农田土壤磷素的时空变异及形态转化特征研究

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研究农田土壤有效磷的时空变异特征可为作物生产合理施肥和识别农业面源磷污染重点控制区提供科学依据。采用磷的连续提取方法,通过现代数学分析手段,可以更好地认识土壤中各种形态磷素的分布与变化特征,可以从理论和实践上为调节土壤磷素平衡,合理施用磷肥提供依据。本文以江苏省如皋市为例,分析土壤样品中有效磷(1980年、1997年、2003年)和全磷(1982年、2002年)含量,结合GIS技术分析不同年代的空间分布和变化情况,并联系当地的土壤类型和质地,以及当地的土地利用和管理方式、施肥方式等分析这些变化产生的原因。在此基础上选取典型土壤类型,进行土壤耕层和剖面土壤磷形态分析,研究不同土壤类型耕层和剖面上磷素的形态分布及转化特征。结论如下:1.自1982至1997再至2002年的20a间,有效磷在空间分布上有一定的变化,随时间整体呈持续增长的趋势,三个年代各土系速效磷平均值分别为3.51 mg kg-1、6.73 mg kg-1、12.43 mg kg-1,但不同类型的变异特征有所差别。南部的壤质云母混合型热性石灰淡色潮湿雏形土(营防系)1982年至1997年出现下降但近年来有一定回升,其余土系在各个时段内呈现不同程度地上升。其中,由江淮冲积物发育而成的、分布于中西部的、质地较粗的砂质云母混合型热性石灰淡色潮湿雏形土(磨头系和桃园系)近年来与其他土系比较增长趋缓,由江淮冲积物发育而来的分布于东北部的东陈系(壤质混合型热性砂质水耕暗色潮湿雏形土)和由浅湖相冲积物发育而成的分布于西北部的搬经系(壤质混合型热性水耕暗色潮湿雏形土)近年来增长较快。2.总的来说,尽管两个时期全磷在空间分布上有一定变化,但总体上保持上升趋势,两个年代全磷的平均值分别为0.72 g kg-1和0.84 g kg-1。1982年和2002年全市全磷含量均表现为东部的白蒲系(壤质云母型热性普通简育水耕人为土)和南部的长青沙系(粘质水云母型热性石灰淡色潮湿雏形土)、张黄港系(壤质云母混合型热性石灰淡色潮湿雏形土)和郭园系(云母混合型普通简育干润雏形土)相对较高,而中西部的磨头系和桃园系则相对较低。20年来,东陈系的增量较大,而白蒲系和郭园系的增长不显著。3.造成这些时空变异的主要因素有施肥管理、土地利用方式的改变和土壤性质等,其中,施肥管理是20年来如皋市土壤有效磷和全磷变化的主要原因。另外,从全市20a来有效磷演化趋势拟合的方程经过计算表明,按目前的增长趋势,大约经过24a,土壤中有效磷含量有可能达到对水体产生危害性的临界值。4.实验结果说明,20年来如皋市农田耕层土壤磷素组成均以钙结合态磷(H2SO4-P)为主,各形态磷占全磷比例大小依次为钙结合态的磷(H2SO4-P)>残渣态P(Residual P)>铁、铝结合态的磷(NaOH-Pi)、有机结合态的磷(NaOH-Po)>水溶交换态的磷(NH4C1-P)。NaOH-Pi和NaOH-Po的含量和占全磷比例在各土系均显著增长,这说明20a来土壤中盈余的磷有相当部分转化成了铁、铝结合态的磷和有机结合态的磷。同时,NaOH-Pi不仅是土壤中有效磷的源还是施入土壤中盈余磷的汇。5.从相关分析结果看:1982年,H2SO4-P和NaOH-Pi与有效磷(NaHCO3-P)相关显著,它们是土壤的有效磷源;2002年,NaOH-Pi与有效磷显著相关,是土壤的有效磷源。NaOH-Pi与NaOH-Po、NaOH-Po和残渣态P显著相关,它们之间有着明显的转化关系。从通径分析的结果看:在1982年,各形态磷对有效磷的相对重要性依次为NaOH-Pi>H2SO4-P>残渣态P>NaOH-Po;铁、铝结合态的磷和钙结合态的磷是影响有效磷的主要因素。NaOH-Po和残渣态P均可在不同程度上通过直接影响NaOH-Pi而间接影响有效磷的含量。到了2002年,各形态磷对有效磷的相对重要性依次为NaOH-Pi>NaOH-Po>H2SO4-P>残渣态P;NaOH-Pi和NaOH-Po是影响有效磷的主要因素。NaOH-Po和残渣态P均可在不同程度上通过直接影响NaOH-Pi而间接影响有效磷的含量。6.不同类型土壤中全磷和有效磷在剖面上的变异有一定差异。四个潮湿雏形土剖面(搬经系、磨头系、长青沙系和东陈系)耕层土壤全磷和有效磷的变化趋势是,耕层土壤含量最高,随土壤深度的加深,先下降稍后趋于平缓。水耕人为土剖面(白蒲系)全磷和有效磷的垂直变异极为相似,均呈表层高,中间低,底层又升高的特征。7.五种土壤类型上NaOH-Pi和NaOH-Po的含量和占全磷比例分布特征总体表现为耕层最高,以下各层均低于耕层。而在土壤剖面的耕层以下各层次中,土壤磷素组成以H2SO4-P和残渣态P为主,几乎都在90%以上,靠近底部的层次甚至能达到99%以上。8.据本文的研究结果,建议可适当减少水稻生长季磷肥的施用量,使作物利用土壤中累积的NaOH-Pi转化而来的有效磷,提高施入磷肥的利用率。
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