红壤基质组分对磷吸持指数的影响

在红壤旱地肥料长期定位试验(始于1988年)中,选取了无机肥试验区的NPK、NP、NK、PK,有机无机配施试验区的CK、CK+猪厩肥(BM)及CK+花生秸秆(SR)等7个施肥处理土壤,测定了土壤磷吸持指数(Phosphate sorption index,PSI),分析了PSI与红壤最大吸磷量(Xm)的相关关系,讨论了土壤pH、有机质、黏粒、铁铝氧化物及无机磷酸盐等基质组分对PSI的影响。结果表明:长期施磷或配施有机肥均可显著降低红壤PSI值,随着土壤pH的升高、有机质及铁结合态磷酸盐(Fe-P)含量的增加,红壤PSI显著降低;土壤游离铁铝氧化物及黏粒含量越高,PSI也越大。PSI与Xm呈显著线性相关关系(Xm=0.5PSI+412.8,n=15,r=0.967**,p<0.01),因此,可以用PSI替代Xm来表征土壤固磷能力,亦可由PSI的大小来推断土壤磷的供磷能力。

小兴凯湖表层底泥磷吸附容量及潜在释放风险

利用沉积物磷吸附指数（PSI）和磷吸附饱和度（DPS）研究了小兴凯湖表层沉积物的磷吸附容量,分析了沉积物中磷的吸附饱和度（DPS）与其他指标的相关关系,并讨论了不同采样点湖泊沉积物中磷的潜在释放风险.结果表明：13个采样点的表层沉积物的PSI为9.78∽197.53（mg·L）/（100g·μmol）,平均值为59.77（mg·L）/（100g·μmol）;DPS为9.95%∽24.47%,平均值为15.41%.PSI与草酸铵提取的磷（Pox）极显著正相关,与草酸铵提取的铁、铝（Feox,Alox）显著正相关,草酸铵提取的铁是影响PSI的主导因素;DPS主要受沉积物中原有吸附态磷的影响.此外,磷释放风险指数（ERI）8.99%∽129.94%的计算结果表明：小兴凯湖表层沉积物中磷释放诱发富营养化的风险处于高度风险范围,其中,受农业面源污染影响较大的北岸区域相比其他区域发生富营养化的风险更高.

红壤磷素有效性衰减过程及磷素农学与环境学指标比较研究

【目的】研究红壤中磷素有效性衰减的关键过程及其与施肥量的关系,明确农学与环境学土壤有效磷指标之间的数学关系。【方法】以亚热带红壤为试验材料,通过人工施肥和室内恒温(25℃)培养试验,应用Olsen(OP)、Bray-1(BP)、Mehlich-3(BP)3种农学方法和蒸馏水(HP)、CaCl2(CP)两种环境学方法,分别在1 h、3 h、12 h、24 h、3 d、6 d、9 d、15 d、30 d、60 d用新鲜土样测定土壤有效磷以及磷吸附指数(PSI)的动态变化。【结果】红壤磷素有效性衰减过程存在明显的临界期,变化范围为0.1—18.7 h,此前衰减速度很快,之后明显变慢。施肥量对临界期有显著影响,其中OP、BP、MP的临界期随施肥量增加呈线性延长的趋势,而HP、CP临界期随施肥量的增加呈幂函数延长趋势。环境学与农学指标之间表现为非线性关系,存在明显的"突变点",据此可求算出红壤磷素迁移的环境风险临界值,其中根据CP变化求算的OP、BP和MP临界值分别为49.97、91.07和30.54 mg.kg-1,根据HP变化求算的OP、BP和MP临界值分别为60.78、82.74和39.65 mg.kg-1。磷吸附指数(PSI)随施肥量的变化范围为17.92—26.29,OP的环境风险临界值对应PSI为23.46。【结论】磷素有效性在红壤中的衰减过程存在明显的临界期,施肥量越高临界期越长,因此向环境迁移的风险就越大。土壤有效磷的环境学指标与农学指标存在非线性关系,据此可以确定出土壤磷素迁移的环境风险临界值。供试红壤的Olsen-P含量临界值为50-60 mg.kg-1,PSI的环境风险临界值为23.46。

锦江河沉积物磷形态与吸附行为及磷释放风险

研究沉积物磷的吸附参数、形态及其含量,揭示锦江河及其支流沉积物磷吸附行为的变化特征及其环境意义,阐明锦江河及其支流富营养化风险。2016年1月,在锦江河及其支流9个样点用彼得森采泥器采集表层沉积物,测定磷吸附平衡浓度(EPC_0),计算沉积物磷吸附指数(PSI)、磷吸附饱和度(DPS)以及其衍生出的磷释放风险指数(ERI)。结果表明,锦江河沉积物4种形态磷含量顺序为CaCO_3~P>Fe(OOH)~P>ASOP>P_(alk),CaCO_3~P是沉积物磷的主要存在形态;钙结合态磷(CaCO_3~P)和磷最大吸附量(Q_(max))显著正相关;沉积物中PSI为11.24~31.37(mg P/100 g)/(μmol/L),平均值为21.28(mg P/100 g)/(μmol/L),且PSI与Q_(max)显著正相关;DPS值在水平方向上和垂直方向上的分布均与PSI值的分布相似;EPC_0在各支流分别从上游到下游逐渐减小,下游的沉积物磷释放潜能相对上游较小;EPC_0的垂直分布表明,对大多数河段来说,疏浚并不能减小沉积物磷释放风险;所有采样点的ERI在水平方向上均超过了25%,各采样点沉积物磷潜在释放诱发富营养化的风险均为高度风险。

长期施肥对旱地红壤团聚体磷素固持与释放能力的影响

在中国科学院红壤生态试验站26年的旱地红壤长期肥料定位试验中,选取无机肥试验区的NPK、NK处理,有机无机肥配施试验区的对照(CK)、CK+稻秆(RS)、CK+花生秸秆还田(PS)、CK+绿肥(FR)及CK+猪厩肥(PM)等7个肥料处理土壤,采用湿筛法逐级提取并得到粒级依次为>2 mm、2~1 mm、1~0.25 mm与0.25~0.053 mm的团聚体土壤样品;通过室内分析获得了土壤及各粒级团聚体的全磷(TP)、有效磷(Available P)、水溶性磷(CaCl_2-P)、土壤磷素吸持指数(PSI)及土壤磷素饱和度(DPS)等指标值,并探讨了上述测定指标间的相关关系。结果表明:长期施用磷肥可有效保持旱地红壤的供磷水平,配施猪厩肥可显著增加旱地红壤及大小团聚体的TP、有效磷及CaCl_2-P含量、降低土壤PSI并显著增大旱地红壤DPS,加大了旱地红壤磷素的流失风险;随着土壤中>1 mm粒级团聚体数量的增多,旱地红壤磷素储量显著增加,磷素固持能力显著下降,土壤磷释放潜能随之增大。由DPS、有效磷及CaCl_2-P的分段线性拟合方程可以推断得出,当旱地红壤中有效磷为168~260 mg kg^(-1)时或DPS<28%,土壤磷素具有潜在流失风险;当有效磷≥260 mg kg^(-1)或DPS≥28%,土壤磷素具有极高的流失风险,应立即停止施用磷肥尤其是有机磷肥,并重新调整施肥方案,以避免土壤磷素流失及其对水体环境的污染。

不同土地利用方式下红壤磷素径流流失特征

土壤磷素流失已成为地表水富营养化的重要威胁,红壤在我国分布范围广、分布面积大,研究红壤磷素累积与流失特征可为红壤区农业面源污染控制、防止区域地表水污染提供科学依据。选取红壤区牧草地、休闲地、玉米地、菜地、大棚5种常见土地利用方式,采用人工模拟降雨方法,研究了红壤区不同土地利用方式下磷素累积状况、形态组成和随地表径流的迁移特征及其环境阈值。结果表明:(1)供试土壤Olsen-P含量的范围为6.81~178.17 mg/kg,土壤溶解态活性磷(CaCl 2-P)含量的范围为0.29~8.26 mg/kg,藻类可利用总磷(NaOH)的变化范围为30.34~369.81 mg/kg,不同利用方式红壤中均存在一定程度的磷素累积;(2)不同利用方式红壤的磷吸持指数PSI范围为31.95~47.05,均值大小表现为牧草地>玉米地>菜地>休闲地>大棚;(3)红壤地表径流中TP的浓度范围为0.245~2.073 mg/L,TDP浓度范围为0.023~0.308 mg/L,PP浓度范围为0.223~1.826 mg/L,不同场次降雨地表径流中TP和PP平均浓度和流失量大小与土壤表层Olsen-P含量分布规律一致,TDP平均浓度表现为大棚>菜地>旱地玉米>牧草地>休闲地,而TDP流失量却表现为大棚>菜地>牧草地>休闲地>旱地玉米;径流输出以PP为主,占TP的比例为82.46%~90.15%;(4)土壤Olsen-P与NaOH-P和CaCl 2-P存在极显著正相关,随着Olsen-P含量的增加,NaOH-P和CaCl 2-P提高,且Olsen-P与NaOH-P之间存在一个明显的“突变点”,确定36.17 mg/kg为红壤磷素流失的环境阈值,同时还指出,径流TP浓度或流失量与土壤NaOH-P含量呈显著正相关。

海州湾表层沉积物磷的吸附容量及潜在释放风险

利用磷吸附指数(PSI)、磷吸附饱和度(DPS)和磷释放风险指数(ERI)研究了2016年10月和2017年5月海州湾表层沉积物的磷吸附容量及潜在释放风险.结果显示,2016年秋季PSI变化范围为99.58～199.39[mgP/(100g)]/[μmol/L],DPS变化范围为23.118%～34.289%;2017年夏季PSI变化范围是130.29～198.57[mgP/(100g)]/[μmol/L],DPS变化范围为25.545%～42.135%,两次调查中PSI和DPS均表现出相反的平面分布趋势.PSI和Al_(ox)、Fe_(ox)呈显著正相关,说明Fe_(ox)和Al_(ox)是影响海州湾表层沉积物吸附磷的主要因素,且Fe_(ox)占主导作用;DPS与Al_(ox)和Fe_(ox)分别表现出了显著负相关性和极显著负相关性,说明Al_(ox)和Fe_(ox)含量的增大会降低表层沉积物的磷吸附饱和度.2016年10月磷释放风险指数(ERI)的变化范围为11.59%～34.18%,2017年5月磷释放风险指数(ERI)的变化范围为12.86%～32.34%,从2次调查结果整体来看,海州湾表层沉积物的磷释放风险为中度风险.

不同水源补给情形的溪流沟渠沉积物磷形态及释放风险分析

2015年5～12月,在合肥地区3条分别以城市污水厂尾水、食品加工废水和农业排水-地下水渗流为主要补给水源的溪流沟渠上,按季节采集表层沉积物样,分析沉积物磷赋存形态;通过磷吸附指数（PSI）、磷吸附饱和度（DPS）和磷释放风险指数（ERI）计算,评估溪流沟渠沉积物的磷潜在释放风险,并以非参数检验方法,对3条溪流沟渠开展差异性分析.结果表明：1关镇河支渠和陶冲小溪流水体磷素污染严重,3条溪流沟渠磷污染程度排序为：关镇河支渠〉陶冲小溪流〉磨店小溪流,其中关镇河支渠沉积物TP平均含量为1 376.95 mg·kg^-1,分别是磨店小溪流和陶冲小溪流的2.94和1.91倍;2 3条溪流沟渠沉积物中各形态磷含量差异显著,且在含量高低排序方面存在一定差异性;3 3条溪流沉积物的PSI值季节性变化特征明显,而且每条溪流沟渠所有采样点变化规律基本一致,即总体上都表现出秋季最高,冬季次之,春、夏季基本相当且相对最低的变化特征;4由PSI、DPS及ERI评估得到的磷释放风险特征基本一致,相应的磷释放风险高低排序为：关镇河支渠〉陶冲小溪流〉磨店小溪流;5差异性分析表明,3条溪流沟渠几乎在所有指标上存在显著的差异性.

合肥城郊典型排水沟渠沉积物磷形态及其释放风险

为弄清合肥市城郊排水沟渠—关镇河水体沉积物磷赋存形态及其污染特征,于2013年9月—2014年6月,在沟渠上选取8个采样点,逐月采集水样和表层沉积物样,解析沉积物的磷赋存形态及其时空变化特征,并对磷的潜在释放风险进行分析。结果表明：关镇河水体氮、磷污染严重;沉积物中TP含量处于1 430.10~1 941.26 mg/kg范围,平均为1 734.42 mg/kg;沉积物各形态磷含量由高到低排序为：OP〉Fe-P〉Ca-P〉De-P〉Al-P〉Oc-P〉Ex-P;生物有效性磷平均值为464.01 mg/kg,占TP的26.81%;广义生物有效性磷的平均含量为1 226.92 mg/kg,占TP的71.00%;PSI变化范围为18.31~69.96 mg P/（100 g）·（μmol/L）,且沉积物磷释放风险春夏季高于秋冬季。