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周期性淹水－落干和施用秸秆对白云石改良棕壤磷素流失风险的模拟研究
引用格式：范贝贝, 丁帅, 张田田, 张帅, 魏露露, 陈清, 2024. 周期性淹水－落干和施用秸秆对白云石改良棕壤磷素流失风险的模拟研究[J]. 生态环境学报, 33(8): 1203-1213.
文章亮点
1
本研究阐明了施用秸秆、周期性淹水－落干及联合处理影响白云石改良土壤中活性磷含量变化的相关机制。
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土壤非晶质铁和有机质是影响磷素流失的关键因素。
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适当的淹水－落干措施配合秸秆还田能增强白云石改良土壤中磷素的固持，降低磷素流失风险。
01 导读
为追求更高的产量和经济效益，农业生产中过量施肥现象普遍存在，造成氮磷等养分在土壤中不断积累。土壤磷累积不仅造成磷肥资源浪费，也会导致可溶性磷随着地表径流迁移或是进入地下水，造成水体富营养化。目前，农田土壤磷累积及潜在的磷素流失风险在中国受到广泛的关注。
减施磷肥、秸秆替代、菜粮轮作等措施可降低土壤磷素盈余，但土壤磷流失风险依然存在。施用白云石是降低土壤磷流失风险的有效措施之一，但白云石对磷酸盐的吸附具有选择性较差和易解吸等特点，土壤理化性质的变化（pH、溶解性有机质、磷含量等）可能导致白云石吸附磷的再次解吸。如秸秆还田是常见的农田管理措施，秸秆分解释放的小分子有机碳能提供电子，加速铁氧化物的还原和铁结合磷的释放；秸秆不完全分解产生的有机酸可能与磷酸盐竞争白云石和铁（氢）氧化物表面吸附位点，导致磷的解吸和有效性增加。此外，极端降雨导致田间出现的周期性淹水－落干事件也能加速土壤铁氧化物的还原，促进铁从结晶态向可溶态Fe2+转变，同时促进了活性磷从铁氧化物表面释放。但常见农田管理措施（秸秆还田、交替灌溉以及它们的组合措施等）如何影响白云石改良后土壤的磷素流失风险及其相关机制目前还不清楚。
在棕壤区的农业生产中，秸秆还田、淹水－落干交替等情景往往同时存在。本研究以酸性高磷土壤为试验土壤，通过添加白云石模拟田间条件下施用土壤改良剂固持磷素的情景。通过分析土壤理化性质、活性磷含量、无机磷组分、磷吸附/解吸特性和铁氧化物形态，阐明周期性淹水－落干、施用秸秆及其联合处理对白云石改良土壤磷素流失风险的影响机制，以期为胶东半岛高磷土壤的改良和田间管理提供理论依据。
02 数据图表
03 研究结论
施用来源广和成本低的白云石矿物是降低酸性高磷土壤磷流失风险的有效措施。施用秸秆和周期性淹水－落干单独处理均能促进白云石改良棕壤吸附态磷的解吸，减低NaHCO3-Pi含量，提高磷的流失风险。而周期性淹水－落干和施用秸秆联合处理也显著提高了土壤Fe2+（423%）和铁活化度（18.8%），促进了土壤Fe/Al-P向稳定态磷转化，使HCl-P增加26.9%。土壤磷吸附能力的提高、非晶质铁对活性磷的固定和稳定态磷（HCl-P）质量分数的增加是周期性淹水－落干和施用秸秆联合处理中磷流失风险降低的重要原因。结构方程模型表明，土壤非晶质铁和有机质是影响磷素流失的关键因素。适当的淹水－落干措施配合秸秆还田能增强白云石改良土壤中磷素的固持，降低磷素流失风险。我们的研究明确了常见农田管理措施对白云石改良后酸性高磷土壤活性磷含量的影响机制，这些结果对于胶东半岛土壤管理和面源污染的控制具有重要的意义。
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