摘要
磷是植物生长过程中必不可少的营养元素，参与生物大分子的合成及物质能量转化。因此，为了促进作物生长发育以及提高作物产量，农业生产中常长期大量施用磷肥，造成土壤磷素的大量累积，不仅造成磷矿资源的浪费，同时还对环境造成了不可逆的伤害。探究土壤累积磷素的合理利用，在植物营养和环境科学中均具有重大理论和实践意义，而对磷耗竭的研究，正是探究磷素有效性的基础。本研究基于文献数据分析、实验室模拟分析和盆栽试验分析，以玉米为指示作物，从不同初始磷含量和氮肥梯度两个角度，对京郊褐土的磷耗竭特征进行综合分析。主要研究结果如下: (1)搜索整理连续多年不施磷肥有效磷含量数据，建立指数模型:Olsen-P=Olsen-Pi×exp(-t/17.09)+0.65。初步得到土壤磷素的耗竭特征:土壤有效磷含量随时间的推移而降低，降低趋势先快、后期逐渐平缓，当有效磷含量降至为2mg·kg-1时不再降低。该模型可以较为准确的预测不施用磷肥时土壤有效磷含量变化，且表明磷耗竭过程与初始磷含量有关。 (2)用一次平衡法对褐土进行连续16次浸提，通过伪二级动力学方程预测达到平衡时的最大解吸量和解吸时间，得到不受环境因素干扰下的磷素耗竭曲线。研究表明，有效磷初始含量每增加1mg·kg-1，可导致磷解吸能力增加4.03mg·kg-1。 (3)初始磷含量越高，有效磷变化量越大，其变化过程中的峰值及拐点越早。在不同初始磷含量下，玉米盆栽试验模拟分析中的土壤有效磷、土壤磷素形态、土壤有机质、土壤pH、硝态氮、铵态氮、玉米幼苗生物量以及微生物群落的变化趋势均与土壤初始磷含量相关。耗竭过程中，有效磷含量减少38.16％～43.96％，活性磷含量比例降低，中等活性磷、稳定态磷比例升高。经过五批生物耗竭后，不同初始磷含量下的土壤养分和玉米幼苗生物量均有显著的差异。微生物群落的丰富度和多样性发生较大变化，耗竭过程中物种丰富度受磷素初始含量影响，随着耗竭批次的增加，低磷处理物种丰富度减小，高磷处理物种丰富度增加。其中，微生物群落中的放线菌门(Actinobacteriota)与酸杆菌门(Acidobacteriota)在磷素耗竭过程起着重要作用，影响磷素形态之间的转化，进而影响磷素耗竭过程。 (4)氮肥配施促进磷素耗竭的进行，且随着氮肥施用量的增加，提升磷素耗竭速率，耗竭效果更为显著。在不同氮肥施用量下，玉米盆栽试验模拟分析中的土壤有效磷、土壤磷素形态、土壤有机质、土壤pH、硝态氮、铵态氮、玉米幼苗生物量以及微生物群落的变化趋势均与氮肥梯度相关。在耗竭过程中，一倍氮肥和三倍氮肥处理有效磷变化量分别是不施氮肥处理的1.08倍和1.12倍，且不施加氮肥处理的活性磷降低比例小于一倍氮肥和三倍氮肥处理，分别降低1％、2％和4％。相同批次、不同氮肥处理下的土壤养分和玉米幼苗生物量差异较大，变化趋势一致但幅度存在差异，氮肥施加量越高，其变化幅度越大。微生物群落的丰富度和多样性发生较大变化。耗竭过程中各处理微生物群落的差异较大，随氮肥施用量增加，其变化量减小。其中，变形菌门(Proteobacteria)在氮肥配施的磷耗竭过程中起重要作用，促进磷耗竭的进行。 综上所述，在不同初始磷含量和氮肥梯度下，其磷素耗竭过程中的磷含量、磷素形态、土壤养分及微生物群落组分变化趋势各不相同，存在一定的差异，且这种差异与氮磷含量有关。本研究从多角度进行综合分析，以期为土壤累积磷素利用和农业可持续发展提供重要理论依据。
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