长期施肥与轮作对农田土壤磷素吸持特性和磷素形态的影响

【摘要】：磷（Phosphorus）是作物生长所必需的营养元素之一，也是不可再生的矿质资源。提高磷肥利用效率和土壤中有效磷的含量，以及降低土壤磷素淋失和土壤对磷素的吸附固定是现代农业进一步发展的关键问题之一。本论文借助长期定位试验，通过对黄土旱塬地区农田长期(26a)定位施肥条件下的不同轮作系统的土壤各形态磷素含量、土壤磷素吸持参数、土壤磷素含量和土壤有机质的测定，研究了轮作和施肥对土壤磷素吸持特性、磷素形态、土壤磷素和有机质含量的影响，以及土壤磷素吸持参数与磷素形态之间的关系，土壤磷素和有机质(SOM)之间的关系。并通过室内模拟试验对土壤磷素淋失突变点的测定，研究了部分土壤性质与土壤磷素吸持参数和土壤磷素淋失突变点之间的关系，以及土壤磷素吸持参数与土壤磷素淋失突变点之间的关系。得出以下主要结论： 长期轮作与施肥都可以降低土壤磷素的最大吸附量（Qm）。长期磷肥和有机肥投入可以降低土壤磷素的最大吸附量Qm，而提高土壤磷素的吸附饱和度（DPSS），其中M_(75)N_(120)P_(60)处理的Qm比CK处理的降低了49.92%，但DPSS比CK处理的提高了21.5倍。相对于其它轮作和连作，在氮磷（N_(120)P_(60)）施肥下，小麦-玉米-豌豆轮作可以降低土壤的Qm，比小麦-苜蓿轮作降低了31.57mg kg~(-1)。在氮磷有机肥（M_(75)N_(120)P_(60)）施肥下，小麦-玉米轮作可以降低土壤的Qm，比小麦-玉米轮作Ⅱ的降低了61.56mg kg~(-1)。 相关分析表明，黄土旱塬农田土壤的Qm与全磷（T-P）、Olsen-P、CaCl_2-P和SOM呈极显著的负相关关系（p＜0.01），与pH呈显著负相关关系（p＜0.05）。吸附能有关的常数（k）与Olsen-P呈显著正相关关系，与其它参数的关系都未达到显著水平。土壤磷素吸持饱和度（DPSS）与T-P、Olsen-P、CaCl_2-P和SOM呈极显著正相关关系，与pH值的关系不显著。最大缓冲能力（MBC）与pH值的关系达到极显著，与SOM呈极显著负相关关系，与CaCl_2-P呈显著负相关关系，与T-P和Olsen-P的关系不显著。 在所有轮作系统中，长期氮磷(N_(120)P_(60))配施可以增加土壤中磷素和有机质含量，而长期氮磷有机肥(M_(75)N_(120)P_(60))配施可以使土壤中磷素和有机质的含量显著累积。在所有轮作系统中，小麦-豌豆轮作和小麦-玉米轮作对农田土壤磷素的培肥效果最好，小麦-豌豆轮作和小麦-玉米轮作的全磷和有效磷含量最高。在N_(120)P_(60)施肥下，其全磷含量比最低的小麦-苜蓿轮作分别增加了22.0%和23.1%，其有效磷含量比最低的小麦-苜蓿轮作分别增加了1.86倍和1.35倍。在M_(75)N_(120)P_(60)施肥下，其全磷和有效磷含量比最低的苜蓿连作分别依次增加了21.0%、22.9%和1.1倍、1.0倍。26a长期单施氮肥（N_(120)），可以使土壤中的有效磷养分逐渐衰竭，其有效磷比CK处理的降低了13.4%，比实验前降低了60.5%。在同一轮作系统中，不同的茬口对土壤磷素和有机质的含量也有一定的影响。相关分析表明，SOM与T-P、Olsen-P和CaCl_2-P之间呈极显著正相关关系，与土壤pH之间呈极显著负相关关系。 长期施肥可以使土壤中各形态的磷素累积，而长期轮作也可以使土壤中各形态的磷素发生显著变化。经过26a的长期施肥，N_(120)P_(60)施肥的所有轮作系统的平均Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca_(10)-P和有机磷较裸地分别提高了180%、106%、99%、85%、77%、9%和22%，而M_(75)N_(120)P_(60)施肥的则分别提高了832%、215%、105%、95%、96%、12%和37%。在施肥相同的条件下，小麦-玉米轮作和小麦-豌豆轮作可以显著增加土壤中各形态无机磷的含量，轮作比长期连作可以增加土壤中的有效磷养分，尤其对Ca_2-P的提高效果更为显著。相关分析表明，Qm与Ca_2-P、Ca_8-P、Fe-P、Ca_(10)-P和有机磷呈极显著负相关，与闭蓄态磷（O-P）呈显著负相关，与Al-P关系不显著。DPSS与Ca_2-P、Ca_8-P、Ca_(10)-P和有机磷呈极显著正相关，与Fe-P和O-P呈显著正相关，与Al-P的关系不显著。通径系数和逐步回归分析表明，在石灰性黑垆土土壤的无机磷形态中，Ca_2-P对Olsen-P的贡献最大。 长期施用有机肥和磷肥或者有机肥磷肥配施，可以显著增加土壤中磷素的累积量，可以提高土壤中Olsen-P和CaCl_2-P的含量。经过26a的长期施肥，M_(75)P_(60)和M_(75)N_(120)P_(60)处理的Olsen-P含量比CK处理的提高了10.7和9.8倍，T-P含量比CK处理的提高了60.4%和57.7%，CaCl_2-P的含量比CK的提高了11.4和9.7倍，土壤中Olsen-P与T-P含量呈现极显著的线性相关，而Olsen-P与CaCl_2-P含量呈现极显著的指数关系。磷素淋失的Olsen-P突变点值与土壤吸持参数Qm呈极显著正相关，与MBC也达到显著正相关，与DPSS、Olsen-P、T-P和CaCl_2-P呈极显著负相关关系。该地区土壤磷素淋失的Olsen-P临界值约为55mg kg~(-1)，与DPSS15%的值极为吻合，即可以用DPSS15%值作为该地土壤磷素淋失的临界值。