黄土区小流域土壤磷素积累对磷吸附特征的影响

论文摘要

磷肥的长期投入是导致土壤磷素积累的重要因素,而土壤磷素积累与磷素流失、水体富营养化密切相关。1980以来,黄土区随着土地承包责任制和小流域综合治理的进行,氮磷肥施用得到迅速提高和普及,部分土壤磷素含量逐年提高。了解该地区1980年以来磷肥投入、土壤磷素积累的时空变化特征是未来调控磷肥施用和保障生态环境安全的基础。本文以高原沟壑区典型小流域（王东沟流域）为研究对象,分析了流域磷素的空间积累分布特征;并分析了不同磷素积累条件下,土壤对磷素最大吸附量,吸附饱和度等吸附演变的影响,并利用流域内的长期定位试验定量探讨了磷素积累对土壤磷素吸附特征的影响。其主要结论如下:小流域内土壤速效磷（Olsen-P）与土壤全磷的关系在不同地貌单元上存在差异,塬面、坡地不同地形和土地利用方式是影响流域土壤磷素含量变化的重要影响因素。不同地形下土壤耕层全磷平均值沟道含量最低0.58 g·kg-1,塬面含量最高0.79 g·kg-1,塬面>梁坡地>沟道,塬面全磷平均含量比梁坡地、沟道分别提高了14.5%、36.2%;Olsen-P含量分布规律与全磷相似,塬面Olsen-P含量(26.87 mg·kg-1)则约为梁坡地(15.13 mg·kg-1)和沟道Olsen-P含量(5.65 mg·kg-1)的1.8倍、4.8倍;整个流域全磷含量范围0.47～1.46 g·kg-1,平均0.70 g·kg-1,速效磷含量的范围0.56～121.98 mg·kg-1,平均17.11 mg·kg-1。部分土壤的全磷含量超过1000mg·kg-1和Olsen-P超过100 mg·kg-1。不同土地利用方式下土壤磷素含量大小顺序为:果园>农田>人工苜蓿>天然林地>荒草地,果园土壤所含全磷和Olsen-P平均值最高,分别达到0.79 g·kg-1和28.73 mg·kg-1,荒草地土壤全磷和Olsen-P含量最低,为0.56 g·kg-1和3.14 mg·kg-1;且果园土壤全磷含量小于0.75g·kg-1样本百分数（73.1%～20.8%）和Olsen-P含量小于15mg·kg-1样本百分数（30.8%～16.7%）随果园利用年限增加而显著减少。与农田或者荒草地相比,苹果园耕层土壤有机碳和全氮没有提高甚至降低;与此相反,苹果园耕层土壤磷素高于农田和荒草地,并且随着苹果园年限增加,土壤中磷素含量呈不断增加的趋势。0～80cm中有机碳、全氮、磷素含量随土层加深而降低,80cm以下荒草地和不同年限苹果园土壤有机碳氮和磷素含量差异不大;随着施肥年限的增加,土壤深层剖面的积累了大量硝态氮。土壤磷素含量随苹果园种植年限延长而增加,显现出磷素在苹果园土壤中积累的特征。土壤全磷和Olsen-P含量与吸附饱和度DPS相关系数（R2）分别达到了0.6596、0.8715,土壤磷素含量大小已经成为影响土壤吸附磷的主要因素。当塬面、坡地两种农田土壤随着Olsen-P含量由14.57 mg·kg-1升高到91.79 mg·kg-1约6.3倍时,土壤对磷素最大吸附量（Xm）则自909.1 mg·kg-1降低到400.0 mg·kg-1,降低了约54.6%; DPS值则由1.6%增加至15.6%,升高了约875%;当土壤全磷含量由0.65 g·kg-1升高到1.32 g·kg-1约2倍时, Xm自909.1 mg·kg-1下降至434.8 mg·kg-1,降低了约109%,DPS值则由1.6%增加至20.8%,升高了约1200%。长期试验土壤磷等温吸附曲线符合langmuir方程,长期施肥提高土壤磷素含量同时影响土壤磷素吸附特征变化,试验中各处理土样全磷含量增加14.3%～92.9%,Olsen-P含量增加8～18倍,Xm则自909 mg·kg-1降低到500mg·kg-1,降低了45.0%;DPS值由1.0%增加至8.3%,升高了约8.3倍;显示出长期施用磷肥致使土壤中磷素大量积累,增加了的土壤中磷素被淋溶或以溶解态随径流流失的风险和数量,提高了潜在的环境污染风险。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 土壤磷素积累现状
• 1.3 土壤磷素积累对吸附与淋失的影响
• 1.3.1 土壤中磷肥施入量的增加
• 1.3.2 土壤类型的不同
• 1.4 土壤磷淋失的评价指标
• 1.4.1 磷吸附饱和度的概念
• 1.4.2 磷吸附饱和度的应用
• 1.5 土壤侵蚀对磷素淋失的影响
• 1.6 目前存在的问题
• 参考文献
• 第二章 材料与方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 地形概况
• 2.1.2 气候水文条件
• 2.1.3 土壤特征
• 2.1.4 土地利用及植被状况
• 2.1.5 流域治理概况
• 2.2 土壤样品采集与制备
• 2.2.1 流域内表层土壤样品采集与制备
• 2.2.2 不同年限农田果园土壤耕层土样采集
• 2.2.3 流域典型剖面土壤样品的采集与制备
• 2.2.5 沟道泥沙样品采集
• 2.2.6 长期肥料试验土壤样品采集
• 2.2.7 流域内果树样品的采集
• 2.3 分析项目与方法
• 2.3.1 土壤全磷、速效磷分析测定
• 2.3.2 磷吸附特性测定
• 2.3.3 植被磷素含量分析
• 2.3.4 其他含量性状测定
• 2.4 试验数据处理与统计分析
• 第三章 黄土高原沟壑区小流域磷素积累特征
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 流域概况
• 3.1.2 试验样地情况
• 3.1.3 分析统计方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 流域内土壤磷素的分布特征及其与地貌单元的响应
• 3.2.2 流域土壤磷素含量与土地利用方式的响应
• 3.2.3 小流域沟道内泥沙中磷含量变化特征
• 3.3 讨论
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 黄土高原沟壑区不同年限果园土壤碳氮磷变化特征
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 研究地点
• 4.1.2 采样与分析方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 苹果园土壤耕层有机碳、氮、磷的含量变化
• 4.2.2 苹果园土壤剖面碳、氮、磷含量变化
• 4.3 讨论
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 流域内不同利用条件下土壤P 吸附特征的演变
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 供试材料土壤
• 5.1.2 测定项目及方法
• 5.1.3 磷吸附参数的计算及分析方法
• 5.1.4 数据处理
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 供试土壤磷素的基本性质
• 5.2.2 磷素积累条件下土壤磷素吸附特征的变化
• 5.2.3 土壤吸附特征值
• 5.2.3 磷素积累对土壤磷素最大吸附量和吸附饱和度的影响
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 长期不同施磷水平对土壤磷素饱和吸附度的影响
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 实验地概况
• 6.1.2 试验设计
• 6.1.3 土样采集与分析
• 6.1.4 磷吸附参数的计算及分析方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 长期施肥对土壤磷积累的影响
• 6.2.2 长期施肥对土壤磷素吸附特征的变化影响
• 6.2.3 土壤吸附特征值
• 6.2.4 长期施肥对土壤磷素最大吸附量和吸附饱和度的影响
• 6.4 小结
• 参考文献
• 第七章 结果与讨论
• 7.1 黄土高原沟壑区小流域磷素积累特征
• 7.2 不同年限果园土壤磷变化特征
• 7.3 流域果园农田土壤P 吸附特征的演变
• 7.4 24 年施磷条件下土壤磷素吸附变化特征
• 7.5 本研究的不足和亟待解决的问题（展望）
• 致谢
• 作者简介
• 读研期间发表论文