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近年来,苏南太湖流域水体富营养化现象日趋严重,而农田磷的过量投入致使磷素向附近水域的流失,是引起水体富营养化的关键因素之一。针对这一问题,本研究通过田间长期试验、模拟土柱试验及盆栽试验等,深入研究了稻麦轮作系统稻田土壤磷素的径流与淋溶特征及其环境效应;长期施肥土壤磷素的累积特征、稻麦产量效应及磷素流失的环境风险评价;影响稻麦轮作系统土壤磷素流失的主要因素分析等内容,主要获得以下研究结果: 等量秸秆还田条件下,施磷量越高,水稻生长期内田面水及渗漏水中磷浓度越高;等量化学磷肥施用下,单季或双季秸秆还田对稻田田面水与渗漏水中磷浓度均无显著影响;等量施磷与等量秸秆还田条件下,乌栅土田面水磷浓度最大值出现在施磷后的第1d,而黄泥土出现在施磷后的第10d左右。乌栅土田面水磷浓度最大值及均值均要大于黄泥土;长期化肥配施猪粪,显著提高了稻田田面水及渗漏水中磷浓度,且配施猪粪量越大,水样中磷浓度越高,稻田磷素流失风险越大,风险期也越长。 施磷量越高,土壤中各种浸提形态磷素含量越高。长期以常规无机磷肥用量配施猪粪,土壤Olsen-P、Mehlich3-P、草酸盐磷、CaCl2-P、水浸提磷、总磷及土壤磷饱和度(DPS)等均显著增加,且配施猪粪量越大,各形态磷的累积量越大,土壤积累磷的环境风险越高;长期常规化肥磷用量配施稻麦全量秸秆还田,与秸秆不还田处理相比,土壤各形态磷并无显著累积。 耕层土壤中Mehlich3-P含量、DPSM3及DPSox值均与稻田田面水、30 cm、60 cm渗漏水中总磷浓度呈显著的线性正相关关系(P<0.05);土壤Olsen-P浓度分别与稻田各层次渗漏水中总磷浓度呈显著的线性正相关(P<0.05)。用split-line模型拟合得到在本试验区土壤环境条件下,指示乌栅土稻田磷素径流风险的土壤Olsen-P临界值含量为23.3 mg·kg-1。 长期化肥配施猪粪或秸秆还田,与单施化肥相比,能显著提升乌栅土及黄泥土有机质含量,但对土壤pH值影响不大;长期配施猪粪,显著提高了乌栅土0-15cm耕层Alox的含量及土壤对磷的吸附能力、显著提升了15-30 cm土层FeM3的含量(P<0.05),表现为配施猪粪量越高,Alox、FeM3含量越高,土壤最大吸磷量Smax值越大;长期单季或双季秸秆还田,显著提高了乌栅土麦季耕层土壤Feox含量,双季秸秆还田与秸秆不还田处理相比,Feox含量提高了19.1%。 通径分析结果表明,稻麦轮作系统乌栅土与黄泥土耕层土壤Alox、FeM3、pH与Smax值的直接相关均达到了极显著或显著水平(r=0.53**,r=0.27*,r=0.33*)。其中,无定形Al是影响稻麦轮作系统土壤吸磷能力的最直接的主导因素。在本试验区土壤条件下,Mehlich3浸提剂浸提土壤Fe的能力较弱,不适宜用作实验室土壤Fe分析的常规浸提剂来使用。 综合考虑稻麦的产量效应、土壤磷库表观收支平衡、磷素长期累积的环境风险及经济效益等因素,在本研究区域目前的土壤磷素状况下,坚持以年施化肥磷(P)45 kg·hm-2或在秸秆全量还田的基础上配施30~45 kg·hm-2化肥磷,均是值得推荐的。