低分子量有机酸对不同磷素水平土壤磷活化潜力与机制研究-基于磷核磁共振方法

Due to years of continuous application of phosphorus (P) fertilizer, P has been stored at different levels in agricultural soils in many regions of China. The increasing P accumulation resulting from P fertilization not only wastes valuable phosphate rock resources, but also likely causes a series of serious environmental problems. So, study on the reuse of the topsoil accumulated P should be the hotspot for both saving phosphorite resources and ensuring agro-environmental safety. By selection of China’s widely distributed representative soils, namely cinnamon soil (calcareous soil), black soil (neutral clay soil), brown (neutral light soil) and red soil (acidic soil), as the research object, and use of Hedley’s P fractionation procedure and P nuclear magnetic resonance (31P-NMR) technology, this project will carry out experiments with different modes of application of low molecular weight organic acids into soils with P accumulation at different levels, aiming to provide theoretical support for evaluating the reuse potential of soil P, and also to reveal the mechanisms of P release from specific P forms. Ultimately, this study will provide a theoretical basis and practical methods for reusing soil accumulated P, saving phosphate rock resources and reducing environmental risks of P leaching.

经过多年的农业施磷，从量的方面上许多地区我们已经做到藏磷于土壤。施入土壤中的磷在不断累积的过程中，不仅造成了磷矿资源浪费，而且还可能带来水体富营养化等严重的环境问题。如何利用这部分累积的磷素资源既减少磷矿资源浪费又能保障农业环境安全应是研究关注的热点。本项目以我国广泛分布且具有代表性的潮褐土（石灰性土）、黑土（中性粘质土）、棕壤（中性轻质土）和红壤（酸性土）作为研究对象，开展低分子量有机酸对不同磷素水平土壤中磷活化潜力的模拟试验研究，为评估当前我国各省区具有不同磷素水平土壤磷的活化与再利用潜力提供理论依据，并采用Hedley磷分级和核磁共振（31P-NMR）技术作为研究手段，试图从磷形态转化的角度揭示低分子量有机酸对土壤积累态磷（尤其是有机磷）的活化机制，最终为未来农业生产中利用低分子量有机酸活化再利用土壤积累态磷、节约磷矿资源和降低由继续施磷引起的磷淋失环境风险提供理论支撑和实践方法。

选取我国广泛分布且具有代表性的潮褐土（石灰性土）、黑土（中性土，粘粒含量高）、棕壤（中性土，粘粒含量低）和红壤（酸性土）作为研究对象，将不同类型低分子量有机酸（柠檬酸、草酸和苹果酸）添加进入具有不同磷素水平上述四种类型农田土壤中进行室内培养和模拟试验研究。主要研究结论如下：.添加外源低分子量有机酸处理条件下，潮褐土、潮棕壤、黑土和红壤四种土壤磷活化量在恒温培养期间变化趋势基本一致：在培养的前20天，四种土壤有效磷含量随培养时间的延长呈不断增加趋势，20天后开始逐渐趋于稳定或略有降低。不同类型低分子量有机酸对土壤磷活化潜力显著不同，以草酸和柠檬酸对潮褐土、潮棕壤、黑土和红壤四种土壤活化效果较好。采用Hedley磷素分级法对磷活化后四种土壤各形态磷的分析表明低分子量有机酸对四种土壤磷活化后主要是引起了土壤缓效态磷向交换态磷。 .低分子量有机酸对土壤无机磷的活化效果因土壤类型不同而不同，在潮褐土中，三种低分子量有机酸对土壤磷的活化效果与有机磷活化效果相一致（草酸>柠檬酸>苹果酸），而在潮棕壤、黑土和红壤中，三种低分子量有机酸对土壤磷的活化效果为柠檬酸>草酸>苹果酸。.添加低分子量有机酸处理显著降低了潮褐土、潮棕壤、黑土和红壤四种土壤对磷的吸附。不同类型低分子有机酸对潮褐土、潮棕壤、黑土和红壤四种土壤磷酸铁铝盐的吸附效果影响顺序为柠檬酸>草酸>苹果酸。添加进土壤的有机酸根离子对土壤吸附位点的占据主要发生在土壤表面和磷酸铁铝盐矿物中，草酸对潮褐土、黑土和潮棕壤中磷的吸附要好于柠檬酸和苹果酸，原因在于这三种土壤中草酸降低土壤交换态磷的能力大于柠檬酸和苹果酸，柠檬酸降低土壤磷的吸附性能要高于草酸和苹果酸，原因在于红壤中柠檬酸降低土壤交换态磷和磷酸铁铝盐的能力大于草酸和苹果酸。