论文部分内容阅读
土壤中的磷极易被固定,其生物有效性常常是众多农田土壤中作物生长的主要限制因子。水旱轮作是我国长江流域和南方地区主要耕作制度,水热条件和氧化还原电位的强烈变化影响土壤磷的形态、迁移和生物有效性。关于水旱轮作体系下铁形态变化和磷有效性的研究已经取得了较大的进展,但水旱轮作体系中影响铁和磷形态转化的土壤化学过程却较少涉及,相应的微观机制仍待进一步明确。本研究选取湖南祁阳红壤土为对象,在实验室模拟水旱轮作条件进行土壤培养,以期探讨不同淹水-落干条件下土壤中磷和铁的形态转化机制。在Hedley磷分级和修正后的Zhang-Jackson无机磷分级方法的基础上结合薄膜梯度扩散技术（DGT）来共同阐明磷的化学形态动力学变化过程,采用传统溶液提取的方法探究土壤铁（Fe（Ⅱ）、无定型铁和游离铁）的含量变化,揭示水旱轮作体系土壤磷形态转化和生物有效性的主控因素及机制,明确铁在磷素转化、活化与固定中的作用及其耦合关系,为深入理解水旱轮作下磷素循环的土壤化学过程、磷肥的合理施用与养分高效管理提供依据。得到的主要结论如下:（1）厌氧方式和土壤性质对土壤磷和铁的形态转化影响。淹水使红壤土pH增加并趋于中性,使Eh降低。对高磷土壤pH和Eh影响较大的均是添加抗坏血酸淹水组（H-AA）>自然淹水组（H-CK）>通氮淹水组（H-N2）。淹水过程磷的有效性主要受铁铝氧化物结合磷形态转化的影响。Hedley磷分级的结果表明,高磷和低磷土壤中磷的主要形态都是铁铝结合态磷（NaOH-Pi）,各磷组分含量依次为NaOH-Pi（铁铝结合态磷）>NaHCO3-Pi（速效磷）>HCl-Pi（磷灰石型磷）>H2O-Pi（水溶态磷）。淹水在平衡期内会使土壤磷的有效性短暂升高,在之后的持续淹水中,磷的有效性逐渐降低;张守敬无机磷分级结果表明,高磷土壤中的无机磷形态主要是（铝磷）Al-P和（铁磷）Fe-P,其次是闭蓄态磷（O-P）,钙磷（Ca-P）含量最低。淹水在平衡期先短暂增加了Al-P和Ca-P,在淹水的过程中Al-P和Ca-P向Fe-P和O-P转化。在落干的过程中Al-P降低,O-P增加。抗坏血酸能促进土壤无机磷向稳定态转化。薄膜梯度扩散技术（DGT）的结果表明,随着淹水时间的延长,DGT提取的有效磷浓度增加,土壤淹水过程中pH升高可能是促进土壤供磷能力增加的重要原因。形态分析表明淹水后土壤中Fe（Ⅱ）铁和无定型铁显著增加,结晶铁含量降低。淹水增加了土壤铁的活化度,落干则降低。（2）有机物的添加对土壤磷和铁形态转化的影响。腐殖酸对淹水土壤pH和Eh的影响比生物炭大,对土壤铁的活化作用也强于生物炭。Hedley分级结果表明:有机物的添加在平衡期内显著增加了土壤磷的有效性,但是淹水过程使磷的有效性逐渐降低,其中腐殖酸对土壤磷的活化作用强于生物炭。薄膜梯度扩散技术（DGT）表明:添加有机物体系,随着淹水时间的延长,土壤磷的生物有效性提升。（3）水稻生长期对土壤磷和铁的转化的影响。Hedley磷分级的结果表明:水稻生长的初期时期,NaHCO3-Pi、NaOH-Pi显著增加,而HCl-Pi和H2O-Pi显著降低,初期可能是闭蓄态磷向NaHCO3-Pi、NaOH-Pi转化。在继续生长的过程中,NaHCO3-Pi降低,而NaOH-Pi和HCl-Pi显著增加,磷的有效性降低。铁的形态分析表明:水稻生长期铁的活化度增加,无定型铁含量增加,结晶铁降低,在成熟期无定型铁降低,结晶铁增加。土壤磷有效性降低的情况下,水稻根系的泌氧作用可能是保障水稻正常磷素供给的重要机制。