长期施肥条件下旱地红壤团聚体的磷素固持与释放潜能研究

摘要

红壤是我国南方热带与亚热带地区重要的粮食与经济作物生产基地。由于铁铝氧化物含量丰富且具有极强的固磷能力，加之红壤区高温多雨，使得红壤磷素的生物有效性及当季利用率相对较低，并严重地制约着红壤区的农业生产。施肥是有效提高红壤磷素肥力的重要途径与措施之一，但随着土壤磷素肥力的提高，大量累积在土壤中的磷素极易随径流或淋溶进入水体，造成水环境污染。土壤团聚体是红壤水磷互作与土壤磷素运移的重要载体与媒介，长期施肥不仅调控着红壤团聚体的粒级组成，而且影响着大小粒级团聚体对磷素的固持与释放能力。因此，本研究以长期施肥的旱地红壤(1988～)为研究材料，选取无机肥试验区的NPKCaS、NPKCa、NPK、NP、PK和NK等6个处理及有机无机肥配施试验区的CK(1/2NPK)、CK+猪厩肥(PM)、CK+绿肥(FR）、CK+稻秆(RS）和CK+花生秸秆本田还田(PS)等5个处理。采用湿筛法获得了＞2mm、2～1mm、1～0.25 mm和0.25～0.053 mm四个粒级的旱地红壤团聚体样品，分析了各粒级团聚体的全磷(TP)、有效磷(Bray P)、土壤水溶性磷(CaCl2-P)、土壤磷素饱和度(Degree of P saturation，DPS)以及土壤磷素吸持指数(Soil P sorption index，PSI)等指标，计算了大小粒级团聚体的磷素富集系数(Er)及土壤磷素储量(Soil phospatestorage capacity, SPSC)，探讨了长期施肥对旱地红壤大小粒级团聚体磷素的富集能力及磷素释放潜能的影响，并基于土壤磷素的测试值及其环境表征值的相关关系，推算出红壤磷素流失的环境阈值，并提出了红壤区磷素高效管理与环境友好利用的合理化建议。研究结果如下:
　　(1)长期施无机肥的旱地红壤团聚体粒级组成大小比例依次为:1～0.25 mm(45.8％～64.5％)＞0.25～0.053 mm(14.0％～21.5％)＞(＞2 mm,2.2％～18.9％)＞(＜0.053 mm，7.0％～12.7％)＞2～1mm(5.7％～9.6％);有机无机肥配施的红壤团聚体粒级组成比例大小依次为:1～0.25 mm(44.1％～62.2％)＞(＞2mm，13.2％～24.9％)＞0.25～0.053 mm(9.0％～16.1％)＞2～1 mm(6.0％～10.4％)＞(＜0.053 mm，5.0％～12.0％)。长期均衡施用磷肥及配施有机肥后旱地红壤团聚体的平均重量直径(MWD)分别为0.66～0.79与0.86～0.92。
　　(2)长期施用磷肥可以有效保持旱地红壤的供磷水平。与NK处理相比，长期施用无机磷肥的红壤团聚体内TP累积增加比例大小依次为(＞2 mm)(122.6％)＞0.25～0.053 mm(103.6％)＞2～1 mm(88.7％)＞1～0.25 mm(85.5％),且NP与PK处理旱地红壤各粒级团聚体均表现出富磷作用，但NPKCaS处理各粒级团聚体均为无磷素富集作用，其余处理中只有＞2mm团聚体粒级具有磷素富集作用。与CK处理相比，配施有机肥的旱地红壤团聚体TP累积量增加比例大小依次为1～0.25 mm(78.7％)＞(＞2mm)(76.6％)＞0.25～0.053 mm(61.6％)＞2～1mm(50.7％)，且只有配施猪厩肥处理可显著提高旱地红壤中各粒级团聚体的TP含量;各处理中的大小团聚体(除厩肥处理的0.25～0.053 mm粒级外）均具有磷素富集作用。
　　(3)与NK处理相比，均衡施磷的NPK处理可以显著降低旱地红壤的磷素吸持指数(PSI)，各粒级团聚体PSI降低比例大小依次为:(＞2mm)(141.2％)＞1～0.25 mm(127.5％)＞2～1 mm(112％)＞0.25～0.053 mm(70.5％)。与CK处理相比，只有配施猪厩肥可以显著降低旱地红壤PSI，各粒级团聚体PSI的降低比例大小依次为:1～0.25 mm(48％)＞2～1mm(45.6％)＞(＞2mm)(38.9％)＞0.25～0.053 mm(35.1％)。
　　(4)与NK处理相比，均衡施磷的NPK处理可分别显著提高大小粒级团聚体的Bray P、DPS及CaCl2-P的465％～758％、281％～620％及23.9％～50％;与CK处理相比，仅厩肥处理可分别显著提高大小粒级团聚体Bray P、DPS及CaCl2-P的856％～1283％、4270％～355％及1000％～849％。
　　(5)相关分析表明，随着旱地红壤中＞1mm团聚体粒级的增多，土壤TP、Bray P、CaCl2-P及DPS均显著增加;反之，随着旱地红壤中＜1mm团聚体粒级的增多，土壤TP、Bray P、CaCl2-P及DPS均显著降低。旱地红壤PSI与SPSC均随着土壤TP、Bray P、CaCl2-P、DPS的增大而显著降低;随着旱地红壤DPS增大，土壤CaCl2-P呈显著增加趋势(r=0.983，p＜0.01)，即土壤磷素向水体释放的能力逐渐增强。
　　(6)由旱地红壤磷素的测试值及其环境表征值间的相关关系，可以推断出当旱地红壤Bray P＜168 mg kg-1时，土壤磷素的环境风险较低，此时只需根据作物实际需求增加或保持磷肥的施用量即可;当旱地红壤168 mg kg-1＜Bray P＜260 mg kg-1或DPS＜28.6％时，土壤磷素具有潜在流失风险，此时应依据作物的产量水平适当调整磷肥施用量或采用其它辅助措施，以保作物高产的同时不增大土壤磷素的环境风险;当旱地红壤Bray P≧260 mg kg-1或DPS≧28.6％时，土壤磷素具有极高的流失风险，此时应立即停止施用磷肥尤其是有机磷肥的施用，并重新调整与制定新的施磷方案，避免土壤磷素的流失及其对水体环境的污染。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 文献综述

1．1 红壤

1．1．1 红壤区概况

1．1．2 红壤区农业生产中的主要障碍

1．1．3 改良红壤的有效措施

1．1．4 国内外长期定位肥料试验概况

1．2 土壤团聚结构的重要功能

1．2．1 土壤团聚结构的形成过程与机制

1．2．2 土壤团栗结构稳定性的影响因素

1．2．3 土壤团聚结构的研究方法

1．3 土壤磷素的农学与环境学研究

1．3．1 土壤磷素的来源与形态

1．3．2 土壤磷素的农学研究进展

1．3．3 土壤磷素的环境学研究进展

1．4 研究目的及意义

1．5 技术路线图

第二章 材料与方法

2．1 长期试验地概况

2．2 土壤样品采集与制备

2．3 研究方法

2．3．1 土壤水稳定性团聚体样本的筛分与收集

2．3．2 土壤磷素吸持指数(Phosphate Sorption Index，PSI)

2．3．3 土壤磷素饱和度(Degree of P Samration，DPS)

2．3．4 土壤基本理化性质分析

2．4 数据统计与结果计算

2．4．1 团聚体土壤磷素富集系数(Enrichment rate，Er)

2．4．2 团聚体土壤磷素贡献率(Contribution rate，Cr)

第三章 长期施肥对旱地红壤团聚体组成特征的影响

3．1 长期旌肥对旱地红壤团聚体组成比例的影响

3．2 长期施肥对旱地红壤团聚体平均重量直径的影响

3．3 长期施肥对旱地红壤团聚体内非晶质铁铝氧化物含量的影响

3．4 长期施肥对红壤团聚体有机质含量的影响

3．5 团聚体粒级组成的影响因素分析

3．5．1 团聚体粒级组成比例

3．5．2 平均重量直径

3．5．3 非晶质铁铝氧化物

3．5．4 有机质

3．6 本章小结

第四章 长期施肥对旱地红壤团聚体磷素固持能力的影响

4．1 长期施肥对旱地红壤红壤团聚体磷素储存能力的影响

4．1．1 土壤全磷

4．1．1 各粒级团聚体对旱地红壤总磷储量的贡献率

4．1．2 旱地红壤中各粒级团聚体的全磷富集系数变化

4．2 长期施肥对旱地红壤磷素吸持指数(PSI)的影响

4．3 土壤pH及有机质对早地红壤PSI的影响

4．3．1 土壤pH

4．3．2 有机质

4．4 本章小结

第五章 长期施肥对旱地红壤团聚体磷素释放潜能的影响

5．1 长期施肥对旱地红壤团聚体有效磷的影响

5．1．1 各级团聚体有效磷的含量变化

5．1．2 各粒级团聚体对红壤有效磷的贡献率

5．2 长期施肥对旱地红壤团聚体水溶性磷的影响

5．3 长期施肥对旱地红壤团聚体磷素饱和度的影响

5．4 长期施肥对旱地红壤团聚体磷素储量的影响

5．5 旱地红壤磷素释放潜能的影响因素分析

5．5．1 磷素释放潜能指标间的相关分析

5．5．2 非晶质铁铝氧化物对磷素储量(SPSC)的影响

5．5．3 土壤固磷能力与磷素储量(SPSC)的相关关系

5．6 本章小结

第六章 旱地红壤团聚体磷素固持能力与释放潜能的影响因素分析

6．1 影响因素分析

6．1．1 土壤团聚体粒级组成

6．1．2 土壤TP与PSI

6．1．3 有机无机胶结物质

6．1．4 土壤pH

6．2 旱地红壤磷素流失的环境风险阈值

6．3 旱地红壤磷素管理的建议与措施

第七章 全文结论

参考文献

致谢

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