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研究揭示长期施用有机肥对红壤粘土矿物演替与磷素固定的影响机制

来源: 时间:2021-07-28

  近期,省科学院生态环境与土壤研究所陶亮研究员、中国科学院南京土壤研究所蒋瑀霁研究员以及中国科学院广州地球化学研究所刘冬特任研究员联合开展的长期定位试验研究取得了新进展,揭示了有机肥长期施用等人类活动对土壤矿物演替以及磷素固定的影响及机制。

  红壤总面积约占世界陆地总面积的45.2 %,约640万平方公里,是土壤圈的重要组成部分。而我国红壤区总面积达218万平方公里,涵盖15个省区,占国土面积的21%;其人口占全国的40%,耕地面积占全国的30%,农业总产值占全国的50%。在我国,红壤区土体大体呈酸性,但剧烈的人为活动导致了华南红壤区土壤出现加速酸化、养分元素流失、重金属环境风险加剧等系列环境问题。大量研究表明,施用有机肥对缓冲土壤酸化、增强养分元素赋存具有正向推动作用,但长期施用有机肥对土壤性质的影响尚不清楚,这不仅导致无法准确评估土壤肥力状况,还使得推行化肥减量增效、有机肥替代化肥等政策的实施缺乏科学依据。

  基于此,研究团队依托中国科学院鹰潭红壤生态实验站,针对长期(16年)施用有机肥条件下红壤中粘土矿物的转化过程开展研究。粘土矿物是土壤中的关键活性矿物之一,对调控土壤物理、化学性质及微生物群落组成等特征起到决定性作用。研究发现,施用有机肥导致了土壤粘土矿物从2:1型向1:1型迅速转化(图1),该转变过程可能与土壤微生物群落密切相关。另一方面,经分析发现施肥后磷素的赋存量与土壤胶体含量呈显著正相关,其中粘土矿物作为基质,提供了大量的磷赋存位点,对磷的稳定吸附起到了促进作用。

  图1注:不同施肥措施下典型粘土矿物的定量分析结果

  该研究观点的提出,初步证实了长期有机肥施用促进土壤粘土矿物转化的潜在生物学机制,并揭示了磷素在土壤矿物中的赋存机制,为深入了解土壤施用有机肥后磷的迁移和赋存特征提供了数据支撑和理论依据,为综合提升土壤耕地地力和保障土壤健康提供科学依据。

  相关研究成果发表在国际矿物学领域主流期刊Applied Clay Science上,上述工作得到了国家自然科学基金项目及广东省相关项目资助。

  论文信息:Liang Tao, Xiaocui Wen, Hui Li, Chuanqin Huang, Yuji Jiang, Dong Liu, Bo Sun, Influence of manure fertilization on soil phosphorous retention and clay mineral transformation: Evidence from a 16-year long-term fertilization experiment,2021, Applied Clay Science, Volume 204, 106021.

  全文链接:https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106021

  (省科学院土壤环境所土壤界面研究团队 陶亮/供稿)

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