模拟淋溶条件下沼液对菜田土壤磷素淋洗及其形态的影响

以不同磷水平菜田土壤为研究对象,通过土柱淋溶模拟试验,探讨施用沼液对土壤磷素形态及其移动性的影响。结果表明：与单施去离子水的对照相比,施用沼液通过减少淋洗溶液体积降低淋洗液中总磷含量722.3 μg·柱^-1,中、高磷土壤淋洗液总无机磷（TIP）分别减少507.2 μg·柱^-1和1 319 μg·柱^-1。低、中磷土壤淋洗液中水溶性无机磷（DIP）减少158.1 μg·柱^-1和474.3 μg·柱^-1。在低磷土壤中,施用沼液对剖面土壤全磷、有机磷和速效磷含量影响显著,上层（0~7 cm）土壤增加的比例分别为34.8%、37.7%和148%,土壤pH值显著降低0.39个单位,下层（7~14 cm）土壤增加的比例分别为18.5%、29.3%和32.9%,土壤pH值显著降低0.28个单位。在中磷土壤中,施用沼液对上层土壤全磷含量影响未达到显著水平,速效磷增加比例20.1%,下层土壤pH值降低0.33个单位。在高磷土壤中,施用沼液对剖面土壤全磷、有机磷和速效磷含量影响未达到显著水平,下层土壤pH值降低0.34个单位。因此,施用沼液降低土壤磷素淋洗,增加低磷土壤磷素有效性含量,但对中磷和高磷水平土壤的磷素影响未达到显著水平。     

不同动物粪肥的磷素形态特征及有效性分析

我国规模化养殖业的快速发展导致动物粪肥数量急剧增加,合理利用畜禽粪肥中的大量磷素,不仅可节约磷矿资源,而且避免由于粪肥直接排放和农田过量施用所带来的水体面源污染问题。本研究结合调研工作,采集了52个典型养殖场的76个动物粪肥样品,采用Hedley 磷分组方法,系统分析了不同粪肥中磷素含量及其组分特征,评价不同形态磷素在土壤中的移动性及其环境风险,为合理磷素管理提供参考。结果表明:不同动物粪肥的全磷含量差异很大,猪粪、鸡粪、鸭粪、牛粪和羊粪的平均含量分别为22.5、13.7、12.9、9.6 g P·kg^-1和7.5 g P·kg^-1,其中粪肥中的有机磷占总磷的比例分别为33.1%、41.5%、66.4%、28.1%和36.8%。非反刍动物粪肥(猪粪、鸡粪、鸭粪)中全磷含量和有机磷含量分别为反刍动物粪肥(牛粪和羊粪)中全磷和有机磷含量的1.7~3.0 倍和2.1~3.0 倍,以鸡鸭粪肥中有机磷占全磷的比例最高;非反刍动物粪肥C/P 比(19~29)明显低于反刍动物粪肥C/P 比(38~45),其中的磷素更易矿化;依次采用H₂O、NaHCO₃、NaOH 和HCl作为提取剂提取动物粪肥的磷素组分,反刍动物粪肥中H₂O-P、NaHCO₃-P、NaOH-P、HCl-P 和残余态磷分别为总磷的27.8%、32.8%、18.1%、15.2%和6.1%;而非反刍动物粪肥中的各磷素组分的比例分别为24.6%、19.4%、12.7%、34.4%和8.9%;两者主要在NaHCO₃-P和HCl-P组分存在差异。综上所述,反刍动物粪肥中活性磷(H₂O-P 和NaHCO₃-P)的比例更高,超过总磷的60%,而非反刍动物粪肥更易矿化分解的特征导致其可以很快释放活性磷,两者均具有很高的磷素有效性。因此,长期而言,在等粪肥磷投入情况下,两者的环境风险差异不大;而在等粪肥用量情况下,非反刍动物粪肥中更高的磷素含量会导致更高的环境风险。     

不同动物粪肥的磷素形态特征及有效性分析

我国规模化养殖业的快速发展导致动物粪肥数量急剧增加,合理利用畜禽粪肥中的大量磷素,不仅可节约磷矿资源,而且避免由于粪肥直接排放和农田过量施用所带来的水体面源污染问题。本研究结合调研工作,采集了52个典型养殖场的76个动物粪肥样品,采用Hedley磷分组方法,系统分析了不同粪肥中磷素含量及其组分特征,评价不同形态磷素在土壤中的移动性及其环境风险,为合理磷素管理提供参考。结果表明:不同动物粪肥的全磷含量差异很大,猪粪、鸡粪、鸭粪、牛粪和羊粪的平均含量分别为22.5、13.7、12.9、9.6 g P·kg-1和7.5 g P·kg-1,其中粪肥中的有机磷占总磷的比例分别为33.1%、41.5%、66.4%、28.1%和36.8%。非反刍动物粪肥(猪粪、鸡粪、鸭粪)中全磷含量和有机磷含量分别为反刍动物粪肥(牛粪和羊粪)中全磷和有机磷含量的1.7~3.0倍和2.1~3.0倍,以鸡鸭粪肥中有机磷占全磷的比例最高;非反刍动物粪肥C/P比(19~29)明显低于反刍动物粪肥C/P比(38~45),其中的磷素更易矿化;依次采用H2O、Na HCO3、Na OH和HCl作为提取剂提取动物粪肥的磷素组分,反刍动物粪肥中H2O-P、Na HCO3-P、Na OH-P、HCl-P和残余态磷分别为总磷的27.8%、32.8%、18.1%、15.2%和6.1%;而非反刍动物粪肥中的各磷素组分的比例分别为24.6%、19.4%、12.7%、34.4%和8.9%;两者主要在Na HCO3-P和HCl-P组分存在差异。综上所述,反刍动物粪肥中活性磷(H2O-P和Na HCO3-P)的比例更高,超过总磷的60%,而非反刍动物粪肥更易矿化分解的特征导致其可以很快释放活性磷,两者均具有很高的磷素有效性。因此,长期而言,在等粪肥磷投入情况下,两者的环境风险差异不大;而在等粪肥用量情况下,非反刍动物粪肥中更高的磷素含量会导致更高的环境风险。     

模拟淋溶条件下沼液对菜田土壤磷素淋洗及其形态的影响

以不同磷水平菜田土壤为研究对象,通过土柱淋溶模拟试验,探讨施用沼液对土壤磷素形态及其移动性的影响。结果表明:与单施去离子水的对照相比,施用沼液通过减少淋洗溶液体积降低淋洗液中总磷含量722.3μg·柱~(-1),中、高磷土壤淋洗液总无机磷(TIP)分别减少507.2μg·柱~(-1)和1 319μg·柱~(-1)。低、中磷土壤淋洗液中水溶性无机磷(DIP)减少158.1μg·柱~(-1)和474.3μg·柱~(-1)。在低磷土壤中,施用沼液对剖面土壤全磷、有机磷和速效磷含量影响显著,上层(0~7 cm)土壤增加的比例分别为34.8%、37.7%和148%,土壤p H值显著降低0.39个单位,下层(7~14 cm)土壤增加的比例分别为18.5%、29.3%和32.9%,土壤p H值显著降低0.28个单位。在中磷土壤中,施用沼液对上层土壤全磷含量影响未达到显著水平,速效磷增加比例20.1%,下层土壤p H值降低0.33个单位。在高磷土壤中,施用沼液对剖面土壤全磷、有机磷和速效磷含量影响未达到显著水平,下层土壤p H值降低0.34个单位。因此,施用沼液降低土壤磷素淋洗,增加低磷土壤磷素有效性含量,但对中磷和高磷水平土壤的磷素影响未达到显著水平。     

施用粪肥和沼液对设施菜田土壤磷素累积与迁移的影响

针对有机蔬菜生产普遍施用粪肥和沼液的现状,利用多年田间定位试验,研究基施不同数量粪肥(CM1:30 t·hm-2;CM2:60t·hm-2;CM3:90 t·hm-2)和追施相同量沼液对有机设施蔬菜产量、土壤磷素累积及其移动性的影响。结果表明,2011—2014年不施粪肥单施沼液处理中(CK:0 t·hm-2粪肥)累积磷素盈余量为290 kg P·hm-2,0~30 cm土层土壤中Olsen-P和磷饱和度(DPS)均超过了磷素淋失的环境阈值。粪肥配施沼液处理显著增加了磷素盈余和磷素在土壤中的累积,试验期间2011—2014年累积磷素盈余量为不施粪肥单施沼液处理的6~22倍。随着粪肥施用量的增加,土壤全磷、Olsen-P、Ca Cl2-P、Mehlich3-P和DPS均迅速增加,当粪肥用量达到60 t·hm-2时,显著增加了0~60 cm土层土壤全磷、Olsen-P、Ca Cl2-P、Mehlich3-P含量和DPS,大量粪肥施用并配施沼液处理使表层土壤DPS接近或达到100%。有机蔬菜生产中盲目大量施用粪肥和沼液,显著增加了土壤磷素累积和淋失风险,4年连续每茬90 t·hm-2粪肥施用并配施沼液处理导致磷素在土壤剖面的迁移到达90 cm土层。与不施粪肥单施沼液处理相比,粪肥配施沼液显著提高了作物产量,但是较多量粪肥投入并没有继续增加作物产量,而显著增加了磷素淋失风险。因此,在有机蔬菜生产中推荐施用不超过30 t·hm-2粪肥并配施沼液模式。