PAM对紫色土坡地土壤磷素流失的控制效应与机理分析

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本文通过吸附解吸试验、土柱淋溶试验、人工模拟降雨坡面径流试验和田间径流小区试验等综合方法,研究了PAM对紫色土磷素迁移、淋失的调控效应和影响因素,并对其作用机理进行了初步分析。据此,建立了针对三峡库区自然条件的、以控制农业面源磷素流失为目标的PAM优化利用技术,为将PAM应用于农业面源污染控制提供科学了依据。研究获得的主要结论有:1.PAM抑制紫色土对磷吸附的物理过程并降低其吸附强度,对化学吸附并无影响。在试验的低浓度范围内(0.1-0.5%),紫色土磷吸附量随PAM施用浓度的增加而减少。0.5%PAM处理的土样吸附量最小,比对照的200μg·g-1降低了27.1%。高浓度PAM范围内(1.0-2.0%),紫色土磷吸附量反而随PAM浓度的增加而增加。这种现象的出现是可能由于PAM本身对磷的吸附和通过改善土壤结构来影响土壤对磷的吸附这两种作用所占的比例不同产生的。2.土柱淋溶试验表明,PAM可以显著降低磷素淋溶浓度与总量,有效抑制磷素的垂直迁移,且PAM的作用效果随用量的增加而显著增强。当土壤磷施用量为0.91g·kg-1时,经过9次总共4500ml模拟降雨淋溶,不施PAM的对照处理淋出液中P浓度变化在111.17-158.93μg·mL-1之间,淋出总量达到540.75mg·柱-1。0.01-0.20%PAM处理后,淋滤液中P浓度降低变幅为-6.7-66.37mg,以0.20%PAM用量的效果最好,其淋溶液P浓度较对照138.20μg·mL-1平均降低了36.59%,最大降幅达到51.29%,总淋出累积量只有对照的64.26%。PAM抑制磷淋溶的作用主要是通过它对土壤性质的改良和对磷酸根离子形成的网状束缚来实现的。3.在人工模拟降雨条件下,PAM用量、坡度、雨强和强化剂这几个因素中,强化剂对PAM的作用效果的影响最大,其次是PAM用量。强化剂对PAM作用效果的影响远大于试验中其他的因素,石膏和石灰石两种强化剂和PAM联合施用对磷素流失的控制效果非常明显,可以显著降低磷素的径流总量和浓度,石膏和石灰石处理的TP流失总量只有单施PAM 31.80mg的30.37%和28.32%;但石膏和石灰石与PAM联合施用却增加了表面径流量,且使产流时间提前;在增加径流量方面,石膏的总流量为9136mL,比单施PAM的总流量6040mL增加了55.47%,而石灰石处理只增加了25.47%。石灰石和石膏中的作用机制主要是二价钙离子在PAM和土粒之间起到阳离子架桥作用,同时,钙离子还可以把土壤中的磷酸根离子固定成Ca-P存在于土壤胶体上,并逐渐由磷酸二钙转化形成溶解性很低的磷酸十钙。在坡度和雨强两因素的试验中,在坡度和雨强较大条件下PAM的作用效果更为明显。坡度试验中,产流时间都随坡度的增加而提前,两次降雨径流量都以15°坡地为最小,分别为17380mL和19970mL,分别比8°坡地减少了13.0%和9.5%;在TP的流失总量上,20°坡地最高,两次降雨都以8°坡地为最低,分别为26.42mg和27.18mg,只有20°坡地流失总量的81.84%,但PAM缩小了大坡度15°和20°之间的差异。在不同降雨强度下,PAM处理后,表面径流的流速随着降雨强度的增大而增大,产流时间也随着雨强的增大而提前,PAM对中雨强(34mm·h-1)磷素流失的控制效果最好,84mm·h-1雨强磷流失总量最大,而34mm·h-1雨强的TP流失量却是最小的,只有17mm·h-1雨强31.64mg的77.37%,并缩小了34mm·h-1雨强和84mm·h-1雨强之间的差异。在相同坡度(15°)和降雨强度(33.7mm·h-1)下,施加PAM对紫色土表面径流和磷素流失有很好的控制效果,且使产流时间延后,以施用8g·m-2PAM为控制紫色土流失的最佳效果,两次降雨其径流总量分别只有对照(23135ml)的36.7%和77.22%,最少时只有对照的22.92%;降雨总过程中其磷素流失总量只有对照(207.45mg)的11.80%。说明PAM在坡耕地普遍降雨集中的三峡库区的应用将更具价值,且在普遍坡度15°和中等雨强33.7mm·h-1的时候,PAM在紫色土坡地的最佳施用量为8g·m-2。4.田间径流小区试验进一步证实PAM对于控制坡地土壤磷素流失具有很好的效果,石灰石、石膏和PAM混合施用可强化PAM控制径流和磷素流失的作用效果,但可能会降低土壤中磷的有效性。大田实际条件下,施用20g·m-2PAM的处理,在小麦生长期内磷素径流损失量较对照(8676.2mg)减少了57.71%,石灰石、石膏和PAM混合施用较PAM单施磷素径流损失3668.7mg分别减少43.91%和48.30%。小麦的生长状况以单施PAM的最好,对照次之,石灰石和石膏处理稍差。单施PAM的小区小麦的株高平均比对照增加了6.79%,叶长和叶宽增加的幅度更大,分别为53.33%和40.44%。因此PAM应用于荒地和农用P素径流损失时应选取不同的施用方法。
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