长期不同施肥措施对旱地红壤剖面磷素形态变化与累积的影响

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土壤磷是作物进行生长发育的必需营养元素之一,磷的有效性是评价土壤质量和肥力的重要指标。但磷素极易固定在土壤中,磷肥的利用率较低。因此,研究单施无机磷肥、有机无机磷肥配施对土壤磷素形态的影响具有重要意义。本研究依托江西省鹰潭市中国科学院红壤生态实验站长期(1989~)定位试验,探讨长期不同施肥措施对旱地红壤剖面磷素形态变化与累积特征的影响,并利用X射线衍射技术(XRD)分析红壤粘土矿物以及氧化铁的演化特征。田间试验设置5个处理:氮磷钾(NPK)、氮磷钾+花生秸秆(NPK+PS)、氮磷钾+绿肥(NPK+FR)、氮磷钾+腐熟猪粪(NPK+PM)、只施氮钾(CK)。获得的主要结果如下:(1)长期施磷肥对红壤p H、有机质、全氮、全磷、有效磷含量等基本理化性质均有显著提升。其中NPK+PM处理效果最为显著,NPK、NPK+PS和NPK+FR处理之间效果没有显著差异性。(2)长期施磷肥可以提升耕层(0~20 cm)土壤磷活化系数(PAC)。不施磷肥处理土壤PAC仅为1.62%,NPK、NPK+PS和NPK+FR处理可将土壤PAC提高至6%~10%,NPK+PM处理提升土壤PAC最为显著,高达38.91%(3)长期施磷肥对土壤磷形态有较大影响。CK处理红壤中无机磷以闭蓄态(O-P)为主,但在不同施磷肥处理下外源磷更易以磷酸铝盐(Al-P)和磷酸铁盐(Fe-P)形式积累,其中NPK+PM处理最为明显。有机磷组分主要以中等活性有机磷(MAOP)和中稳性有机磷(MSOP)为主,活性有机磷(AOP)和高稳活性有机磷(HSOP)含量较低。与CK处理相比,NPK、NPK+PS和NPK+FR处理MAOP含量略有提升,NPK+PM处理提升最为显著;NPK+PM处理MSOP含量有显著提升,其余处理与CK处理相比差异不大。相关分析表明中等活性有机磷(MAOP)和无机磷中的磷酸铝盐(Al-P)、磷酸铁盐(Fe-P)与有效磷含量呈显著相关(P<0.05)。(4)长期施肥对红壤中磷素的影响主要集中于耕层,随着土层深度的增加影响逐渐减小。在20~40 cm土层,与CK相比,NPK、NPK+PS、NPK+FR和NPK+PM处理全磷含量分别提高76.18%、80.53%、81.84%和184.93%;有效磷含量分别提高72.40%、77.60%、97.39%和2308.17%。40 cm以下土层,NPK、NPK+PS和NPK+FR处理全磷和有效磷含量与CK处理相比无显著变化,但NPK+PM处理在底层(60~100 cm)土壤中依然有少量有效磷积累。磷肥及其与有机肥的配施明显促进了土壤磷素的积累与活化,猪粪为原料的腐熟粪肥尤为显著。(5)土壤的p H、有机质含量与红壤磷形态之间的相关性表明:p H和有机质与无机磷中的Al-P、Fe-P含量占比正相关,与O-P和磷酸钙盐(Ca-P)含量占比负相关;p H和有机质与有机磷中的AOP含量占比负相关,有机质与MSOP显著正相关。(6)粘土矿物和铁氧化物含量与红壤磷形态有一定相关性。1.4 nm过渡矿物、水云母和高岭石分别与无机磷中的Al-P、Fe-P和O-P含量占比呈正相关关系。游离态氧化铁(Fed)与红壤无机磷没有显著性关系,非晶形氧化铁(Feo)与Fe-P和Ca-P含量正相关;1.4 nm过渡矿物和高岭石与有机磷中的AOP和MSOP含量占比负相关,与MAOP含量占比正相关,水云母则与有机磷各组分无显著关系。游离态氧化铁(Fed)与HSOP含量正相关,非晶形氧化铁(Feo)与AOP含量负相关。
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