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        不同有機(jī)肥對(duì)礦區(qū)復(fù)墾土壤磷素累積及淋失風(fēng)險(xiǎn)研究

        2022-04-08 07:40:48郝鮮俊高文俊孟會(huì)生孫大生
        水土保持學(xué)報(bào) 2022年2期
        關(guān)鍵詞:淋失磷量磷素

        李 媛,郝鮮俊,高文俊,楊 杰,孟會(huì)生,張 杰,孫大生

        (1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,山西 太谷 030801;2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,山西 太谷 030801;3山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院,山西 太谷 030801)

        山西省在煤炭開(kāi)采的過(guò)程中造成地表大面積塌陷,塌陷面積達(dá)到10.1萬(wàn)hm,然而,全省只有2%的復(fù)墾率。2021年中共中央明確進(jìn)一步提出要強(qiáng)化耕地?cái)?shù)量保護(hù),持續(xù)推進(jìn)工礦廢棄地土地整理復(fù)墾開(kāi)發(fā)。因此,對(duì)采煤塌陷區(qū)土地進(jìn)行復(fù)墾是保護(hù)耕地的重要舉措。采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤在復(fù)墾進(jìn)程中由于機(jī)械擾動(dòng)使得原有土壤剖面上下錯(cuò)位,心底土上翻裸露,屬于重構(gòu)土壤。裸露的耕層土壤養(yǎng)分含量極低,尤其是土壤有效磷,這是限制礦區(qū)土壤復(fù)墾進(jìn)程的重要因素之一。為了恢復(fù)土壤肥力以提高作物產(chǎn)量,當(dāng)?shù)剞r(nóng)民經(jīng)常施入大量無(wú)機(jī)磷肥,當(dāng)季農(nóng)田磷肥利用率不足25%,大部分磷被石灰性土壤中的Ca、Mg等離子固定。富集在土壤中的磷素在降雨時(shí)沿地裂縫、裂隙流入地下水,加劇了淋溶風(fēng)險(xiǎn),在黃土丘陵區(qū),降水不均勻,主要集中在每年7—9月,丘陵礦區(qū)地塊有一定坡度,夏季暴雨容易產(chǎn)生地表徑流加劇地表和地下水的污染,這成為威脅礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要因素之一。同時(shí),磷礦資源作為不可再生資源將在50~225年內(nèi)因人口對(duì)糧食需要的增加而面臨枯竭的危機(jī),而有機(jī)肥具有產(chǎn)量大、來(lái)源廣的特點(diǎn),日益成為代替化肥補(bǔ)充土壤磷素的重要來(lái)源。2020年農(nóng)業(yè)部進(jìn)一步提出實(shí)現(xiàn)畜禽糞便還田力度及基本資源化利用目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年的禽畜糞便排放量已達(dá)到38億t以上,相當(dāng)于240萬(wàn)t磷肥,而畜禽糞便利用率卻不足60%,因此畜禽糞便還田不僅可以促進(jìn)畜禽糞便的綜合利用,而且對(duì)于實(shí)現(xiàn)代替化肥或化肥減量的目標(biāo)具有重要意義。已有研究表明,有機(jī)肥中的有機(jī)質(zhì)含量高、養(yǎng)分全面、肥效長(zhǎng),施用有機(jī)肥可以改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力,提高磷酸酶活性,進(jìn)而促進(jìn)土壤磷素有效性的增加,將畜禽糞便施入低產(chǎn)農(nóng)田,特別是采煤塌陷復(fù)墾土壤對(duì)于提高有效磷含量,全面提升土壤肥力等方面具有重要作用。

        施用糞肥不僅可以增加土壤磷素累積,其分泌的有機(jī)酸與土壤中的磷酸根離子競(jìng)爭(zhēng)吸附點(diǎn)位,從而減少土壤對(duì)磷素的固定;同時(shí)有機(jī)肥能夠提高土壤中的微生物活性,直接影響磷素循環(huán)與轉(zhuǎn)化過(guò)程,進(jìn)而促進(jìn)磷的有效性增加。施用有機(jī)肥除了增加土壤對(duì)磷素的解吸,提高土壤中磷素含量及磷飽和度,也加大土壤磷素的流失風(fēng)險(xiǎn)。朱曉暉等通過(guò)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在潮土中施用牛糞所造成的農(nóng)田磷素流失風(fēng)險(xiǎn)要顯著高于雞糞和豬糞;肖輝等對(duì)設(shè)施土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究,高量的雞糞和豬糞更容易引發(fā)磷素流失風(fēng)險(xiǎn);王敏鋒等在設(shè)施菜田上通過(guò)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),不同用量糞肥對(duì)土壤各磷素形態(tài)的影響不同,土壤有效磷、水溶性磷及磷飽和度影響與有機(jī)肥用量呈正相關(guān)。可見(jiàn),土地利用方式、有機(jī)肥施用量等差異的影響,導(dǎo)致不同有機(jī)肥的淋失風(fēng)險(xiǎn)也不盡相同。前人關(guān)于土壤磷素淋失的研究主要集中在農(nóng)業(yè)高水肥管理下的長(zhǎng)期施肥農(nóng)田土壤,對(duì)于礦區(qū)復(fù)墾的研究主要集中在培肥土壤、提高作物產(chǎn)量方面,伴隨有機(jī)肥或化肥施用過(guò)程所引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題卻鮮有報(bào)道。關(guān)于有機(jī)肥的施用,歐美國(guó)家從以往基于作物氮素需求向作物磷素需求轉(zhuǎn)變,而磷素需求是根據(jù)有機(jī)肥中的全磷含量計(jì)算,沒(méi)有考慮不同有機(jī)肥中磷的有效性。影響有機(jī)肥中磷的有效性因素較多,如畜禽糞便種類(lèi)、形態(tài)、日糧組成及堆肥方式等。國(guó)內(nèi)有機(jī)肥在用量上比較粗放,沒(méi)有考慮土地承載量和作物的養(yǎng)分需求。那么在相同磷水平下,有機(jī)肥與化肥及不同有機(jī)肥之間在定位培肥復(fù)墾土壤過(guò)程中對(duì)土壤磷素累積與流失潛力是否相同?據(jù)Wang等對(duì)加拿大安大略省農(nóng)田土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)研究表明,土壤Olsen—P和CaCl—P之間不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,而是符合分段線性函數(shù),即存在一個(gè)“突變點(diǎn)”(change-point),當(dāng)Olsen—P超過(guò)56.5 mg/kg,土壤磷素流失潛能加大。而不同有機(jī)肥對(duì)礦區(qū)復(fù)墾土壤Olsen—P和CaCl—P之間影響關(guān)系的如何??jī)烧咧g是否存在突變點(diǎn)?所有這些問(wèn)題均是復(fù)墾土壤培肥過(guò)程中尚不明確的科學(xué)問(wèn)題。為此,本研究以礦區(qū)復(fù)墾土壤為研究對(duì)象,研究3種有機(jī)肥(雞糞、豬糞和牛糞)和化肥在不同施磷水平下(0,25,50,100 kg/hm)定位培肥4年,對(duì)礦區(qū)復(fù)墾土壤Olsen—P、Mehlic3—P(農(nóng)學(xué)磷指標(biāo))和CaCl—P、DPS(磷飽和度)的影響以及其之間的相關(guān)關(guān)系,以此來(lái)評(píng)估礦區(qū)復(fù)墾土壤磷素淋失潛能,為科學(xué)合理利用有機(jī)肥培肥礦區(qū)復(fù)墾土壤減小礦區(qū)土壤磷素的潛在淋失風(fēng)險(xiǎn)提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

        試驗(yàn)區(qū)位于山西省孝義市偏城村(37°06′N(xiāo),111°37′E)。該區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),春季回溫快且少雨多風(fēng),夏季雨熱同期,降雨集中在7—9月,年均降水量?jī)H472 mm,年均氣溫10.1 ℃,年均日照時(shí)間2 392.4 h,無(wú)霜期可達(dá)178天,≥10 ℃有效積溫為2 500~3 900 ℃,土壤類(lèi)型為褐土。試驗(yàn)區(qū)于2016年進(jìn)行復(fù)墾,復(fù)墾當(dāng)年土壤(0—20 cm)基本理化性質(zhì)為:pH 8.34,有機(jī)質(zhì)、全氮含量分別為5.45,0.15 g/kg,硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷含量分別為7.86,6.94,4.34 mg/kg。

        1.2 供試材料

        供試有機(jī)肥為腐熟雞糞、豬糞和牛糞,2017—2018年采自偏城村養(yǎng)殖場(chǎng);2019—2020年取自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)科院牧站風(fēng)干的有機(jī)肥,供試有機(jī)肥基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

        表1 供試有機(jī)肥基本理化性質(zhì)

        化肥氮磷鉀分別為尿素(含N 46%)、過(guò)磷酸鈣(PO16%)和硫酸鉀(KO 52%)。

        1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)區(qū)經(jīng)工程復(fù)墾后,于2017年在山西省孝義市偏城村的采煤塌陷復(fù)墾地進(jìn)行定位培肥試驗(yàn),到2020年已復(fù)墾4年。試驗(yàn)設(shè)置3種有機(jī)肥:雞糞、豬糞和牛糞,分別以PM、SM和CM表示,化肥以CF表示,以不施磷肥為空白處理(CK)。同時(shí)設(shè)置3種施磷水平:(1)25 kg/hm(PM25、SM25、CM25和CF25);(2)50 kg/hm(PM50、SM50、CM50和CF50);(3)100 kg/hm(PM100、SM100、CM100和CF100),共13個(gè)處理,3次重復(fù),共39個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)面積30 m(5 m×6 m),隨機(jī)區(qū)組排列。為保證除磷以外其他大量元素供應(yīng)充足,本研究所有處理在200 kg/hm有效N、100 kg/hmK下施用,其中雞糞、豬糞、牛糞有機(jī)肥氮素有效性分別為37%,29%,20%。如果氮鉀養(yǎng)分不足,分別用尿素和硫酸鉀補(bǔ)齊。氮、磷、鉀肥和各種有機(jī)肥均在玉米春播前一次施入,各處理施用量見(jiàn)表2。

        表2 不同處理施肥類(lèi)型及各養(yǎng)分施用量 單位:kg/hm2

        1.4 樣品采集與測(cè)定方法

        1.4.1 土樣采集 本試驗(yàn)自2017年開(kāi)始定位培肥,培肥4年后,于2020年10月初采集玉米收獲后0—20 cm土樣,每個(gè)小區(qū)按“S”形采集5個(gè)樣點(diǎn),混勻后裝入自封袋,帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干、過(guò)篩備用。

        1.4.2 測(cè)定方法 本試驗(yàn)測(cè)定方法參見(jiàn)《土壤農(nóng)化分析》。土壤全磷(TP)采用硫酸—高氯酸消煮—鉬銻抗比色法測(cè)定;土壤速效磷(Olsen—P)采用pH 8.5、0.5 mol/L NaHCO溶液浸提(水土比為20∶1,振蕩30 min),浸提液用鉬銻抗比色法進(jìn)行比色測(cè)定;土壤水溶性磷(CaCl—P)采用0.01 mol/L CaCl溶液浸提(水土比為10∶1,振蕩30 min),浸提液用鉬銻抗比色法進(jìn)行比色測(cè)定;土壤有效磷(Mehlich3—P):稱(chēng)取風(fēng)干土樣5 g,加入50 ml Mehlich3浸提劑(0.2 mol/L CHCOOH+0.25 mol/L NHNO+0.015 mol/L NHF+0.013 mol/L HNO+0.001 mol/L EDTA)浸提,振蕩5 min,過(guò)濾,鉬銻抗比色法測(cè)定;有效鈣、鎂浸提后,采用原子吸收分光光度法測(cè)定。

        1.5 土壤磷飽和度

        土壤磷飽和度(degree of phosphorus saturation, DPS)是指土壤膠體上已吸附磷的數(shù)量占土壤磷總吸附容量的百分?jǐn)?shù)。土壤中磷的吸附量依賴(lài)于土壤自身的特性(如有機(jī)質(zhì)、黏粒含量及無(wú)定形鐵鋁氧化物等),而在石灰性土壤中,Ca和Mg是影響吸附解吸的關(guān)鍵因素,故土壤磷飽和度計(jì)算公式為:

        DPS=P/(Ca+Mg)×100%

        式中:P、Ca、Mg分別為Mehlich3浸提劑提取的P、Ca、Mg的濃度(mmol/L)。

        1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

        運(yùn)用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,LSD進(jìn)行多重比較(<0.05);用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、制圖,在<0.05時(shí)分別以定位培肥4年土壤Olsen—P、Mehlich3—P和DPS為橫坐標(biāo),CaCl—P為縱坐標(biāo),采用分段線性模型計(jì)算礦區(qū)復(fù)墾土壤磷素流失的“突變點(diǎn)”。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同有機(jī)肥對(duì)礦區(qū)復(fù)墾土壤全磷含量的影響

        不施磷肥(CK)處理土壤全磷含量為0.20 g/kg;與CK處理相比,施磷顯著提高土壤全磷含量(圖1)。施磷量25 kg/hm時(shí),與化肥處理相比,雞糞處理土壤全磷含量顯著提高10.69%,豬糞和牛糞與化肥處理之間無(wú)顯著差異;而3種有機(jī)肥處理之間差異不顯著。施磷量≥50 kg/hm時(shí),各施肥處理之間土壤全磷含量無(wú)顯著差異。不同施肥處理對(duì)土壤全磷含量的影響總體表現(xiàn)為雞糞≥豬糞≥牛糞≥化肥。

        注:不同小寫(xiě)字母表示同一施磷量下不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

        2.2 不同有機(jī)肥對(duì)礦區(qū)復(fù)墾土壤Olsen-P和Mehlic3-P的影響

        不同施肥處理土壤Olsen—P含量表現(xiàn)出隨施磷量的增加而迅速增加的趨勢(shì)(圖2a)。不施磷肥(CK)處理土壤Olsen—P含量為2.52 mg/kg;與CK處理相比,施磷處理土壤Olsen—P含量顯著提高2.87~10.66倍,各施磷量之間差異顯著。施磷25 kg/hm時(shí),各施肥處理土壤Olsen—P含量無(wú)顯著差異。施磷量為50 kg/hm時(shí),與化肥處理相比,雞糞處理和豬糞處理分別顯著提高117.01%和56.71%,牛糞處理與化肥處理無(wú)顯著差異;雞糞處理與豬糞和牛糞處理差異顯著,而豬糞與牛糞處理之間無(wú)顯著差異。施磷100 kg/hm時(shí),雞糞處理土壤Olsen—P含量最高,為29.61 mg/kg,各施肥處理差異不顯著。

        各施肥處理對(duì)土壤Mehlic3—P的影響與Olsen—P的影響一致,也是隨土壤施磷量的增加而增加(圖2b)。CK處理土壤Mehlic3—P含量為7.94 mg/kg;與CK處理相比,施肥對(duì)土壤Mehlic3—P含量顯著提高24.49%~340.65%。施磷量≤50 kg/hm時(shí),與化肥處理相比,雞糞處理、豬糞處理分別顯著提高87.98%和38.92%,而牛糞與化肥處理差異不顯著;3種有機(jī)肥之間土壤Mehlic3—P含量差異顯著。施磷量超過(guò)50 kg/hm時(shí),與化肥處理相比,雞糞、豬糞和牛糞處理分別顯著提高215.61%,214.29%和46.74%;雞糞與豬糞處理差異不顯著,與牛糞處理差異顯著。

        圖2 不同有機(jī)肥對(duì)土壤Olsen-P和Mehlic3-P的影響

        2.3 不同有機(jī)肥對(duì)礦區(qū)復(fù)墾土壤對(duì)CaCl2-P和DPS的影響

        由圖3a可知,當(dāng)施磷量≤50 kg/hm時(shí),CaCl—P含量增加緩慢,各施肥處理之間無(wú)顯著差異。施磷量超過(guò)50 kg/hm時(shí)CaCl—P含量急劇上升,雞糞處理土壤CaCl—P含量最高,為0.17 mg/kg;與化肥處理相比,雞糞、豬糞和牛糞處理分別顯著提高112.50%,50.00%和19.28%;3種有機(jī)肥之間差異顯著。

        由圖3b可知,DPS與CaCl—P變化趨勢(shì)一致,隨土壤施磷量的增加均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。施磷量≤50 kg/hm時(shí),雞糞、豬糞處理較化肥處理相比顯著提高57.76%和21.01%,牛糞與化肥處理之間無(wú)顯著差異;雞糞與豬糞處理、牛糞處理差異顯著,而豬糞與牛糞處理之間無(wú)顯著差異。施磷量>50 kg/hm時(shí),與化肥處理相比,雞糞、豬糞和牛糞處理分別顯著提高2.63,2.71,1.31倍,牛糞處理與化肥處理之間無(wú)顯著差異;雞糞處理與牛糞處理差異顯著,與豬糞處理相比無(wú)顯著差異。

        圖3 不同有機(jī)肥對(duì)土壤CaCl2-P和DPS的影響

        2.4 3種浸提磷之間的相關(guān)性分析

        由表3可知,各施肥處理土壤3種浸提磷之間存在顯著的線性關(guān)系。雞糞和豬糞處理土壤Olsen—P與CaCl—P之間存在1個(gè)突變點(diǎn)(圖4a),突變點(diǎn)時(shí)的Olsen—P含量為26.24 mg/kg,對(duì)應(yīng)的CaCl—P含量為0.12 mg/kg,當(dāng)土壤Olsen—P≥26.24 mg/kg,Olsen—P每增加1 mg/kg,CaCl—P以4.09倍的速率增加;此外,雞糞處理土壤CaCl—P隨Mehlic3—P的增加也存在1個(gè)突變點(diǎn)(圖4b),突變點(diǎn)時(shí)的Mehlic3—P含量為49.06 mg/kg,當(dāng)Mehlic3—P≥49.06 mg/kg時(shí),CaCl—P隨Mehlic3—P含量的增加速率是突變點(diǎn)以前的9倍;豬糞處理Mehlic3—P與CaCl—P之間尚未出現(xiàn)磷素流失的環(huán)境閾值。牛糞和化肥處理Olsen—P和CaCl—P、Mehlic3—P和CaCl—P之間存在顯著的線性關(guān)系,但較雞糞和豬糞處理相比累積程度較低,表明施用牛糞和化肥過(guò)程中,隨著Olsen—P和Mehlic3—P的累積,也促進(jìn)土壤中CaCl—P含量的提高,增加土壤磷素的流失潛能。

        圖4 礦區(qū)復(fù)墾雞糞處理土壤有效磷(Olsen-P和Mehlic3-P)和CaCl2-P之間的關(guān)系

        表3 不同施肥處理3種浸提磷之間的相關(guān)性分析

        2.5 土壤DPS與CaCl2-P之間的相關(guān)性及流失風(fēng)險(xiǎn)分析

        土壤磷飽和度(DPS)是表征土壤磷素流失潛能的指標(biāo)之一。在雞糞處理中,DPS與CaCl—P之間存在1個(gè)突變點(diǎn)(圖5),當(dāng)DPS超過(guò)39.31%,CaCl—P含量隨DPS增加的速率是突變點(diǎn)以前的5.92倍,表明DPS超過(guò)39.31%時(shí),CaCl—P含量迅速增加,土壤磷素的流失風(fēng)險(xiǎn)也大大提高。豬糞、牛糞和化肥處理,DPS和CaCl—P之間也存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系,進(jìn)一步表明,施用有機(jī)肥和化肥提高礦區(qū)復(fù)墾土壤磷飽和度,增加了土壤磷素向環(huán)境流失的可能性。

        注:**表示極顯著相關(guān)(P<0.01);PM、SM、PM和CF分別為雞糞、豬糞、牛糞和化肥處理。

        3 討 論

        3.1 施肥對(duì)礦區(qū)復(fù)墾土壤磷素累積的影響

        本試驗(yàn)研究表明,隨施磷水平的增加,施用有機(jī)肥和化肥提高了土壤全磷(TP)含量,這與陳欣研究結(jié)果基本一致,單施化肥或有機(jī)肥均能提高土壤全磷含量,增加土壤全磷庫(kù)容。而3種有機(jī)肥相比,雞糞處理土壤全磷含量高于豬糞和牛糞。施用有機(jī)肥和化肥也顯著增加土壤中有效磷含量(Olsen—P和Mehlich3—P)。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)4年定位培肥試驗(yàn),空白處理(不施磷肥施氮鉀肥)有效磷含量?jī)H為2.52 mg/kg,低于本試驗(yàn)復(fù)墾初期土壤磷素本底值(4.34 mg/kg),這與4年的作物生產(chǎn)吸收了土壤磷素而沒(méi)有外來(lái)磷源補(bǔ)充有關(guān),從而耗竭了土壤地力。此外,本研究進(jìn)一步表明,在施磷量低于50 kg/hm時(shí),各處理間土壤有效磷含量(Olsen—P和Mehlich3—P)無(wú)顯著差異;而施磷量超過(guò)50 kg/hm時(shí),有機(jī)肥處理對(duì)土壤有效磷(Olsen—P和Mehlich3—P)含量的提高優(yōu)于化肥。相較于化肥而言,有機(jī)肥本身含有一部分磷施入土壤后提高土壤中磷素含量,同時(shí)施用有機(jī)肥可以增加微生物活性和磷酸酶活性,加速有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化,從而提高磷素有效性,提高土壤的供磷強(qiáng)度。此外,3種有機(jī)肥對(duì)礦區(qū)復(fù)墾土壤磷素影響均表現(xiàn)為雞糞≥豬糞>牛糞,這表明雞糞和豬糞對(duì)礦區(qū)新復(fù)墾土壤磷素的有效性高于牛糞。造成這種差異的原因:一方面可能與有機(jī)肥本身的C/P不同有關(guān)。呂鑒于等對(duì)礦區(qū)復(fù)墾土壤磷素礦化研究表明,雞糞和豬糞處理C/P分別為6.54和9.59,均低于牛糞處理(15.12),而較低C/P的有機(jī)肥更易礦化分解,導(dǎo)致雞糞和豬糞產(chǎn)生的有效磷含量要高于牛糞處理。另一方面,可能與雞糞和豬糞有機(jī)質(zhì)含量高有關(guān)。劉彥伶等對(duì)黃壤磷素吸附—解吸特性研究表明,有機(jī)質(zhì)增加可以減少土壤對(duì)磷素的吸附位點(diǎn),促進(jìn)土壤磷素解吸,提高土壤中有效磷含量。本試驗(yàn)中雞糞和豬糞較牛糞相比有機(jī)質(zhì)含量較高,施入土壤后可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量,而且有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸減少土壤對(duì)磷素的吸附固定,溶解土壤中的難溶性磷化合物,增加其對(duì)土壤磷素的解吸能力,從而提高土壤中各磷素形態(tài)的有效性。CaCl—P作為植物可直接吸收利用的部分,其含量隨施磷量的增加而增加,在低磷量土壤中,施用有機(jī)肥主要補(bǔ)充土壤中有效磷和全磷含量,而對(duì)CaCl—P增加幅度較??;在高磷水平下(100 kg/hm),隨著土壤有效磷累積,CaCl—P含量也快速增加,尤其是有機(jī)肥處理。土壤有效磷含量與CaCl—P存在顯著的線性相關(guān)性,表明CaCl—P隨有效磷含量的增加而增加,這在一定程度上也加大土壤磷素的淋失風(fēng)險(xiǎn)。

        3.2 施肥對(duì)土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)的影響

        土壤有效磷(Olsen—P和Mehlich3—P)與CaCl—P之間不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,而是符合分段線性模型,兩者之間存在1個(gè)突變點(diǎn)。本試驗(yàn)研究得出,礦區(qū)復(fù)墾土壤產(chǎn)生磷素淋失的臨界點(diǎn)時(shí)土壤Olsen—P為26.24 mg/kg、Mehlich3-P 49.06 mg/kg,其對(duì)應(yīng)的CaCl—P為0.12 mg/kg。但不同土壤類(lèi)型磷素淋失臨界值差異很大。常會(huì)慶等利用盆栽試驗(yàn)初步確定,石灰性土壤產(chǎn)生磷素淋失的環(huán)境閾值為28.57 mg/kg;申艷等通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究表明,潮土區(qū)土壤磷素淋失臨界值為30.2 mg/kg;汪玉等研究發(fā)現(xiàn),土壤有效磷含量超過(guò)30 mg/kg時(shí),太湖流域水稻土土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)大大增加。以上研究結(jié)果均高于本研究所得結(jié)果,其原因一方面可能是由于礦區(qū)重構(gòu)土壤結(jié)構(gòu)尚不穩(wěn)定,地表裂隙較多,且黃土丘陵區(qū)降水集中,施入的有機(jī)肥沿裂縫向下遷移,較一般農(nóng)田土壤相比易引發(fā)磷素流失風(fēng)險(xiǎn);另一方面,與本研究供試土壤pH偏高(8.43)有關(guān)。趙小蓉等對(duì)我國(guó)23種土壤磷素臨界值研究表明,土壤pH與土壤磷素淋失閾值呈現(xiàn)拋物線關(guān)系,pH>6時(shí),pH越高土壤產(chǎn)生淋失的點(diǎn)越低。同時(shí),本研究得出,在礦區(qū)復(fù)墾土壤上施入有機(jī)肥所產(chǎn)生的淋失的風(fēng)險(xiǎn)高于化肥。這可能是由于化肥增加了土壤中的無(wú)機(jī)磷組分,這些施入土壤中的無(wú)機(jī)磷易被土壤中的Ca、Mg等離子固定,形成磷酸鹽沉淀,降低磷素的有效性。而有機(jī)肥主要增加有機(jī)磷含量,尤其是活性有機(jī)磷含量,這部分磷在土壤中移動(dòng)性更強(qiáng),極易引發(fā)磷素的流失風(fēng)險(xiǎn);同時(shí),有機(jī)肥分解產(chǎn)生的有機(jī)酸可以溶解部分碳酸鈣,促進(jìn)被碳酸鈣吸收的磷的釋放,提高磷素的有效性,間接增加有機(jī)肥的淋溶風(fēng)險(xiǎn)。此外,3種有機(jī)肥磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)的差異性(雞糞≥豬糞>牛糞)可能與有機(jī)肥中的磷素形態(tài)有關(guān)。雞糞和豬糞中易溶態(tài)的無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷含量均高于牛糞,而易溶態(tài)有機(jī)磷包括核酸、磷酯類(lèi)和單脂磷等,這部分有機(jī)磷吸附較弱,移動(dòng)性強(qiáng),易被酶解為無(wú)機(jī)磷,因此,雞糞和豬糞較牛糞相比會(huì)存在更多的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

        本試驗(yàn)研究結(jié)果表明,通過(guò)4年田間定位培肥得到礦區(qū)復(fù)墾土壤磷素產(chǎn)生淋失風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的DPS為39.31%。王經(jīng)緯等認(rèn)為,旱地紅壤的DPS超過(guò)28.6%,會(huì)增大土壤磷素流失潛能與淋失風(fēng)險(xiǎn);薛巧云認(rèn)為,可將DPS 28.1%作為我國(guó)中性至石灰性土壤磷素淋失的環(huán)境閾值,前人研究結(jié)果與本研究所得結(jié)果基本一致,因此可將DPS 39.31%作為礦區(qū)復(fù)墾土壤淋失閾值。同時(shí)也表明施用有機(jī)肥可以降低土壤對(duì)磷素的吸附固定作用,活化了土壤中的磷素,提高土壤磷飽和度,從而加大磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)注意有機(jī)肥施用量,調(diào)整相應(yīng)的施肥措施,減少因磷素流失所引起的環(huán)境污染問(wèn)題。

        4 結(jié) 論

        (1)施用有機(jī)肥能夠有效補(bǔ)充土壤中的磷素含量,隨施磷水平的提高,土壤中磷素含量的增加越明顯,促進(jìn)磷素在土壤中的累積,提高土壤磷飽和度。各施肥處理對(duì)土壤磷素累積的影響總體表現(xiàn)為雞糞≥豬糞>牛糞>化肥。

        (2)本試驗(yàn)通過(guò)分段線性模型確定礦區(qū)復(fù)墾土壤磷素流失的環(huán)境閾值,當(dāng)Olsen—P≥26.24 mg/kg、Mehlich3—P≥49.06 mg/kg或DPS≥39.31%時(shí),土壤磷素流失潛能加大,且施磷量越高,淋失風(fēng)險(xiǎn)越大。應(yīng)加強(qiáng)有機(jī)肥的科學(xué)施用,特別是雞糞和豬糞有機(jī)肥的施用,警惕磷素流失對(duì)地表、地下水體造成污染。

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