建立农田土壤宏大有效磷库安全施磷的实验研究

Input of phosphorus (P) plays an indispensable role in the sustainable development of agriculture. However, unsuitable application of P fertilizer not only wastes valuable resources and increases agricultural costs, but also likely causes a series of serious environmental problems. So, study on the transformation and fate of the applied P, and determination of P safety threshold for farmland soils of different types, will be of great importance for evaluating China's farmland soil P status quo, scientifically managing P input and ensuring sustainable agriculture and environmental safety. By selection of China's widely distributed and representative soils, namely acidic soil, neutral soil, calcareous soil, light soil and clay soil, as the research object, and use of oxygen isotope (δ18Op ) technique and nuclear magnetic resonance (31P-NMR) technology, this project will carried out experiments with different modes of P application on various levels to study transformation and fate of the applied P in the five representative soils, and also to compare the obtained results with that from 15-year long-term field plot experiment on P, in order to reveal the rules controlling the transformation and dynamic distribution of P among different soil P pools. Ultimately, it will provide theoretical and technical support for evaluating China's provincial and autonomous regions' agricultural soil P status quo, predicting agricultural soil P rend, establishing a environmental safety agricultural soil grant available P pools, improving future agricultural P management and ensuring environmental safety.

磷素投入对农业的可持续发展具有不可或缺的作用，然而磷的不合理施用既浪费资源，增加农业成本，更可能带来一系列严重的环境问题。研究磷进入土壤后的形态转化和库容归趋，确定不同农田土壤磷的安全阈值，对于准确评估我国农田土壤磷素现状，科学管理磷肥施用，确保农业可持续发展和环境安全具有重要的理论意义。本项目以我国广泛分布且具有代表性的酸性土、中性土和石灰性土以及轻质土和粘质土为研究对象，采用氧同位素（δ18Op）和核磁共振（31P NMR）技术为研究手段，开展不同施磷量和施磷方式下肥料磷施入土壤后的形态转化和库容归趋的模拟实验研究，并以已进行15年的田间定位P微区试验研究结果进行验证，试图揭示肥料磷进入不同类型土壤后的形态转化及其在各磷库中的动态分布比率规律，最终为评估我国各省区农田土壤磷素现状，预测发展趋势，建立环境安全的农田土壤宏大磷库，加强未来农业生产中磷素管理，保证环境安全提供理论和技术支撑。

本研究选取我国广泛分布且具有代表性的潮褐土（石灰性土壤）、潮棕壤（中性土壤，粘粒含量低）、黑土（中性土壤，粘粒含量高）和红壤（酸性土壤）作为研究对象，通过长达360天的肥料磷一次全施和多次分施模拟培养试验和Hedley土壤磷素分级，研究了肥料磷进入土壤后在不同磷形态和磷库间的分布与动态转化，并以12年磷微区试验进行对比研究，系统研究了肥料磷进入土壤后在各形态磷和磷库之间的分布及动态变化规律、土壤达到磷素淋失风险时的阈值及肥料磷施用量。主要研究结论如下：.肥料磷进入土壤后，初期（前60天），肥料磷主要以可溶态磷（H2O-Pi）或活性态磷（NaHCO3-Pi）存在，占施磷量的90%以上，随着培养时间延长，土壤中可溶性磷或者吸附在土壤表面的活性磷会不断向土壤缓效态无机磷（NaOH-Pi和HCl-Pi）或有机磷（NaHCO3-Po和NaOH-Po）进行转化，培养条件120天后，土壤中各形态磷含量基本达到稳定。.不同施磷方式对潮褐土、潮棕壤、黑土和红壤四种土壤各形态磷的含量特征具有显著影响：在肥料磷添加量相同的条件下，培养360天后，多次分施的条件下使四种土壤中H2O-Pi和NaHCO3-Pi含量比一次全施条件下分别高16.3-204.5%和11.9-101.2%（P<0.05）；而土壤缓效态磷（NaOH-Pi和HCl-Pi）和NaHCO3-Po显著低于一次全施条件下土壤中这些形态磷的含量。相同施磷量培养360天，多次分施可使潮褐土、潮棕壤、黑土和红壤四种土壤中有效磷含量比一次全施分别高123.2-145.9%，45.4-144.4%，17.2-20.5% 和19.7-23.5%（P <0.05）。.12年潮棕壤长期定位施磷试验结果表明，土壤各形态无机磷（NaHCO3-Pi， NaOH-Pi和HCl-Pi）在每年施磷的条件下随时间逐渐增加，而每六年一次施磷时在两个周期内（1997年-2002年和2003年-2008年）呈逐渐降低的趋势。施磷处理显著提高了土壤NaHCO3-Pi （93-453%）， NaOH-Pi （44-135%）和 HCl-Pi（11-45%）的含量。与培养试验相类似，12年间，每年施磷使土壤中NaHCO3-Pi， NaOH-Pi和HCl-Pi含量和植物吸收的磷比每六年一次分别高35%、28%、15% 和 4%，但是不同施磷方式对玉米产量的无影响。