施用粪肥对农田土壤磷素累积和饱和度增加速率的影响

针对施用粪肥导致的我国集约化种养区域农田土壤磷素高量累积和高环境风险问题,利用长期定位试验定量分析了施用粪肥对农田土壤磷素累积和磷饱和度（DPS, degree of P saturation）增加速率（每年1 kg P·hm-2磷素盈余所导致的土壤磷素含量或DPS变化量）的影响。结果表明：连续22年过量磷素投入明显提高了土壤磷素含量和DPS,0~20 cm土层土壤磷素累积、DPS增加与磷素盈余均存在明显的线性相关性。与单施化肥相比,施用粪肥对土壤全磷的累积速率影响不大,但是明显提高了土壤Olsen-P累积和DPS增加速率。施用粪肥下,每年1 kg P·hm-2的磷盈余所导致的0~20 cm土层土壤Olsen-P、CaCl2-P累积和DPS增加量分别为0.071 mg P·kg-1（r=0.608, P=0.029）、0.003 mg P·kg-1（r=0.528, P=0.066）和0.036%（r=0.863,P=0.002）,分别为不施粪肥的3.3、6.0倍和1.2倍。土壤DPS变化与磷含量变化之间也存在明显的线性关系,0~20 cm土层土壤每年全磷、Olsen-P和CaCl2-P含量增加1 mg P·kg-1所导致的土壤DPS增加值分别为0.13%、0.42%和7.78%。20~40 cm土层土壤磷素累积、DPS增加与磷素盈余之间的线性相关性均较差,但与0~20 cm土层相比,施用粪肥和不施粪肥之间累积速率的差异性有增大的趋势,说明施用粪肥促进了磷素向下层土壤的移动。施用粪肥加速了土壤有效磷累积和DPS增加,进而提高了土壤中磷素损失风险,合理施用粪肥是控制集约化种养区域农田磷面源污染的关键。     

温室土壤磷素迁移变化特征研究

采用野外调查采样和室内分析相结合的方法,研究了典型温室栽培地区山东寿光土壤磷素状况及其迁移变化特征。结果表明：（1）除Ca10-P外,温室土壤耕层（0～20 cm）全磷及无机磷组分含量均显著高于露地土壤,其平均含量分别为露地土壤的2.9、3.7、5.6、4.1、3.4倍和6.1倍,且以耕层累积为主,表现出明显的表聚特征,并有向下迁移的趋势;（2）在温室栽培的前期,磷素累积较快,连续种植了4～8 a时,全磷含量达到一个较高范围,为露地土壤的2～4倍,随着种植年限的继续增加,其再累积磷素的能力较差,甚至略有下降;（3）Ca8-P、Al-P和O-P是温室土壤磷素累积的主要形态,与露地土壤相比,其在0～20 cm耕层的平均增加量分别为296.5、288.5、306.0 mg.kg-1;（4）温室土壤耕层水溶性磷和速效磷的平均含量为10.9 mg.kg-1和248.4 mg.kg-1,分别为露地土壤的8.7倍和5.4倍,磷淋失并造成环境污染的可能性很大。     

山西省菜园土壤磷素积累特征及流失风险分析

为了解山西省不同区域菜园土壤磷素积累以及流失情况, 本文分析了菜园土壤磷饱和度(DPS)、Mehlich3-P、Olsen-P与水溶性磷(Pw)的积累特征.结果表明: 山西各地菜园土壤4种磷素(土壤全磷、水溶性磷、Olsen-P和 Mehlich3-P)积累明显, 已经远远超过作物需求量; 土壤表层水溶性磷含量随着土壤磷饱和度(DPS)、Olsen-P、Mehlich3-P含量的增加而增加; 且Mehlich3-P与Olsen-P、水溶性磷与Olsen-P、水溶性磷与Mehlich3-P之间具有极显著相关性, 相关系数分别为0.976 6、0.923 2、0.962 0 (P<0.01); 当磷饱和度大于46.64%、Olsen-P大于81.88 mg·kg-1、Mehlich3-P大于164.59 mg·kg-1时, 水溶性磷含量上升幅度迅速增大, 由此将土壤磷饱和度为46.64%、Olsen-P 为81.88 mg·kg-1、Mehlich3-P为164.59 mg·kg-1和水溶性磷为8.05 mg·kg-1初步确定为山西省菜园土壤磷素流失的临界值.该结果将为探讨山西农田土壤磷素的养分管理和环境风险评估提供重要的理论依据.     

黄土区土地利用方式转变对土壤磷素累积及淋溶损失的影响

鉴于日光温室和农田两种土地利用施肥和农艺措施的差异,研究由农田向日光温室转变后深层土壤磷素累积及分布,为评价磷素有效性及淋失状况,指导日光温室磷肥合理施用,降低磷素损失提供理论参考。对黄土高原东北部日光温室及农田磷肥投入和携出状况调查,同时,采集0～400 cm土层土壤剖面样品,测定土壤Olsen-P和CaCl2-P含量,比较两种土地利用方式下养分平衡及深层土壤剖面磷素的累积及分布状况。结果显示,日光温室磷肥年均投入量为897 kg/hm²,显著高于农田,磷盈余量平均为679 kg/hm²,为农田的10.9倍。日光温室0～20 cm土层土壤Olsen-P含量高达400.5 mg/kg,为农田对应土层的44倍;0～40、40～100、100～200、200～300、300～400和0～400 cm土层土壤剖面Olsen-P累积量分别为1637、443、277、378、258和2993 kg/hm²,显著高于农田对应土层累积量(41、54、122、174、163和554 kg/hm²);40 cm以下土层Olsen-P累积量占整个0～400 cm土层土壤剖面累积量的45.3%,磷素出现了明显的淋溶损失现象。土壤剖面各土层CaCl2 -P含量均随Olsen-P含量的增加而增加,二者表现为显著的正相关关系。结果表明,研究区由农田向日光温室转变显著增加了土壤磷素的累积及向深层土壤的淋溶损失。因此,日光温室降低磷肥投入,改善管理措施十分必要。     

种植年限对设施菜田土壤剖面磷素累积特征的影响

以山东寿光集约化设施菜田为研究对象,分析了不同种植年限设施菜田土壤磷素投入和土壤磷素累积的差异,比较不同种植年限土壤剖面中无机磷、有机磷、Olsen-P和CaCl2-P含量的变化特征。结果表明：磷素过量积累是设施菜田的显著特征,主要由于有机肥以粪肥投入为主,复合肥中P素比例偏高,收获作物带走量仅占磷素投入的7.2%;随着种植年限增加,P素累积现象明显,过量的磷素盈余导致了土壤剖面中不同形态磷含量的上升,其中以无机磷尤其明显;用来表征土壤有效磷指标的Olsen-P与CaCl2-P有显著的相关性,研究区域中当土壤（Olsen-P）达到80.7mg·kg-1时,土壤CaCl2-P开始显著升高,增大了设施菜田磷素淋溶风险。     

长期定位施肥对碱性紫色土磷素迁移与累积的影响

在25年稻麦轮作长期定位施肥试验点上,开展了碱性紫色土水旱轮作种植制不同施肥处理土壤剖面全磷、速效磷迁移和累积以及耕层土壤全磷、速效磷随时间的变化规律研究。结果表明,单施无机磷肥土壤磷可迁移至100 cm土层,Olsen-P可迁移至40 cm土层。有机无机磷肥配施不但使土壤磷可迁移至相同深度,且迁移量更大,Olsen-P可迁移至60 cm土层。耕作25年后,施磷处理土壤耕层磷素随时间的变化显著,MNPK处理耕层土壤全磷含量年增长率为0.033 g/kg,Olsen-P的年增长率为2.56 mg/kg。试验表明,连续数年施用足量磷肥后,作物施磷量可根据具体情况酌减,以节约磷肥资源和提高磷肥利用率;施用有机肥促进了磷素从耕层向底层的迁移,是造成土壤磷素迁移的一个重要因素。     

设施蔬菜土壤剖面氮磷钾积累及对地下水的影响

针对设施栽培中传统施肥灌溉带来的养分浪费和环境污染问题,采集河北省定州市设施蔬菜、农田土样及相应的地下水样品,分析了不同设施蔬菜种植年限土壤剖面中速效养分的累积规律及地下水受硝酸盐污染的程度。结果表明:0～200cm和0～400cm设施土壤的速效养分累积均高于对照农田。低龄棚硝态氮、速效磷、速效钾及水溶性磷含量分别为377.2mg·kg-1、448.8mg·kg-1、1405.6mg·kg-1、30.6mg·kg-1,分别是对照农田的4.7倍、4.6倍、1.4倍和11.5倍;老龄棚硝态氮、速效磷、速效钾及水溶性磷含量分别为629.1mg·kg-1、555.0mg·kg-1、2567.1mg·kg-1、35.2mg·kg-1,分别为对照农田的6.4倍、16.3倍、2.7倍和12.0倍。设施土壤速效养分深层累积比例随棚龄增加而增加。设施蔬菜栽培区表层地下水(地下饮用水,20m)受硝态氮污染严重,超标率和严重超标率为39.3%和7.1%;而深层地下水(农田和大棚灌溉水,40m)硝态氮含量7.4mg·L-1和9.6mg·L-1,超标率分别为25.0%和37.5%,无严重超标水样。     

有机肥种类对土壤有效磷累积量的影响及其流失风险

为研究不同有机肥种类对土壤有效磷累积量的影响,采用鸡粪、猪粪、牛粪3种有机肥,于2008~2009年间在河北省廊坊进行了大田试验。结果表明:在总磷量相同条件下施入不同种类有机肥,耕层土壤中水溶性磷和有效磷含量显著不同。施入牛粪、鸡粪、猪粪的土壤0~5 cm土层中土壤水溶性磷分别为15.64、12.06、9.95mg/kg,有效磷含量分别为91.87、73.47、65.26 mg/kg;综合0~20 cm土层,施入牛粪、鸡粪、猪粪的土壤水溶性磷分别为6.42、4.84、4.41 mg/kg,有效磷含量分别为47.60、35.50、35.14 mg/kg。表现出有机肥中有效磷含量高则表层土壤中水溶性磷和有效磷含量也高。由于表层土壤的高量水溶性磷和易溶性磷在降雨条件下易于造成农田磷素流失,在确定环境友好的有机肥施用量时,不仅要考虑有机肥带入的总磷量,还要重视有机肥中有效磷含量对农田表层土壤水溶性磷和易溶性磷富集的影响。     

不同有机培肥方式对红壤性水稻土磷素的影响

基于红壤性水稻土有机肥长期定位试验,分析了红壤双季稻种植模式下,不施肥、NPK、紫云英+猪粪+化肥、紫云英+猪粪+秸秆+化肥、紫云英+秸秆+化肥处理耕层土壤全磷、Olsen-P、磷素有效性和磷素利用率35年的变化特征,以及Olsen-P与水稻产量的响应关系。结果表明:不施肥处理土壤全磷含量显著降低,有效磷含量及磷素有效性略微下降。配施猪粪显著提高全磷、Olsen-P含量和磷素有效性,但显著降低磷肥利用率,增加磷的环境污染风险。化肥配合紫云英及稻草还田处理土壤全磷、有效磷含量以及磷素有效性保持稳定,但显著提高磷肥利用率。Olsen-P的产量农学阈值为16.36 mg kg-1。     

黄河口湿地土壤磷素动态分布特征及影响因素

以黄河口湿地为研究对象,对2008年10月、2009年5月和8月、2010年8月4次野外调查所获取的样品进行室内分析,研究土壤磷素的时空分布特征,并分析土壤理化性质、植被及微生物对磷素分布的影响。结果表明：农业种植区表层土壤全磷（TP）、有效磷（Olsen-P）含量均高于自然湿地的。自然湿地土壤全磷水平和垂直分异均较小,变幅分别为429.19～693.30mg/kg,408.55～663.03mg/kg;有效磷含量水平和垂直分异均较大,变幅分别为0.27～13.48mg/kg,0.08～9.57mg/kg,研究区有效磷含量处于四级及以下水平。土壤全磷水平和垂直方向季节动态变化幅度很小,变异系数分别为5.80%和1.15%;有效磷季节变化明显大于全磷的季节变化,变异系数分别为29.21%和31.09%。土壤磷素分布特征与土壤理化性质、植被分布和微生物的作用相吻合,土壤全磷含量与粘土和粉砂含量、全氮、有机碳含量呈显著正相关关系,与容重呈极显著负相关关系,有效磷含量与土壤粘土和粉砂含量呈显著正相关关系;不同植被群落土壤全磷含量水平和季节变化较小,有效磷含量水平和季节变化明显;植被根际土全磷含量略高于非根际的,碱蓬有效磷的根际效应显著,根际土有效磷含量明显高于非根际的;植被对磷素的吸收累积量与根际土壤磷素含量呈弱的负相关关系;植被根际微生物活性与根际土壤有效磷含量呈极显著正相关关系。     

不同类型菜田和农田土壤磷素状况研究

以西北地区有代表性的灌淤土为供试土壤,研究不同类型菜田(露地菜田和蔬菜保护地)及农田土壤的P素状况,以及蔬菜保护地土壤P素的空间分布特性。结果表明,露地菜田、蔬菜保护地土壤全P、无机P、有机P、Olsen-P的平均含量是一般农田土壤的1.43~8.30倍,土壤Olsen-P占全P的比率显著高于一般农田。蔬菜保护地土壤各形态P素主要积累在0~30cm土层,并随土层深度的增加各形态P素的含量逐渐降低,各土层Olsen-P、Ca2-P、Ca8-P、Al-P含量降低幅度明显高于Fe-P、O-P、Ca10-P。     

土壤中可溶性有机氮含量及其影响因素研究

研究了农田和日光温室2个生态系统土壤中可溶性有机氮(SON)的含量及施肥和栽培模式对其含量的影响。结果表明,农田和日光温室土壤中SON的含量平均分别为39.19 mg kg-1和320.16 mg kg-1,分别占可溶性总氮(TSN)的80%和73%,说明SON是土壤氮素中不可忽视的氮素组分。不同栽培模式对土壤中SON的含量及其占TSN的比例的影响因生育时期的不同而异。覆草显著增加了小麦拔节期0~5 cm土层土壤中SON的含量,覆膜各土层SON含量均较常规模式有所提高;开花期覆草和覆膜模式土壤中TSN和SON含量较拔节期的显著下降。施用无机氮肥对土壤中SON的含量无显著影响。     

从土壤肥力变化预测中国未来磷肥需求

近年来,我国磷肥用量持续增长,土壤有效磷含量也增加很快,这些变化对磷肥生产和施用将产生什么影响？这是一个关乎我国粮食安全和环境安全的重要问题,值得进行深入地探讨。本研究通过对我国8种典型农业土壤上磷收支平衡和有效磷消长关系的分析,获得预测我国主要农田土壤中有效磷变化模型的参数,即每100kg hm^-2磷盈余平均可使我国土壤有效磷水平提高约3.1mg kg^-1。结果表明,从1980年到2003年我国除经济作物外的主要农田土壤上累积磷盈余约为392kg hm^-2,由此推出目前我国农田土壤有效磷水平约为19mg kg^-1左右。从农业需求和环境保护角度确定的土壤有效磷最适范围应在30～50mg kg^-1之间。而要在未来的30a内使我国土壤有效磷水平提高并维持在40mg kg^-1左右,磷肥的消费将在30a间经历一个先升后降的过程,磷肥需求将在2020年左右达到最高峰1250万t,到2035年降至1050万t,此后应一直维持这一水平。     

豫北蔬菜保护地土壤磷素形态及其空间分布特性研究

采用蒋柏藩、顾益初无机P分级方法研究了豫北褐土多年棚龄蔬菜保护地土壤P素形态及其空间分布特性。结果表明,蔬菜保护地0 ~ 20cm土层全P、无机P、有机P、Olsen-P的含量分别为:1385.6 ~ 2896.5、1097.1 ~ 2365.7、270.0 ~ 606.9、109.8 ~ 302.4 mg/kg,Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca10-P分别占无机P的百分比平均为:12.5 %、37.2 %、10.8 %、5.8 %、13.3 %、20.5 %,Olsen-P占全P的百分比高达4 % ~ 15 %,平均为10.6 %;土壤各形态P素主要积累在0 ~ 20 cm土层,随着深度的增加土壤全P、有机P、Olsen-P、各形态无机P均减少。     

Profile Characteristics and Potential Environmental Effect of Accumulated Phosphorus in Soils ofVegetable Fields in Beijing

Profile characteristics of accumulated P in 10 representative soils of vegetable fields in suburban districts of Beijing were investigated. Bioavailability of the accumulated P and its potential effect on the environment were studied in a greenhouse pot experiment and a soil column experiment. The results showed that the concentration of Olsen-P in the 0～20 cm soil samples of the vegetable fields ranged from 22.1 to 358.0 mg kg-1, which was 2 to 10 times higher than that of the crop fields in the suburbs of Beijing. Most of the excessive phosphorus was accumulated in the topsoils. The longer the soils cultivated with vegetables, the higher the soil total P, Olsen-P and organic matter concentration. Accumulated P in the soils from vegetable fields had higher bioavailability. Application of phosphorus fertilizer could not increase the dry weights of cucumbers, Chinese cabbage, and rape seedlings continuously planted. The soil column study showed high P concentration (＞ 0.6 mg L-1) in the leachates from the columns of the vegetable field soils with high accumulated P, which has a potential effect on the groundwater and natural water quality.     

连续施磷条件下渗育性水稻土无机磷土层分布及移动特征

通过3年田间肥料定位试验,采用顾益初、蒋柏藩的石灰性土壤无机磷分级方法,研究了太湖地区砂壤质渗育性水稻土不同无机磷形态在015.cm、1530.cm和3045.cm土层的分布及移动特征。结果表明,太湖地区砂壤质渗育性水稻土中的无机磷以Ca-P为主,其中Ca10-P含量最高。无论施肥与否,各土层中不同形态无机磷的含量都是Ca10-PO-P、Fe-PAl-P、Ca2-P、Ca8-P。3年定位施磷后,随施磷量增大表层(015.cm)土壤中总磷、Olsen磷、无机磷和无机磷各组分含量显著增加,而1530.cm和3045.cm土层中各无机磷组分的增加相对较小。土壤中总磷、无机磷和Olsen磷在土壤剖面中向下移动性随着土层的加深而减弱。其移动性呈Olsen磷无机磷总磷。植物有效无机磷源(Ca2-P、Ca8-P、Al-P)的下移比植物无效或缓效无机磷源(Ca10-P、Fe-P、O-P)的下移更明显。Olsen磷与土壤各层中的Ca2-P、Ca8-P、Al-P的相关性要比Fe-P、O-P和Ca10-P更大。     

长期施肥条件下设施栽培土壤无机磷组分及其剖面分布特点

采用张守敬和Jackson(1957年)提出的土壤无机磷分组测定方法,对施肥17年的蔬菜保护地土壤无机磷的形态及其剖面分布规律进行了研究。结果表明,土壤无机磷组分及其剖面分布受施入的有机肥影响较大。施有机肥组(A组),土壤中O-P含量占无机磷总量百分数最高,平均为35%～47%;不施有机肥组(B组),土壤中Ca-P含量占无机磷总量百分数最高,平均为29%～39%。长期施用有机肥能够增加20cm以下土层中无机磷含量;施有机肥组(A)和不施有机肥组(B)各处理土壤不同形态无机磷含量均随土层加深而逐渐降低,但在0～60cm土层内,有机肥组不同形态无机磷含量均高于不施有机肥组。长期施用磷肥会增加土壤中无机磷的积累量,而且有效性较高的Ca-P、Al-P积累程度高于较稳定的O-P、Fe-P积累程度。     

施肥与覆膜对棕壤Olsen-P剖面分布及动态变化的影响

利用沈阳农业大学长期定位试验站裸地和覆膜的不同施肥处理(不施肥、单施氮肥、有机肥、有机无机肥配施)及其附近不同土地利用方式,探讨了不同施肥处理和覆膜对整个生长季的棕壤Olsen-P剖面(0—100.cm)分布及动态变化的影响。结果表明,耕地棕壤各施肥处理土壤剖面Olsen-P含量均表现为0—20.cm和60—100.cm大于20—60.cm;而自然草地、自然林地棕壤Olsen-P含量则随深度加深(0—100.cm)而逐渐增多。施用有机肥或有机无机肥配施处理的Olsen-P含量在60.cm土层以上均远大于不施肥或单施氮肥处理;覆膜后不施肥、有机肥、有机无机肥配施处理土壤0—40.cm土层的Olsen-P含量略有降低(0—20.cm土层有机肥处理除外),但差异未达到显著水平。说明施有机肥或有机无机肥配施,是补充土壤Olsen-P的有效措施;但施肥时应深施以补充表层以下土壤Olsen-P含量。覆膜未对本研究的棕壤Olsen-P含量产生显著的负面影响。