潮土CaCl_2-P含量对磷肥施用的响应及其淋失风险分析

【目的】土壤有效磷(Olsen-P)与可溶性磷(Ca Cl_2-P)含量之间存在着平衡,研究磷肥施用量对潮土Ca Cl_2-P和Olsen-P及其比值的影响,评价磷素的淋失风险,可为潮土区合理利用养分资源、减少磷肥投入和流失提供理论依据。【方法】选择长期定位监测基地的5个处理(对照、NPK、预备处理、NPKM和1.5NPKM处理,简称OP1、OP2、OP3、OP4、OP5),5个处理的土壤Olsen-P含量存在显著差异(0.8、12.5、25.7、44.7、56.4mg/kg),据此在每个处理上再设置5个施磷量水平(F0、F1、F2、F3、F4),试验采取微区形式,随机区组设计,种植作物为夏玉米–冬小麦双季轮作。作物收获后,采集土壤样品,测定土壤Olsen-P和CaCl_2-P含量,建立Olsen-P和CaCl_2-P之间的定量关系。【结果】土壤CaCl_2-P含量为0.07～2.68 mg/kg,约为Olsen-P含量的0.5%～5.6%。短期高量磷肥施用可以显著提高土壤Olsen-P和CaCl_2-P含量,但土壤Olsen-P和CaCl_2-P的增加不同步。当土壤Olsen-P低于28.0 mg/kg时,Ca Cl2-P/Olsen-P比值随着Olsen-P的增加而降低,当Olsen-P增加至28.0 mg/kg后,Ca Cl2-P/Olsen-P比值随着Olsen-P的增加迅速增加,这表明磷肥施用首先提高土壤Olsen-P含量,Olsen-P增长到一定程度后CaCl_2-P才迅速增加。土壤CaCl_2-P和Olsen-P的关系符合双直线模型,突变点时土壤Olsen-P含量为30.2 mg/kg,对应的CaCl_2-P含量为0.3 mg/kg。当土壤Olsen-P含量超过30.2 mg/kg时,土壤磷素淋失风险增加。【结论】高量磷肥施用可以提高土壤CaCl_2-P含量,促进作物对磷的吸收,但同时增加了土壤磷素的淋失风险。研究区土壤磷素淋失临界值为30.2 mg/kg,微区试验中超过50%的小区土壤Olsen-P含量已经超过磷素淋失临界值,存在磷素淋失风险,应加强农田磷肥的科学施用和管理。

施磷对不同质地土壤Olsen-P和CaCl2-P动态变化的影响

通过对河北栾城农业生态站潮土和吉林白城淡黑钙土2种质地不同的土壤施用不同剂量磷肥,在25℃恒温条件下好气培养,培养期的第1、3、10、30和60天采集土样,测定土壤Olsen-P和CaCl2-P含量的动态变化,研究了磷肥施入土壤引起农业磷面源污染的可能性。利用Heckrath分段回归模型,分别对培养60d后2种土壤Olsen-P、CaCl2-P含量进行拟合,得到土壤环境敏感磷临界点对应的土壤Olsen-P含量,以此证明土壤固磷能力。结果表明:当施磷量超过400kg·m-2时,2种土壤Olsen-P和CaCl2-P含量均显著增加,并且2种土壤在相同条件下培养后,同一处理的各组分有效磷的变化规律并不相同,说明当施磷量超过400kg·hm-2,2种土壤磷流失的可能性均增加,并且不同类型土壤,磷流失能力也不同;培养60d后拟合得到的栾城和白城土壤环境敏感磷临界点对应的土壤Olsen-P含量分别为88.9和142.5mg·kg-1,表明白城土壤固磷能力明显高于栾城土壤。

我国23个土壤磷素淋失风险评估Ⅰ.淋失临界值

随着磷肥施用量增加 ,土壤磷素累积 ,由此所引起的土壤磷素流失 (径流和淋失 )越来越成为水体磷素的重要来源。研究从广西灵川、云南建水、贵州六枝、福建漳浦、浙江象山、江苏如皋、山东泰安、河南南阳、陕西延安、海南海口、湖北潜江、湖南长沙、北京海淀等 13个省 (市 )采集 2 3种耕地土壤 ,土壤风干过 2 mm筛后 ,加入 0 ,30 ,4 0 ,6 0 ,10 0 ,16 0 ,2 0 0 ,2 4 0 ,30 0 ,4 0 0 mg P/ kg土(KH2 PO4 溶液 ) ,并将土壤湿度调节至约 5 0 %的田间持水量 ,2 5℃下培养 4 d后风干 ,再加水至约 5 0 %的田间持水量 ,同上培养再风干 ,如此进行干湿交替 3次达到平衡后 ,分别用 p H8.5 0 .5 mol/ L Na HCO3溶液 (Olsen- P)、0 .0 1m ol/ L Ca Cl2 溶液 (Ca Cl2 -P)和铁滤纸条 (Fe- P)测定土壤含磷量。结果表明 ,Olsen- P与 Fe- P呈极显著的线性关系 ,随着土壤 Olsen- P或 Fe- P的增加 ,Ca Cl2 - P提高 ,存在一个明显的突变点 ,即土壤磷酸盐淋失临界值。但不同土壤其临界值差异很大 ,前者的 Olsen- P在 2 9.96～15 6 .78mg/ kg之间 ,相应的 Ca Cl2 - P为 0 .14～ 3.87mg/ kg;而后者的 Fe- P为 0 .6 9～ 2 .17mg/ kg,相应的 Ca Cl2 - P为 0 .30～7.38mg/ kg。两种方法所得到的临界值大部分土壤十分接近 ,但一些土?

生物炭对不同类型土壤中Olsen-P和CaCl_2-P的影响

为了解生物炭施入不同类型土壤后对Olsen-P和CaCl2-P的影响,通过室内土壤培养试验,研究施用2%(20 t hm-2)、4%(40 t hm-2)、8%(80 t hm-2)比例的生物炭条件下土壤中Olsen-P、CaCl2-P含量变化,以探讨不同类型土壤中施入生物炭后Olsen-P和CaCl2-P含量变化的差异。结果表明:(1)红壤、水稻土、潮褐土、潮土中施用生物炭后,土壤中Olsen-P含量显著增加(P<0.05),并随着生物炭施用比例增加而增大。(2)培养42天后,施用生物炭对红壤中CaCl2-P含量无显著的影响,水稻土、潮褐土、潮土中CaCl2-P含量则随着生物炭施用比例增加而显著增大。(3)在同一生物炭施用量条件下,潮褐土和潮土中Olsen-P和CaCl2-P的增加量均显著(P<0.05)高于红壤和水稻土。

长江流域稻-油轮作区土壤磷库现状及环境风险分析

明确长江流域水稻-油菜轮作种植区土壤磷(P)库现状,评估土壤磷淋失风险,以期为长江流域水稻-油菜轮作体系合理施磷提供参考。2018年4—5月在长江流域水稻-油菜轮作典型种植区域的14个省(市/区)采集油菜收获后的耕层土壤样品247个,测定土壤全磷、有效磷(Olsen-P)和可溶性磷(CaCl2-P)含量,并参考土壤全磷和Olsen-P分级指标,明确我国长江流域水稻-油菜轮作种植区域土壤磷丰缺现状,建立Olsen-P与CaCl2-P之间的定量关系。还根据Olsen-P分级选取72个样本进行Hedley磷分级测试,分析了水稻-油菜轮作种植区域土壤磷库分布特征。结果表明:长江流域水稻-油菜轮作种植区域耕层土壤全磷、Olsen-P和CaCl2-P平均含量分别为0.62 g·kg^(-1)、23.2 mg·kg^(-1)和0.49 mg·kg^(-1)。土壤全磷在长江上、中、下游间无明显差异,区域整体48.6%处于丰富状态。土壤Olsen-P缺乏和过量的现象并存,占比分别为23.1%和31.1%,土壤Olsen-P缺乏和过量的区域分别集中在长江中游和长江下游区域。长江流域水稻-油菜轮作种植区域土壤磷库以无机磷为主,平均占比达到82.2%。H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Po和Residual-P磷库平均含量分别为10.8、46.8、115.6、218.6、22.3、104.9和193.8 mg·kg^(-1)。随着土壤Olsen-P水平的增加,NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量明显增加,稳定态磷库(HCl-Pi和Residual-P)含量相对稳定。长江流域水稻-油菜轮作种植区域耕层土壤Olsen-P和CaCl2-P的关系符合双直线模型,出现突变点时Olsen-P含量为39.9 mg·kg^(-1),对应的CaCl2-P含量为0.6 mg·kg^(-1)。当土壤Olsen-P含量大于39.9 mg·kg^(-1)时,土壤磷素淋失风险增加。整体而言,长江流域水稻-油菜轮作种植区域土壤磷含量呈上升趋势,土壤Olsen-P平均含量达到适宜养分供应水平,且存在13.0%的区域处于磷素高淋失风险状态。土壤磷素主要积累在稳定态磷库中,因此,应重视磷肥的合理施用,适当降低磷肥投入,挖掘土壤中稳定态磷库潜力。旨在减少稻-油轮作体系土壤有效磷积累和环境磷素损失,提高作物磷肥利用率。

县域农田土壤磷素积累及淋失风险分析——以北京市平谷区为例

作物的磷素需求和投入的差异导致土壤磷素积累对环境的影响不同。通过分析京郊平谷区果树、蔬菜和粮食作物的磷素投入数量和农田土壤有效磷含量,比较研究不同作物体系中土壤磷素积累对环境的影响。结果表明,粮田、菜地和果园平均年际磷投入量分别为76、575kgP2O5·hm-2和693kgP2O5·hm-2,其中菜地和果园的磷素投入以有机肥为主,年际磷盈余分别达到498kgP2O5·hm-2和468kgP2O5·hm-2,远大于粮田的磷素盈余(38kgP2O5·hm-2)。这种状况造成粮田、菜地和果园土壤Olsen-P含量差异很大,分别为18.4(n=260)、44.3(n=108)mg·kg-1和40.4mg·kg-1(n=548)。分析钙质土壤Olsen-P与CaCl2浸提P的相关性发现,钙质土壤存在着Olsen-P与CaCl2-P突变拐点即磷的淋溶拐点,在拐点之后土壤CaCl2-P随土壤Olsen-P的增加而显著增加,且土壤磷淋溶拐点明显受土壤类型及质地的影响。按质地分类,砂壤、轻壤和重壤拐点分别是23.1、40.1mg·kg-1和51.5mg·kg-1,土壤质地由轻至重拐点Olsen-P值随之逐渐增加。根据质地模拟,7.7%的粮田、44.0%的菜田、33.6%的果园土壤磷淋失风险较高。因此,合理的磷素投入在果树、蔬菜作物的可持续生产中具有重要的意义。

种植年限对设施菜田土壤剖面磷素累积特征的影响

以山东寿光集约化设施菜田为研究对象,分析了不同种植年限设施菜田土壤磷素投入和土壤磷素累积的差异,比较不同种植年限土壤剖面中无机磷、有机磷、Olsen-P和CaCl2-P含量的变化特征。结果表明:磷素过量积累是设施菜田的显著特征,主要由于有机肥以粪肥投入为主,复合肥中P素比例偏高,收获作物带走量仅占磷素投入的7.2%;随着种植年限增加,P素累积现象明显,过量的磷素盈余导致了土壤剖面中不同形态磷含量的上升,其中以无机磷尤其明显;用来表征土壤有效磷指标的Olsen-P与CaCl2-P有显著的相关性,研究区域中当土壤(Olsen-P)达到80.7mg·kg-1时,土壤CaCl2-P开始显著升高,增大了设施菜田磷素淋溶风险。

长期不同施肥土壤中磷淋溶“阈值”研究

对长期 (2 4年 )不同施肥土壤中磷淋溶趋势的研究结果表明 :土壤耕层 Ca Cl2 - P和 Water- P的含量远比 Olsen- P要小得多 ,可以淋溶的磷素含量普遍较低 ;长期施用厩肥和化肥加秸秆并休闲的土壤更易发生磷素淋溶 ;Ca Cl2 - P和 Water- P之间以及 Water- P和 Olsen- P之间的相关系数均达到极显著水平 ;土壤耕层中 Olsen- P含量达 2 3mg/ kg,是该土壤发生磷素淋溶的“阈值”。

不同磷源对设施菜田土壤速效磷及其淋溶阈值的影响

土壤中磷的移动性不仅取决于磷的数量且与磷肥形态有关。了解不同磷源(有机肥和化肥)对设施菜田土壤磷素的影响对于指导科学施肥和面源污染防治至关重要。本文选取河北省饶阳县3种不同磷含量的农田土壤(未种植过蔬菜的土壤、种植蔬菜30年的塑料大棚土壤和种植蔬菜4 年的日光温室土壤)为研究对象,采用室内培养试验和数学模型模拟方法研究有机无机磷源对设施菜田土壤磷素的影响,确定无机肥和有机肥源土壤磷素淋溶的环境阈值。结果表明添加有机肥和无机磷肥都会显著增加3种不同种植年限设施菜田土壤速效磷(Olsen-P)和氯化钙磷(CaCl2-P)含量,但增加速度不同。对于未种植过蔬菜的低磷对照土壤,磷投入量高于50 mg·kg^-1(干土)后,无机肥比有机肥显著提高了土壤Olsen-P含量。对于已种植蔬菜30年的塑料大棚土壤,高磷投入时[300 mg·kg^-1(干土)和600 mg·kg^-1(干土)],无机肥比有机肥显著提高了土壤Olsen-P含量,低于此磷投入量时有机肥和无机肥处理之间没有显著差异。3种不同农田土壤CaCl2-P 的含量所有处理均表现出无机肥显著高于有机肥处理,尤其是在高磷量[>300 mg·kg^-1(干土)]投入时表现更加明显。两段式线性模拟结果表明,设施菜田土壤有机肥源磷素和无机肥源磷素淋溶阈值分别为87.8 mg·kg^-1 和198.7 mg·kg^-1。随着土壤Olsen-P的增加,添加无机肥源磷对设施菜田土壤CaCl2-P含量的增加速率是有机肥源磷的两倍。因此,建议在河北省高磷设施菜田应减少无机磷肥的投入,特别是土壤速效磷高于198.7 mg·kg^-1 的设施菜田应禁止使用化学磷肥和有机肥,在土壤速效磷低于198.7 mg·kg^-1 的设施菜田应加大有机肥适度替代无机肥技术的推广。

华南地区蔬菜地不同质地土壤磷素淋失临界值研究

从广东省各蔬菜基地采集101个表层土壤,测定土壤Olsen-P、Bray-P和CaCl2-P,以确定不同质地土壤的磷淋失临界值。结果表明,Olsen-P与CaCl2-P呈显著的线性关系,随着土壤Olsen-P的增加,CaCl2-P也呈现增加的趋势,存在1个明显的突变点,即土壤磷淋失临界值,壤质粘土的临界值为79.74 mg/kg,粘壤土的临界值为51.08 mg/kg,砂质粘壤土的淋失临界值为43.99 mg/kg,砂质壤土的淋失临界值为8.63 mg/kg,淋失临界值从高到低的顺序依次是:壤质粘土>粘壤土>砂质粘壤土>砂质壤土,与不同质地粘粒含量的表现规律一致。在砂质粘壤土上Bray-P与CaCl2-P呈显著的线性关系,但不存在明显的突变点,在壤质粘土、粘壤土和砂质壤土上,Bray-P与CaCl2-P未呈现显著的线性关系,不存在明显的突变点。因此,在本试验条件下,Olsen-P可以作为不同质地土壤磷淋失临界值指标。

施磷后土壤各组分有效磷含量变化研究

为了研究预测不同施磷肥剂量引起农业磷面源污染的可能性,通过对河北栾城农业生态站潮褐土和吉林白城地区盐碱性土壤各个处理土样均施用不同剂量磷肥,测定两种土壤中Olsen-P和CaCl2-P含量随着时间变化的趋势。利用Heckrath分段回归模型,分别对培养60d后栾城和白城土壤Olsen-P,CaCl2-P含量进行拟合,得到栾城和白城土壤环境敏感磷临界点对应的土壤Olsen-P含量分别为100.73mg/L和163.42mg/L。

施磷对麦/玉/豆套作体系土壤磷素变化的影响

小麦/玉米/大豆带状套作是四川省丘陵低山区主要旱地作物生产体系,了解该体系磷养分变化对优化磷肥管理和促进可持续生产有重要意义。本研究通过连续3年（2011—2013年）田间定位试验,设置P0、P1、P2、P3和P4共5个磷（P2O5）水平（玉米带分别为0 kg·hm^-2、37.5 kg·hm^-2、75 kg·hm^-2、112.5 kg·hm^-2、150 kg·hm^-2,小麦-大豆带分别为0 kg·hm^-2、45 kg·hm^-2、90 kg·hm^-2、135 kg·hm^-2、180 kg·hm^-2）,探讨该体系中土壤全磷、速效磷、水溶性磷的变化规律和速效磷的年际变化。结果表明：在麦/玉/豆套作体系中施磷165 kg（P2O5）·hm^-2（玉米带75 kg·hm^-2,小麦-大豆带90 kg·hm^-2）,可以满足体系作物对磷的需求,基本达到磷的表观平衡,维持土壤速效磷含量在20 mg·kg^-1左右。3年后5个磷水平下体系耕层土壤（0~20 cm）全磷变化量分别为-0.024 g·kg^-1·a-1、-0.016 g·kg^-1·a-1、0.016 g·kg^-1·a-1、0.11 g·kg^-1·a-1、0.15 g·kg^-1·a-1,速效磷变化量依次为-1.2 mg·kg^-1·a^-1、-0.9 mg·kg^-1·a^-1、0.2 mg·kg^-1·a^-1、2.0 mg·kg^-1·a^-1和2.7 mg·kg^-1·a^-1。通过线性平台函数的模拟,该体系中玉米、小麦、大豆产量的土壤速效磷临界值分别为16.5 mg·kg^-1、12.6 mg·kg^-1和8.8 mg·kg^-1。当土壤全磷含量低于0.55 g·kg^-1时,土壤全磷每增加0.1 g·kg^-1,土壤速效磷增加1.70 mg·kg^-1;当土壤全磷大于0.55 g·kg^-1,全磷每增加0.1 g·kg^-1,土壤速效磷增加6.49 mg·kg^-1。当土壤速效磷含量在40 mg·kg^-1以下时,速效磷每增加1 mg·kg^-1,水溶性磷增加0.017 mg·kg^-1。综上,在麦/玉/豆体系磷肥管理中应该维持土壤全磷含量低于0.55 g·kg^-1,同时速效磷含量在20 mg·kg^-1左右,这样既可以保证作物产量和系统生产力又不会产生较大的环境威胁。

临安山核桃林地土壤磷素状况及其淋失风险分析

以天目山地区临安市岛石镇下塔村和湍口镇湍口村发育于石灰岩的山核桃林地土壤为研究对象，采集林地表层（0～20 cm）土壤样品，用于评估长期施肥对山核桃林地土壤磷素状况的影响及其潜在的淋失风险。土壤分析表明：土壤Olsen-P存在较大的空间变异，含量低的近于0 mg· kg-1，而最高的含量达89.3 mg· kg^-1。土壤CaCl2-P与Olsen-P相关分析显示，岛石镇和湍口镇土壤Olsen-P的临界值分别为19.3和29.3 mg· kg^-1。据此，岛石和湍口两地土壤发生磷淋失的林地分别占调查林地的30％和45％。表明研究区已经有相当数量的山核桃林地因土壤磷素积累而存在淋失风险，需要引起重视。

抗冻pH敏感水凝胶聚α-甲基丙烯酸/丙烯酰胺的制备及性能研究

pH敏感水凝胶具有高含水、低摩擦、环境敏感等优良性能,在生物医药,环保等领域广为运用,但传统水凝胶因为低温易凝固限制了其应用范围。本实验以CaCl2为增强剂,通过原位自由基聚合制备耐低温的水凝胶聚α-甲基丙烯酸/丙烯酰胺[P(AM/MAA)]。考察时间和pH对水凝胶P(AM/MAA)溶胀行为的影响,并重点探讨了低温对P(AM/MAA)凝固的影响。结果表明:添加了CaCl2的P(AM/MAA)抗冻性能优越,pH敏感性能突出。

紫色土磷素流失的环境风险评估-土壤磷的“临界值”

采用室内培养的方法,研究了3种类型的紫色土旱地和淹水土壤磷素流失的环境阈值。结果表明:无论是淹水土壤或旱地生境,3种紫色土Olsen-P与CaCl2-P之间都存在一个"临界值",酸性、中性和钙质紫色土磷素淋失临界点的Olsen-P含量分别为67.2、85.8和113.8 mg kg-1。淹水土壤磷素环境敏感值在酸性、中性和钙质紫色土上,Olsen-P含量分别为49.2、77.9和92.1 mg kg-1。3种紫色土在淹水还原条件下土壤磷环境敏感临界值比旱地低,淹水还原条件提高了紫色土磷向水体释放的风险。淹水土壤Olsen-P含量与田表水TP、DP浓度之间存在"临界值",酸性、中性和钙质土临界值处土壤Olsen-P含量分别为(65±1.41)mg kg-1(、96.7±2.7)mg kg-1和(105.5±1.1)mg kg-1。土壤0.01 mol L-1 CaCl2-P与田表水TP、DP之间呈极显著的线性关系。可以利用这些指标对紫色土区域土壤磷环境风险进行评价,并确定区域磷肥的最佳管理策略。

土壤磷素吸持饱和度(DPS)评价土壤磷素流失风险研究

随着磷肥施用量增加,土壤磷素累积,由此所引起的土壤磷素流失越来越成为水体磷素的重要来源。本研究采集湖北省主要类型土壤,土壤风干过2 mm筛后,加入不同量的K2HPO4(0,30,40,60,100,160,200,240,300,400 mg P/kg土)进行室内培养,测定土壤M-3P、CaCl2-P和Fe、Al含量,计算土壤磷吸持饱和度(DPS),利用Split-line模型,预测不同土壤类型磷素流失风险。结果表明:土壤M-3P与Fe、Al含量间关系符合y=y0+axb方程(P<0.05);土壤DPS与CaCl2-P含量关系,存在一个明显的突变点,即土壤磷素流失环境临界值,超过该值时,CaCl2-P含量急剧增加,但不同土壤类型其临界值差异较大,潮土、红壤和水稻土土壤磷素流失DPS临界值分别为18.8、12.9和13.3%,相对应的CaCl2-P含量分别为2.21、0.92、0.60 mg kg-1,根据以上临界值判断,红壤、水稻土极易发生流失。从区域角度考虑,土壤磷素流失DPS临界值为18.80%,该值能够给当地农业生产过程中的土壤磷素区域环境管理提供指导。