论文部分内容阅读
磷(P)在农业生产中的应用最为广泛，但随着磷资源的不断消耗，寻找磷的替代来源及其可持续管理技术非常迫切。沼液是各种废物厌氧消化后的产物，含有丰富的植物养分，将沼液施入田间可以显著改善土壤的理化特性。然而，目前很少涉及其对土壤磷转化、释放动力学及磷流失方面的相关报道。本文主要分析了土壤磷的淋出潜力，着重探讨了沼液施用后胶态磷（Pcoll）的形成、转化机理，对淋出的磷浓度进行了定量分析，探索了沼液施用后土壤磷流失的控制措施。
1)在第1项实验中，采用土柱淋溶的方式研究了沼液对水稻表层土壤(0～20cm)中Pcoll淋洗的影响。其中，沼液的施用量分别为：0、225m3ha-1(55kg N ha-1，17kg P ha-1)、673m3ha-1(165kg N ha-1,52kg P ha-1)、1350m3ha-l(330kg N ha-1,104kg P ha-1)，并通过微孔过滤和超速离心法分离了胶体颗粒。研究结果表明：渗滤液中的可溶性磷(DP)浓度范围为0.04～0.09mg P L-1，占总P淋出量的56％～76％;渗滤液中的Pcoll浓度为0.002～0.03mg P L-1，其对总磷(TP)淋失的贡献为3％～26％;中等水平(673m3ha-1：165kgNha-l，52kgP ha-l)和较高水平(1350m3ha-1：330kg N ha-l，104kg P ha-1)的沼液施用量显著增加了Pcoll的淋出;相反，在施用量为225m3ba-1（55kg N ha-1，17kg P ba-1）时，不会影响渗滤液中的Pcoll浓度;在进一步研究中，我们发现Pcoll和胶体铝(Alcoll)、胶体钙(Cacoll)、总有机碳（TOCcoll）、以及pH之间存在显著的正相关关系，表明Al/Ca矿物质.有机物可能是Pcoll淋出的载体，并且这些过程具有pH依赖性。
2)在第2项实验中，对粉质土壤进行了91天的恒温培养研究，并分别向两组土壤中施加了(490m3ha-1：120kg Nha-1，38kg P ha-1)和(982m3ha-1：240kg Nha-1，76kg P ha-1的沼液，同时以未添加沼液的土壤作对照，利用液态3lp_核磁共振波谱(31P-NMR)表征了土壤的P形态，进一步评估了酸性磷酸单酯酶(ACP)和碱性磷酸单酯酶(ALP)的活性、pH、阳离子交换容量(CEC)、NH4+-N、NO3--N和Olsen-P之间的相关性。结果表明，土壤磷的组成主要是无机正磷酸盐（占提取P的59.9～76.2％）、正磷酸单酯（占提取P的23.8～38％）、焦磷酸盐（占提取P的1.2～3.6％）和正磷酸二酯（少于1.5％）。沼液的施用增加了pH、CEC、NH4+-N、NO3--N、Olsen-P的含量和ALP的活性，但抑制了ACP活性。同时，在ALP和正磷酸盐之间发现了显著的正相关关系，表明ALP活性可能在正磷酸盐的释放中起重要作用。
3)在第3项实验中，对三种不同土地利用类型（茶、水稻和蔬菜）土壤分别施用了1031m3ha-1：79.8kg P ba-1的沼液和三个水平（12.5、25、50kg ha-1）的阴离子聚丙烯酰胺（PAM）以及5t ha-1的石膏(Gy)，并以未经处理的土壤为对照(Ck)，分析了土壤溶液中的TP、可溶性反应性磷(DRP)、总溶解性磷(TDP)、颗粒态磷(PP)和溶解性非反应性磷(DURP)。结果表明：根据土壤类型和处理方式的不同，DRP占TP的68～98％，PP占TP的2～32％，而DURP占TP的0.1～19％;在施用沼液的茶园、水稻和蔬菜的土壤中，高比例PAM和Gy的添加量可以分别减少TP释放54％，46％和51％和DRP释放61％，49％和53％;但仅将BS与PAM单独配合使用时，茶园、稻田和蔬菜土壤的DRP释放分别提高了77％、86％和70％。
综上所述，高水平的沼液施用可能通过溶解或以胶体为载体的形式使水稻表层土壤磷素发生迁移流失。由于土壤pH的升高，离子交换机制可能是Pcoll淋出的重要途径之一，而Al/Ca-TOC是控制Pcoll淋出的主要参数。此外，在沼液施用后，土壤磷主要以无机正磷酸盐和有机单酯的形式存在。沼液可以作为磷源的有效替代物质，为植物提供必需的营养素供应。但是，长期使用沼液可能会造成营养物质过剩，从而导致水体富营养化。为了提高磷在土壤中的储存量，并减轻其后续损失，在施用沼液的土壤中添加PAM和Gy，可有效减少DRP，DURP和PP等不同形态磷的释放。因此，将沼液、PAM和Gy联合施用是减少土壤磷素损失的良好策略之一。
1)在第1项实验中，采用土柱淋溶的方式研究了沼液对水稻表层土壤(0～20cm)中Pcoll淋洗的影响。其中，沼液的施用量分别为：0、225m3ha-1(55kg N ha-1，17kg P ha-1)、673m3ha-1(165kg N ha-1,52kg P ha-1)、1350m3ha-l(330kg N ha-1,104kg P ha-1)，并通过微孔过滤和超速离心法分离了胶体颗粒。研究结果表明：渗滤液中的可溶性磷(DP)浓度范围为0.04～0.09mg P L-1，占总P淋出量的56％～76％;渗滤液中的Pcoll浓度为0.002～0.03mg P L-1，其对总磷(TP)淋失的贡献为3％～26％;中等水平(673m3ha-1：165kgNha-l，52kgP ha-l)和较高水平(1350m3ha-1：330kg N ha-l，104kg P ha-1)的沼液施用量显著增加了Pcoll的淋出;相反，在施用量为225m3ba-1（55kg N ha-1，17kg P ba-1）时，不会影响渗滤液中的Pcoll浓度;在进一步研究中，我们发现Pcoll和胶体铝(Alcoll)、胶体钙(Cacoll)、总有机碳（TOCcoll）、以及pH之间存在显著的正相关关系，表明Al/Ca矿物质.有机物可能是Pcoll淋出的载体，并且这些过程具有pH依赖性。
2)在第2项实验中，对粉质土壤进行了91天的恒温培养研究，并分别向两组土壤中施加了(490m3ha-1：120kg Nha-1，38kg P ha-1)和(982m3ha-1：240kg Nha-1，76kg P ha-1的沼液，同时以未添加沼液的土壤作对照，利用液态3lp_核磁共振波谱(31P-NMR)表征了土壤的P形态，进一步评估了酸性磷酸单酯酶(ACP)和碱性磷酸单酯酶(ALP)的活性、pH、阳离子交换容量(CEC)、NH4+-N、NO3--N和Olsen-P之间的相关性。结果表明，土壤磷的组成主要是无机正磷酸盐（占提取P的59.9～76.2％）、正磷酸单酯（占提取P的23.8～38％）、焦磷酸盐（占提取P的1.2～3.6％）和正磷酸二酯（少于1.5％）。沼液的施用增加了pH、CEC、NH4+-N、NO3--N、Olsen-P的含量和ALP的活性，但抑制了ACP活性。同时，在ALP和正磷酸盐之间发现了显著的正相关关系，表明ALP活性可能在正磷酸盐的释放中起重要作用。
3)在第3项实验中，对三种不同土地利用类型（茶、水稻和蔬菜）土壤分别施用了1031m3ha-1：79.8kg P ba-1的沼液和三个水平（12.5、25、50kg ha-1）的阴离子聚丙烯酰胺（PAM）以及5t ha-1的石膏(Gy)，并以未经处理的土壤为对照(Ck)，分析了土壤溶液中的TP、可溶性反应性磷(DRP)、总溶解性磷(TDP)、颗粒态磷(PP)和溶解性非反应性磷(DURP)。结果表明：根据土壤类型和处理方式的不同，DRP占TP的68～98％，PP占TP的2～32％，而DURP占TP的0.1～19％;在施用沼液的茶园、水稻和蔬菜的土壤中，高比例PAM和Gy的添加量可以分别减少TP释放54％，46％和51％和DRP释放61％，49％和53％;但仅将BS与PAM单独配合使用时，茶园、稻田和蔬菜土壤的DRP释放分别提高了77％、86％和70％。
综上所述，高水平的沼液施用可能通过溶解或以胶体为载体的形式使水稻表层土壤磷素发生迁移流失。由于土壤pH的升高，离子交换机制可能是Pcoll淋出的重要途径之一，而Al/Ca-TOC是控制Pcoll淋出的主要参数。此外，在沼液施用后，土壤磷主要以无机正磷酸盐和有机单酯的形式存在。沼液可以作为磷源的有效替代物质，为植物提供必需的营养素供应。但是，长期使用沼液可能会造成营养物质过剩，从而导致水体富营养化。为了提高磷在土壤中的储存量，并减轻其后续损失，在施用沼液的土壤中添加PAM和Gy，可有效减少DRP，DURP和PP等不同形态磷的释放。因此，将沼液、PAM和Gy联合施用是减少土壤磷素损失的良好策略之一。