典型黑土坡面耕層磷時空分布特征研究.pdf

1、黑土區(qū)是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，但是由于該區(qū)域地形起伏、土壤質(zhì)地黏重，加上長期的不合理耕作，嚴重的土壤侵蝕降低了土壤肥力的同時也增強了土壤養(yǎng)分空間變異程度，給區(qū)域土壤養(yǎng)分管理增加了難度，威脅到當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。磷素(P)是植物生長必需的營養(yǎng)元素，影響作物的生長發(fā)育過程、產(chǎn)量和品質(zhì)。同時P作為一種與環(huán)境質(zhì)量關(guān)系密切的元素，其在環(huán)境中的富集或流失直接關(guān)系到地表水和地下水的安全。作物生長季節(jié)內(nèi)，從春季開始到秋收的整個管理過程

2、中，如耕作、播種、施肥、除草、中耕等均不同程度的影響著P的空間異質(zhì)性，加上降雨、作物生長和侵蝕等因素的影響，坡面土壤P一直處于動態(tài)變化之中。同時黑土區(qū)每年秋冬交替和冬春交替存在較長時期凍結(jié)和融凍現(xiàn)象，凍融和融凍過程顯著影響著土壤結(jié)構(gòu)、土壤侵蝕、磷素(P)素轉(zhuǎn)化過程，進而改變凍融前后土壤P時空分布特征。因此，明確作物生長時期和凍融前后土壤P素空間分布格局變化及其主要驅(qū)動機制對黑土區(qū)農(nóng)田土壤P管理十分重要，是準確評估土壤肥力、指導施肥和環(huán)境

3、治理等的重要依據(jù)。為此本研究以東北典型黑土坡面為研究對象，通過2年的系統(tǒng)定位觀測，結(jié)合經(jīng)典統(tǒng)計學和地統(tǒng)計學的分析方法，研究作物生長季節(jié)內(nèi)和凍融前后土壤全磷(TP)和速效磷(AP)的時空分布特征，并結(jié)合土壤氮(N)、水、熱、作物生長特征指標等系統(tǒng)地分析P空間分布的主要驅(qū)動機制，旨在為黑土區(qū)耕地土壤P素管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。主要研究結(jié)果和結(jié)論如下:
　　作物生長時期和凍融過程AP時空格局變化和主要驅(qū)動機制:
　　(1)作物

4、生長時期，AP含量在苗期、生長期和成熟期分別處于3.11-315.09 mg kg-1、15.26-340.52 mg kg-1和1.01-60.07mg kg-1之間;凍融前處于1.96-42.60 mg kg-1之間，凍融后處于4.68-156.20 mg kg-1之間。生長季和凍融季土壤速效磷平均含量分別為36.81 mg kg-1和26.49 mg kg-1。
　　(2)受降雨、氣溫、侵蝕和作物生長對P吸收等作用的影響，不

5、同處理各坡位間AP的動態(tài)變化規(guī)律相近，但是年際間差異較大;生長期各坡位和處理的土壤AP含量高于苗期和成熟期，但各坡位和各處理之間差異不大;坡面尺度秸稈還田和輪作措施對作物生長時期內(nèi)AP時空分布的影響較弱或在短時期內(nèi)影響不顯著。
　　(3)苗期、生長期和成熟期，除施肥后AP的異質(zhì)性主要受隨機因子影響外，其他時期主要受結(jié)構(gòu)因子的影響，空間自相關(guān)性較強。秋季土壤凍融前土壤AP異質(zhì)性主要受隨機因子的影響，凍融后無覆蓋0-20 cm和有覆蓋

6、0-5 cm土層和主要受隨機因子影響，有覆蓋5-10 cm仍然主要受隨機因子的影響。
　　(4)凍融后土壤AP含量普遍高于凍融前土壤AP含量，連作還田處理下無小桶覆蓋10-20cm土層AP含量高于該處理凍融前58.94％;連作不還田處理下有小桶覆蓋5-10 cm土層AP含量高于該處理凍融前40.31％，均達到顯著水平。
　　凍融過程TP時空格局變化和主要驅(qū)動機制:
　　(1)凍融前土壤TP含量處于0.20-1.01 g

7、 kg-1之間，凍融后TP含量處于0.04-1.84g kg-1之間;凍融過程中，增大蒸發(fā)量以及合適的土壤含水量有利于土壤P向上運動。
　　(2)凍融過程，由于坡背處土壤容重較大，有利于P向表土層運移;凍融后多數(shù)處理坡頂TP向表土層遷移量最大，而坡低TP的遷移量最少。
　　(3)覆蓋（秸稈還田和小桶覆蓋）雖然減少蒸發(fā)，但是無侵蝕或侵蝕量少，有利于增加表層土壤磷的含量，凍融后TP最高值（大豆-玉米輪作無秸稈還田）顯著高出凍融前