冻融条件下东北黑土磷素流失动力机制研究

冻融作用改变磷素赋存形态，并通过影响土壤孔隙度、含水率和稳定性等使其更易遭受侵蚀。而土壤对磷有很强的固定能力，随着土壤侵蚀的发生，土壤中的磷素也随着泥沙和径流发生迁移和沉积，引起土壤肥力下降及下游水体富营养化。本研究选取东北黑土为试验土壤，通过模拟冻融条件，测定不同含磷量黑土的速效磷、无机磷，揭示冻融作用对土壤磷素赋存形态的影响；通过测定不同含磷量黑土吸附-解吸特性变化，为进一步揭示冻融作用及不同磷素背景值影响土壤磷素承载能力的机制提供支持；通过测定坡面磷素及土壤含水率的空间分布，分析磷素冻融条件下随土壤水分运移的规律；利用人工降雨设备，以降雨为侵蚀营力，测定冻融坡面径流和泥沙及磷素流失的动态过程，阐明冻融循环次数及初始含水率与磷素及泥沙流失的关系。建立冻融作用-径流-磷、冻融作用-泥沙-磷的关系模型，为合理预测因冻融作用产生的侵蚀及磷素迁移、防止非点源污染奠定理论基础。

冻融作用改变土壤中磷素的赋存形态，影响土壤孔隙度、含水率和稳定性等使其更易侵蚀。土壤对磷的强固定能力，致使磷素易随侵蚀泥沙和径流发生迁移和沉积，引起土壤肥力下降及下游水体富营养化。本研究选取东北黑土为试验土壤，通过模拟冻融环境，测定了不同含磷量黑土的速效磷和无机磷含量变化、黑土吸附-解吸特性、坡面磷素及土壤含水率的空间分布；利用人工降雨设备，测定了冻融坡面径流和泥沙及磷素流失的动态过程。.研究结果如下： .（1）3个控制因子对有效磷（AP）含量的影响程度随冻融循环次数的增加而不同，表现为冻融循环次数（FTC）的影响逐渐下降，至20~30次循环中不具有显著性影响，有效磷背景值（APb）的影响在5~20和20~30次循环中占主导地位；在0~30次冻融循环中，有效磷含量的变化表现出双峰型曲线特征；土壤含水率（W）越高，有效磷含量变化越剧烈；土壤有效磷背景值越高，有效磷含量越稳定。.（2）冻融后无机磷各组分绝对含量总体呈现增加的趋势；冻融前后相对含量没有表现出明显差异，均呈现出O-P>Fe-P>Al-P>Ca-P；相关分析和通径分析结果显示，Al-P、Fe-P为有效磷源；冻融循环条件下AP（Y）与有效磷源Al-P（X1）、Fe-P（X2）间呈线性关系。.（3）冻融条件下黑土对磷的吸附规律均随着外源磷浓度增加而逐渐增大，当外源磷浓度为120mg L-1 时吸附曲线有明显的拐点；与未冻融土壤相比，冻融过程中土壤吸附更多的磷；外源磷浓度低时，冻融作用对土壤磷吸附影响较大；冻融条件下磷等温吸附曲线用Langumuir方程拟合相关性最好。.（4）冻融过程中，土壤中的速效磷和水分存在2次迁移过程；土壤最大含水率在1次冻融循环后出现在表层以下10~15cm处， 30次冻融循环后到达表层以下3cm；随着冻融循环次数的增加，速效磷随土壤水分向表层运移。.（5）径流总磷（TP）浓度变化与初始含水率表现出较好的正相关关系，而泥沙中速效磷（AP）浓度呈相反趋势；随着初始含水率的增加，径流前期至中期地表径流TP浓度越高，但最终稳定在0.068mg L-1左右；速效磷背景值（APb）与地表径流TP和泥沙AP浓度呈正相关关系；随着APb的增大坡面径流TP流失比率整体呈逐渐增大的趋势，而泥沙中AP浓度变化平缓；冻融坡面累积径流量与累积径流TP量和累积泥沙量与泥沙中AP量均具有良好的线性关系。