稻田土壤磷素的积累规律、预测模型与归宿研究

本项目从稻田土壤中磷素合理管理角度出发，以稻田土壤磷素演变与影响因素的归一化数量关系为关键问题，利用我国多点位水稻轮作下不同施肥制度的长期定位试验历史数据和部分试验站土壤和植物样品，结合补充试验，采用数学模拟手段、同位素技术、连续浸提分组方法结合X射线吸收精细结构技术，重点研究长期施用磷肥条件下稻田土壤磷素数量的长期演变规律和影响因素；有机肥和稻草还田对稻田土壤磷素积累规律的影响；土壤外源磷的无机和有机形态（归宿）以及影响因素；最终建立稻田土壤磷素积累预测模型，并对该模型在稻田土壤磷素管理中的应用进行验证，结合确定的稻田土壤有效磷农学阈值，为科学利用有限的磷肥资源、有效的防止面源污染，保障稻区农业生产高产稳产提供科学依据。

通过对多点位双季稻和水旱轮作土壤养分长期定位试验数据深入分析，利用连续浸提分组方法和同步辐射技术，研究了长期施肥稻田土壤磷素积累模型，影响因素和外源磷的归宿，明确了土壤外源磷是土壤磷素累积的主要驱动因素，并与土壤有效磷（Olsen-P）呈极显著线性关系。建立了基于土壤pH,初始土壤Olsen-P（Olsen-Pi），施磷量（Pm），作物产量（Ym）和年限（t）的磷素累积预测模型。稻－稻轮作模型为：Olsen-P (mg/kg) = + (0.445/pH) ´ (Pm - 3.08 ´ Ym) ´ t。稻－麦轮作模型为：Olsen-P (mg/kg) = Olsen-Pi + (0.667/pH) ´ (Pm - 3.50 ´ Ym) ´ t 。并利用国内外独立的同类试验数据对模型进行了验证。通过对我国典型土壤以及长期定位试验不同施肥处理土壤的形态分析，发现土壤盈余的外源磷的形态分布（无机或者有机组分）与土壤性质和外源磷类型密切相关。对土壤盈余的无机磷而言，黑土以二钙磷为主，紫色土和红壤Al（Fe）-P为主，石灰性土壤八钙磷为主，特别是灰漠土主要以Ca8-P和Ca10-P存在，这正是导致磷有效性低的主要原因。对土壤盈余的有机磷而言，黑土中稳性有机磷为主；其他土壤中度活性有机磷为主。同步辐射分析也从光谱学上磷的形态分布提供了有力的证据。施用无机肥、有机肥、秸秆还田对土壤磷有效性和归宿的影响有着显著的差异。除作物吸收外，无机磷肥主要转化为无机态磷，而有机肥，有67%转化为有机磷（以中活性有机磷为主）。有机肥能大幅度提升土壤Ca2-P和Ca8-P含量。此结果进一步解释了施用有机肥比单独施用无机磷肥的土壤中磷素有效性的差别机制。基于长期定位试验的土壤磷素累积预测模型，影响因素及归宿的研究结果对于土壤磷素合理管理，科学利用有限的磷肥资源、有效的防止面源污染，保障稻区农业生产高产稳产提供有力的科学依据。