保护性耕作及多样化轮作下稻田土壤肢体磷的赋存规律及阻控研究

发布时间：2020-05-18 16:47

【摘要】：胶体磷作为土壤中磷素迁移的主要载体,与农业面源磷污染密切相关。本研究以农田胶体磷为研究对象,实验拟基于大田试验,分别在两种土壤(粘壤土和壤质土)和八种处理(翻耕/秸秆不还田/冬闲(CHF),翻耕/秸秆还田/冬闲(CRF),翻耕/秸秆不还田/小麦(CHW),翻耕/秸秆还田/豌豆(CRB),免耕/秸秆不还田/冬闲(NHF),免耕/秸秆还田/冬闲(NRF),免耕/秸秆不还田/小麦(NHW),免耕/秸秆还田/豌豆(NRB))下进行,利用先进的同步辐射X射线吸收近边结构谱(XANES)等技术从分子水平上表征稻田土壤胶体磷的储存形态,明确保护性耕作与多样化轮作实施后不同时期土壤胶体磷赋存规律。同时,利用室内模拟实验,在八种不同土壤质地的土壤中施加阴离子型聚丙烯酰胺(PAM),以扫描电镜-能谱技术(SEM-EDS)表征土壤胶体的形貌特征,探究了不同添加比例的PAM对土壤胶体磷流失潜能的阻控作用。研究结果如下:(1)壤质土在免耕两年后会提升土壤总磷含量,且有无秸秆还田对土壤总磷没有影响。与实验初期(435mgkg-1)相比,土壤总磷含量逐年升高,但4个处理(CHF、CRF、NHF、NRF)间总磷含量在第一年水稻季末(442～443mgkg-1)以及第一年末(444～447 mg kg-1)差异并不显著(p0.05)。第二年水稻季,NRF(459mgkg-1)显著高于其他处理(无显著差异,452～454 mg kg-1),第二年结束后,NRF(471mgkg-1)处理显著大于 CRF(458mgkg1)和 CHF(454mg kg-1)处理(p0.05),NHF(462mg kg-1)与CHF差异显著。粘壤土在两年免耕条件下,秸秆还田具有提高磷含量的效果:与实验初期相比(954mgkg-1),粘壤土土壤总磷含量逐年升高,在第二年水稻季末和冬闲季末,NRF为所有处理中的最大值,并显著大于NHF处理。此外,在轮作系统中,免耕可以提高土壤磷含量:NRB在每一季均为各轮作处理中的最大值,且在第二年显著大于其余三种轮作处理。(2)壤质土在第一年秸秆还田条件下,免耕土壤胶体磷含量小于翻耕,而在第二年秸秆还田时,免耕土壤胶体磷含量大于翻耕:在第一年水稻季,翻耕处理(15.291mgkg-1)高于免耕处理(11.210 mg kg-1);第一年结束后,CHF(4.560 mgkg-1)显著高于其他处理(无显著差异,2.918～3.526mgkg-1);第二年水稻季,免耕处理大于翻耕处理;第二年结束后,NHF处理(7.778mgkg-1)显著高于其他处理(3.590～5.445 mg kg-1),其中NRF最小。这可能是因为壤质土砂粒含量较高,易受耕作扰动的影响,从而进一步影响土壤胶体磷的赋存。粘壤土第二年免耕和秸秆还田均可以使土壤胶体磷含量下降,但免耕+秸秆还田并不会增强胶体磷下降的效果:第一年水稻季免耕(12.308 mg kg-1)处理均高于相应的翻耕(11.575 mg kg-1)处理;而在第一年结束后,CHF(13.619 mg kg-1)显著大于除CRB外的其他处理(7.721～11.400 mg kg-1),而且在第二年水稻季也出现这种现象;第二年结束后,CHF处理(11.249 mg kg-1)显著高于其他处理(6.073～9.214 mg kg-1)。结果表明两年后NHF、CRF处理的土壤胶体磷含量均显著小于CHF处理后的胶体磷含量。(3)壤质土在第一年秸秆不还田条件下,免耕土壤胶体磷占总磷比例显著小于翻耕,而在第二年不还田条件下,免耕显著大于翻耕。与实验初期(2.73%),壤质土胶体磷占总磷的比例相比在两年后(0.76%～1.68%)显著下降。第一年水稻季翻耕胶体磷占比(3.46%)显著高于免耕(2.54%)占比。第一年结束后CHF处理(1.03%)的占比显著高于其他处理(无显著差异,0.66%～0.79%)。与第一年不同第二年水稻季,免耕处理(1.31%)的占比显著高于翻耕处理(0.78%)。第二年结束后,NHF(1.68%)处理显著高于其他处理(0.76%～1.20%)。两年结束后(0.62%～1.16%),粘壤土中胶体磷占总磷的比例与实验初期(1.79%)相比显著下降(p0.05),但下降的幅度(0.9%)小于壤质土(1.5%)。除第一年水稻季,CHF处理的胶体磷占比为各处理间最大值。两种供试土壤胶体磷的XANES结果表明在一周年结束后,铁氧化物结合态磷在稻田土壤胶体磷中相对含量显著升高,且其含量(45.8%～61.8%)为各磷形态间的最大值。在第二年水稻季末和冬季末,铁氧化物结合态磷无显著性变化,表明稻田土壤中胶体磷形态主要为铁氧化物结合态磷。(4)PAM对土壤胶体磷释放的阻控研究表明,PAM可以有效地抑制土壤胶体和水分散性胶体磷的流失潜能。对照组中供试土壤胶体磷的流失潜能为6.9 mg kg-1～46.1mgkg-1,其中砂壤土的流失潜能最大。向土壤中添加12.5kgha-1(低)、25 kg ha-1(中)、50 kg ha-1(高)三种水平的PAM后,土壤胶体总磷的流失潜能分别平均降低了 47.0%,67.9%和79.3%。但是,PAM的施加可能会促进土壤中胶体态MRP、真溶态TP、真溶态MRP、真溶态MUP的释放。土壤中砂粒含量是预测WDC和胶体磷的重要因素。在已知PAM施加量和砂粒含量的情况下,多元回归方程较好的预测了 WDC和胶体磷(R~2=0.542,p0.001)的流失潜能。
【图文】：

２．２．１试验点概况逡逑试验点１位于杭州余杭区径山缜前溪村（３０°２１＇５０”Ｎ，邋１１９°５３＇１７”Ｅ），地理位逡逑置如图２－１所示。年平均气温为１５．３邋°Ｃ？１６．２邋°Ｃ，年均降雨量为１１５０邋ｍｍ？１５５０逡逑ｍｍ。试验点稻田土壤类型为黄斑田，母质发育于湖相沉积。试验点土地种植模逡逑式为水稻－休耕，水稻品种为秀水－１３４，水稻季是从６月至１１月，休耕是从当年逡逑１１月至翌年５月。实验前稻田耕作层（０？２０邋ｃｍ）的土壤基本理化性质见表２－逡逑１0逡逑试验点２位于杭州市余杭区良渚镇（Ｅ１２０°３＇１３．２２”，Ｎ３０°２３＇４７．１８＂），，地理逡逑位置如图２－１所示。良渚镇属于北亚热带南缘季风气候区，年平均气温１５．３°Ｃ？逡逑１６．２°Ｃ，年平均降雨量为１３５０ｍｍ。试验点稻田土壤类型为青紫泥田，属于潴育逡逑型水稻土亚类。水稻季是从６月至１１月，豌豆季／小麦季／休耕是从当年丨１月至逡逑翌年５月。试验前稻田耕作层（０？２０邋ｃｍ）的土壤基本理化性质见表２－１。逡逑ｓ

２．３．１保护性耕作及多样化轮作下稻田土壤总磷含量的变化特征逡逑与实验初期相比（９５４ｍｇｋｇ－１），两年结束后粘壤土中总磷含量均显著升高，逡逑且秸秆还田有助于土壤磷的增加（图２－２（ａ）（ｂ））。翻耕／还田／冬闲（３．１％）、免耕逡逑／不还田／冬闲（３．２％）、免耕／还田／冬闲（４．１％）、翻耕／还田／豌豆（３．０％）、免耕／逡逑还田／豌豆（３．４％）处理后的土壤总磷均增加３．０％以上，其他处理增加２．０％￣２．６％；逡逑两年结束后免耕／还田／冬闲（ｇｐＺｍｇｋｇ－１）和免耕／还田／豌豆ＯＳＧｍｇｋｇ－１）处理逡逑后的土壤总磷含量最高，最低为翻耕／不还田／冬闲ＯＴａｍｇｋｇ－１）和翻耕／不还田逡逑／小麦（９７５ｍｇｋｇ－１）处理后的土壤。免耕处理下的土壤总磷含量比翻耕处理高，逡逑但差异并不显著。相邻季节间，总磷含量均为升高或无显著变化（没有出现降低），逡逑且在水稻季（两年水稻季分别平均为９ｍｇｋｇ－１和ｌｌｍｇｋｇ－１）的增长幅度显著大逡逑于冬闲轮作季（５ｍｇｋｇ－１和々ｍｇｋｇ－１）的增长。两年结束后，轮作条件下的最大逡逑总磷含量与最小总磷含量的差值ＵＯｍｇｋｇ－１）要小于冬闲条件下的差值（１１邋ｍｇ逡逑ｋｇ－１），说明轮作会影响土壤在保护性耕作下的总磷变化。逡逑总磷含量的升高可能是因为连续两年肥料的施加导致。长期过量施肥容易导逡逑致磷素在土壤中累积，增加土壤磷素流失的风险［１２３，１２４］。因为在水稻季的施肥量逡逑比冬闲和轮作季的施肥量要大
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S153

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本文编号：2670018