施磷对榨菜/玉米根际土壤氮磷形态变化与富集的影响

摘要

根际土壤独特的理化性质和生化特性使氮、磷形态发生变化，改变其转化过程和生物有效性，进而影响植物对他们的吸收利用。土壤磷含量与根际土壤氮磷形态变化和富集过程息息相关，因而研究施磷对作物根际土壤氮、磷形态变化和富集的影响具有重要意义。作物根际氮、磷转化机制的研究虽已比较成熟，但相关研究多集中于根际过程与氮磷转化的相互作用，而田间作物根际氮、磷形态变化特征和源/汇关系还不是很清楚。为此，本研究以三峡库区紫色土旱坡地榨菜-玉米轮作系统为切入点，在西南大学农业面源污染野外监测基地采用5.0×20.0 m的径流小区，设置5个施磷水平（0，P-0；75 kg P2O5 hm-2yr-1，P-75；150 kg P2O5 hm-2yr-1，P-150；225 kg P2O5 hm-2yr-1，P-225和300 kg P2O5 hm-2yr-1，P-300）研究榨菜-玉米轮作系统根际土壤氮、磷形态变化特征，分析根际土壤氮、磷形态源/汇关系和根际土壤氮、磷富集对施磷的响应机制，为明确施磷对田间作物根际土壤氮磷形态变化与富集的作用机制提供参考。本研究主要取得如下结果： （1）施磷促进榨菜根际土壤自由态氮（FN）和酸解氨基酸态氮（AAN）及玉米根际离子交换态氮（IEN）和酸解态氮（HN）的富集。自由态颗粒氮（FPN）是榨菜根际土壤FN的主要形态（占45.93%-74.35%）。榨菜生长中后期，高磷（P-225和P-300）处理榨菜根际FPN和自由态全氮（FTN）大于或者显著大于低磷（P-75和P-150）处理。玉米根际土壤可溶态氮（DN）是FN的主要成分（占61.54%-88.51%），F-NO3-是DN的主要形态（占43.11%-73.25%）。施磷增加榨菜/玉米收获时根际离子交换态氮（IETN）的含量。碳酸盐结合态氮（CN）是慢性氮库的主要成分（占84.55%-92.09%），施磷对其影响较小。高磷（P-225和 P-300）处理榨菜/玉米根际土壤铁锰结合态氮（IMON）显著小于低磷（P-75和P-150）处理。榨菜根际土壤酸解氮的主要组分为酸解氨态氮（AN，35.47%-60.09%）和 AAN（25.44%-36.11%）。施磷处理榨菜/玉米根际土壤AAN高于P-0处理。高磷（P-225和P-300）施用增加玉米根际土壤HN和残留态氮（RN）的含量，降低榨菜根际土壤 RN。然而，施磷对榨菜/玉米根际土壤全氮含量影响较小。 （2）施磷驱动榨菜根际土壤离子交换态有机氮（IEON）和碳酸盐结合态氮（CN）由源转汇，玉米根际土壤酸解铵态氮（AN）由汇转源。F-NH4+在榨菜生长过程中为衰减（源）项，玉米生长过程中为增加（汇）项。施磷处理榨菜/玉米根际土壤IE-NH4+和IE-NO3-为源项。高磷（P-225和P-300）处理榨菜/玉米根际土壤IMON为汇项。榨菜生长过程中，≤150 kg P2O5 hm-2yr-1处理榨菜根际土壤AN和酸解氨基糖态氮（ASN）为汇项，AAN和未知酸解氮态氮（UAN）为源项，≥150 kg P2O5 hm-2yr-1处理榨菜根际土壤RN为源项。玉米收获时，施磷处理根际土壤ASN为源项，UAN和RN为汇项。 （3）施磷促进榨菜/玉米根际土壤慢性磷库和稳性磷库的富集。自由态颗粒磷（F-Pp）是自由态磷（F-P）的主要组分（占40.59%-80.98%）。施磷处理降低榨菜根际土壤F-P和NH4F提取态磷（NH4F-P），增加离子交换态磷（IE-P）、树脂态磷（Resin-P）、NaHCO3提取态磷（NaHCO3-P）和闭蓄态磷（O-P）。≤225 kg P2O5 hm-2yr-1处理增加玉米根际NH4F-P和O-P，降低玉米根际土壤Resin-P。榨菜季NaOH提取态磷（NaOH-P）显著大于玉米季。稳性磷库是榨菜/玉米根际土壤磷库的主要成分（占55%-65%），O-P是稳性磷库主要形态，活性磷库占土壤磷库权重最低，仅为3%-10%。此外，施磷显著提升榨菜/玉米根际全磷含量，促进榨菜/玉米生物量磷吸收。 （4）施磷驱动榨菜/玉米根际土壤 CH3COONH4浸提态有机磷（CH3COONH4-Po）由源转汇，闭蓄态磷（O-P）由汇转源。榨菜根际土壤可溶态有机磷（D-Po）在≤150 kg P2O5 hm-2yr-1处理中为增加（汇）项，在>150 kg P2O5 hm-2yr-1处理中为衰减（源）项。P-150和P-225处理玉米根际土壤可溶态无机磷（D-Pi）和D-Po为汇项，而F-Pp为源项。施磷处理榨菜/玉米根际土壤离子交换态有机磷（IE-Po）为汇项。各处理榨菜根际土壤树脂无机磷（Resin-Pi）和树脂有机磷（Resin-Po）为汇项。P-0、P-75和P-300处理玉米根际土壤Resin-Pi为源项，Resin-Po为汇项。高磷（P-225和P-300）处理榨菜根际土壤NaHCO3-P为汇项。P-0和P-225处理玉米根际土壤NaHCO3浸提态无机磷（NaHCO3-Pi）为汇项。施磷处理榨菜根际土壤CH3COONH4浸提态磷（CH3COONH4-P）为汇项，而根际土壤NH4F-P为源项。P-0和P-150处理榨菜根际土壤NaOH提取态无机磷（Fe-P）为源项，在玉米根际土壤Fe-P为汇项。P-150和P-225处理榨菜/玉米根际土壤团聚体内磷（AI-P）为汇项。≤225 kg P2O5 hm-2yr-1处理根际土壤H2SO4浸提磷（H2SO4-P）在榨菜生长过程中为源项，在玉米生长过程中为汇项。≥150 kg P2O5 hm-2yr-1处理榨菜根际土壤残留态磷（Residual-P）为衰减项，且施磷量越大，衰减强度越大。 （5）施磷驱动榨菜/玉米根际土壤氮磷活化，调控根际土壤氮磷损耗与富集。高磷（P-225和P-300）处理增加榨菜根际土壤活性氮含量，而对玉米根际活性氮影响较小。P-150处理显著增加榨菜根际土壤活性磷。施磷处理显著增加玉米根际土壤活性磷含量，且根际土壤活性磷含量与施磷量成正比。施磷显著提升榨菜/玉米根际土壤全磷含量，提升效果与施磷量成正比。施磷处理显著提升榨菜根际土壤氮活化能力和玉米根际磷活化能力。P-150处理显著提升榨菜根际土壤磷活化能力和玉米根际氮活化能力。施磷显著增加榨菜根际土壤氮磷和玉米根际土壤磷的富集，促进玉米根际氮损耗。 综上所述，施磷促进榨菜根际土壤自由态氮、酸解氨基酸态氮和玉米根际土壤离子交换态氮、酸解态氮的富集，驱动榨菜根际土壤离子交换态有机氮和碳酸盐结合态氮由源转汇，玉米根际土壤酸解铵态氮由汇转源。施磷加速榨菜/玉米根际土壤慢性磷库和稳性磷库的累积，驱动榨菜/玉米根际土壤 CH3COONH4浸提态有机磷由源转汇，闭蓄态磷由汇转源。同时，施磷提升榨菜/玉米根际土壤氮磷活化，调控根际土壤氮磷损耗与富集，以150 kg P2O5 hm-2yr-1为佳。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 土壤氮磷形态

1.2 根际与养分富集

1.3 根际土壤氮磷转化与富集

第2章 绪论

2.1 研究背景

2.2 目的意义

2.3 研究目标

2.4 研究内容

2.5 技术路线

第3章 施磷对榨菜/玉米根际土壤氮形态变化特征的影响

3.1 材料与方法

3.2 结果

3.3 讨论

3.4 结论

第4章 施磷对榨菜/玉米根际土壤氮形态源/汇关系的影响

4.1 材料与方法

4.2 结果

4.3 讨论

4.4 结论

第5章 施磷对榨菜/玉米根际土壤磷形态变化特征的影响

5.1 材料与方法

5.2 结果

5.3 讨论

5.4 结论

第6章 施磷对榨菜/玉米根际土壤磷形态源/汇关系的影响

6.1 材料与方法

6.2 结果

6.3 讨论

6.4 结论

第7章 施磷对榨菜/玉米根际土壤氮磷富集的影响

7.1 材料与方法

7.2 结果

7.3 讨论

7.4 结论

第8章 主要结论、创新点及展望

8.1 主要结论

8.2 主要创新点

8.3 研究不足及展望

参考文献

附录 主要专用名词缩略表

致谢

学术成果及科研课题