施肥对不同利用模式下紫色土氮磷累积特征的影响

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化学肥料的施用为推动我国农业发展作出了巨大的贡献,但长期过量施肥导致氮、磷元素在土壤中过度累积,在降水或灌水作用下,以径流、侧渗和淋溶等方式进入水体,不仅会造成地下水的硝酸盐污染,而且还会造成江河、湖泊水体富营养化。紫色土是我国四川盆地分布较广的一种侵蚀型高生产力岩性土壤,其硅铝铁率较高,盐基离子丰富,富含钾,农业利用价值高;但紫色土风化快,成土迅速,加之紫色丘陵区的坡度较大等特点,导致紫色土区易发生水土流失,同时,紫色土丘陵区位于长江中上游生态屏障最前沿,对整个长江流域的水环境影响较大,因此研究紫色土区域的土壤氮、磷累积现状具有重要的意义。紫色土的土地利用模式多样,而目前主要集中在单一利用模式下的紫色土氮磷累积的研究,对不同利用模式下的紫色土氮磷累积的研究较少。因此本研究基于不同土地利用模式下的紫色土定位试验基地,以冬水田、水旱轮作田及旱坡地紫色土为研究对象,采集不同土地利用模式下的紫色土050 cm和060 cm的土壤剖面土样,结合室内分析的方法,厘清不同施肥处理对紫色土土壤氮、磷含量的影响,揭示其剖面分布特征,并进一步计算了氮、磷储量及表层氮、磷累积速率,以期明确紫色土不同利用模式下土壤氮、磷在不同施肥处理下的累积现状,旨在为该区域的农田氮磷养分管理和面源污染防治提供科学依据。主要研究结果如下:(1)三种不同利用模式紫色土在NPK施肥处理下的全氮、碱解氮含量大小为水稻-冬水田>水旱轮作田>旱坡地,全磷含量大小为旱坡地>水稻-冬水田>水旱轮作田,有效磷含量大小为水稻-冬水田>旱坡地>水旱轮作田,表明全氮、碱解氮、有效磷更易在水稻-冬水田利用模式紫色土表层中累积,全磷更易在旱坡地利用模式紫色土中累积。水稻-冬水田利用模式下的全氮、全磷储量主要在2040cm土层中累积,而水旱轮作田及旱坡地利用模式下的全氮、全磷储量主要在020cm表层土壤中累积。(2)紫色土水稻-冬水田利用模式下,四种施肥处理中,NPK处理的表层土壤全氮、全磷、有效磷含量均最高,分别为1.81 g·kg-1、0.44 g·kg-1和29.78 mg·kg-1,比其他施肥处理提高了1.12%5.23%、2.33%22.22%和18.50%159.86%。就整个剖面而言,不同施肥处理下的水稻-冬水田土壤全氮、全磷、有效磷含量均表现出显著的表聚性,各土层的全氮含量以NPK处理最高,碱解氮含量以NP处理最高,全磷、有效磷含量在040 cm土层范围内均以NPK处理最高。就储量而言,不同施肥处理的土壤全氮、全磷储量均以2040 cm土层最高,分别为2816.473485.78 kg·hm-2和541.54783.31 kg·hm-2,其中,NPK处理的全氮、全磷储量在各土层中均为最高。表层土壤全氮、全磷累积速率均以NPK处理最高,分别为22.16 kg·hm-2·a-1和9.98 kg·hm-2·a-1。(3)紫色土水旱轮作(稻-菜轮作)利用模式下,高投入施肥(HNPK)处理表层土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷含量均为最高,其中全氮比PK处理的高5.56%,碱解氮比PK处理高17.29%,全磷比NK处理高30%,有效磷比NK处理高149.6%。由水稻-冬水田利用模式转换成水旱轮作田利用模式后,各处理表层土壤全氮及碱解氮含量均比初始全氮、碱解氮含量有所降低,三种施用磷肥的土壤全磷含量均较初始全磷含量增加,HNPK处理的有效磷含量较初始有效磷含量增加,其他施肥处理的有效磷含量降低。就整个剖面而言,各处理的全氮、碱解氮、全磷、有效磷含量均随着土层深度的增加而降低,各土层的全氮、碱解氮含量均以NPK处理最高,不同处理的全磷含量在030 cm范围内存在差异,有效磷含量在020 cm范围内存在差异,且均以HNPK处理最高。就储量而言,各处理的全氮储量主要集中在020 cm土层范围内,为1484.151570.82 kg·hm-2。NPK处理及PK处理的全磷储量随着土层深度的增加呈不断降低的趋势,在010 cm土层中的达到最值,分别为426.80 kg·hm-2和424.74 kg·hm-2,而HNPK处理及NK处理在1020 cm土层中达到最值,分别为474.32 kg·hm-2和378.58 kg·hm-2。全氮累积速率以NPK处理最高,为-68.43 kg·hm-2·a-1,比不施氮肥的PK处理每年少损失全氮14.44kg·hm-2,全磷累积速率以HNPK处理最高,为18.37 kg·hm-2·a-1,比不施磷肥的NK处理每年多累积全磷17.86 kg·hm-2。(4)紫色土旱坡(玉米-小麦)利用模式下,四种施肥处理的表层土壤全氮、碱解氮及铵态氮均以M+NPK处理最高,分别为0.65 g·kg-1、52.37 mg·kg-1和32.83 mg·kg-1,比CK提高47.73%、36.53%和246.51%;四种施肥处理的表层土壤全磷、有效磷含量以HNPK最高,为1.16 g·kg-1和19.24 mg·kg-1,水溶性磷以M+NPK处理最高,为15.86 mg·kg-1,分别比CK处理提高了103.51%、1080.37%和2133.80%。就整个剖面而言,各处理的全氮含量随着土层深度的增加而降低,整个剖面均表现为M+NPK>HNPK>NPK、CK,各处理的碱解氮差异主要在020 cm土层中体现,表现为M+NPK>HNPK>CK>NPK。各处理在整个剖面中的全磷含量均以HNPK处理显著高于其他施肥处理,且NPK处理的全磷在剖面中的变化趋势与HNPK处理一致,但全磷含量随着施肥浓度的增加而增加,M+NPK处理能促进磷素向下移动。就储量而言,不同处理的全氮储量在010 cm土层中最高,为651.59897.54 kg·hm-2,且各土层均以M+NPK最高,为865.711380.01 kg·hm-2。各处理的全磷储量随着土层深度的增加的变化趋势不一致,但各土层均以HNPK处理最高,为1513.422898.92 kg·hm-2。各处理的表层土壤全氮累积速率以M+NPK处理最高,为10.78 kg·hm-2·a-1,比CK处理每年多累积全氮24.59 kg·hm-2;各处理的表层土壤全磷累积速率以HNPK处理最高,为83.77 kg·hm-2·a-1,比CK处理每年多累积全磷100.44 kg·hm-2
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