紫色土稻田磷素遷移流失及環(huán)境影響研究.pdf

1、磷是植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素，但不合理過(guò)量施用時(shí)，又成為環(huán)境污染因子。為了實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)和環(huán)境友好的雙重目標(biāo)，必須將土壤有效磷水平維持在既能滿(mǎn)足作物高產(chǎn)需求又能降低磷流失風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境閾值之間。因此，研究農(nóng)田土壤磷素的遷移動(dòng)態(tài)、流失特征及影響因素，弄清土壤磷累積與作物高產(chǎn)及磷素流失之間的關(guān)系，探討土壤磷素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法和指標(biāo)，對(duì)于降低磷素流失、控制農(nóng)業(yè)磷的面源污染、制定磷肥優(yōu)化管理措施具有重要意義。 國(guó)內(nèi)外對(duì)早地磷素流失進(jìn)行了大量研

2、究，但對(duì)稻田磷素流失研究較少，關(guān)于水旱輪作、長(zhǎng)期不同施肥條件下紫色土稻田磷素的遷移流失及環(huán)境效應(yīng)未見(jiàn)報(bào)道。水旱輪作由于干濕交替的水分管理，磷素在土-水中的遷移和淋失必定不同于旱地和濕地；長(zhǎng)期不同的施肥方式必然導(dǎo)致土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性變化，土壤對(duì)磷的吸附固定能力發(fā)生變化，進(jìn)而影響磷素在土-水界面的遷移轉(zhuǎn)化。 為此，本文采用田問(wèn)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)與短期試驗(yàn)、滲漏池試驗(yàn)與室內(nèi)模擬試驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過(guò)15年水早輪作長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究了

3、長(zhǎng)期不同施肥處理紫色土磷素累積狀況及其在土壤剖面和水體中的遷移特征，探討了長(zhǎng)期施肥條件下紫色土對(duì)磷的吸附解吸特性及其影響因素，為紫色土水旱輪作稻田磷肥的優(yōu)化管理和控制稻田磷素流失提供依據(jù)。采用單排單灌的田間試驗(yàn)，在水稻生長(zhǎng)季節(jié)研究不同磷肥用量和不同有機(jī)肥品種對(duì)土-水磷素遷移流失的影響，并對(duì)其可能產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，為紫色土區(qū)稻田水肥的優(yōu)化管理提供理論依據(jù)。利用原狀土壤滲漏池，研究水旱輪作條件下不同類(lèi)型紫色土磷素滲漏淋失特征及其對(duì)地下

4、水體環(huán)境質(zhì)量的影響。通過(guò)土壤測(cè)試和模擬試驗(yàn)分析了土壤有效磷水平與磷素淋失之間的關(guān)系，探討了紫色土磷素環(huán)境閾值，為紫色土區(qū)農(nóng)田磷素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。 15年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，紫色土磷素盈虧量(x)與土壤耕層Olsen-P的增減(y)呈極顯著正相關(guān)：y=0.0394x+5.923(r=0.944**，n=11)，紫色土每積累100kg·hm-2的磷素，土壤Olsen-P提高3.94 mg·kg-1。水旱輪作每年施用磷肥120

5、 kg·hm-2(P2O5，常規(guī)施磷水平)，磷素盈余53.9kg·hm-2，提高了土壤速效磷含量；有機(jī)肥與化學(xué)磷肥配合施用能加快土壤速效磷的積累。長(zhǎng)期施用在表層土壤的磷肥有向下移動(dòng)的趨勢(shì)，施磷處理20-60cm土壤速效磷含量比不施磷處理高，在水早輪作條件下磷已遷移至60cm土層，增加了磷滲漏淋失的風(fēng)險(xiǎn)。磷在土壤剖面中的遷移能力受磷肥用量、有機(jī)肥種類(lèi)和種植方式的影響，向下遷移的磷數(shù)量隨著磷肥施用量的增加而增加；在等養(yǎng)分情況下，配施豬糞比配

6、施秸稈更容易導(dǎo)致磷的遷移；稻油輪作土壤剖面中有效磷含量比稻麥輪作高1.25～6.5mg·kg-1，稻油輪作體系磷素的遷移能力比稻麥輪作強(qiáng)，磷素流失的風(fēng)險(xiǎn)增大。從長(zhǎng)期定位試驗(yàn)水稻季土-水磷素動(dòng)態(tài)變化看，土壤磷向水體的遷移主要發(fā)生在淹水種稻后的前10天，所有處理水稻移栽后10天田面水磷含量較高，之后急劇下降；施肥35天后各處理田面水磷含量低(在0.1 mg/L左右波動(dòng))并趨于穩(wěn)定。在水稻移栽前10天應(yīng)禁止稻田排水，在水稻移栽后30天內(nèi)最好不

7、要進(jìn)行稻田排水，采取淺水移栽的稻田水分管理策略可以減少磷素流失。不同施肥處理之間，田面水含磷量在水稻移栽的前30天差異較大，以高量施磷處理1.5NPK+M的TP濃度最高；其次為配施豬糞尿的處理，不施磷的處理最低：稻-油輪作田面水TP濃度高于稻-麥輪作；配施豬糞提高了土壤磷素向水體的遷移和流失。 土壤易解吸磷(RDP)、活性磷(藻類(lèi)有效磷)、磷零吸持平衡濃度(EPCo)、最大吸磷量(Qm)、磷吸持指數(shù)(SI)等參數(shù)是評(píng)價(jià)水-土界面

8、磷遷移能力的重要指標(biāo)。長(zhǎng)期倍量施磷(1.5NPK+M)以及化肥與豬糞配施(NPK+M)處理土壤磷素在土壤剖面和水體的遷移能力高于其它處理的機(jī)理在于這2個(gè)處理土壤的易解吸磷、活性磷、磷零點(diǎn)吸持平衡濃度、磷吸持飽和度最高，土壤對(duì)磷的固定能力和緩沖能力降低，提高了磷向環(huán)境遷移的風(fēng)險(xiǎn)。在水旱輪作條件下土壤對(duì)磷的固定能力與土壤活性鋁、pH呈極顯著正相關(guān)；與土壤有機(jī)質(zhì)和土壤Olsen-P含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。 不同磷肥用量和有機(jī)肥對(duì)稻田磷素遷

9、移的試驗(yàn)結(jié)果表明，田面水磷濃度隨著施磷水平的提高而提高。施肥24h后各處理田面水磷素濃度最高，TP濃度在0.928～3.824mg/L之間。前10d田面水總磷濃度高，平均濃度為0.869 mg/L，前30d田面水含磷波動(dòng)大，各處理TP平均濃度在0.258～1.433mg/L之間，這期間的田間排水會(huì)對(duì)周?chē)乃w環(huán)境造成污染。徑流水各形態(tài)磷的濃度隨著降雨強(qiáng)度和磷肥用量的增加而增加，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的處理稻田土壤磷素向水體釋放磷的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，

10、施用牛糞比施用秸稈更容易導(dǎo)致磷素的流失。稻田磷素流失總負(fù)荷隨著磷肥用量的增加而增加，流失磷量最低和最高分別為0.52kg·hm-2和3.20kg·hm-2。稻田磷素流失負(fù)荷不僅與施用磷肥的量有關(guān)，而且與有機(jī)肥的種類(lèi)有關(guān)，配施秸稈能減少土壤磷的流失。 磷素滲漏淋失試驗(yàn)結(jié)果表明，水早輪作條件下，無(wú)論是旱季還是稻季在3種紫色土上磷素滲漏淋失量都隨著施磷量的增加而增加。磷素的滲漏淋失與土壤性質(zhì)關(guān)系較大，旱季和稻季在3種類(lèi)型紫色土上磷素滲

11、漏淋失濃度和滲漏淋失負(fù)荷為中性紫色土＞鈣質(zhì)紫色土＞酸性紫色土；在100cm土層稻季的磷滲漏量在75.4～158·2g．hm-2之間，麥季在12.0～25.2 g·hm-2之間，稻季是旱季的5～8倍。在水稻生長(zhǎng)季不同土層滲漏水中總磷濃度隨著水稻生育期的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，前期磷素滲漏淋失量高且變幅較大，在施磷后第5d各土層滲漏水中磷素濃度最高；施肥60d后稻田磷素滲漏淋失負(fù)荷顯著降低，不同土層和各處理趨于一致。滲漏水中磷素濃度隨土壤剖面深度的

12、增加而降低，磷在土壤剖面中的遷移能力弱。整個(gè)水稻生育期磷滲漏量較低，最高磷滲漏量為0.262kg·hm-2。但是，在水稻移栽初期中性和鈣質(zhì)紫色土耕層磷肥有明顯向下移動(dòng)的趨勢(shì)，表現(xiàn)為60cm土層滲漏水中磷濃度高，且施磷處理顯著高于不施磷處理，淹水種稻初期是磷向下遷移最強(qiáng)和淋失量最高的時(shí)期，控制基肥中磷肥的施用是減少淹水初期磷素向下遷移的重要措施。水旱輪作條件下，為了降低灌水種稻初期由于水分的劇烈移動(dòng)而導(dǎo)致的磷素滲漏淋失，可以在水稻移栽成活

13、后施用磷肥。利用具有不同富磷梯度的三種紫色土模擬稻田和旱地研究了Olsen-P與CaCl2-P之間的關(guān)系，探討了紫色土磷素環(huán)境閾值。結(jié)果表明，無(wú)論是稻田或早地生境，三種紫色土Olsen-P與CaCl2-P之間都存在一個(gè)“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”，當(dāng)土壤Olsen-P含量低于轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，隨著Olsen-P含量的增加，浸提液中CaCl2-P含量上升很小，但當(dāng)土壤Olsen-P含量高于轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，CaCl2-P含量急劇增加，這個(gè)點(diǎn)就是旱地磷素淋失臨界值或稻田土壤

14、磷的環(huán)境警戒值。 紫色土旱地磷素環(huán)境敏感淋失臨界值在酸性、中性和鈣質(zhì)上分別為(Olsen-P含量)67.2、85.8和113.8mg．kg-1，與此對(duì)應(yīng)的CaCl2-P含量分別為2.5、1.6、2.3 mg．kg-1。三種紫色土磷的淋失臨界值差別較大，受土壤性質(zhì)和對(duì)磷的吸附解吸特性影響，鈣質(zhì)紫色土對(duì)磷的吸附固定能力強(qiáng)，最大吸附量(Qm為769.2 mg·kg-1)比中性和酸性土高20％和60％。 稻田土壤磷素的環(huán)境警戒值

15、在酸性、中性和鈣質(zhì)紫色土上Olsen-P含量分別為49.2、77.9和92.1mg·kg-1，相應(yīng)的CaCl2-P含量分別為2.0、1.4、1.2mg．kg-1。三種紫色土在淹水還原條件下土壤磷環(huán)境敏感臨界值比旱地低，淹水還原條件提高了紫色土磷向水體釋放的風(fēng)險(xiǎn)。 根據(jù)土壤測(cè)試而獲得的紫色土最大吸磷量(Qm)、磷吸持指數(shù)(SI)、易解吸磷(RDP)、活性磷(藻類(lèi)有效磷)和磷零吸持平衡濃度(EPCo)等參數(shù)，可以作為表征水-土界面磷