长期施肥对雷竹林和水稻田土壤磷形态及13C和15N自然丰度的影响

摘要

施肥是提高土壤肥力和促进作物增产的重要手段。近年来，化肥的大量施用导致土壤酸化等土壤退化问题日趋严重。碳氮磷是植物生长不可缺乏的重要元素，大量施肥造成氮磷流失是加剧水体富营养化的主要原因。本论文以浙江省两种典型的人工林业和农业经营模式（雷竹林和水稻田）为研究对象，检测了土壤pH、有机碳(SOC)等理化指标，并采用改进后的Hedley磷分级法和同位素质谱仪（IRMS）测定了长期施肥土壤中磷形态和碳氮稳定性同位素的分布特征，以期为浙江地区两种常见的种植模式下土壤生产力和肥效的变化提供科学依据。主要研究方法和结果如下:　　(1)为研究不同集约经营年限下雷竹林土壤的磷形态变化和碳氮稳定性同位素的分布特征，采集和测定分别经营3、9、15年的雷竹林上层(0-20cm)和下层(20-40cm)土壤样品。结果表明:在集约经营9年和15年后，上层土壤pH低于雷竹正常生长范围，而下层土壤酸化趋势更为明显;土壤氮和有机碳主要在上层土壤中积累，经营15年为各处理中最高，较3年时分别提高了92％和183％。上、下层土壤全磷(TP)、Olsen P、活性磷(H2O-P+NaHCO3-Pi+NaHCO3-Po)和中稳性磷(NaOH-Pi+NaOH-Po)含量均随经营时间逐渐增加。与3年相比，集约经营15年后活性磷和中稳性磷占总磷百分比在上层土壤中提高了63％和83％，在下层土壤中提高了88％和128％;而上、下层土壤难溶性磷(HCl-P+Res-P)所占百分比则分别从58％和66％降低至26％和29％，难溶性磷的含量基本不变。此外，长期集约经营雷竹林上、下层土壤δ13C均随经营年限延长而降低，其中以上层土壤降幅更为明显。土壤δ15N在上层土壤中表现为先增后减，下层土壤δ15N则呈逐渐提高趋势，上层土壤δ15N在集约经营前期（3年和9年）高于下层，集约经营15年后无显著性差异。可见，随集约时间延长应减少化肥投入，尤其是氮磷养分，以缓解其流失风险。　　(2)依托建立在浙江省杭州市的长期定位施肥试验站(1996～2012)，共设6种施肥方式:长期不施肥(Control)、化肥配施秸秆(NPKRS)、化肥配施栏肥(NPKOM)、单施化肥(NPK)、单施秸秆(RS)和单施栏肥(OM)。目的在于探究不同施肥处理对稻田土壤中各形态磷动态变化及碳氮稳定性同位素分布特征的影响。结果表明:长期单施栏肥或配施化肥均显著提高了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和有效磷(Olsen P)含量，其中化肥配施栏肥效果为各处理中最优。不同施肥处理下土壤中无机磷主要以HCl-P形态存在，占总磷比例40.9％～50.0％，有机磷的主要形态为NaOH-Po，占总磷比例6.1％～9.7％。各施肥处理下土壤中活性磷(NaHCO3-Pi+NaHCO3-Po)占总磷比重最小（为2.8％～8.4％），有效磷供应水平较低。与Control对照处理相比，NPKOM处理下活性磷的相对比例增加5.6％，残渣磷相对比例减少10.5％。此外，NPKOM处理下δ13C值显著降低，δ15N值为各处理最高。由此看来，长期化肥配施栏肥可以促进土壤新有机质积累，不仅有利于土壤培肥，还能减少氮损失量，从而降低周围水体富营养化风险。　　综上所述，长期施用化肥会造成雷竹林和水稻田土壤中磷的大量积累，与水稻田相比，雷竹林地磷积累量更大，大量施肥也加剧了雷竹林土壤酸化。有机物料施用促进了雷竹林和水稻田土壤SOC的积累，同时也造成了两种土地利用模式下土壤δ13C值的降低。此外，长期施用氮肥可以增加雷竹林和水稻土壤TN含量，并引起了土壤δ15N提高。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 长期施肥对土壤磷的影响

1．1．1 长期施肥对土壤磷含量的影响

1．1．2 长期施肥对土壤磷形态的影响

1．2 长期施肥对土壤碳氮稳定性同位素自然丰度的影响

1．2．1 长期施肥对土壤碳稳定性同位素自然丰度的影响

1．2．2 长期施肥对土壤氮稳定性同位素自然丰度的影响

1．3 雷竹林养分管理措施

1．4 水稻田养分管理措施

2 研究背景与研究内容

2．1 研究背景与意义

2．2 研究内容

2．2．1 长期施肥对雷竹林土壤磷形态及13C和15N自然丰度的影响

2．2．2 长期施肥对水稻田土壤磷形态及13C和15N自然丰度的影响

2．3 研究目标

2．4 技术路线

3 长期施肥对雷竹林土壤磷形态及13C和15N自然丰度的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 研究区域概况

3．1．2 样地设置及样品采集

3．1．3 测定方法

3．1．4 数据处理

3．2 结果与分析

3．2．1 长期施肥对雷竹林土壤pH、有机碳和全氮的影响

3．2．2 长期施肥对雷竹林土壤全磷、有效磷的影响

3．2．3 长期施肥对雷竹林土壤磷形态的影响

3．2．4 土壤理化指标与磷含量相关性分析

3．2．5 长期施肥对δ13C和δ15N的影响

3．3 讨论

3．4 小结

4 长期施肥对水稻田土壤磷形态及13C和15N自然丰度的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 研究区域概况

4．1．2 样地设置及样品采集

4．1．3 测试方法

4．1．4 数据处理

4．2 结果与分析

4．2．1 长期施肥对水稻田土壤pH、有机碳和全氮的影响

4．2．2 长期施肥对水稻田土壤全磷和有效磷的影响

4．2．3 长期施肥对水稻田土壤磷形态的影响

4．2．4 土壤农化基本性状与磷含量相关性分析

4．2．5 长期施肥对水稻田土壤δ13C和δ15N的影响

4．3 讨论

4．3．1 长期施肥对土壤理化性质、全磷和有效磷的影响

4．3．2 长期施肥对土壤磷形态的影响

4．3．3 长期施肥对土壤碳氮稳定性同位素分布的影响

4．4 小结

5 结论、创新点与研究展望

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 研究展望

参考文献

个人简介

致谢