农田土壤遗留磷分子形态长期演变特征及新型有机磷肥的微结构表征

发布时间：2020-03-29 09:50

【摘要】：现代农业的发展依赖于化肥的大量施用,化肥中磷素通常以可溶性无机磷为主,施入土壤后大量无机磷被固定而以迟效态赋存。过去的几十年里,化肥的过量施用导致农田土壤磷素大量盈余,这部分磷称之为土壤遗留磷,对农业可持续发展及水体环境质量造成严重威胁。减量施肥促进土壤遗留磷的作物利用以及研制抗土壤固定性强的新型有机结合态磷肥是削减土壤遗留磷并减缓其进一步累积的有效途径。为实现土壤遗留磷的资源化利用和环境风险的有效管控,本研究从探究磷的分子形态及其循环周转机制入手,利用国际前沿的形态解析技术(磷的K边bulk/μ-XANES,μ-XRF,P-NMR),对我国东北和华北两大粮食主产区代表性黑土和潮土农田土壤中遗留磷长期演变特征及新型有机磷肥(淀粉基磷肥)的制备及表征开展研究,获得以下创新性结果:(1)发现黑土中磷主要以有机结合态磷及羟基磷灰石赋存,并含少量磷酸二氢钙和铁磷;长期缺施磷肥导致黑土遗留磷中的磷酸二氢钙、羟基磷灰石含量较初始土壤显著降低,表明缺磷条件下,磷酸二氢钙、羟基磷灰石可供给作物吸收利用;同时发现缺磷条件下可能触发黑土有机正磷酸二酯的矿化过程以补给作物需磷;长期施用化学磷肥导致黑土中无机(磷酸二氢钙、铁磷)及有机(如正磷酸二酯)磷形态累积。(2)弄清了潮土中磷以磷酸三钙为主,并含有少量铁磷和有机磷;长期缺施磷肥条件下,磷酸三钙含量较初始土壤显著降低,说明缺磷条件下磷酸三钙是作物生长的重要磷素供给源;而长期施用过磷酸钙导致土壤羟基磷灰石大量形成,并累积部分磷酸二氢钙;长期施磷导致土壤正磷酸单酯和正磷酸二酯累积,而在缺磷处理下这些有机磷形态并未表现出明显削减。(3)合成了 一种新型淀粉基磷肥,总磷含量约为5218 mg kg-1,经过表征,发现其中磷以有机磷形态为主,无机磷含量仅占总磷的6.9%。有机形态以正磷酸单酯为主,占总磷比例高达75.8%,正磷酸二酯含量为17.3%,为进一步探索淀粉基有机磷肥的作物根际高效机理提供了重要基础。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士后
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S143.2;S153

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本文编号：2605808