本文關(guān)鍵詞： 三峽庫(kù)區(qū) 紫色土 無(wú)機(jī)磷 旱坡地和水田 徑流和淋溶 減磷配施有機(jī)肥　出處：《西南大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：人口數(shù)量大,資源短缺和環(huán)境惡化是制約中國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平提高的三大障礙。當(dāng)前,全世界范圍內(nèi)正面臨著糧食增產(chǎn)與維護(hù)和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的挑戰(zhàn),治理農(nóng)業(yè)面源污染是其中的重要內(nèi)容。黨的“十八大”將生態(tài)文明建設(shè)與經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)、文化建設(shè)擺在了同等重要位置,對(duì)治理農(nóng)業(yè)面源污染高度重視,要求打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)。磷素是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最為重要的養(yǎng)分限制性因子,然而,由于其過(guò)量施用已經(jīng)引起了嚴(yán)重的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題,大量研究已經(jīng)表明,磷素是引發(fā)農(nóng)業(yè)面源污染的主要元素之一,而且是關(guān)鍵性元素。所以建立兼顧作物高產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的土壤磷素推薦施肥體系及耕作措施對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水環(huán)境保護(hù)具有重要意義。土壤磷對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的作用機(jī)制是在土壤-水-大氣-生物界面之間交換性遷移中形成的,土壤磷素農(nóng)業(yè)面源污染具有明顯的系統(tǒng)特征和地域特征。紫色土主要分布在長(zhǎng)江中上游,占三峽庫(kù)區(qū)耕地面積的78.7%,隨著土地利用強(qiáng)度加大,水土流失日益嚴(yán)重,造成了土壤養(yǎng)分的流失和水體富營(yíng)養(yǎng)化污染,加劇了生態(tài)環(huán)境惡化。因此,研究特定區(qū)域尺度內(nèi)的土壤磷素流失強(qiáng)度、通量以及時(shí)空變異規(guī)律,配置科學(xué)技術(shù),調(diào)整適地磷肥管理,發(fā)展有機(jī)生態(tài)農(nóng)業(yè),強(qiáng)化典型農(nóng)作系統(tǒng)的磷素循環(huán),探明磷素原位截留和生態(tài)攔截凈化機(jī)理,達(dá)到進(jìn)一步消減農(nóng)田土壤磷素養(yǎng)分的輸出之目的。綜合減排是土壤磷農(nóng)業(yè)面源污染機(jī)理與調(diào)控技術(shù)研究發(fā)展的新趨勢(shì),主要在土壤微生態(tài)方面弄清磷流失污染的過(guò)程,優(yōu)化化學(xué)磷肥以及有機(jī)肥施用量和配施比例,綜合降低磷污染物在土壤、水體等多界面上的發(fā)生量。本研究結(jié)合我國(guó)目前“一控兩減三基本”的農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境對(duì)策,通過(guò)源頭控制,中間阻控和末端消納的技術(shù)手段,注重化肥減量?jī)?yōu)化以及有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合施用,弄清了化肥和有機(jī)肥施用條件下紫色土農(nóng)田土壤磷素流失源強(qiáng)及其徑流和淋溶遷移特征,為全面認(rèn)識(shí)三峽庫(kù)區(qū)紫色土農(nóng)田磷素流失和有效評(píng)價(jià)磷流失對(duì)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。本文以我國(guó)三峽庫(kù)區(qū)主要農(nóng)田土壤紫色土為材料,采用田間長(zhǎng)期定位試驗(yàn)與野外原位定點(diǎn)監(jiān)測(cè)并結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析的方法,通過(guò)22年水旱輪作長(zhǎng)期定位試驗(yàn)從時(shí)間和空間尺度上研究了長(zhǎng)期定位施肥和長(zhǎng)期保護(hù)性耕作制度下紫色土無(wú)機(jī)磷變化特征,運(yùn)用化學(xué)測(cè)試和系統(tǒng)的土-水-植并析的生態(tài)學(xué)觀點(diǎn),研究了紫色土旱坡地土壤無(wú)機(jī)磷遷移特征及主控因素以及稻-油水旱輪作紫色土無(wú)機(jī)磷素動(dòng)態(tài)變化及其遷移特征,最后建立土-水-植耦合的紫色土農(nóng)田磷素遷移流失模型,為預(yù)測(cè)三峽庫(kù)區(qū)紫色土農(nóng)田土壤磷素流失量,制定合理的施肥和耕作措施提供了較為可靠的科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。獲得的主要研究結(jié)論如下:1.應(yīng)用蔣柏藩-顧益初無(wú)機(jī)磷分級(jí)體系對(duì)22年長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)紫色土0~100cm土層各形態(tài)無(wú)機(jī)磷進(jìn)行分級(jí)測(cè)定,研究了各形態(tài)無(wú)機(jī)磷在土壤剖面的分布及變化規(guī)律。結(jié)果表明,長(zhǎng)期施用化學(xué)磷肥以及有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的土壤全磷、有效磷和各形態(tài)無(wú)機(jī)磷均較試驗(yàn)前有不同程度的增加,且以豬糞+npk(m+npk)處理土壤增加最多,其中有效磷含量增加了6倍;不施肥(ck)和單施氮肥(n)的處理土壤有效磷、全磷和各形態(tài)無(wú)機(jī)磷出現(xiàn)了下降,其中有效磷含量分別降低了51.1%和53.5%。除了fe-p和ca10-p含量下層高于上層外其余各形態(tài)無(wú)機(jī)磷都表現(xiàn)為耕層高于下層的特征。各處理ca2-p、al-p、ca8-p、o-p等無(wú)機(jī)磷的剖面分布較為相似,均呈20~60cm下降比較迅速,80~100cm變化不大或者稍微上升的趨勢(shì),而fe-p則表現(xiàn)為隨土層深度增加呈上升趨勢(shì)。相關(guān)分析表明各組分無(wú)機(jī)磷對(duì)紫色土有效磷的貢獻(xiàn)為ca2-p(0.9569)al-p(0.9265)ca8-p(0.9100)fe-p(0.8277)ca10-p(0.7449)o-p(0.7362)。長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以顯著增加磷素在土壤中的累積,并能減少土壤對(duì)磷素的固定,增強(qiáng)其在土壤中的移動(dòng),促進(jìn)土壤磷素向有效態(tài)轉(zhuǎn)化。2.以1990年建立的耕作制定位試驗(yàn)田紫色土為研究對(duì)象,分析了常規(guī)中稻-冬水田平作(cf)、中稻-冬水田壟作免耕1(rnt1)、中稻-小麥或油菜壟作免耕2(rnt2)和中稻-小麥或油菜水旱輪作(cr)等耕作方式對(duì)紫色土剖面不同形態(tài)無(wú)機(jī)磷分布演變特征的影響。結(jié)果表明:與試驗(yàn)前土壤相比,長(zhǎng)期不同耕作處理的土壤上下層全磷、有效磷和各形態(tài)無(wú)機(jī)磷均有不同程度的增加,各處理土壤中不同形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量大小順序?yàn)閞nt2cfcrrnt1。除了fe-p含量下層土壤高于上部耕層外,ca2-p、ca8-p、al-p、ca10-p、o-p都表現(xiàn)為耕層高于下層的特征。不同耕作措施對(duì)紫色土剖面各形態(tài)無(wú)機(jī)磷含量影響顯著,對(duì)各形態(tài)無(wú)機(jī)磷有效性影響效果為crrntcf。長(zhǎng)期水旱輪作更有利于作物對(duì)磷的吸收。從各形態(tài)無(wú)機(jī)磷在不同剖面紫色土總無(wú)機(jī)磷中所占比重來(lái)看,ca10-p和o-p較大,鈣磷整體所占比重最大。3.從不同施肥條件下紫色土旱坡地磷素年際流失特征可以看出,總磷(tp)和總可溶性磷(tdp)流失量有明顯的差異。各處理tp和tdp變化范圍比較大,分別為0.06~1.58kg·hm-2·a-1和0.009~0.268kg·hm-2·a-1。從2011~2014年不同施肥處理tp和tdp平均流失總量可以看出,tp流失量大小依次為倍量施磷肥(2p)優(yōu)化施肥(p)優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(mp)優(yōu)化施肥+秸稈還田(sp)優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(mdp)優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(sdp)不施磷肥(p0)。倍量施磷肥(2p)處理流失總磷量最高。優(yōu)化施肥(p)處理分別是優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(sdp)處理和優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(mdp)處理的1.5~2倍左右。tdp流失量與tp流失量大小順序稍有不同,各處理大小依次為倍量施磷肥(2p)優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(mp)優(yōu)化施肥(p)優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(mdp)優(yōu)化施肥+秸稈還田(sp)優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(sdp)不施磷肥(p0)。各施肥處理磷素流失量與降雨量做相關(guān)性分析得出,總磷累積流失量和累積降雨量呈y?aln(x)-b,a?0(r2=0.8306~0.9473)對(duì)數(shù)關(guān)系相關(guān),總可溶性磷累積流失量和累積降雨量呈y?ax?b,a?0(r2=0.9302~0.9803)線性關(guān)系相關(guān)(其中p0處理為對(duì)數(shù)關(guān)系相關(guān))。同時(shí)采用野外徑流小區(qū)對(duì)紫色土旱坡地2014年雨季(5~8月)3次典型降雨產(chǎn)流進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè),研究了p、2p、mp、sp、mdp、sdp、p0等不同施肥方案對(duì)紫色土旱坡地地表徑流和壤中流磷素流失的影響。結(jié)果表明:紫色土旱坡地地表徑流和壤中流受降雨強(qiáng)度影響,雨季次降雨中雨到暴雨平均徑流量為10.68~52.32mm,泥沙量為13.58~40.20kg·km-2,壤中流占總徑流的53%以上,壤中流是雨季徑流主要輸出途徑。而次降雨地表徑流總磷(tp)平均含量和流失負(fù)荷都遠(yuǎn)高于壤中流,地表徑流磷素流失是紫色土旱坡地雨季磷素流失主要方式。發(fā)現(xiàn)減磷配施有機(jī)肥對(duì)紫色土旱坡地坡面徑流中磷素流失有顯著消減效應(yīng),sdp、mdp分別比p處理的總磷含量降低57%和48%,配施秸稈效果好于配施豬糞有機(jī)肥。次降雨磷素平均流失負(fù)荷為0.01~0.47kg·hm-2,磷素平均流失負(fù)荷表現(xiàn)為2ppmpspmdpsdpp0。減磷配施豬糞和秸稈有機(jī)肥對(duì)土壤磷素地表徑流損失具有顯著消減效應(yīng),但增加壤中流磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)。因此要控制磷素流失首先要控制水土侵蝕,在平衡配施有機(jī)肥的同時(shí)要注意采取增厚土層,提升土壤有機(jī)質(zhì)等綜合治理措施。不同施肥處理對(duì)冬小麥-夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育和磷肥利用率的影響研究表明,冬小麥季和夏玉米季都以倍量施磷肥(2p)處理作物磷吸收量為最高,但是磷素表觀利用率卻不高。小麥季優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(sdp)和優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(mdp)處理分別比常規(guī)優(yōu)化施肥(p)處理磷肥表觀利用率高5.9%和4.2%。玉米季有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理磷肥表觀利用率也顯著高于單施化肥處理(p0.05)。盡管倍量施磷肥(2p)處理可以增加作物對(duì)磷素的吸收量,但是經(jīng)濟(jì)效益和利用率卻大大降低,會(huì)導(dǎo)致肥料資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以顯著提高作物對(duì)磷肥的吸收利用。紫色土旱坡地冬小麥和夏玉米適當(dāng)減磷配施有機(jī)肥可以在不減產(chǎn)的前提下提高磷肥的利用率并能降低對(duì)水環(huán)境污染。4.優(yōu)化及減磷配施有機(jī)肥對(duì)水稻、油菜生長(zhǎng)發(fā)育和磷肥利用率的影響研究結(jié)果表明,在常規(guī)作物施肥基礎(chǔ)上適當(dāng)減少化學(xué)磷肥施用量,并配合施用有機(jī)肥,對(duì)作物產(chǎn)量并沒(méi)有產(chǎn)生顯著的減產(chǎn)效應(yīng),而且能在一定程度上減少農(nóng)田磷素?fù)p失提高磷素利用率。水稻對(duì)磷肥的利用率總體表現(xiàn)為:優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(mdp)優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(sdp)優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(mp)優(yōu)化施肥+秸稈還田(sp)≈優(yōu)化施肥(p),各處理磷肥利用率在20%~25%之間。油菜對(duì)磷肥的利用率總體表現(xiàn)為:優(yōu)化施肥量磷減20%+秸稈還田(sdp)優(yōu)化施肥量磷減20%+豬糞有機(jī)肥(mdp)優(yōu)化施肥+豬糞有機(jī)肥(mp)優(yōu)化施肥+秸稈還田(sp)優(yōu)化施肥(p),各處理磷肥利用率在17%~29%之間。油菜不同生育期土壤磷素動(dòng)態(tài)變化研究結(jié)果表明,有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以顯著提高土壤有效磷含量。蕾薹期土壤有效磷較苗期有一個(gè)明顯的降低,但在油菜開(kāi)花期和收獲后期,土壤有效磷有一個(gè)明顯的上升,油菜生長(zhǎng)花期以后是土壤有效磷淋失的主要時(shí)期。不同施肥處理對(duì)稻田田面水tp含量動(dòng)態(tài)變化研究表明,在水稻生長(zhǎng)前一個(gè)月內(nèi),田面水總磷含量隨著施磷水平的增加而增加,優(yōu)化施肥(p)比不施磷肥(p0)處理總磷含量高4倍左右。各處理磷含量大小表現(xiàn)為pmpspmdpsdpp0。一個(gè)月后不同施肥處理田面水總磷含量基本一致,80天后各處理總磷含量接近不施磷處理。磷肥施用后的7~10天內(nèi)是控制稻田磷素流失的關(guān)鍵時(shí)期,在此時(shí)期內(nèi)任何降雨徑流或者人為擾動(dòng)以及農(nóng)田排水都可能使得大量的磷素流失進(jìn)入水環(huán)境之中,從而增加對(duì)水體污染的風(fēng)險(xiǎn)。為探索長(zhǎng)江流域稻油輪作系統(tǒng)水稻季減少農(nóng)田磷素流失的最佳施肥模式和有效耕作措施,降低其對(duì)長(zhǎng)江水質(zhì)的威脅。采用滲漏池長(zhǎng)期田間原位定點(diǎn)試驗(yàn)并結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析,研究了化肥配施豬糞有機(jī)肥和水稻秸稈還田對(duì)土壤磷素淋溶遷移的影響。結(jié)果表明在水稻生長(zhǎng)期內(nèi)土壤淋溶水中磷素濃度隨時(shí)間延長(zhǎng)呈逐漸下降的趨勢(shì),前期波動(dòng)幅度大且下降迅速,到55天之后逐步穩(wěn)定達(dá)到平衡。總可溶性磷(tdp)是滲漏水磷素的主要形態(tài)。土壤淋溶水中總磷(tp)和總可溶性磷(tdp)含量均表現(xiàn)為mpsppmdpsdpp0。土壤總磷(tp)淋失負(fù)荷在0.295~0.493kg·hm-2之間�；瘜W(xué)磷肥減量有利于降低土壤淋溶水中磷素淋失量。p0處理比p處理總磷淋失量降低39%。mdp和sdp處理比mp和sp處理三層總磷淋失量分別降低21.7%和19.6%。施用有機(jī)肥提高了淋溶水中的磷素含量,促進(jìn)了土壤中磷素的淋失,同時(shí)顯著提高了土壤中有效磷的含量,豬糞有機(jī)肥的促進(jìn)作用比水稻秸稈大。通過(guò)本試驗(yàn)研究各施肥處理對(duì)作物生長(zhǎng)、磷肥利用率和對(duì)土壤磷素有效性的貢獻(xiàn)及其磷素淋失對(duì)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大小可以看出化學(xué)磷肥減量和秸稈配施是應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染“控源節(jié)流”的較好措施。在綜合考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)省本增效和控制農(nóng)田面源污染的情況下,可以采取減量化肥配施有機(jī)肥的施肥模式。5.土-水-植耦合的紫色土農(nóng)田磷素遷移流失模型可以較好的模擬預(yù)測(cè)水田田面水可反應(yīng)性無(wú)機(jī)磷(MRP)含量變化特征和三峽庫(kù)區(qū)紫色土旱坡地磷素遷移流失特征。其中稻田磷素流失模型中固定速率常數(shù)最敏感,對(duì)結(jié)果影響作用最大。施肥初期排水會(huì)導(dǎo)致磷素隨排水損失增加,因此,合理排灌對(duì)控制紫色土稻田磷素流失有其積極意義。利用紫色土22年長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)和長(zhǎng)期不同耕作制試驗(yàn)監(jiān)測(cè)基地以及原狀土壤滲漏池,從時(shí)間和空間尺度上,并兼顧水田、旱地土壤,系統(tǒng)研究了三峽庫(kù)區(qū)紫色土中磷素的遷移轉(zhuǎn)化特征,獲得了大量的基礎(chǔ)性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和研究成果,為三峽庫(kù)區(qū)紫色土農(nóng)田土壤磷肥的優(yōu)化管理以及施行合理的施肥和耕作制度提供了理論依據(jù)。全面系統(tǒng)的研究了不同磷素水平以及不同種類(lèi)有機(jī)肥對(duì)三峽庫(kù)區(qū)紫色土農(nóng)田土壤無(wú)機(jī)磷遷移流失的影響,得出優(yōu)化施肥量磷減20%配施秸稈有機(jī)肥可以作為一種從源頭控制紫色土農(nóng)田土壤磷素流失的較好措施加以推廣。
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【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S153.6

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本文編號(hào)：1494897