基于DGT技术的土壤中经扩散的可溶性磷特征及其生物有效性研究

The majority of phosphorus (P) absorbed by plant roots is taken up by diffusion from rhizosphere and adjacent soils, except interception and mass flow. Therefore, the soluble P which can transfer to root surface by diffusion from rhizosphere and adjacent soil is exactly related to P bioavailability. To satisfy the P requirement by plants and avoiding over fertilization simultaneously, it is crucial to accurately quantify the soluble P after fertilization. We investigated the effects of DGT factors on soluble P diffused from soils (effects of the process of sample air-drying and sieving on soluble P, the relationship between soluble P and different P fractions, and the P diffusive gradients in soils caused by DGT) and its characteristics on various typical soils on the Loess Plateau using the diffusive gradients in thin films (DGT) technique. Comparison of soluble P diffused to DGT (measured by DGT), soil solution P, Olsen P and soluble P taken up by plants will be carried out by growing wheat in a glasshouse with different P rates on 15 soils. This research will discover the diffusion process of soluble P in soils using the DGT method. The soluble P diffused from soils will provide new research approach for evaluating the bioavailability of P in soils. The results will also provide for a new theory for P fertilizer management.

植物根系对磷的吸收除了少量来自根系截获和质流以外，绝大部分来自根际及近根际土壤中磷向根系的扩散。因此，根际及近根际经过扩散到达根系表面的可溶性磷的数量决定着磷的生物有效性。为满足作物对磷的需求同时避免农业生产中磷肥的过量使用，准确定量施肥后这部分可溶性磷的数量就显得十分重要。本研究利用梯度扩散薄膜（DGT）技术，以黄土高原典型土壤为研究对象，系统地研究土壤中经扩散的可溶性磷的影响参数及其特征（样品风干过筛对可溶性磷的影响、所测可溶性磷和传统不同磷组分的关系以及DGT所引起的磷扩散梯度），以15种典型土壤为代表通过不同磷梯度的小麦盆栽试验比较DGT所测经扩散的可溶性磷、土壤溶液法和传统Olsen法测定结果与根系吸收的可溶性磷之间的关系。本研究项目将探明DGT磷在土壤中的扩散过程，为土壤中磷的生物有效性研究提供新的思路，为磷肥的合理施用提供新的理论依据。

磷是作物生长所必需的大量元素之一，长期以来在维持和增加作物产量方面发挥着重大作用，但是在我国依然存在磷肥使用不规范的问题。为了科学合理地使用有限的磷资源，精确的土壤有效磷评价方法是实现精准施肥的关键。项目以黄土高原土壤为研究对象，利用DGT技术研究了土壤中经扩散的可溶性磷特征及其生物有效性，主要研究内容有DGT测定土壤磷参数、DGT所测土壤中经扩散的可溶性磷特征、DGT磷的生物有效性。同时，还研究了用地类型、温度和降雨对土壤可溶性有机碳及其光谱特征变化影响，及土壤结皮中蓝藻和海藻群落和土壤特征变化。取得的主要结论有：（1）黄土高原地区土壤磷素分布不均匀，富磷土壤主要是耕地，且大部分土壤样品磷素有效性低。土壤中无机磷总量占全磷的比例在各土地利用方式情况为耕地>园地>林地>草地。（2）DGT P在1.94mm与0.39、0.78mm扩散膜厚度之间在大多数情况下存在显著差异。相同扩散膜厚度下，土壤DGT P结果在磷含量较高的土壤中随测量时间变化平缓，在磷含量较低的土壤中在较短测量时间时（≤6h）急剧下降后趋于稳定。测量时间较短时DGT P反应了土壤溶液中经扩散的可溶性磷，随着测量时间的延长，其测定的土壤磷库逐渐接近土壤中交换性磷库（Olsen P）。（3）土壤样品风干过程对Olsen P的影响基本可以忽略，而对DGT P结果影响较大。风干前后DGT P的结果满足方程DGT P鲜土= -0.41+0.80×DGT P风干土（R2=0.80）。Ca2-P对土壤DGT P的直接贡献最大，Fe-P、Al-P通过影响其他形态的磷对DGT P结果起调节作用。（4）DGT技术预测的土壤磷的植物有效性因作物类型的不同而存在差异，其可以很好地表征玉米的吸磷量。以上研究结果明确了黄土高原地区磷素现状和DGT测定土壤磷的生物有效性潜力，为黄土高原地区养分资源管理提供重要科学指导意义。