有机肥施用对稻田土壤胶体磷赋存及运移的影响机理

The inherent relationship between soil colloidal phosphorus and organic fertilizer input has been a new hotspot in the research area of soil environment. Since drying and rewetting is frequent in rice ecosystems, phosphorus transformation in rice fields are complicated. To understand the mechanism of soil colloidal phosphorus transformation and transference in organic fertilizer applied rice fields is extremely important for the guidance of organic fertilizer application and agricultural nonpoint source pollution control. However, there is still less farm-scale data on the soil colloidal phosphorus to date. In this research, a long term organic fertilizer applied field experiment are conducted to show the effects of organic fertilizer application on the presenting characteristics of soil colloidal facilitated phosphorus variations. In which, the advanced technology of XANES and μ-XRF will be employed in the analysis of surface characteristics of soil colloidal phosphorus at molecular level. Importantly, movability of soil colloidal phosphorus via vertical leaching, lateral seepage, and surface runoff from rice fields will be involved in our research. Besides, the relationship between soil physi-chemical properties and soil colloidal phosphorus variations will be furtherly analysed. To sum up, our research results will provide theoretically forward-looking information on soil phosphorus management and organic waste recycling.

土壤胶体磷运移与有机肥输入之间的内在响应关系已成为土壤环境学研究领域的一个新热点。稻田系统干湿交替频繁、磷素转化复杂，阐明有机肥输入下稻田土壤胶体磷赋存形态及运移机理，对合理利用有机肥、减排农田污染物至关重要，但至今仍然缺乏基于田间尺度的数据信息。本项目拟基于有机肥施用稻田长期定位试验，通过应用同步辐射X射线吸收近边结构谱（XANES）、微区X射线荧光光谱分析（μ-XRF）等现代分析技术，从分子水平上表征有机肥施用下的土壤胶体磷赋存形态，探索土壤胶体磷的流失潜能和迁移能力，获取土壤胶体磷在径流、淋溶等途径上的流失分配规律和迁移特征（强度与通量），揭示有机肥施用影响稻田土壤胶体磷环境行为的深层机制，为有机肥施用农地土壤中的生源要素优化管理与调控提供前瞻式理论依据。

土壤胶体磷运移与有机肥输入之间的内在响应关系已成为土壤环境学研究领域的一个新热点。稻田系统干湿交替频繁、磷素转化复杂，阐明有机肥输入下稻田土壤胶体磷赋存形态及运移机理，对合理利用有机肥、减排农田污染物至关重要。本项目基于有机肥施用稻田长期定位试验，通过应用现代分析技术，从分子水平上表征了有机肥施用下的土壤胶体磷赋存形态，探索了土壤胶体磷的流失潜能和迁移能力，获取了土壤胶体磷在径流、淋溶等途径上的流失分配规律和迁移特征（强度与通量），揭示了有机肥施用影响稻田土壤胶体磷环境行为的深层机制，为有机肥施用农地土壤中的生源要素优化管理与调控提供了前瞻式理论依据。本项目按照2013-2016年研究计划，顺利完成了采样分析工作和相应的研究任务。通过稻田长期定位试验研究，获得了以下发现：在中低水平有机肥输入下（按磷输入量计：0~39 kg P ha-1），稻田土壤理化性质有显著改善，水稻产量也有显著提高，但过高有机肥（如39 kg P ha-1增加到52 kg P ha-1）对水稻增产及土壤理化性质改善没有明显效果；稻田土壤胶体颗粒的形貌主要呈鳞片状，赋存了较多的Al、Fe、Mg、K、Ca等金属元素。增施猪粪有机肥对土壤剖面中胶体颗粒表面的官能团结构影响不大；土壤胶体颗粒的含量随土壤深度的增加而增加。深层土壤赋存的天然胶体比表层土壤中的多，且增施猪粪有机肥可能促使土壤胶体颗粒向深层地下环境迁移；正磷酸盐是稻田剖面所有土壤样品中含量最多的磷素化合物，其次是肌醇六磷酸。0-20 cm层磷素化合物的形态较多，且各形态磷含量随猪粪施用量增加而增加；在20 cm以下，除正磷酸盐和肌醇六磷酸外几乎没有其他磷素化合物存在；各层土壤中，溶解磷和胶体磷的含量随有机肥施用量增加而增加。随土壤深度的增加，溶解磷呈现逐渐降低的趋势。0-20 cm层，溶解磷的含量较多；而20 cm以下胶体磷的含量较多；增施猪粪有机肥增加了土壤中4种磷酸酶的活性，且磷酸酶活性可以作为估算土壤正磷酸盐和肌醇六磷酸含量的指标；正磷酸盐是田面水中含量最多的磷素形态，增施高用量猪粪有机肥后田面水中出现少量磷酸单酯，施猪粪后第1天，田面水颗粒磷、溶解磷和胶体磷的含量迅速增加，随着时间推移这3种粒径的磷含量逐渐降低，但胶体磷占总磷的百分比维持稳定。