不同灌溉方式设施土壤磷素流失特征及其机理的研究

发布时间：2020-08-07 13:53

【摘要】：土壤磷流失是造成农业非点源污染的主要原因之一。长期过量施肥使设施土壤磷素累积现象严重,富集在设施土壤中的磷素受到灌溉、降雨的淋洗,不仅造成养分损失,还易于引起水环境污染。本文对以沟灌、滴灌和渗灌三种灌溉方式为试验处理的连续13年用同一方案进行番茄栽培灌溉试验的设施土壤为研究对象,测定不同灌溉处理土壤不同磷素形态的剖面分布,求出土壤磷素淋失临界值及其它磷素固定、释放指标对供试设施土壤磷素流失风险进行评价,在明确土壤理化性质与磷素形态之间关系的基础上分析灌溉方式对土壤磷含量、形态及吸附和释放磷素的影响,探讨不同灌溉方式影响设施土壤磷素流失机理,提出了合理灌溉等水肥管理策略。沟灌和滴灌方式同当地设施蔬菜栽培,渗灌用发汗式渗灌管灌水、渗灌管埋深30 cm;沟灌、滴灌和渗灌处理的灌水计划湿润层均为30 cm,灌水控制上限和下限亦相同、均为土壤水吸力6kPa、40kPa,湿润比不同、分别为1.0、0.5和0.5。每年的试验方案、试验方法相同。土壤样品采集深度为0-60 cm。主要研究结果如下。1.沟灌、滴灌和渗灌三种处理设施土壤不同形态磷素含量及其剖面分布明显不同。(1)三种灌溉处理土壤全磷含量均呈随土层深度的增加而逐渐降低的趋势变化。在0-30 cm土层土壤全磷含量的排列顺序为沟灌滴灌渗灌,而30-60 cm土层则表现为滴灌沟灌渗灌处理。(2)按修正的Hedley分级体系测得的水提取态磷(H_2O-P)、NaHCO_3提取态磷(NaHCO_3-P)、NaOH提取态磷(NaOH-P)、HCl提取态磷(HCl-P)和残渣态磷(Residual-P)在土壤剖面上也均呈自上而下递减的趋势变化。沟灌和滴灌处理0-20 cm表层土壤磷素以NaOH-P为主,30-60 cm土层土壤以HCl-P含量最高;渗灌处理0-60 cm整个土层均以HCl-P含量为最高。2.不同灌溉处理设施土壤不同形态磷素含量剖面分布与土壤pH、有机质关系密切。(1)三种灌溉处理土壤pH值均呈表层低、随着土层深度加深而升高的趋势变化,土壤有机质、有效磷、活性铁和活性铝含量则随土层深度增加而下降。沟灌处理土壤pH分别与有机质、活性铁和活性铝含量呈极显著负相关关系;土壤有机质、活性铁和活性铝含量两两之间呈极显著正相关关系(p(27)0.01)。滴灌和渗灌处理土壤pH与土壤有机质含量之间呈极显著负相关关系,活性铁与活性铝之间的正相关关系也达到1%显著水平(p(27)0.01)。(2)土壤pH、有机质与不同形态磷素含量关系密切但密切程度因灌溉处理而不同。三种灌溉处理土壤NaOH-P的相对含量(NaOH-P含量占全磷含量的比例)与pH呈负相关、与有机质和有效磷含量呈极显著正相关(p(27)0.01),土壤HCl-P的相对含量与pH呈极显著正相关、与有机质呈极显著负相关关系(p(27)0.01);滴灌和渗灌处理土壤活性磷(H_2O-P和NaHCO_3-P之和)含量与pH、有机质含量之间显著负相关(p(27)0.05),而沟灌处理这一相关关系不显著(p(29)0.05)。3.不同灌溉处理设施土壤磷素的吸附解吸、释放特征差异明显.(1)三种灌溉处理土壤磷的等温吸附曲线均可用Langmuir方程很好地表达,相同深度土层由Langmuir方程求得的土壤磷的最大吸附量、吸附常数渗灌处理大于滴灌、滴灌大于沟灌;不同深度土层则呈随土层加深而依次减小且上下土层间差异极显著。而土壤磷素的解吸量、解吸率随磷的吸附量增加而增加,相同磷吸附量条件下随土层深度增加而递减;相同深度土层不同灌溉处理土壤磷的解吸量和解吸率大小顺序为沟灌滴灌渗灌。(2)同一深度土层土壤全磷、水溶性磷和颗粒态磷的累积淋出量均随淋洗时间的延长、淋洗次数的增加而增加,相同条件下磷素累积淋出量大小为沟灌滴灌渗灌,而淋出的磷素以水溶态(流失形态分类)为主,其占淋出全磷总量的65~83%。4.沟灌处理土壤磷流失风险高于滴灌、滴灌又高于渗灌处理土壤。(1)用土壤磷素淋失临界值对各处理土壤淋失风险进行评价,沟灌、滴灌和渗灌处理0-20 cm土层土壤淋失临界值分别为59.4 mg kg~(-1)、68.6 mg kg~(-1)和65.3 mg kg~(-1),20-40 cm土层则分别为62.63mg kg~(-1)、67.27mg kg~(-1)、69.80mg kg~(-1);按此淋失临界值对土壤磷素流失风险进行估计,三种灌溉处理不同深度土层磷素均具有流失风险但各深度土层沟灌处理土壤的风险要高于滴灌、高于渗灌。用土壤磷释放风险评估指数对三种灌溉处理0-60 cm土层土壤流失风险进行评估,该风险评估指数变化范围为3.2-7.6%,相同深度土层磷释放流失风险亦为沟灌滴灌渗灌,与湖泊沉积物分级标准比较引发地下水体富营养化风险轻微。(2)影响不同灌溉处理土壤磷素淋失临界值和磷释放风险评估指数的主要土壤理化性质是pH和有机质含量。由于不同灌溉方式灌水次数、单次灌水量、总灌水量以及灌水时湿润土壤形式的不同,使不同深度土层土壤有机质、pH值明显不同,进而影响磷素的存赋形态以及土壤磷吸附饱和度,结果使磷的释放与流失风险不同。综上所述,在设施栽培生产过程中,应尽量避免使用沟灌灌水方法、优先选择使用滴灌和渗灌灌溉方法,还应通过选择合理的灌水技术参数、改善施肥技术以加强水肥管理,在保证作物生产高效、优质的基础上减少磷素流失、降低环境风险。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S274;X52
【图文】：

土壤pH,磷素,土壤,相关关系

沈阳农业大学博士学位论文影响土壤磷素形态。为此，三种灌溉处理不同深度土层土壤的物理化学性质必然与其各种形态磷含量存在着的相关关系；把握这种关系有利于探讨磷素形态变化机理。为了更加直观的比较不同灌溉方式土壤磷素各形态在土体内的分布和迁移特征，本研究将三种处理土壤各形态磷素占全磷含量的比例与土壤理化性质做相关分析，所得结果如下。4.5.1 土壤pH对设施土壤磷形态比例分布的影响土壤 pH 对磷素形态的影响较复杂，其通过影响土壤溶液中的离子种类和强度、微生物和酶的活性，进而影响磷素在土壤中的存在形态。三种灌溉处理土壤 pH 与磷素各形态比例的相关关系图如图 4-3所示。

土壤有机质,活性磷,渗灌,沟灌

67图 4-4 三种灌溉方式土壤有机质与磷形态比例的关系Fig.4-4 Relationship between soil organic matter and proportion of P forms under three irrigation patterns4.5.2.1 土壤有机质与活性磷的关系三种灌溉处理土壤有机质与土壤活性磷比例的相关关系如图 4-4 所示。沟灌、滴灌和渗灌三种处理土壤活性磷占全磷的百分比随有机质含量的增加而增加，两者之间的关系可用以下关系式表达：yFI= 0.005 OM + 23.142 （4-13）ySUR= 0.132 OM + 20.806 （4-14）

土壤磷形态,活性铁

第四章不同灌溉方式对设施土壤磷素形态及其剖面分布的影响图 4-5 为三种灌溉处理土壤活性铁与不同磷素形态占全磷含量比例之间的相关关系示意图。对各相关方程进行显著性检验，结果表明沟灌、滴灌和渗灌三种处理土壤活性铁与土壤活性磷、NaOH-P、HCl-P和 Residual-P的比例之间均没有显著关系存在。这一结果与以往的研究并不一致，很多研究结果指出活性铁为中性土壤中活性较高的氧化物（陈家坊，1983），因此通过吸附或络合等过程影响土壤磷素的形态分布，

【参考文献】