K)、施氮磷钾肥(NPK1)、施2倍量氮磷钾肥(NPK2)、单施有机肥(OM)和氮磷钾配施有机肥(MNPK)。研究了不同施肥下土壤全磷、Olsen-P、Mehlich1-P、CaCl2-P含量及磷吸持指数(PSI)、磷饱和度(DPS)的变化,探讨不同施肥处理土壤对磷的吸附和解吸特征,并分析了土壤磷指标与土壤有机碳、pH、CEC之间的关系。结果表明:长期施用化学磷肥有利于补充土壤磷素,特别是土壤全磷,并使Olesn-P和Mehlich 1-P有增加趋势,而对CaCl2-P影响不显著;施用化肥对DPS影响不显著,单施磷会降低PSI,低量氮磷钾提高了PSI,高量氮磷钾处理与对照差异不显著;长期施用有机肥(猪粪)土壤全磷增加,而Olsen-P、Mehlich 1-P和CaCl2-P则大幅累积, PSI显著降低, DPS显著增加。长期施用化肥处理土壤对新添加磷的吸附较强,长期施用有机肥降低了土壤对新添加磷的吸附;土壤全磷、Olsen-P、Mehlich1-P、CaCl2-P、PSI、DPS及最大吸附容量(Qm)与土壤pH、CEC、土壤总有机碳(TSOC)、土壤水溶性有机碳[冷水提取水溶性有机碳(CWSOC)和热水提取水溶性有机碳(HWSOC)]间相关性较高;土壤磷指标和土壤有机碳、pH、CEC指标之间存在典型相关关系,第1对和第2对典型变量的典型相关系数分别为0.997和0.951,达显著水平。研究表明,施用有机肥是调节土壤磷的供给和保持的重要措施,土壤水溶性有机碳和pH可能是反映红壤磷素供应和流失的关键指标。     

磷素吸附特性演变及其与土壤磷素形态、土壤有机碳含量的关系

在黄土旱塬区长期试验(1985-1997年)中,选取对照(不施肥,CK)、磷肥(P2O5.60.kg/hm2,P)、氮肥(N.120kg／hm2,N)、氮磷(N,120.kg／hm2,P2O5,60.kg/hm2,NP)、氮磷有机肥(N.120.kg/hm2,P2O560.kg/hm2,有机肥75.t／hm2,NPM),种植方式为冬小麦连作的5种有代表性的施肥处理,研究了石灰性土壤磷素吸附特性的演变及其与土壤磷素形态、土壤有机碳(SOC)含量的关系。结果表明,P素的最大吸附量(Qm),1997年对照(CK)、N处理比1985年分别提高了18％和14％;而P、NP和NPM处理分别降低了26％、13％和24％。吸附能常数(k值)随时间延长,对照和N处理相对稳定,P和NP处理呈升高趋势,而NPM处理有降低趋势。土壤磷素吸附饱和度(DPS)和零净吸附磷浓度(EPC0)对照和N处理随时间延长呈降低趋势,P、NP和NPM处理呈升高趋势。Qm与Ca8-P、Al-P存在极显著相关关系(P0.001),与Ca2-P、Pe-P存在显著相关关系(P0.05)。Ca2-P、有机磷含量变化与土壤DPS的相关性达到显著水平(P0.05)。EPC0只与有机磷间存在显著的相关关系(P0.05)。Qm、DPS和EPC0变化与SOC存在显著或极显著的线性相关关系(P0.001)。     

有机肥对稻田土壤磷素潜在环境风险的影响

采用灭菌和非灭菌相结合的室内淹水培养方法,在施用有机肥后,测定土壤及水层磷含量动态变化特征,以探明有机肥对稻田土壤磷素潜在环境风险的影响。结果表明:两处理土壤速效磷(Olsen-P)、水溶性磷(CaCl2-P)含量均随有机肥施用量增加而显著升高;水层总磷(TP)浓度与土壤Olsen-P(r=0.957**)、CaCl2-P(r=0.871**)含量呈显著正相关关系。水稻土施用有机肥后,土壤磷素有效性提高,磷素潜在环境风险增强,在6～18 d达到高峰,磷素流失潜能最大。低量施用有机肥(0.5%、1%)时,磷素环境风险增强主要由于有机酸对磷素的活化作用;高量施用有机肥(2.5%、5%)时,主要由于有机质对磷素的活化作用,两者作用比例分别为35%～50%、50%～65%。     

潮土磷素累积流失风险及环境阈值

潮土是中国分布比较广、施肥强度大的典型耕作土壤，潮土中磷素累积与流失对区域水环境的污染风险不容忽视。该研究在潮土面积最大的河南省采集磷素水平不同的典型潮土作为供试土壤，采用人工模拟降雨及土柱模拟试验方法，通过测定土壤中Olsen-P和溶解态活性磷CaCl2-P含量以及径流或淋滤液中各形态磷浓度，研究了潮土中磷素随地表径流和下渗流失特征，并通过分段线性模型对潮土的磷素环境阈值进行拟合。结果表明：1）不同形态磷在潮土土壤剖面中均有一定程度的累积，土壤Olsen-P和CaCl2-P含量表现为高磷最大，中磷次之，低磷最小，而磷吸持指数值表现为低磷最大，中磷次之，高磷最小。从磷素的剖面分布来看，低磷和中磷水平潮土Olsen-P和CaCl2-P含量随着土壤深度的增加而降低，而高磷水平的潮土Olsen-P和CaCl2-P含量在20～40 cm土层含量最高。2）不同磷水平潮土径流中总磷（TP）、可溶性总磷（TDP）和颗粒磷（PP）浓度和流失量大小表现为高磷最高，中磷和低磷水平土壤次之，潮土径流流失以PP为主。3）低磷和中磷水平潮土淋滤液中的各形态磷浓度和流失量随着土层深度的增加而降低，而在高磷水平的潮土淋滤液中，20～40 cm土层淋滤液中磷浓度和流失量要显著高于其他土层，在整个土壤剖面磷素浓度随着土层深度的增加呈现先上升后下降的趋势，潮土淋滤流失以TDP为主，其中，高磷和低磷水平潮土以可溶性有机磷占主导，而中磷水平潮土以钼酸盐反应磷（MRP）占主导。4）通过分段回归模型将不同含磷水平潮土的水溶性磷与土壤中Olsen-P含量进行拟合，得出潮土土壤磷素环境阈值为24.65 mg/kg，研究还表明径流和渗漏液中TP浓度与土壤CaCl2-P含量呈显著正相关，因此可通过测定CaCl2-P来预测并判断土壤磷素流失风险。     

红壤区旱地和水田土壤磷素状况及其流失风险

红壤一般偏酸且铁铝富集,磷与铁、铝形成Fe-P、Al-P,降低了红壤磷的有效性。施磷提高红壤供磷能力,但是未被作物利用的磷积累在土壤中,对水体环境构成威胁。研究红壤磷素状况对于提高作物产量和保护环境具有重要意义。已有很多关于红壤磷素状况方面的报道,但是很少将红壤磷素状况与水体磷进行关联分析。在典型红壤区江西省余江县布点采集了旱地和水田土样各54份,周边水样24份,分析了土壤有效磷(Olsen-P和Bray-P)含量、水溶性磷(CaCl2-P)含量和水样总磷含量。结果表明,以Olsen-P为指标,11%的旱地和39%的水田土壤缺磷,61%的旱地和39%的水田土壤磷适合作物生长,11%的旱地和11%的水田土壤处于高磷状态。以Bray-P为指标,11%的旱地和33%的水田土壤缺磷,6%的旱地和33%的水田土壤磷适合作物生长,77%的旱地和6%的水田土壤处于高磷状态。Olsen-P、Bray-P与CaCl2-P三者之间具有极显著相关关系,对Olsen-P与Ca Cl2-P、Bray-P与CaCl2-P分别进行回归分析,求得土壤磷流失突变点的Olsen-P和Bray-P含量分别为56.31和118.4 mg·kg^-1。依据这两个标准,水田土壤有效磷均未超过磷流失突变点,旱地土壤Olsen-P和Bray-P超过突变点的样品比例分别为50%和33%。水田周边排水沟渠水的总磷含量均低于《地表水环境质量标准》Ⅱ类水标准。总之,调查的红壤区水田土壤整体较为缺磷、磷流失风险低,旱地土壤有效磷含量和磷流失风险都较高。     

县域农田土壤磷素积累及淋失风险分析——以北京市平谷区为例

作物的磷素需求和投入的差异导致土壤磷素积累对环境的影响不同。通过分析京郊平谷区果树、蔬菜和粮食作物的磷素投入数量和农田土壤有效磷含量,比较研究不同作物体系中土壤磷素积累对环境的影响。结果表明,粮田、菜地和果园平均年际磷投入量分别为76、575kgP2O5·hm^-2和693kgP2O5·hm^-2,其中菜地和果园的磷素投入以有机肥为主,年际磷盈余分别达到498kgP2O5·hm^-2和468kgP2O5·hm^-2,远大于粮田的磷素盈余（38kgP2O5·hm^-2）。这种状况造成粮田、菜地和果园土壤Olsen—P含量差异很大,分别为18．4（n=260）、44．3（n=108）mg·kg^-1和40．4mg·kg^-1（n=548）。分析钙质土壤Olsen—P与CaCl2浸提P的相关性发现,钙质土壤存在着Olsen—P与CaCl2-P突变拐点即磷的淋溶拐点,在拐点之后土壤CaCl2-P随土壤Olsen—P的增加而显著增加,且土壤磷淋溶拐点明显受土壤类型及质地的影响。按质地分类,砂壤、轻壤和重壤拐点分别是23．1、40．1mg·kg^-1和51．5mg·kg^-1,土壤质地由轻至重拐点Olsen—P值随之逐渐增加。根据质地模拟,7．7％的粮田、44．0％的菜田、33．6％的果园土壤磷淋失风险较高。因此,合理的磷素投入在果树、蔬菜作物的可持续生产中具有重要的意义。     

长期施磷黑土中磷的吸附–解吸特征及其影响因素

  【目的】  比较长期不施磷与施磷黑土对外源磷的吸附–解吸特征,为黑土区磷素管理提供理论基础。  【方法】  供试黑土长期定位试验位于吉林省公主岭市,始于1990年。2018年选择其中不施肥(CK),施氮钾肥(NK),施氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾+有机肥(NPK+M) 4个处理小区,采集0—20、20—40和40—60 cm土层的土壤样品,分析了土壤理化性质,采用恒温平衡法测定了土壤磷的吸附–解吸特征,并由此计算得到磷最大吸附量(Q_m)、吸附亲和力常数(K_Q)、最大缓冲容量(MBC)、磷吸附饱和度(DPS)、最大解吸量(D_m)和解吸率(D_r)。  【结果】  随着平衡溶液中磷浓度的增加,磷的吸附量与解吸量均呈先快速增加后逐渐趋于平衡的过程。与不施磷处理(CK和NK)土壤相比,施磷处理(NPK、NPK+M)减少了磷的吸附量,增加了磷的解吸量。与不施磷处理相比,施磷处理在0—60 cm剖面上的Q_m和MBC值分别降低了4.94%～63.46%和15.90%～75.18%,D_r值增加了8.52%～474.0%,以NPK+M处理变化量最大。施磷处理比不施磷处理在0—60 cm土壤剖面上全磷和有机质含量分别增加了34.40%～145.5%和12.77%～50.07%,游离态铁铝氧化物(Fe_d+Al_d)含量降低了5.14%～11.35%。冗余分析表明,不施磷处理土壤的有机质、Fe_d+Al_d和全磷,以及施磷处理中的Fe_d+Al_d、络合态铁铝氧化物(Fe_p+Al_p)、pH和有机质是影响磷吸附解吸特征参数的主要土壤因子,分别解释了不施磷和施磷处理全部变异的77.59%和90.62%。土壤有效磷(Olsen-P)与磷吸附饱和度(DPS)相关关系表明,所研究的黑土DPS环境界限值为8%左右,NPK+M处理中3个土层的DPS_M-P值(由Mehlich-3 浸提的磷、铁和铝计算)为7.77%～25.96%,DPS_O-P值(由Olsen-P和Q_m计算)为17.24%～24.75%,均高于此环境界限值,具有磷素流失的风险。  【结论】  长期施磷降低了黑土对外源磷的吸附量,增加了磷解吸量。长期不施磷肥,土壤对磷的吸附和解吸主要受有机质、游离态铁铝氧化物的影响。而长期施肥,特别是有机肥与化肥配合处理,土壤中游离态和络合态铁铝氧化物、有机质及pH是影响磷吸附解吸特征的主要因素。     

味精尾液对石灰性潮土无机磷特性及pH值的影响

通过恒温培养试验,探究了以味精尾液为原料的土壤调理剂对北方石灰性潮土无机磷特性和p H值的影响。结果表明,施用味精尾液后土壤有效磷(Olsen-P)、Ca_2-P、Al-P、Fe-P分别增加了70%~120%、155%~288%、29%~42%、6%~10%,Ca10-P减少了7%~8%,且有效性较高的Ca_2-P和Olsen-P持续性好;能够显著降低土壤p H值,培养60 d时,与CK相比,p H值下降了1.17~1.27个单位,而且在一定程度上还能减缓施入土壤的磷肥向无效态转化,提高磷肥有效性。在石灰性土壤施用味精尾液后,运用SPSS软件对土壤Olsen-P及各形态无机磷进行相关性和回归分析得出,Ca_2-P和Fe-P是北方石灰性潮土Olsen-P的主要组分,并得出了Ca_2-P、Fe-P与Olsen-P的回归方程:Y(Olsen-P)=-18.724+1.173X_1(Ca_2-P)+0.905X_4(Fe-P)。