论文部分内容阅读
磷素是水体富营养化的关键控制因素,农田土壤中磷素的流失已成为水体中磷素输入的主要来源。本论文依托国家自然科学基金项目“内蒙古农业灌区磷负荷输移机理研究”,以河套灌区试验条件较好的解放闸灌域为研究区域,选取每年灌水量最大的夏灌和秋浇两个灌季,研究农田尺度土壤中磷素分布特征和各试验地块土壤吸附特性。以实验室测定试验样品中磷素含量为基础,借助SPSS、Origin软件对实验数据进行统计分析和拟合,分析试验地块土壤中磷素的纵向分布特征和对磷素的吸附特性以及磷素发生流失的临界值。主要研究结论如下:
(1)灌区土壤中磷素的分布表现出三个特点:a.土壤中总磷含量高,磷的累积量大；b.有效磷占总磷的比例偏低,磷肥的利用率低；c.各作物地块土壤中磷素的纵向分布差异显著,总体上表现出从表层向深层磷素含量先减少后增加的趋势。地块间磷素含量的分布没有显著差异。
(2)夏灌前后土壤中磷素的含量变化不显著,表现为有效磷的含量表层大于深层,基本呈现先减少再增加的趋势,在>20～40cm层达到最低值；总磷含量变化不显著,呈现从地表至深层,总磷含量先减少后趋于稳定的趋势；秋浇前后,各地块土壤中有效磷含量的变化较为明显,尤其是0～20cm层土壤中的有效磷向>20～40cm层土壤中的纵向迁移非常明显,除小麦地0～20cm层总磷含量降水前后变化较大外,其余地块总磷含量变化较为平稳。
(3)灌水引起的土壤含水率的变化是土壤中磷素含量变化的主要因素。土层的深度和土壤中磷元素的含量在0.05显著水平下均表现出差异,说明磷素的纵向分布差异显著,作物类型和耕作方式对磷素的含量分布没有显著影响。由空白对照地块中磷素的含量分布可知,农业耕作对0～40cm层土壤的扰动最大。
(4)对试验地块各层土壤进行室内吸附模拟试验,结果显示各地块土壤对磷的吸附量随吸附液浓度的升高而增加,且都存在吸附量随平衡浓度快速增加、增加放缓和吸附量趋于稳定三个阶段。吸附特性符合Langmuir方程和Freundlich方程,其中小麦地>60～80cm层、玉米地>60～80cm层、向日葵地>20～40cm层以及套种地的0～40cm层和>80～100cm层土壤的吸附曲线Langmuir方程拟合的效果优于Freundlich方程,而向日葵地0～20cm层和>40～60cm层土壤的吸附曲线Freundlich方程拟合的效果较好。各地块土壤理论最大吸附量在0.2～0.926mg/g范围内,其中表层的最大吸附量略高于深层,小麦地和向日葵地的潜在吸附能力高于其他地块。
(5)由于土壤可吸附的磷存在最大值,伴随磷的积累,磷的流失风险增加。灌区土壤中有效磷含量占总磷含量的比例一般在1.3％～5％范围内,说明土壤对磷的累积量较大,而可被作物吸收利用的有效磷含量较低,磷肥的利用率不高。依据吸附试验中的数据计算出灌区各地块土壤EPC0值在0.01～2.58mg/L范围内,并且依据“双斜率转折点”方法,得出土壤中有效磷含量超过11.857mg/kg,DPS高于3.875％,AP/TP大于1.701％时,土壤中磷的流失风险增加。并且不同深度土壤,表层磷素流失风险大于深层；不同地块间,磷素流失风险依次为玉米>小麦>套种>向日葵。