紫色土丘陵区土壤有机碳、磷竞争吸附-解吸机制及其流失响应研究

Soil erosion is an important pathway for soil organic carbon (SOC) loss, so controlling SOC loss play an important role in the balance of CO2 concentration in atmospheric. Meanwhile, the phosphorus transformation in soil exist the competitive relationship in adsorption-desorption with SOC, thus, the competitive adsorption-desorption and its loss response for SOC and P is of great importance for better knowing SOC and P environmental fate. Purple soil hilly areas belong to serious water erosion area in the middle of Sichuan province, which are selected as the study area. The aims of this study are to analyze the distribution characteristic of SOC and P spatiotemporal variation in farmland, the impact of exogenous C and P input on microbial biomass C/P ratio and the transport and discharge of SOC and P from purple soil, and then discuss on the competitive adsorption-desorption mechanism of SOC and P. Finally, through the research on SOC and P dynamic transport process in farmland from different gradient and plant coverage under natural rainfall, we better understand the redistribution characteristic of SOC and P by surface and subsurface runoff, and then reveal the couple mechanism of SOC and P transport and SOC driving mechanism in the P cycle in purple soil hilly area, which provide scientific basis for controlling non-point source pollution and water eutrophication.

土壤侵蚀是土壤有机碳(SOC)流失的重要途径，控制土壤SOC流失对平衡大气中CO2浓度具有重要作用。由于土壤磷(P)迁移转化与SOC相互影响制约，研究土壤SOC、P竞争吸附-解吸与流失响应对进一步了解SOC、P的环境归趋具有重要意义。本项目拟选择水力侵蚀严重的川中紫色土丘陵区为研究区域，通过分析农田土壤SOC、P时空分布特征，并研究外源性C、P输入对土壤微生物量C/P比及SOC、P输出形态与迁移通量的影响，探讨SOC、P竞争吸附-解吸机制；最后通过自然降雨过程下不同坡度与植被覆盖度下农田土壤SOC、P迁移通量及动态输出过程研究，阐释SOC、P在地表径流及壤中流输出过程中的再分配特征，揭示紫色土丘陵区农田土壤SOC、P输移耦合机理以及土壤SOC在P循环过程中的驱动机制，为控制紫色土丘陵区农业面源污染及水体富营养化提供科学依据。

川中紫色土丘陵区碳（C）、P水蚀严重，由于土壤 P迁移转化与有机碳（SOC） 相互影响制约，因此研究土壤SOC、P竞争吸附-解吸与流失响应对进一步了解紫色土地区SOC、P 的环境归趋具有重要意义。本项目首先分析了紫色土坡耕地不同处理方式下C、P变化及其微生物特征变化，然后通过解析C、P在紫色土中的竞争吸附-解析机制，进而分析了坡度-流域尺度C、P吸附-解析过程下流失响应过程与驱动机制。通过上述研究，共发表论文14篇，其中SCI论文7篇，, CSCD论文7篇，共培养研究生2名。项目主要研究成果如下：（1）有机肥和秸秆施肥处理下土壤总有机碳（TOC）含量变化为90.8～100.8 g.kg-1，高于单施氮肥的62.2 g.kg-1；单施无机肥导致微生物量P（MBP）显著减小于有机肥和秸秆与无机肥配施，有机肥与无机肥配施土壤总磷（TP）为0.65～0.84 g.kg-1，而秸秆与无机肥配施土壤TP仅为有机肥与无机肥配施的23～38%；有机肥和无机肥配施更有利于增加土壤P有效性，提高土壤的供P潜力。（2）长期施用有机肥显著增加了土壤中DOC和DTP的含量，这将有利于植物的生长。与未施肥相比，无论施用无机肥还是有机肥都将造成C和P更多的淋溶，造成这一结果的原因是C和P的竞争吸附。有机肥衍生出的DOC在土壤中的淋溶速率高于P（有机肥在土壤表面施加），这表明有机肥使得P的吸附性能高于DOC。施肥能抑制P的竞争性吸附，这将有利于增加植物吸收的潜在能力。长期施用有机肥可以增加LOAs在土壤中的持久性。这些结果将影响土壤溶液中P的含量，更有利于植物的吸收。（3）比较基流条件和极端降雨事件中C和P运移过程发现，暴雨导致降雨强度增加，进而导致C和P浓度和负荷的增加；暴雨径流中PP是P的主要形式；极端降雨事件中暴雨径流的C/N比明显高于基流条件，基流条件的N/P比尤其是DTN/DTP比明显高于极端降雨条件；暴雨径流中C/N/P比值的改变表明这将增加流域内水体富营养化的风险；大量的溶解性和颗粒态物质会从上游运输到下游的生态系统，这将提高浮游植物的生产力。