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污水厂尾水补水对受纳水体氮磷形态与DOM时空分布特征的影响

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环境科学研究 2023年第9期36卷 1705-1715页

作者：杨长明尉岚杨阳王育来同济大学环境科学与工程学院上海200092 安徽工业大学能源与环境学院安徽马鞍山243002

城镇污水厂尾水水量稳定、水质可控,是补给河湖水系生态基流的可靠水源.为保障污水厂尾水补水安全,以合肥市王建沟为研究对象,分别于枯水期、丰水期开展污水厂尾水回补河道氮、磷形态及溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)的时... 详细信息

城镇污水厂尾水水量稳定、水质可控,是补给河湖水系生态基流的可靠水源.为保障污水厂尾水补水安全,以合肥市王建沟为研究对象,分别于枯水期、丰水期开展污水厂尾水回补河道氮、磷形态及溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)的时空分布特征研究,探明污水厂尾水对回补河流的影响.结果表明:①王建沟经尾水补水后水质明显改善,补水河段污染物浓度空间上沿程上升,时间上水质标识指数特征表现为丰水期>枯水期,总氮(total nitrogen,TN)为主要污染因子.②尾水回补河道中氮形态以溶解态为主,主要存在形式为溶解态无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN,占60.9%),且以硝态氮(NO_(3)^(−)-N)为主.除溶解态有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)和亚硝态氮(NO2−-N)以外,其余形态氮浓度均表现为丰水期>枯水期.③磷主要以溶解态无机磷(dissolved inorganic phosphorus,DIP,占80.3%)为主,各形态磷浓度均表现为丰水期>枯水期.④枯、丰水期尾水回补河道DOM均以类腐殖质为主,占68%以上,DOM具有较强自生源、低腐殖化特征;同时,较枯水期而言,丰水期DOM结构更为复杂,平均相对分子质量和含量升高.研究显示:污水厂尾水回补河流尽管会导致氮、磷等污染负荷的输入,但在丰富河流水动力、生态基流保障、河流生态恢复等方面具有积极的效应;同时建议丰水期强化入河城市面源污染管控.

关键词：尾水补水受纳水体氮磷形态溶解性有机质(DOM) 时空变化

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增氧条件下粉绿狐尾藻的氮磷吸收特征

农业工程学报 2024年第3期40卷 271-282页

作者：张文萍蒋易张鑫全文清柏李汉常谭歆王润贤湖南农业大学水利与土木工程学院长沙410128 中铁城建集团有限公司长沙410208 湖南省欧阳海灌区水利水电工程管理局耒阳421800

为探明增氧处理下粉绿狐尾藻植株的氮磷吸收特征,该研究以粉绿狐尾藻为研究材料,设置5个不同增氧水平(增氧时长),即CK (0 min)、JO1(4 min)、JO_(2)(6 min)、JO3(8 min)、JO4(10 min),系统分析了不同增氧水平下粉绿狐尾藻幼苗期(7月10日... 详细信息

为探明增氧处理下粉绿狐尾藻植株的氮磷吸收特征,该研究以粉绿狐尾藻为研究材料,设置5个不同增氧水平(增氧时长),即CK (0 min)、JO1(4 min)、JO_(2)(6 min)、JO3(8 min)、JO4(10 min),系统分析了不同增氧水平下粉绿狐尾藻幼苗期(7月10日—9月15日)、生长旺盛期(9月16日—12月22日)生理指标的变化规律,明确了植株N、P含量、N/P和叶绿素含量、底泥各形态氮磷含量之间的关系。结果表明:增氧8 min时,t_(1)、t_(2)取样时期(9月15日、10月10日)粉绿狐尾藻的氮、磷吸收量及t5取样时期(12月22日)的氮吸收量最高;增氧6 min时,t_(3)、t4取样时期(10月27日、11月16日)粉绿狐尾藻的氮、磷吸收量及t5取样时期的磷吸收量最高;增氧有利于粉绿狐尾藻在t_(1)、t_(2)、t_(3)时期对氮的吸收,t4时期对磷的吸收,表现为t_(1)、t_(2)、t_(3)时期粉绿狐尾藻的植株氮磷比分别增加5.27%~36.57%、9.04%~63.07%、3.50%~73.45%,t4时期的N/P降低1.38%-34.05%;增氧使t_(2)、t5时期粉绿狐尾藻叶片叶绿素a、b及叶绿素总含量降低,t4时期叶绿素含量增加同时,使t_(1)、t_(2)时期底泥氮磷比值(sediment total nitrogen/phosphorus,STN/P)分别降低64.84%、54.76%,t4、t5时期STN/P分别增高138.97%、47.02%;层次聚类分析及多元线性回归分析结果进一步表明,增氧6 min是增氧促进粉绿狐尾藻氮磷吸收利用的理论满意方案,增氧降低t_(1)时期叶绿素a、b含量、t5时期底泥碱解氮含量(sediment alkali-hydro nitrogen,SAHN)和t4时期铁结合态磷(Fe-P)含量同时,促进了粉绿狐尾藻t5时期氮磷的吸收。增氧调控粉绿狐尾藻叶片叶绿素形成和底泥氮磷的形态转化,促进其对底泥氮磷吸收,同时提高了粉绿狐尾藻氮磷的吸收利用效果,可抑制甲烷和氧化亚氮、CO_(2)等温室气体的排放。

关键词：氮磷植株氮磷比氮磷形态增氧处理粉绿狐尾藻

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乌江流域三个梯级水库氮磷形态的比较研究

地球与环境 2022年第6期50卷 821-830页

作者：刘坤王仕禄檀迪郭明伟韩祥峰中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳550081 中国科学院大学北京100049

为揭示河流梯级开发对生源要素氮磷输运的影响,本研究选择乌江流域的普定、乌江渡、思林作为上、中、下游梯级水库的代表,于2020年8月采集各水库水体剖面和沉积物柱样品,测定氮磷含量,并用SMT法提取沉积物磷形态。结果发现,受中下游人... 详细信息

为揭示河流梯级开发对生源要素氮磷输运的影响,本研究选择乌江流域的普定、乌江渡、思林作为上、中、下游梯级水库的代表,于2020年8月采集各水库水体剖面和沉积物柱样品,测定氮磷含量,并用SMT法提取沉积物磷形态。结果发现,受中下游人为污染输入影响,乌江渡水库水体总氮浓度最高,为3.92±0.50 mg/L,总磷浓度在此坝前到下游急剧抬升为上游的2~3倍,达到0.04~0.06 mg/L;坝前沉积物含有大量的高释放风险的铁铝活性磷(1310.3±1003.3 mg/kg),可能成为下游的潜在污染源。中下游水库较高的生物量加快了氮磷的活化速度,提高了活性磷的浓度,反而减低了沉积物有机磷的生物拦截效率。除乌江渡水库外,其它水库沉积物中以钙结合态磷为主(占无机磷的60%以上)。梯级水库修建后,泥沙含量大幅降低,可能是下游水库沉积物钙结合态磷浓度降低的主要因素。总体上,梯级水库的累积效应使得水库对生源要素的“活化”效率增强、“拦截”效应减弱,增大了富营养化发生的风险。

关键词：乌江流域梯级水库氮磷形态氮磷活化拦截效应

大冶湖沉积物—水界面氮磷形态分布特征及生态风险评价

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大冶湖沉积物—水界面氮磷形态分布特征及生态风险评价

作者：刘胜山湖北大学

学位级别：硕士

水体富营养化是当前城市湖泊环境治理中面临的主要问题,过量氮、磷等营养盐的输入是湖泊富营养化的根本原因。为了控制水体富营养化的进程,减轻富营养化带来的危害,本文以黄石市大冶湖为研究对象,以现场调查、实验分析、数据分析等为手... 详细信息

水体富营养化是当前城市湖泊环境治理中面临的主要问题,过量氮、磷等营养盐的输入是湖泊富营养化的根本原因。为了控制水体富营养化的进程,减轻富营养化带来的危害,本文以黄石市大冶湖为研究对象,以现场调查、实验分析、数据分析等为手段,开展大冶湖沉积物-水界面氮磷赋存形态等研究,并分析其分布特征,最后对沉积物的污染状况进行评估。以期为大冶湖等同类型湖泊的氮磷污染防治及水体富营养化治理提供数据支撑与科学依据。主要结论如下:(1)上覆水与间隙水中氮磷的赋存形态和变化特征:水质评价显示总氮(TN)、总磷(TP)是上覆水水质的主要影响因子,故对N、P的赋存形态进行分析。结果表明,硝态氮(NO-N)是N的主要赋存形态,颗粒磷(PP)是P的主要赋存形态。对上覆水各形态氮磷浓度进行分析发现,氮磷各形态浓度均存在季节差异,但是氮磷的季节规律并不同,其中TN与NO-N的含量冬季高于夏季,而TP及各形态的含量夏季高于冬季。间隙水中氮磷的赋存形态分析发现,夏冬两季N的主要赋存形态为氨氮(NH-N),而P的主要赋存形态存在季节差异,夏季以正磷酸盐(DIP)为主,冬季以有机磷(DOP)为主。间隙水与上覆水氮磷的迁移释放探究:间隙水中TN与DTP(溶解态总磷)的浓度分别为4.5mg/L、0.3mg/L,约为相应上覆水的1.5倍和4倍,可见间隙水TN、DTP均高于上覆水,依据“源”与“汇”的关系,推测上覆水中的氮磷可能来源于沉积物,为了进一步确定氮磷来源,则需要深入探究沉积物中氮磷的赋存形态与浓度。(2)沉积物氮的赋存和分布:沉积物中TN的年平均含量为3491.2mg/kg,处于国内各湖泊中上游水平;而TTN(可转化态氮)的年平均含量较低,为761.0mg/kg。从氮的赋存形态来看,冬季四种形态的TTN占TN的百分含量排序为强氧化剂态氮(SOEF-N)>弱酸浸取态氮(WAEF-N)>强碱可浸取态氮(SAEF-N)>离子交换态氮(IEF-N),TTN的赋存形态以SOEF-N为主。不同季节SOEF-N的空间分布差异较大,夏季SOEF-N的空间含量最高值(919.0mg/kg)为磊山湖附近的采样点(11号位点),冬季最高值(779.7mg/kg)出现在大冶湖大桥附近(1号位点)。沉积物磷的赋存和分布:沉积物TP年均含量为622.9mg/kg,处于国内各湖泊中上水平;而BAP(生物可利用磷)年均含量处于中间水平,为253.6mg/kg。从磷形态来看,夏季四种无机磷形态占TP的百分含量排序为钙结合态磷(HCl-P)>金属氧化物结合态磷(Na OH-P)>可还原态磷(BD-P)>弱吸附态磷(NHCl-P),沉积物中的无机磷以HCl-P、Na OH-P为主。夏季HCl-P、Na OH-P与BAP的空间分布规律相似,最高值均出现在湖东侧区五里湖渔场附近(19号位点)。沉积物氮磷形态的相关性:WAEF-N、SAEF-N与TP、NHCl-P、BD-P、Na OH-P均显著正相关(P形态磷存在同源性。进一步对TTN与BAP的分析发现TTN与SOEF-N具有较强的线性关系,BAP与Na OH-P有着极强的线性关系,推测TTN的主要来源于SOEF-N,BAP主要来源于Na OH-P。沉积物氮磷生态风险评价:通过综合污染指数法评估大冶湖沉积物的氮磷污染状况,结果发现其综合污染指数全年平均达到了2.9,属于重度污染。鉴于生物可利用氮磷是水体藻类及浮游植物的可利用营养盐,对水体富营养化有较大的影响,因此采用生物有效指数法研究大冶湖沉积物的生物可利用氮磷的污染情况。结果表明,大冶湖沉积物主要受磷污染,其风险等级较低,属于轻度污染。综上,本文对大冶湖沉积物-水界面的氮磷赋存形态及分布进行了分析,获得了各介质中氮磷各形态含量及空间分布特征,最后利用两种评价方法对大冶湖沉积物的污染程度进行了评价,为大冶湖的内源污染防治与水体富营养化控制提供理论依据,也为我国中型浅水湖泊水生态修复提供借鉴。

关键词：大冶湖沉积物-水界面氮磷形态生物有效性生态风险评价

巢湖十五里河沉积物氮磷形态分布及生物有效性

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环境科学 2012年第4期33卷 1503-1510页

作者：李如忠李峰周爱佳童芳钱家忠合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009

为了解巢湖十五里河底泥氮磷形态分布规律及生物有效性,在河道上采集7个柱状样,按10 cm厚度分层,共得样品41个.采用化学提取方法,获得氨氮(NH4+-N)、硝酸盐氮(NO3--N)、易交换态磷(Ex-P)、铝结合态磷(Al-P)、铁结合态磷(Fe-P)、闭蓄态磷... 详细信息

为了解巢湖十五里河底泥氮磷形态分布规律及生物有效性,在河道上采集7个柱状样,按10 cm厚度分层,共得样品41个.采用化学提取方法,获得氨氮(NH4+-N)、硝酸盐氮(NO3--N)、易交换态磷(Ex-P)、铝结合态磷(Al-P)、铁结合态磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Oc-P)、钙结合态磷(Ca-P)、碎屑磷(De-P)和有机磷(Or-P)等各形态氮磷及总氮(TN)和总磷(TP)含量,进而对各形态氮和磷的空间分布特征及相关性进行分析,并评估氮磷的生物有效性.结果表明,十五里河沉积物中各形态氮磷在纵向和垂直方向上表现出一定的规律性,且主要氮磷形态之间还具有显著的相关性.此外,在0～10、10～20、20～30、30～40、40～50和50～60cm等沉积深度,生物有效性氮(NH4+-N与NO3--N两者之和)占TN的质量分数分别为8.17%、11.88%、7.99%、8.44%、8.97%和20.06%,生物有效性磷(Ex-P、Al-P、Fe-P三者之和)占TP的质量分数分别为50.18%、49.12%、42.41%、34.11%、32.71%和39.55%.

关键词：氮磷形态沉积物生物有效性营养元素巢湖

蚌埠市初冬季节地表灰尘氮磷形态及空间分布特征

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安全与环境学报 2016年第6期16卷 342-347页

作者：朱兰保盛蒂戚晓明朱丽娟张海龙蚌埠学院应用化学与环境工程系安徽蚌埠233030

为了解蚌埠市地表灰尘中氮磷形态及空间分布特征,于2015年11月在不同功能区采集30份地表灰尘样品,采用化学提取方法测得氨态氮(NH_4^+-N)、硝态氮(NO_3^--N)、总氮(TN)、易交换态磷(ExP)、铝结合态磷(Al-P)、铁结合态磷(Fe-P)、闭蓄态磷... 详细信息

为了解蚌埠市地表灰尘中氮磷形态及空间分布特征,于2015年11月在不同功能区采集30份地表灰尘样品,采用化学提取方法测得氨态氮(NH_4^+-N)、硝态氮(NO_3^--N)、总氮(TN)、易交换态磷(ExP)、铝结合态磷(Al-P)、铁结合态磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Oc-P)、钙结合态磷(Ca-P)、碎屑磷(De-P)和有机磷(Or-P),并对不同形态氮磷的空间分布特征、相关关系进行分析。结果表明,蚌埠市初冬季节地表灰尘中氮的主要形态为有机态氮(Or-N),占TN质量分数的91.85%;磷的主要形态为无机磷(IP),占总磷(TP)质量分数的96.36%。Or-N空间分布相对均匀,TN次之,而NH_4^+-N和NO_3^--N空间异质性明显;磷的空间分布差异性从大到小排序为Or-P、Fe-P、Al-P、Oc-P、Ca-P、DeP、TP、Ex-P。各种形态的氮磷均属于强变异,空间分布差异性较大,外界环境对其存在有强烈的干扰作用。TP空间分布比TN更趋于均匀。不同功能区地表灰尘氮磷质量比分析表明,公园绿地和商业区地表灰尘中氮磷质量比较高,居民区和文教区次之,交通区和工业区质量比较低。

关键词：环境学地表灰尘氮磷形态营养元素非点源蚌埠市

基于流域沉积物氮磷形态的生态风险评价——以沙溪流域为例

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环境化学 2020年第12期39卷 3471-3479页

作者：叶宏萌杨浩袁旭音曾榕平吴孟兰王红南京师范大学地理科学学院南京210023 福建省生态产业绿色技术重点实验室武夷学院生态与资源工程学院武夷山354300 河海大学环境学院南京210098 南京师范大学环境学院南京210023

本文通过分析沙溪流域沉积物基本理化性质及氮磷形态的赋存特征,并运用单因子指数法与生物有效系数法评价氮磷元素的生态风险,揭示了沙溪流域沉积物氮磷含量的空间变化与环境意义.研究结果表明,沙溪流域沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)... 详细信息

本文通过分析沙溪流域沉积物基本理化性质及氮磷形态的赋存特征,并运用单因子指数法与生物有效系数法评价氮磷元素的生态风险,揭示了沙溪流域沉积物氮磷含量的空间变化与环境意义.研究结果表明,沙溪流域沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)的含量范围分别为1.11%—2.37%、812.51—2038.29 mg·kg^(-1)、249.87—722.60 mg·kg^(-1),且下游河段较上、中游河段高;沉积物不同形态组分分布规律为有机硫化物结合态氮(SOEF-N)>铁锰氧化态氮(SAEF-N)>弱酸浸取态氮(WAEF-N)>离子交换态氮(IEF-N),不同无机磷形态含量大小顺序主要为金属氧化物结合态磷(NaOH-P)>钙结合态磷(HCl-P)>还原态磷(BD-P)>弱吸附态磷(NH_(4)Cl-P),且下游生物有效态磷(BAP=NH_(4)Cl-P+BD-P+NaOH-P)的浓度高于上、中游河段,磷释放的风险最大.单因子污染指数评价结果表明,氮存在轻度至重度的污染,并以中度污染为主,磷以轻度和中度污染为主;而生物有效指数法的评价结果显示氮以轻度污染为主,磷以清洁和轻度污染为主.考虑到研究区的环境状况特征,基于总量和形态综合评价的氮磷生物有效指数法可以更好地表征沉积物中氮磷的空间变化和生态风险.

关键词：氮磷形态沉积物生态风险沙溪流域福建

采煤塌陷区水体底泥中氮磷赋存形态与释放特征研究

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采煤塌陷区水体底泥中氮磷赋存形态与释放特征研究

作者：卓利玲安徽理工大学

学位级别：硕士

本文以潘一煤矿塌陷区为例,通过对其塌陷水体中底泥氮磷赋存形态的研究,分析了不同形态氮、磷的空间分布特征及底泥中的氮素与磷素成分;通过对底泥中氮磷赋存形态之间及其与底泥中速效钾、有机质之间,与上覆水体之间的相关性的研究,探... 详细信息

本文以潘一煤矿塌陷区为例,通过对其塌陷水体中底泥氮磷赋存形态的研究,分析了不同形态氮、磷的空间分布特征及底泥中的氮素与磷素成分;通过对底泥中氮磷赋存形态之间及其与底泥中速效钾、有机质之间,与上覆水体之间的相关性的研究,探索了影响底泥中氮磷形态的相关因素;采用柱状样静态模拟实验,研究了不同pH值条件下,底泥氮磷的释放特征。结果表明：(1)潘一煤矿塌陷水域底泥中总氮(TN)的平均含量为961.35mg/kg,其中,氮的赋存形态包括有机氮(ON)、氨氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N),其平均含量分别为877.64mg/kg、78.89mg/kg、4.53mg/kg、0.29mg/kg。底泥中的氮素成分以有机氮为主,占氮素成分的84.65%～96.69%。底泥中各形态氮在总氮中比重大小依次为：有机氮>氨氮>硝态氮>亚硝态氮。底泥中总磷(TP)的平均含量为275.23mg/kg,其中无机磷形态主要包括铝结合态磷(Al-P)、铁结合态磷(Fe-P)、钙结合态磷(Ca-P)、闭蓄态磷(O-P),其平均含量依次为50.29mg/kg、40.60mg/kg、83.48mg/kg、23.44mg/kg。底泥中的磷素以无机磷为主,无机磷占总磷的比例介于46.79～85.41%之间,有机磷(OP)占总磷的比例介于14.59%～53.21%之间。底泥中各形态磷在总磷中的比重大小依次为：Ca-P> OP> Al-P> Fe-P> O-P。(2)在不同的沉积层,底泥中不同形态氮、磷的平面分布情况有所差异。在0～10cm沉积深度内,底泥中TN、ON、Na4+-N、TP、Al-P的垂向分布特征,呈现出由表层至深层“递减”的规律,而NO3--N、NO2--N、Fe-P、Ca-P、O-P在垂向分布上未呈现明显的规律性。(3)底泥中各形态氮(磷)之间相关性明显,而且,在不同的沉积深度,其相关性强弱不同。其中,TN与ON、TN与NH4+-N、NH4+-N与ON呈现极显著正相关性,NO2--N与TN、NH4+-N、ON均呈现负相关性,NO3--N与TN、NH4+-N、 ON、NO2--N的相关性较弱。TP与Al-P、Fe-P、Ca-P之间呈现显著正相关性,而TP与O-P的相关性较弱;除了Al-P与Fe-P相关性较显著外,其他无机磷形态之间的相关性较弱。(4)底泥中有机质与氮形态之间的相关性显著,而有机质与磷形态之间的相关性不太明显;而且在不同的沉积深度,其相关性强弱不同。其中,有机质与TN、ON、NH4+-N呈现极显著性正相关,但有机质与NO2--N、NO3--N的相关性较弱。有机质与TP、Al-P、Fe-P均呈现正相关,而有机质与Ca-P、O-P的相关性较弱。(5)底泥中速效钾与氮、磷形态之问有一定的相关性,而且在不同的沉积深度,其相关性强弱不同。其中,速效钾与TN、ON、NH4+-N呈现正相关性,而速效钾与NO2--N、NO3--N的相关性较弱;速效钾与TP、Al-P、Fe-P呈现正相关性,而速效钾与Ca-P、O-P的相关性较弱。(6)底泥中不同形态氮、磷与上覆水体的理化性质等指标具有一定的相关性,而且有些相关性显著。如,底泥中TN、NH4+-N与水体中的总硬度呈现显著负相关性,底泥N03--N与水体中的总氮呈现极显著正相关性;底泥中Fe-P与水体中总磷呈现显著性负相关;Ca-P与水体中的总磷呈现极显著正相关性。(7)对于底泥氮磷释放特征的柱状样模拟实验,在不同pH值条件下,氨氮、总磷的瞬时释放量、释放速率及累计释放量差异明显。研究表明,不同pH值条件下,氮的释放强度大小为：碱性>中性>弱酸性>强酸性;磷的释放强度大小为：碱性>酸性>中性。对采煤塌陷区水体底泥中氮磷赋存形态及释放规律的研究,有助于掌握底泥氮磷污染特征,进而评估底泥的氮磷释放风险,对内源污染防控具有重要意义。

关键词：氮磷形态释放特征相关性底泥塌陷水体

有机物料长期施用对紫色土氮磷形态及微生物特性的影响

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有机物料长期施用对紫色土氮磷形态及微生物特性的影响

作者：陈露中国农业科学院

学位级别：硕士

紫色土氮磷及有机质含量较低,施用有机物料可有效提高作物产量和土壤质量。然而,哪种有机物料更适合培肥紫色土以及长期施用有机物料后土壤中氮磷转化及微生物特征研究较少。因此,本研究以13年(2007–2019年)四川紫色土长期定位试验为依... 详细信息

紫色土氮磷及有机质含量较低,施用有机物料可有效提高作物产量和土壤质量。然而,哪种有机物料更适合培肥紫色土以及长期施用有机物料后土壤中氮磷转化及微生物特征研究较少。因此,本研究以13年(2007–2019年)四川紫色土长期定位试验为依托,设单施化肥(NPK)、化肥+秸秆(NPKS)、化肥+猪粪(NPKM)、化肥+菌渣(NPKF)和化肥+绿肥(光叶苕子)(NPKG)处理,采用酸解有机氮法,磷化学连续浸提法,荧光微型板酶检测、磷脂脂肪酸以及宏基因组测序技术,研究紫色土氮磷形态、微生物量氮磷、微生物群落结构以及参与氮磷转化酶活性和功能基因变化。主要研究进展如下:(1)作物产量、养分吸收量和土壤养分变化。与单施化肥相比,施用4种有机物料提高玉米和小麦产量,以菌渣、猪粪处理效果好,可分别显著提高玉米产量6.4%和8.0%、小麦产量12.9%和15.7%。猪粪处理显著提高小麦籽粒氮磷吸收量;菌渣处理显著提高小麦籽粒氮磷吸收量、茎叶氮钾吸收量及玉米叶和籽粒的磷吸收量。四种有机物料对土壤养分影响中,菌渣处理效果好,其显著提高土壤有机碳和速效磷含量,有机碳含量从6.95 g/kg提升到9.12±1.06 g/kg,速效磷含量从6.87 mg/kg提升到12.26±2.23 mg/kg。与单施化肥相比,菌渣、绿肥处理显著降低土壤p H,而秸秆、猪粪处理无显著影响。(2)土壤氮磷形态变化。与单施化肥相比,施用4种有机物料提高土壤酸解总氮含量以及酸解氨态氮和酸解氨基糖氮占全氮比值,降低非酸解氮占全氮比值;提高土壤活性磷、中等活性磷占总磷组分比值,降低土壤稳定性磷占总磷组分比值,从而增加土壤氮磷有效性。以菌渣处理对提高紫色土供氮、供磷潜力的效果最好。(3)土壤微生物量及酶活性变化。与单施化肥相比,施用4种有机物料均显著提高微生物量碳氮含量。猪粪、菌渣和绿肥处理提高微生物量磷含量。施用有机物料处理的亮氨酸氨基肽酶和磷酸酶活性显著提高,过氧化氢酶活性降低。菌渣处理还显著提高参与土壤碳循环酶活性,秸秆、猪粪和菌渣处理下多酚氧化酶活性降低。菌渣处理的土壤微生物量和酶指数最高。(4)土壤微生物群落结构及参与氮磷循环功能基因变化。与单施化肥相比,施用4种有机物料显著增加土壤总磷脂脂肪酸含量18.3%–61.1%。菌渣、绿肥处理改变微生物群落结构,显著增加G菌相对丰度和G/G比值。此外,硝化、反硝化及硝酸盐异化还原成铵过程的功能基因相对丰度在有机物料处理增加(菌渣处理最大),与土壤有机碳具有显著正相关系;硝化、反硝化过程功能基因相对丰度与土壤p H具有显著负相关关系。磷缺乏调控、磷吸收转运及无机磷增溶和有机磷矿化过程的功能基因相对丰度在菌渣、绿肥处理显著增加,同样与土壤p H具有显著负相关关系。磷吸收转运及磷缺乏调控过程功能基因相对丰度与土壤有机碳具有显著正相关关系。综上所述,施用有机物料可提高作物产量,提高土壤氮磷有效性,促进紫色土氮磷循环,土壤p H和有机碳在土壤氮磷循环发挥着重要作用。其中菌渣与化肥配施是紫色土最为理想的施肥方式,可提高作物产量及养分吸收量,促进紫色土氮磷转化,有利于紫色土土壤质量提升。

关键词：紫色土有机物料氮磷形态微生物氮磷循环功能基因