不同磷源对采煤塌陷区复垦土壤农学磷系数与环境流失风险研究

Land reclamation is an effective way of ecological restoration and supplement cultivated land, but P availability is a key factor restricted crop growth in the progress of land reclamation. It is not clear that mechanism of soil P pools and P availability after manure application, hence the project is engaged in the forms of soil P accumulation, transformation, and the environment potential P risk after application of various manures at different P rates based on the long-term experiment in Lu-an reclamation land. The PAC, newly proposed by the author and.T.Q., Zhang, was used to determine the supplement of potential P for crop production after application of various P sources based on the integration of of corn P uptake and the mass of soil available P forms (Olsen-P, NaHCO3-P+H2O-P. After analyze the relationship between agronomic and environment P tests, early-warning was conducted flowing fertilization in reclaimed mining land, and this can benefit to create a new P use techniques of high yield and fertility system.

土地复垦是矿区生态重建、补充耕地的有效途径，而石灰性土壤磷有效性低是制约矿区复垦进程和作物生长的因子之一。本项目针对不同磷源(无机磷肥、猪粪、鸡粪及牛粪)对矿区石灰性土壤磷有效性及其磷库变化机制尚不明确的科学问题，拟依托山西潞安煤矿的长期定位培肥试验基地，以塌陷矿区土壤为研究对象，研究不同磷源在不同施磷水平下（0、25、50及N200 kg P ha-1）土壤磷素累积、转运及潜在磷流失风险。通过对玉米吸磷量和土壤有效磷组分（Olsen-P, NaHCO3-P+H2O-P）的测定、同时采用申请人和加拿大科学家T.Q. Zhang,(张铁全)最新提出的磷源农学系数(PAC, Phosphorus Agronomic Coefficient)来衡量不同磷源对矿区石灰性土壤培肥的供磷潜力；通过分析Olsen- P（农学磷）和环境磷(CaCl2-P、WEP、DPSol、DPSM3-2、DPSM3-3)的函数模型，确定因过度施肥而导致的矿区复垦土壤的环境风险值，为建立矿区石灰性土壤磷素利用的高产高效培肥体系提供依据。

采煤塌陷复垦土壤的磷有效性低是限制矿区复垦进程和作物生长的因子之一，而不同类型有机肥对复垦土壤的磷有效性及其库存机制尚不明确。另一方面，畜禽养殖业的规模化集中生产和基于作物氮素需求的有机肥用量已引起农田表层土壤磷浓度的剧烈上升，导致非点源磷的潜在流失风险。为减轻环境磷的流失风险，欧美发达国家提出基于作物磷素需求的有机肥用量。然而这种方式通常是根据有机肥中全磷含量决定，即假设各种形态的有机肥在磷效应上表现相同。为此，本研究旨在评价不同类型有机肥对作物生长的农艺性状、土壤磷的生物有效性、累积土壤磷水平及最终磷的去向是否相同并确定三种有机肥的农学有效磷系数（PAC, Phosphorus Agronomic Coefficient）。不同类型有机肥（猪粪、鸡粪、牛粪），与化肥磷为对比，在0、25、50、100 kg P ha-1的同一水平下施用。同时采用室内培养试验探究不同类型有机肥对采煤塌陷复垦土壤磷素矿化特征，结果表明：在矿区复垦土壤培肥过程中，鸡粪和化肥对提高0-20和20-40 cm土层Olsen-P含量效果相同，而猪粪和牛粪的培肥效果在前两年不及鸡粪和化肥；连续三年有机肥处理较化肥和不施磷肥处理显著提高了0-20、20-40和40-60 cm土层活性态磷（H2O-P和NaHCO3-P）和中等活性磷（NaOH-Pi）的含量及其占全磷的比例，而降低稳定态磷（HCl-P和Residual-P）的含量。虽然第一年各有机肥处理的农学磷系数与化肥相当，但第二年和第三年施鸡粪处理的农学磷系数（1.47和1.40）显著高于牛粪（0.89和0.91）和猪粪（1.00和1.21）处理。通过建立多年多点的累积施肥量对0-20cm和20-40cm土层Olsen-P含量的回归模型可以预估不同有机肥对提高矿区土壤Olsen-P的效果，进一步建立矿区复垦土壤培肥预警系统，为改善采煤塌陷区地表和地下水质提供科学依据。同时为建立采煤塌陷区复垦土壤作物高产高效可持续培肥模式提供理论依据。