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  农业环境科学学报  2015, Vol. 34 Issue (2): 337-344

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黄永杰,张世熔,蒲玉琳,杨玲,徐小逊,贾永霞
HUANG Yong-jie, ZHANG Shi-rong, PU Yu-lin, YANG Ling, XU Xiao-xun, JIA Yong-xia
濆江流域不同土地利用方式下土壤磷积累特征及流失风险
Accumulation and Loss Risk of Soil Phosphorus Under Different Land Uses in Fenjiang River Watershed
农业环境科学学报, 2015, 34(2): 337-344
Journal of Agro-Environment Science, 2015, 34(2): 337-344
http://dx.doi.org/10.11654/jaes.2015.02.018

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收稿日期:2014-08-21
濆江流域不同土地利用方式下土壤磷积累特征及流失风险
黄永杰1, 张世熔1,2, 蒲玉琳1,2 , 杨玲1,2, 徐小逊1,2, 贾永霞1,2    
1. 四川农业大学资源环境学院, 成都 611130;
2. 四川省土壤环境保护重点实验室, 成都 611130
摘要:采用实地采样调查、室内分析与数理统计法研究了濆江小流域耕地、果园、茶园、人工林地、自然林地、饲草地和荒草地7种土地利用方式下表层土壤磷素的积累及吸附特征.结果表明,人工林地、饲草地与耕地土壤全磷>1.0 g·kg-1,呈现积累趋势;饲草地和耕地的Olsen-P≥40.0 mg·kg-1,超过磷素流失临界值;人工林地、饲草地和耕地土壤CaCl2-P>4.5 mg·kg-1,也超过磷素流失临界值.茶园土壤吸附固定磷能力极强,耕地、果园地、林地(尤其是人工林地)与草地土壤的吸附固定磷能力较弱.人工林地、耕地与饲草地土壤磷素流失风险较高,宜采用补偿性施磷或维持性磷肥法;果园、荒草地、自然林地的风险较低,茶园土壤磷素几乎无流失风险.
关键词濆江流域     土地利用方式     土壤磷素     积累特征     流失风险    
Accumulation and Loss Risk of Soil Phosphorus Under Different Land Uses in Fenjiang River Watershed
HUANG Yong-jie1, ZHANG Shi-rong1,2, PU Yu-lin1,2 , YANG Ling1,2, XU Xiao-xun1,2, JIA Yong-xia1,2    
1. College of Resources and Environment, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China;
2. Key Laboratory of Soil Environment Protection of Sichuan Province, Chengdu 611130, China
Abstract:Phosphorus(P) is one of the greatest demanded nutrients for crop growth, but unreasonable land use and management are major factors causing non-point source P pollution. This paper examined accumulation and sorption characteristics and potential loss risk of surface soil P under seven land-use types in the Fenjiang River watershed, using field investigation, laboratory analysis, and mathematical statistics. The seven land-use types include farmland(FL), orchard land(OL), tea plantation land(TP), artificial forest land(AF), natural forest land(NL), forage grass land(FG), and weeds land(WL). The content of soil total P in AF, FG and FL were greater than 1.0 g·kg-1, showing an accumulation trend. In FG and FL, soil Olsen-P content was equal to or higher than 40.0 mg·kg-1, exceeding the critical value of P loss. The content of soil CaCl2-P was higher than 4.5 mg·kg-1 in AF, FG and FL, exceeding the critical value of P loss as well. TP soil had a stronger P sorption and fixation, whereas FL, OL, AF, and FG had a weaker P sorption and fixation, especially AF. The present results show that AL, FL and FG have higher potential risk of P runoff loss and leaching, while OL, WL and NL have a relatively lower risk of P loss. TP soil has almost no P loss risk.
Key words: Fenjiang River watershed     land use types     soil phosphorus     accumulation     potential loss risk    

磷是大多数水体藻类生长的限制因子,而来自农业非点源的磷往往是地表水体富营养化的主要原因[1].因此,近年来土壤磷素流失的研究成为热点[2, 3, 4].研究表明土壤水溶磷、Olsen-P、CaCl2-P 等不同形态的有效磷含量与地表径流中磷含量显着相关[4, 5],故常用Olsen-P和CaCl2-P等评估土壤磷素的流失风险.土壤磷素流失常常存在一“突变点”,若土壤Olsen-P或CaCl2-P含量超过此“突变点”,其磷素流失风险将显着增大[5, 6].此外,土壤磷流失风险也可用土壤磷素的最大吸附量(Qm)与最大缓冲量(MBC)、磷零点吸附平衡液浓度(EPC0)和磷吸持指数(PSI)等土壤吸持性指标评估[7, 8].其中Qm、MBC和EPC0可表示土壤固磷能力大小[8];土壤磷吸持饱和度(DPS)是衡量土壤磷水平和固磷能力的综合指标,可反映土壤磷从固相进入液相的难易程度[9],如Allen等[10]研究发现土壤DPS与地表径流溶解态活性磷和生物可利用磷呈显着正相关.

土地利用方式对土壤磷素的流失风险影响显着[9],如嘉兴市养殖场、庭院、果园土壤磷素流失风险显着大于水田土壤[11],秦岭北麓猕猴桃园土壤磷素淋失风险明显大于耕地土壤[12],菜地土壤磷素流失风险也显着大于水田落干土壤[13].然而,已有文献对不同土地利用方式下土壤磷素流失风险的研究主要集中于受人为影响较大的耕地与果园[11, 12, 13, 14],较少分析小流域内多种土地利用方式土壤,尤其是茶园地、人工林地与饲草地土壤磷素的潜在流失风险.同时,近年来雅安产业结构调整,部分传统耕地改为人工林地与饲草地,加之化学磷肥的施用致使土壤磷素不断累积,其释放的潜在可能性也会大大增加,威胁流域水环境质量安全.因此,本文以四川雅安濆江小流域生态系统为研究对象,探讨耕地、林地、园地、草地等多种土地利用方式土壤磷素累积与等温吸附特征,及其潜在流失风险,旨在为该区域土壤磷素管理提供基础数据,为农业非点源污染防治提供理论参考. 1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区位于四川省雅安市濆江流域(29°50′~30°14′N,102°51′~103°14′E).该流域地处四川盆周山区西部,为青衣江流域一级支流,地貌类型以低山丘陵为主,海拔580~1453 m;属亚热带季风气候,有明显的干季和湿季,年均气温14.1~17.9 ℃,多年平均降雨量为1670 mm,湿度大,日照少.土壤以紫色土为主,少量黄壤;土地利用类型主要有耕地、茶园、果园、林地. 1.2 土壤样品采集与处理

选择能代表耕地、果园、茶园、人工林地、自然林地、饲草地、荒草地的典型样地(20 m ×20 m),采用S型布点法分别采集0~20 cm土层混合样500 g左右,带回室内风干后研磨过筛,备用.耕地与饲草地土样采集均在作物和饲草收获后进行.各利用类型样地基本情况见表 1.

表 1 试验样地基本情况 Table 1 Basic conditions of experimental plots
1.3 分析项目与测定方法 1.3.1 土壤磷及相关指标[15, 16]

土壤pH采用水浸提(1∶2.5),玻璃电极法;全磷采用HClO4-H2SO4消化-钼锑抗比色法;水溶性磷(Water-extractable-P)采用蒸馏水浸提(土液比1∶20),钼锑抗比色法;Olsen-P采用0.05 mol·L-1 NaHCO3浸提(土液比1∶20),钼锑抗比色法;Mehlich3-P采用0.2 mol·L-1 CH3COOH、0.25 mol·L-1 NH4NO3、0.013 mol·L-1 HNO3、0.015 mol·L-1 NH4F、0.001 mol·L-1 EDTA混合液浸提(土液比1∶10),钼锑抗比色法; CaCl2-P(易解析磷RDP)采用0.01 mol·L-1 CaCl2浸提(土液比1∶20),钼锑抗比色法. 1.3.2 土壤磷素吸附量[14]

取过2 mm筛的8份风干土1.50 g于50 mL具塞离心管中,加入30 mL由0.01 mol·L-1 CaCl2溶液配制KH2PO4的系列吸附液,其磷浓度分别为3、5、7、12、20、30、40、50 mg·L-1,同时加入两滴氯仿抑制微生物作用.25 ℃恒温振荡24 h,转速180 r·min-1,离心后吸取上清液,用钼锑抗比色法测定滤液中磷浓度.土壤对磷的吸附量Q按(1)式计算.

式中:Q为磷的吸附量,mg·g-1;C0为磷的初始浓度,mg·L-1;C为吸附平衡时的磷浓度,mg·L-1;V为吸附液体积,mL;W为烘干土质量,g. 1.3.3 土壤磷素流失风险的评价指标[3, 13, 17] 1.3.3.1 磷最大吸附量(Qm)与最大缓冲容量(MBC)

由Langmuir等温式[(2)式]拟合土壤磷素等温吸附过程,可得磷的最大吸附量Qm(mg·kg-1)和吸附能常数k(L·kg-1).

再由(3)式计算最大缓冲量MBC

1.3.3.2 磷零点吸附平衡液浓度(EPC0)

根据Henry线性式[(4)式]拟合土壤磷素等温吸附过程,可得线性吸附系数Kd (L·kg-1).

式中:S0表示初始状态下的磷吸附量,mg·kg-1.

再由(5)式计算磷零点吸附平衡液浓度EPC0

1.3.3.3 磷吸持指数(PSI)

PSI测定方法:每1 g土加入1.5 mg磷酸盐(土液比1∶10),恒温25 ℃振荡24 h后测定土壤平衡液磷浓度(C,μmol·L-1)和磷吸持量(X,mg·100 g-1),由(6)式计算.

1.3.3.4 磷吸持饱和度(DPS)

DPS是土壤中可提取磷量占土壤可吸附磷容量的百分比,由(7)、(8)式计算.

式中:Pe为可提取磷量,以土壤Olsen-P(mg·kg-1)表示;Qm为土壤最大吸附磷量,mg·kg-1. 1.4 统计分析与制图

试验数据用SPSS 13.5软件分析与统计,用Origin 7.5和Excel 2007软件绘图. 2 结果与分析 2.1 不同土地利用方式下土壤各形态磷素积累特征

磷素是作物必需的大量营养元素之一,土壤磷素水平在一定程度上可由全磷、水溶性磷、Olsen-P、CaCl2-P等指标反映.由表 2可知,濆江小流域各利用方式土壤全磷含量在0.24~1.26 g·kg-1之间,其中人工林地、饲草地、耕地土壤全磷含量超过或接近全国土壤普查的适量等级1.0 g·kg-1,呈现累积趋势.不同土地利用方式下,土壤全磷含量高低顺序为人工林地>饲草地>耕地≈果园地>自然林地≈荒草地>茶园地.方差分析显示:人工林地土壤全磷含量分别比饲草地、耕地、果园地、自然林地、荒草地、茶园地显着高0.10、0.31、0.34、0.94、1.11、4.33倍;饲草地土壤全磷含量分别比耕地、果园地、自然林地、荒草地、茶园地显着高0.20、0.23、0.78、0.93、3.67倍;耕地、果园地、自然林地与荒草地土壤全磷含量分别比茶园地显着高3.01、2.98、1.74、1.53倍;耕地、果园地土壤全磷含量与自然林地、荒草地土壤的差异也达显着.耕地与果园地之间、自然林地与荒草地之间的土壤全磷含量无显着差异.

表 2 濆江流域土壤基本性质以及土壤磷含量(平均值±标准误) Table 2 Basic properties and phosphorus content of soils in Fenjiang River watershed (mean ± SD)

Olsen-P含量变化范围4.18~49.01 mg·kg-1,占全磷总量的0.97%~4.27%,说明研究区土壤磷素的活性较低.按照全国土壤二次普查分级标准,饲草地土壤Olsen-P>40 mg·kg-1、耕地土壤的约为40 mg·kg-1,均属丰富等级,呈明显富集.茶园地土壤Olsen-P<5.0 mg kg-1,严重缺乏;其他利用类型土壤Olsen-P含量范围7.54~15.35 mg·kg-1,介于适量(20.0 mg·kg-1)与贫乏(5.0 mg·kg-1)等级.土壤Olsen-P在不同利用方式下的大小顺序为饲草地>耕地>人工林地≈荒草地≈果园地≈自然林地>茶园地.饲草地土壤Olsen-P含量显着高于耕地、人工林地、荒草地、果园地、自然林地和茶园地,分别高0.29、2.20、3.90、4.32、5.50、10.72倍;耕地土壤Olsen-P含量比人工林地、荒草地、果园地、自然林地、茶园地显着高1.61、3.00、3.34、4.31、8.60倍;人工林地、荒草地、果园地与自然林地土壤Olsen-P含量分别比茶园地显着高2.67、1.39、1.20、0.80倍;而人工林地、荒草地、果园地和自然林地土壤Olsen-P含量差异不显着.

不同土地利用方式土壤水溶性磷、CaCl2-P 与Mehlich3-P含量大小顺序类同Olsen-P,三种形态有效磷含量均表现为饲草地与耕地含量显着高于其他地类,而饲草地又显着高于耕地;茶园地显着低于其他利用方式的土壤,人工林地、果园地、荒草地之间差异较小. 2.2 不同土地利用方式下土壤磷素吸附特征

以平衡液浓度为横坐标,吸附量为纵坐标,采用Langmuir等温式拟合各地类土壤磷素等温吸附过程(图 1),拟合方程的决定系数均达极显着(R2=0.959~0.982,P<0.001),表明Langmuir方程可用于描述研究区土壤磷素的等温吸附过程.由图 1可知,在实验吸附液的磷含量范围内,茶园地土壤磷素等温吸附曲线变化较陡,斜率远较其他利用类型土壤大,土壤吸附磷量随着外源磷量的增加持续增大,吸附作用未达饱和.说明茶园地土壤吸附固磷能力极强.除茶园地外的各地类土壤磷素等温吸附曲线由陡变缓,最后近似平行于横轴,吸附作用基本达平衡.人工林地土壤磷素等温吸附曲线变化较平缓,斜率较小,低于其他利用类型土壤,说明随外源磷添加量的增加,人工林地土壤磷吸附量的增幅较小,磷素吸附点较少,吸附固磷能力较低;耕地、果园地、自然林地、饲草地以及荒草地土壤磷素等温吸附曲线变化的陡缓程度与斜率大小都介于茶园与人工林地土壤之间,说明耕地等五类利用类型土壤的磷素吸附点位与吸附固磷能力也介于茶园与人工林地土壤之间.

FL为耕地(Farmland);OL为果园地(Orchard land);TP为茶园地(Tea plantation land);AF为人工林地(Artificial forest land);NF为 自然林地(Natural forest land);FG为饲草地(Forage grass land); WL为荒草地(Weeds land) 图 1 不同利用方式下土壤磷素等温吸附曲线 Figure 1 Isotherms of phosphorus sorption in soils under different land use types
2.3 不同土地利用方式下土壤磷素流失风险分析 2.3.1 土壤磷素最大吸附量与最大缓冲量

土壤固相表面具有一定数量的磷素吸附点位,Qm是当所有的磷的吸附点都被磷酸分子所占满时的吸附量,即最大吸附量.由图 2(a)可知,研究区土壤磷素Qm值为333.2~556.6 mg·kg-1,不同土地利用方式下,土壤Qm的大小顺序为茶园地>果园地>荒草地≈自然林地≈饲草地>耕地>人工林地,且茶园土壤磷素Qm与其他利用方式土壤差异显着,人工林地土壤磷素Qm也与其他利用方式土壤差异显着,耕地土壤磷素Qm与果园土壤差异显着.

图 2 不同利用方式下土壤磷素最大吸附量(Qm)、最大缓冲量(MBC)和吸持平衡浓度(EPC0) Figure 2 Qm、MBC and EPC0 of phosphorous in soils under different land use types

土壤磷素MBC是土壤供磷能力的指标,也可反映土壤保持可溶性磷能力的大小,以及缓冲外源磷能力的强弱.土壤磷素MBC愈大,维持相同供磷强度所需的磷肥量愈大;当土壤磷吸附量相近时,MBC值越大,土壤吸附的磷越难被作物所吸收利用[18].由图 2(b)可知,茶园地土壤磷素MBC最大(126.5 mg·kg-1),显着高于荒草地等利用方式的土壤;其次是荒草地土壤(46.0 mg·kg-1),显着高于除茶园地外的其他地类土壤;人工林地土壤最低(5.3 mg·kg-1),显着低于其他地类土壤;自然林地、饲草地、耕地与果园土壤MBC在22.1~36.7 mg·kg-1范围之间,相互之间无显着差异.说明本研究中各利用类型土壤在输入等量外源磷后,茶园地土壤磷素MBC较大,对茶树的有效性较低,但缓冲外源磷素能力强;人工林地土壤磷素MBC较小,对植物有效性较高,但保持土壤可溶态磷能力较弱,流失风险也较高. 2.3.2 土壤磷素零点吸持平衡浓度

EPC0是土壤溶液中磷在既不发生净吸附,也不发生净解吸,即达到吸持与解吸动态平衡时的浓度,可用来表征水-土界面磷交换的数量和方向.EPC0值越小,土壤固相中的磷越不易进入溶液,反之,土壤固相中磷越容易进入溶液[19],即土壤EPC0值越大磷流失潜能越大.由图 2(c)可知,供试土壤的EPC0值在41.2~388.9 μg·L-1范围内,人工林地最高(388.9 μg·L-1),显着高于其他利用方式土壤;其次是饲草地(245.5 μg·L-1),显着高于除人工林地以外的其他地类土壤;茶园地与自然林地土壤的较低,分别是41.2 μg·L-1、50.7 μg·L-1,显着低于其他利用方式土壤;耕地、果园地、荒草地土壤EPC0相近,在100.1~130.7 μg·L-1范围内,无明显差异. 2.3.3 土壤磷素磷吸持指数

PSI表征土壤固磷能力,当PSI值低于25时,外源磷的增加易引起土壤RDP、藻类有效磷(BAP)和EPC0增大,土壤磷流失风险增强[20].由图 3(a)可知,供试土壤PSI在2.2~7.4之间,茶园地土壤PSI值最高(7.4),与其他利用方式土壤的差异显着;其次是自然林地、果园地和荒草地,其PSI值为3.9~4.6,显着高于耕地、饲草地与人工林地土壤;第三是耕地与饲草地,其土壤PSI值为3.1~3.4,显着高于人工林地土壤;人工林地的最低,其土壤PSI值为2.2.表明研究区人工林地土壤对磷素吸附固定能力最差,其磷素流失风险较高;茶园土壤PSI值最大,磷素流失风险相对较低.

图 3 不同土地利用方式下土壤磷素吸持指数(PSI)及吸持饱和度(DPS) Figure 3 PSI and DPS of phosphorus in soils under different land use types
2.3.4 土壤磷吸持饱和度

土壤DPS还可被定义为“土壤表面的磷酸盐覆盖度”,既能表示土壤磷素的积累强度,又可解释磷素从土壤固相向液相释放的潜能大小[21],土壤DPS值愈大,其磷素流失风险愈大.由图 3(b)可知,供试土壤DPS值在0.7%~11.5%之间,不同利用方式土壤DPS值大小排序为:饲草地>耕地>林地≈荒草地≈果园地>茶园地.饲草地土壤磷素DPS值11.5%,与其他利用类型土壤差异显着;耕地土壤DPS 值10.2%,与其他利用类型土壤差异也显着;茶园地土壤DPS值0.7%,显着低于其他利用类型土壤;林地、荒草地、果园地土壤DPS值在1.9%~4.4%之间,相互间无明显差异.表明饲草地土壤固相表面的固磷点位相对较少,其磷素流失风险相对增强.茶园地土壤DPS值仅为饲草地的6%,其固相表面的固磷点位相对较多,磷素流失风险大大降低. 3 讨论

3.1 土地利用方式对土壤磷素积累的影响

土壤磷素养分是自然因子和人为因子共同作用的结果,土地利用方式作为人类各种利用土地活动的综合反映,和土壤磷素养分积累有着密切的联系[11].目前磷肥利用率仅有10%~25%,长期过量施用磷肥将导致磷素在土壤中累积,提高土壤有效磷及易解吸磷量[14].刘志祥等[22]研究显示不同土地利用方式下土壤全磷含量大小顺序为撂荒地>坡耕地>果园、林地,张慧敏等[23]研究结果为畜牧场>果园地>桑园地>蔬菜地>水田>旱地>水旱轮作地.本研究表明,不同土地利用方式对土壤表层磷素累积量也有着显着影响,全磷含量为人工林地>饲草地>耕地≈果园地>自然林地≈荒草地>茶园地,且人工林地、饲草地和耕地土壤由于较高的有机质含量(表 2)或磷肥施用量(表 1)导致全磷出现累积趋势.

大量研究[3, 5, 6]认为土壤可溶性磷含量存在“临界值”、“警戒值”、“突变点”,当含量超过该值(本文称为磷素流失临界值)时,土壤磷素流失风险将剧增.曹志洪等[24]报道Olsen-P的磷素流失临界值为25~30 mg·kg-1之间,Sims等[25]将Mehlich3-P流失临界值定为150 mg·kg-1,钟晓英[3]研究显示RDP流失临界值为0.14~3.87 mg·kg-1之间.本研究显示,研究区内各利用类型土壤Mehlich3-P均小于150 mg·kg-1,但饲草地和耕地土壤Olsen-P分别为49.01、39.97 mg·kg-1,超过了磷素流失临界值,RDP分别为6.50、4.53 mg·kg-1,也超过了磷素流失临界值.表明受人为施用磷肥与低坡度(表 1)的影响,饲草地和耕地土壤可溶态磷(Olsen-P与RDP)已出现累积,增大了磷素渗流流失风险.为降低耕地与饲草地土壤磷素流失风险,宜采用补偿性施磷或维持性磷肥法[26].有研究显示,茶园土壤有效态磷(主要是Olsen-P)普遍偏高,甚至超过磷素流失临界值[27, 28],但本研究中,茶园地土壤Olsen-P、RDP均显着低于其他类型的土壤,其原因是磷肥施用量少(表 1),加之土壤磷素大部分为难溶态的铁磷、铝磷与闭蓄态磷,降低了可溶性磷量. 3.2 土地利用方式对土壤磷素等温吸附的影响

本研究中土壤磷素Langmuir等温吸附曲线显示,同等条件下各利用土壤类型吸附外源磷量大小排序大致与有机质含量高低顺序相反,可能是因为有机质含量高的人工林、饲草地、自然林地土壤中有机胶体与铁、铝氧化物形成络合物,减少铁、铝无机胶体与磷直接反应的几率,并且能够降低这些无机胶体对磷的吸持强度[29].

在实验吸附液的磷含量范围内,茶园地土壤表现出极强的吸附外源磷能力,究其原因一是茶园地土壤呈强酸性,铁、铝含量高,能与铁、铝结合形成固定态的磷增多;二是茶园土壤外源磷肥输入(表 1)极少,年施用量不超过105 kg·hm-2,随着土壤磷素的自然耗竭,土壤中大部分磷素吸附点位都处于非饱和状态,其磷素的DPS仅为0.7%(图 3b),极易吸附外源磷.茶园地土壤极强的吸附外源磷能力,与胡艳等[27]得到的结论不尽相同,可能是由于本研究中茶园土壤磷素含量低(表 2),磷素吸附点位大部分未饱和;胡艳等[27]研究的茶园土壤磷素含量相对较高,(全P 0.42 g·kg-1、Olsen-P 31.3 mg·kg-1),使土壤磷素饱和吸附点位大大增多.

耕地、果园地、自然林地、饲草地及荒草地土壤对磷素的等温吸附曲线变化几乎一致.随外源磷的增加(吸附液的磷含量增多),土壤吸附固磷量的增幅先增大后逐渐减小,直至趋于零,即土壤对磷素的吸附作用达平衡.其原因在于前期土壤对磷的吸附作用,以无定形铁、铝对磷的化学吸附及粘粒上盐基离子对磷的共价吸附为主,结合能较大;后期土壤对磷的吸附主要发生在多聚铝合物崩裂产生的新点位,或磷取代结构性硅而被吸附,即以物理吸附为主,结合能小[30].人工林地土壤磷素的等温吸附曲线类似于耕地等土壤,但土壤的吸磷量受外源磷加入量的影响较耕地等土壤小,这可能与其全磷较高(表 2),绝大部分磷素吸附点位已接近饱和有关.本研究也显示,在添加等量外源磷时,自然林地土壤对磷吸附固定量大于人工林地,荒草地土壤磷吸附固定量也大于饲草地.这是由于人为干扰(如践踏或施肥)导致土壤结构较差,增大了可溶性磷饱和度,降低了土壤吸附固磷能力. 3.3 土地利用方式对土壤磷素流失潜力的影响

有研究[31]表明,土壤磷素最大吸附与土粒比表面、粘粒含量、无定形氧化铁铝化合物与有机质含量密切相关,不同土地利用方式土壤磷素Qm、MBC不可能一致.胡艳等[27]研究显示川西地区不同利用方式土壤Qm值大小顺序为茶园地>水田>林地>旱地;赵阳[32]报道泉州市不同利用方式土壤磷素Qm值大小为旱地>草地>林地;周萍[28]发现湖北省主要地类土壤的磷素MBC大小为荒地>茶园地>青泥田>旱地>水稻土.本研究显示,土地利用方式对土壤磷素吸附与土壤缓冲能力有明显影响,七类利用方式土壤中,茶园地土壤磷素Qm、MBC值都显着高于其他利用类型;人工林地土壤磷素Qm、MBC均显着低于其他利用类型;其余利用类型土壤介于二者之间.这与周萍[28]的研究结果类似.土壤磷素Qm、MBC越大,磷素流失潜能越小,且只有Qm高、MBC也较高时,土壤中磷素才不易流失[33].因此,就土壤磷素Qm、MBC而言,研究区人工林地土壤磷素流失潜力最大,其次为耕地、果园、草地与自然林地土壤,茶园土壤的磷素流失潜力最小.

水体富营养化的磷素阈值为20 μg·L-1,当土壤磷素EPC0值大于此值时,土壤磷素易成为地表或地下水体中磷的重要来源[34].本实验结果显示濆江小流域土壤EPC0值均大于20 μg·L-1,说明在一定条件下研究区内土壤磷素易成为地表或地下水体中磷的重要来源,若有外源磷输入流失风险仍较大.7种利用方式土壤磷素EPC0值差异也较大,如人工林地土壤磷素EPC0值最高,其次是饲草地,分别比其他利用方式土壤显着高0.88~8.48倍,表明人工林地与饲草地土壤磷素较易随地表径流或渗漏途径流失进入地表或地下水体.

土壤吸持磷能力是有限的,随着其吸磷量增多,土壤DPS逐渐升高.因此,可将DPS视作磷的土壤净容量,用以评估土壤固磷能力及磷流失风险[20].欧洲多国普遍认为DPS达25%时,土壤磷素容易流失[35],国内也有将DPS 15%作为土壤磷素流失的临界值的研究[36],但土壤DPS值大小与土壤性质、当地的水文特征等多种因素有关,因此较难采用一个固定的土壤DPS临界值.土壤磷素PSI值也存在一“临界值”(约为25),若PSI值低于25,一旦有外源磷素进入,土壤RDP、BAP和EPC0等都会大幅增加,且PSI值越小土壤磷越易流失[19].本研究结果显示,供试土壤的DPS值介于0.7%~11.5%,说明研究区土壤磷的吸持饱和度相对较低,但饲草地、耕地土壤磷素DPS值接近12%,显着较高,表明饲草地与耕地土壤磷流失潜力相对高于其他利用方式土壤.供试土壤磷素PSI值都低于25,说明研究区若有外源磷加入,各利用类型土壤磷素都存在不同程度的流失风险,与胡艳等[27]的结论基本一致.

因此,综合分析7类利用类型土壤磷素的Qm、MBC、EPC0、DPS与PSI值可知,在本研究条件下,濆江流域人工林地、饲草地与耕地土壤磷素流失风险较高,果园、荒草地、自然林地土壤磷素的流失风险较低,茶园土壤磷素几乎无流失风险. 4 结论

(1)土地利用方式对土壤磷素积累影响显着.人工林地、饲草地与耕地土壤全磷呈现积累趋势,饲草地和耕地的Olsen-P明显积累,超过了磷素流失临界值,人工林地、饲草地和耕地土壤RDP也明显积累,超过了磷素流失临界值.

(2)Langmuir等温式适宜描述濆江流域土壤磷素的吸持过程.茶园地土壤的吸附固磷能力极强,耕地、果园地、人工林地与草地土壤的吸附固定磷能力则较弱,尤其是人工林地.

(3)在本研究条件下,濆江流域人工林地、饲草地与耕地土壤磷素流失风险较高,宜采用补偿性施磷或维持性磷肥法;果园、荒草地、自然林地土壤磷素含量较低,茶园土壤磷素几乎无流失风险,急需施用磷肥以促进植株生长.

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