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川中丘陵区是四川省重要的粮食主产区,磷肥施用量相对较大。由于该区紫色土风化速度快,土层浅薄、母质疏松等特点,加之该区域降水量较大且集中,农田水土流失严重,极易造成磷素流失,不仅降低了该区域土壤肥力和化肥利用率,而且会对下游受纳水体造成威胁。本研究从胶体态磷角度出发,通过室内模拟实验,从纵向迁移到水平侧渗再到坡面迁移,系统地研究了川中丘陵区紫色土胶体态磷流失特征及机理,针对其流失特性进行初步防治探索。丰富了该研究区关于磷素方面的研究,为进一步全面认识紫色土磷素赋存形态、环境行为及流失风险提供基础参考,同时为研究区磷流失控制及制定水肥管理提供理论依据,更好地控制磷流失所引起的水体富营养化,为区域生态环境建设及农业可持续发展提供理论支撑,主要研究结果如下:(1)川中丘陵区紫色土耕地剖面各个土层土壤均以0.2-2 mm粒径土粒为主,且对全土全磷(TP)和速效磷(AP)含量贡献率较大,全土中约38%-50%的TP和AP来自于0.2-2 mm部分。紫色土最具胶体部分的粒径<0.002 mm占全土比例最小,但其TP和AP含量最高,TP含量范围在1.07-1.73 g/kg,AP含量范围在135.78-288.15mg/kg,且随土层加深而降低。0-10 cm土层水分散性胶体(WDC)含量显著高于其他土层,且其含量是<0.002 mm粒径含量两倍左右,WDC含量可通过<0.002 mm粒径含量进行估算。紫色土中胶体态磷均以无机态(CPMRP)为主,胶体部分无机磷中除了O-P外,其他形态无机磷含量均随土层深度的增加呈降低趋势,在0-10 cm土层磷素富集明显。土壤胶体部分对磷吸附量最大,吸附容量在222.63-555.56 mg/kg之间,解吸量也高,所以很容易造成胶体态磷向下淋溶释放进入环境。此外,向土壤输入磷素增加了0-10 cm土层较大颗粒磷的解吸量,增大坡面磷素流失的潜在风险。(2)紫色土淋溶液中各形态磷浓度随施磷量的增加而增加,随培养时间的延长而降低。淋溶液中磷(P)淋失中胶体态磷(CP)占主导地位,且受p H影响较大。施磷对土壤剖面的CP和溶解态磷(DP)含量影响较大,均随土壤深度的增加而显著降低,施磷会导致土壤中CP向下移动15-20 cm左右,且促使土壤剖面中CP迁移能力强于DP。磷在土壤中的施用和培养时间可能是土壤CP浸出过程中重要的运移和释放机制。此外,当下渗水难以检测时,可以根据表土层CP含量来预测40 cm土层出淋溶液CP浓度。磷在土壤中保持14天以上也可以减少磷的浸出。(3)紫色土水分侧渗过程随着时间延长,湿润锋期初成直角梯形状向前推进。水分在0-15 cm之间的平均入渗速率为1.37 cm/min;15 cm之后,平均入渗速率为0.34 cm/min。随着距离水源及施磷点距离的增加,土壤中CP、DP含量先快速下降后趋于稳定,DP含量整体低于CP含量。CP在水平方向上迁移距离基本在25 cm以内,降幅较大。DP在水平方向上迁移距离基本在20 cm以内,降低幅度较小。土壤中水分散性磷含量与侧渗率存在显著的相关关系,而且施磷量越高相关性越大,侧渗率在土壤水平侧渗过程中对CP的影响较大。磷肥的施入是水平土槽中侧渗磷的主要推动源,对土壤中CP含量在侧渗距离上的贡献大于对DP的贡献。(4)施磷对紫色土坡面地表径流量影响不大,但对产沙量有显著影响,施磷后坡面初始产沙量降低了49%-68%。施肥后径流中水分散性总磷(WTP)浓度和流失量明显增加,浓度增加量是对照处理的1.8-2.9倍,流失负荷增加量是对照处理的1.6-3.2倍。所以,施用磷肥后地表径流携带磷流失极大,增加了对环境的威胁。径流中以CP流失为主,占径流中WTP流失量的72.12%-80.71%。与对照相比,施磷后径流中CP浓度可增加高达20.9倍。施磷后造成研究区泥沙中WTP、CP、DP流失分别增加了24%-92%、5%-109%、47%-76%。泥沙携带的水分散性磷流失较少,流失系数在0.01-0.04%远低于地表径流。整个降雨过程中坡面水分散性磷流失的主要途径是径流,径流中磷流失占总坡面磷流失量的63%-95%,径流中CP流失对总CP流失量贡献率达到62%-85%。各磷素间存在一定的相关关系,尤其是WTP与CP之间,呈极显著相关关系,且灰色关联度较高。通过最优模拟得出,磷流失负荷总量与施磷量呈二项式关系,且拟合系数R2很高,且根据施磷量计算CP流失量是可行的。(5)通过施用生物质炭对坡面胶体态磷流失初步探索发现,随着生物质炭用量的增加,紫色土对磷的最大吸附量增加,C1.5%、C3.0%和C5.0%处理下,最大吸附量分别是对照处理的3.4倍、8.2倍和10.6倍。生物质炭的施用显著降低了淋溶液中磷浓度和土壤剖面水分散性磷含量。添加生物质炭会增加坡面产流产沙量,坡面平均产流量增加了20.16%,产沙量平均增加了5.5-11.27倍。径流水样和泥沙浸提液中磷素的流失主要以CP为主,各组占比都达到了50%以上,所以,通过防控胶体态磷的流失能够间接控制总磷的流失。生物质炭的施加可以有效的降低磷素中胶体态磷的占比,减弱胶体态磷强迁移性所带来范围更广的危害。此外,适量添加生物质炭可以在降雨15 min后显著降低泥沙浸提液的磷素浓度,以CP和DP效果最为显著。C1.5%、C3.0%两实验组的降低效果较为显著,但生物质炭的添加加剧了泥沙的产量,这对于磷素总量的控制是不利的。生物质炭可以有效改变土壤中磷素的流失组分,降低胶体态磷的占比,避免范围更大的水体污染,但会加重紫色土的水土流失,对水土流失防治工作带来困难。