长期施肥对农田土壤肥力及重金属化学行为的影响

摘要

农业生态系统长期定位实验（LTAEs）是指持续时间20年以上且具有有一定规模，用于研究农业过程的农作物产量、养分循环及环境效应的田间试验，能为农业可持续发展的生物学、生物地球化学和农业环境评价提供有价值的信息。本研究以农业部望城红壤性水稻土生态环境重点野外科学观测试验站和中国农科院祁阳红壤试验站为平台，研究了不同施肥条件和土地耕作方式土壤肥力质量的演变规律以及重金属污染状况、有效态和形态分配规律。主要研究结果如下:
　　长期施肥对土壤理化性质的影响研究结果表明:长期施化肥可能导致土壤酸化，尤其是施氮肥，是导致土壤酸化的主要原因。红壤稻田施用稻草及猪粪都在一定程度上降低了土壤pH，红壤旱地施猪粪则有效地提高了土壤pH;长期施用有机肥能有效提高土壤有机质含量以及CEC。
　　长期施肥对土壤养分影响的结果表明:施氮肥、有机肥或有机无机配施均能显著提高土壤全氮与碱解氮含量。施磷肥和有机肥能有效提高土壤磷素含量，且红壤旱地施有机肥土壤速效磷含量高于单施化肥;长期施钾肥，对土壤全钾影响不大，但施钾肥、有机肥或有机无机配施，均能显著提高土壤速效钾含量。
　　长期施肥对土壤重金属化学行为的研究结果表明:望城红壤稻田各施肥处理土壤重金属Cd均超过国家土壤环境质量二级标准，其中施用猪粪处理Cd含量超过国家土壤环境质量三级标准。祁阳红壤旱地除NP与NK处理外，土壤Cd均已超过国家土壤环境质量二级标准，其中施猪粪处理超过三级标准，Cu含量超过国家土壤环境质量二级标准，Zn有一定的积累，说明施猪粪是导致农田重金属积累的一个重要因素。
　　长期施肥土壤重金属主要形态为残渣态，施猪粪对土壤重金属形态分配有显著影响:与施NPK相比，施猪粪显著提高土壤Cd积累，且以残渣态为主，可还原态次之，弱酸提取态与可氧化态增幅不明显;而施用猪粪使得其带入土壤中的Cu则主要转化为可还原态与可氧化态;对Zn元素而言，施猪粪对可氧化态含量增长作用不明显，引入的Zn主要转化为了其它几种形态。
　　望城红壤稻田施有机肥能提高土壤Cu有效态含量，但对Cd及Pb有效态含量影响不大。祁阳红壤旱地施猪粪显著提高了Cd、Cu有效态含量，对Pb有效态含量影响不大。尽管施猪粪在一定程度上提高了土壤重金属全量以及有效态含量，然而却降低了土壤Cd和Pb的活化率，这可能是由于镉、铅与有机质螯合形成的有机无机复合体溶解度降低，所以，尽管绝对量提高，相对有效性却降低了。而施猪粪则能提高Cu活化率，可能是由于Cu容易与小分子有机酸结合，形成的复合体溶解度相对较高。
　　通过逐步回归分析可知，不同重金属元素有效态含量影响的主要因素有所不同。Cu有效态含量主要受到Cu全量及CEC影响;Cd有效态含量主要受Cd全量及pH的影响;Zn有效态含量与CEC呈正相关关系;而Pb有效态含量则与有机质含量及pH呈负相关。

目录

摘要

1 绪论

1．1 农田土壤重金属污染

1．1．1 农田土壤主要污染重金属的种类

1．1．2 农田土壤重金属污染源

1．1．3 我国农田土壤重金属污染状况

1．2 农业生态系统长期定位试验在农业和环境研究中的作用

1．2．1 长期定位试验在农业生态过程研究中的作用

1．2．2 长期试验在环境问题研究中的应用

1．3 本研究的主要内容、目标和意义

2 基本信息、材料与方法

2．1 长期施肥实验基本信息

2．1．1 红壤稻田长期施肥试验

2．1．2 红壤旱地长期施肥试验

2．2 样品采集与前处理

2．3 土壤理化性质分析

2．4 土壤肥力质量分析

2．4．1 土壤速效养分析

2．4．2 土壤全磷、全钾分析方法

2．5 土壤重金属分析方法

2．5．1 土壤重金属全量及有效态分析

2．5．2 土壤重金属形态分析

2．6 数据处理

2．7 技术路线图

3 长期施肥对土壤肥力质量的影响

3．1 长期施肥对土壤理化性质的影响

3．1．1 长期定位施肥对土壤pH的影响

3．1．2 长期施肥对土壤有机质的影响

3．1．3 长期施肥对土壤阳离子交换量的影响

3．2 长期施肥对土壤肥力的影响

3．2．1 长期施肥对土壤氮素的影响

3．2．2 长期施肥对土壤磷素的影响

3．2．3 长期施肥对土壤钾素的影响

3．3 小结

4 长期施肥对土壤重金属污染状况的影响

4．1 长期施肥对土壤重金属含量的影响

4．1．1 长期施肥对红壤稻田重金属全量的影响

4．1．2 长期施肥对红壤旱重金属全量的影响

4．2 长期施肥对红壤重金属有效性及形态的影响

4．2．1 长期施肥对红壤重金属形态的影响

4．2．2 长期施肥对红壤重金属有效性与活化率的影响

4．3 长期施肥土壤重金属有效性影响因素分析

4．3．1 与Cu有效性变化相关的因素分析

4．3．2 与Cd有效性变化相关的因素分析

4．3．3 与Zn有效性变化相关的因素分析

4．3．4 与Pb有效性变化相关的因素分析

4．4 小结

5 结论与展望

5．1 研究结论

5．1．1 长期施肥对红壤壤肥力质量的影响

5．1．2 长期施肥对红壤重金属的影响

5．2 特色与创新

5．3 论文不足与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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