太湖流域稻麦轮作农田磷肥减施下土壤磷素赋存形态变化规律

摘要

磷作为生命体必须的组成元素，维持作物产量需要充足的磷素供应。由于化学磷肥已逐渐取代有机肥（人畜禽粪便、秸秆等）被大量施入农田，加之作物磷肥利用率普遍较低，大部分磷素被土壤固持而未被有效利用，造成土壤磷素过度累积。由此也给水体环境带来沉重负担。
　　本论文选择中国科学院常熟农业生态试验站（CS-1）和常熟市农业科学研究所(CS-2)典型稻麦轮作农田为研究对象，开展稻季减磷施肥措施的可行性探究。试验设置4个磷肥处理，每个处理3个平行，分别为:PR+W（常规施肥:稻季和麦季均施磷肥）、PR（稻季施磷肥麦季不施磷肥）、PW（麦季施磷肥稻季不施磷肥）和Pzero（稻季和麦季均不施磷肥）。采用Tiessen和Moir磷素分级法和磷脂脂肪酸图谱法分别分析不同施磷处理对土壤磷素赋存形态变化和土壤微生物群落组成变化的影响。通过农学、化学及微生物学三个指标验证磷肥减施可行性。
　　主要实验结果如下:
　　1.通过分析磷肥减施实施第四年（2013年稻季和2013/2014年麦季）作物产量、磷肥当季利用率和土壤速效磷浓度变化，阐明磷肥减施下农学指标响应。结果表明，与常规施肥处理相比，麦季施磷肥稻季不施磷肥处理作物产量并无显著性差异(p＜0.05)，磷肥利用率略有提高（中国科学院常熟农业生态试验站:4.9％;中国科学院常熟农业生态试验站:6.1％），同时降低磷素在土壤中的累积。相比于常规施肥处理，麦季施磷肥稻季不施磷肥处理土壤速效磷浓度（中国科学院常熟农业生态试验站:5.8～10.7mg·kg-1;常熟市农业科学研究所:7.1～8.9mg·kg-1）有所降低（中国科学院常熟农业生态试验站:34.7％～69.9％;常熟市农业科学研究所:29.8％～36.6％），但仍可满足作物生长所需。
　　2.基于农学指标响应情况，本章实验采用Tiessen和Moir法及磷脂脂肪酸图谱法重点分析2013年稻季土壤磷素赋存形态及土壤微生物群落组成变化特征。结果表明，中国科学院常熟农业生态试验站和常熟市农业科学研究所土壤中磷素赋存形态以稳态磷（中国科学院常熟农业生态试验站:84.6～86.8％;常熟市农业科学研究所:65.9～70.1％）为主，活性磷分别占4.96～8.03％（中国科学院常熟农业生态试验站）和16.4～22.3％（常熟市农业科学研究所），中度活性磷占比分别为5.77～10.4％（中国科学院常熟农业生态试验站）和10.6～16.6％（常熟市农业科学研究所）。施磷不仅能够提高土壤活性磷组分含量，而且有助于提高土壤微生物生物量。虽然减少一个稻季磷肥投入，但相对于常规施肥处理，麦季施磷肥稻季不施磷肥处理中土壤不同赋存形态磷和土壤微生物群落组成均未出现显著性差异(p＞0.05)。双因素方差分析结果表明，不同土壤对土壤磷素赋存形态和土壤微生物群落均有显著影响(p＜0.05)，但不同磷肥处理对两者影响并不显著。采用Pearson检验对中国科学院常熟农业生态试验站和常熟市农业科学研究所中土壤微生物与不同提取态磷素之间进行相关性分析，结果表明未有显著相关性(p＞0.05)。
　　主成分分析结果表明，以不同磷肥处理为分离变量，前两个主成分(PC1和PC2)共占数据变异的84.5％，PC1和PC2组分权重的聚类分析表明中国科学院常熟农业生态试验站和常熟市农业科学研究所有强共变。典型对应分析结果表明，中国科学院常熟农业生态试验站土壤微生物群落主要与作物产量、土壤速效磷浓度有相关性;而常熟市农业科学研究所中土壤微生物群落组成与土壤pH、总碳、总氮、总钾、植株全磷、活性磷、中稳度活性磷、酸性磷酸酶活性和碱性磷酸酶活性相关性较高。
　　3.为了比较稻麦轮作周年及年度稻季土壤磷素赋存形态（重点分析活性磷和中度活性磷）变化特征，本章节选择常熟市农业科学研究所（CS-2）典型稻麦轮作农田作为研究对象，分析比较了磷肥减施第六年稻麦轮作周年（2015年稻季和2015/2016年麦季）以及年度稻季（2015年稻季和2013年稻季）土壤磷素赋存形态变化规律。结果表明，施磷主要提高土壤无机磷组分含量，对土壤有机磷影响较小。比较稻麦轮作周年磷素变化，麦季土壤速效磷高于稻季土壤;相较于常规施肥处理，麦季施磷肥稻季不施磷肥处理的土壤速效磷及部分提取态磷（除NaHCO3提取的无机磷和NaOH提取的无机磷）含量均无显著性差异(p＞0.05);树脂提取态磷、NaHCO3提取的无机磷和NaOH提取的无机磷与土壤速效磷具有显著相关性。年度稻季土壤磷素变化结果表明，相比于2013年稻季，2015年稻季土壤活性磷含量升高，中度活性磷含量降低;而其中无机磷组分（活性磷和中度活性磷中的无机磷）均提高，有机磷组分（活性磷和中度活性磷中的有机磷）均降低。

目录

声明

摘要

文献综述

1 引言

2 材料与方法

2．1 试验区概况

2．2 实验药品与材料

2．3 主要仪器设备

2．4 实验方法及处理

2．5 实验样品分析

2．5．1 样品采集与基础理化指标分析

2．5．2 钼蓝比色法测定提取液中磷含量

2．5．3 土壤磷素赋存形态分析

2．5．4 磷脂脂肪酸图谱法分析土壤微生物群落组成

2．6 数据处理

3 结果与分析

3．1 稻麦轮作农田磷肥减施农学效应

3．1．1 水稻和小麦产量

3．1．2 水稻和小麦植株全磷和磷肥当季利用率

3．1．3 土壤速效磷浓度变化

3．2 稻麦轮作农田磷肥减施下土壤磷素赋存形态变化

3．2．1 磷肥减施下土壤磷素赋存形态变化

3．2．2 磷肥减施对土壤微生物群落组成影响

3．2．3 不同磷肥处理磷脂脂肪酸主成分分析和典型对应分析

3．3 稻麦轮作周年及年度土壤磷素赋存形态变化特征

3．3．1 稻麦轮作周年土壤磷素赋存形态

3．3．2 稻麦轮作周年土壤速效磷浓度与不同赋存形态磷素变化趋势

3．3．3 稻季土壤年度磷素赋存形态变化特征

4 讨论

5 结论

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士期间发表文章