添加外源碳影响土壤磷的有效性作用研究

发布时间：2020-06-16 23:37

【摘要】：磷素是生命所必须的宏量营养元素之一,也是农业生产中作物产量的限制因素之一。但由于磷在土壤中移动性差,容易发生吸附、沉淀反应,其在土壤中的分布极不均匀,在农业系统中利用率低。如何挖掘土壤本身对作物磷营养的贡献潜能,在全球磷矿资源日益紧缺、环境和粮食压力骤增的背景下,成为价值显而易见的探索研究方向。土壤微生物作为生态循环中分解者的角色推动着物质的循环,而碳又作为生命体最基本的元素,因此本研究以碳作为切入点,通过调节碳磷以影响土壤微生物活动,加速土壤中不同形态磷素间的相互转化,以期提高土壤磷素有效性。本研究利用低磷和高磷紫色土以及高磷潮土为供试土壤,设置了添加葡萄糖的单纯培养试验以对比了不同土壤类型及磷水平下添加葡萄糖对土壤微生物量及有效性磷的影响,并在此基础上选择了玉米和油菜作物供试植物进行盆栽试验探究了添加葡萄糖和启动磷肥对植物磷营养的影响和土壤—植物体系下土壤微生物量和有效性磷库的变化;又进行了盆栽试验研究了不同绿肥根际沉积碳对土壤磷素有效性和玉米生长的影响。主要研究结果如下:(1)在模拟培养下,添加葡萄糖提高了土壤微生物活性,土壤累积释放CO_2量明显增加,磷酸酶活性增加,微生物量磷含量增加。对低磷紫色土而言含量极低但高活性的CaCl_2-P无显著变化,但添加葡萄糖降低了低磷紫色土Olsen-P、Enzyme-P和HCl-P含量,增加了有机磷和Citrate-P;添加葡萄糖对高磷紫色土Olsen-P含量没有显著影响,添加葡萄糖降低了土壤CaCl_2-P、Citrate-P、HCl-P和有机磷含量,增加了Enzyme-P含量;添加葡萄降低了高磷潮土Olsen-P、Enzyme-P,而CaCl_2-P、Citrate-P、HCl-P有所增加,有机磷含量大幅提高。(2)添加葡萄糖在低磷和高磷土壤中对植物生长的影响不同。在低磷紫色土中,启动磷肥能够对玉米和油菜生长的影响更大,施用启动磷肥油菜和玉米的生物量及地上部吸磷量更高。高磷紫色土中添加葡萄糖或施用启动磷肥均能促进玉米或油菜对磷的吸收。低磷紫色土土壤微生物同时受到碳和磷的限制,添加葡萄糖或施用启动磷肥处理土壤微生物量磷含量较高。高磷紫色土土壤微生物收到碳的限制,添加葡萄糖处理土壤微生物量磷含量较高。低磷紫色土中添加葡萄糖或施用启动磷肥显著提高了土壤磷酸酶活性和Enzyme-P含量,Citrate-P、HCl-P含量也有增加的趋势。高磷紫色土在种植油菜和玉米后种植油菜和玉米后土壤中CaCl_2-P有减少的趋势,Citrate-P在油菜生长土壤中显著增加,在玉米生长土壤中也有大幅增加,添加葡萄糖有提高种植油菜和玉米土壤中Enzyme-P和HCl-P含量的趋势。(3)不同绿肥-玉米轮作下前茬绿肥根际沉积碳对玉米的生长的影响时显著的,不论是否施磷,绿肥根根系沉积碳均提高了后茬玉米的地上部生物量和吸磷量。在4中绿肥中,对玉米生长的促进作用从大至小依次为黑麦草、蚕豆、小麦和毛叶苕子。4种绿肥对Enzyme-P的影响很小。不施磷时绿肥根系碳沉积主要减小了土壤Olsen-P、有机磷和Citrate-P含量;施磷时绿肥根系碳沉积则主要减少了Olsen-P、有机磷、微生物量磷含量,除小麦外还主要减少了Citrate-P和HCl-P。总之,不同绿肥根系碳输入或添加葡萄糖能够促进玉米或油菜的生长,启动磷肥对低磷土壤又更重要的作用。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S154.3
【图文】：

化肥使用,世界人口,总量

磷是地球生命所需的宏量元素之一，参与构成了生命遗传物质和生命活动种的能量代谢。生态系统中土壤中的无机磷借由植物根系及土壤微生物的作用，同化为有机磷后进入整个食物链，随后生命体的死亡与降解释放出的无机磷和有机磷再次进入土壤，继续如此往复循环。人类文明的基石——农业——离不开肥料，尤其是化肥。世界粮农组织(FAO)的统计数据显示(图 1-1)，2002 年~2016 年世界总人口以相对稳定的速率从约 63 亿增长至约 75 亿，12 亿人口增长的背后是农业生产中增长约 5400 万吨化学肥料的投入。化学磷肥的生产多来源于磷矿石，而磷矿石是一种不可再生资源，我国高品位磷矿资源占比仅为 6.18%[12]。预计世界磷资源可使用约三百年[11]。一方面是磷肥资源有限，另一方面是粮食作物磷肥利用率低，张福锁指出水稻、小麦和玉米 3 种主要粮食作物磷肥利用率在 7.3%~20.1%，而氮肥的利用率则分别在 10.8%~40.5%，钾肥的利用率在 21.2%~35.9%[1]。造成磷肥利用率低的原因主要是土壤中磷发生物理化学反应被固定和因随着土壤溶液或土壤颗粒而流失，而磷在土壤中的这两个过程不可避免。因此目前提高磷效率的手段主要是改善种植施肥管理制度[88,89,90]、具有磷高效基因品种的筛选[86，87]以及改善土壤基础理化性质[91]。

土壤无机磷,无机磷,磷酸钙盐,石灰性土壤

的生物有效性最差。研究中对无机磷的分级始于 20 世纪 30 年代。1957 年，根据正磷酸盐结合的阳离子的不同，张守敬和 Jackson[20]将土壤中无机磷分成 4 种形态，即在高度风化的酸性土壤中为主的磷酸铁盐(Fe-P)、磷酸铝盐(Al-P)，在石灰性土壤中为主的磷酸钙盐(Ca-P)，以及被氧化铁膜包裹的闭蓄态磷酸盐(O-P)。之后的1989 年，蒋博藩和顾益初[21]对张守敬和 Jackson 的方法进行了改进，提出了一种适宜中性及石灰性土壤的无机磷分级方法，即将磷酸钙盐又分成了 3 种——磷酸二钙型(Ca2-P)、磷酸八钙型(Ca8-P)和磷灰石型(Ca10-P)，从而更好地反应了土壤无机磷状况。山东潮土 Ca8-P 和 Ca10-P 约占无机磷总量的 72%，Ca2-P 不到 2%，Al-P 、Fe-P 约占 11%，O-P 约占 15%[50]有研究显示冻融条件下东北黑土中 O-P 占土壤无机磷绝大多数，为 41.9%~56.0%，其次是 Fe-P 占 24.2%~38.8%，再其次是 Al-P 占 11.5%~15.1%，最后是 Ca-P 占 4.8%~8.0%[55]。基于长期定位试验的土壤分析结果显示，紫色土中 Ca10-P 占土壤无机磷总量最高，为 40.48%~64.91%，O-P 占22.58%~27.59%，Fe-P 占 2.20%~17.69%，Al-P 占 4.11%~10.97%，Ca8-P 占3.97%~5.25%，Ca2-P 占 0.76%~3.49%[92]。

【参考文献】