磷有效性损失机制与阻控途径研究进展课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,磷有效性损失机制与阻控途径研究进展,磷有效性损失机制与阻控途径研究进展,1,“两减”专项：肥料,磷素转化与高效利用,机理,肥料磷在我国主要土壤中的转化过程及,机制（课题一）,“两减”专项：肥料磷素转化与高效利用机理,2,汇报提纲,问题提出,研究进展,原位研究肥料磷的转化的新技术,方法,石灰性潮土中肥料磷累积与转化,规律,红壤中肥料磷累积与转化,规律,不同土壤中肥料磷的定量分配,特征,磷肥有效性阻控及其在增效磷肥研发中的应用,困难挑战,汇报提纲问题提出,3,汇报提纲,问题提出,研究进展,原位研究肥料磷的转化的新技术,方法,石灰性潮土中肥料磷累积与转化,规律,红壤中肥料磷累积与转化,规律,不同土壤中肥料磷的定量分配,特征,磷肥有效性阻控及其在增效磷肥研发中的应用,困难挑战,汇报提纲问题提出,4,国内外现状：,土壤磷易,固定,全球土壤磷素固定能力普遍,较高，土壤磷积累盈余量大,我国磷肥用量超过,530,万吨,/,年，,当季,利用率,仅,15-20,%,造成,磷,的流失和环境污染,Kochian,Nature,2012;,MacDonald,PNAS,2011;,Li,et al,Plant and Soil,2011;,Powers,et al,Nature Geoscience,2016,国内外现状：土壤磷易固定全球土壤磷素固定能力普遍较高，土壤磷,5,磷 浓 度 梯 度,磷肥施用,生化过程,物理过程,到达,根际,磷的土壤转化过程,肥料磷素,土壤,磷素,根际磷,损失磷,植物磷,磷肥在土壤中形态与转化,过程,扩散,-,迁移,活化,-,固定,土壤多过程耦合,磷 浓 度 梯,6,问题提出,我国主要农区不同种植体系、不同类型土壤中肥料磷素,如何转化、运移和定量分配,？,土壤磷,有效性损失机制,“土壤特性,-,磷素转化,-,利用,效率”,的匹配机制和调控途径是什么？,土壤磷,有效性阻控途径,问题提出我国主要农区不同种植体系、不同类型土壤中肥料磷素如何,7,汇报提纲,问题提出,研究进展,原位研究肥料磷的转化的新技术,方法,石灰性潮土中肥料磷累积与转化,规律,红壤中肥料磷累积与转化,规律,不同土壤中肥料磷的定量分配,特征,大分子有机酸制备磷素活化剂,困难,挑战,汇报提纲问题提出,8,一、建立了原位研究,肥料磷的转化的新技术方法,X,射线吸收精细结构光谱技术（,XAFS,）,XAFS,光谱,LCF,可原位分析土壤磷形态,方法的准确度、可靠性受土壤样品总磷量的限制,一、建立了原位研究肥料磷的转化的新技术方法X射线吸收精细结构,9,解磷微生物研究的单细胞,拉曼,+,D,2,O,技术,可原位研究复杂,土壤中的解磷菌及,活性，在,不依赖纯培养的条件下，从土壤环境中挖掘出具有高效解磷功能的,微生物,解磷微生物研究的单细胞拉曼+D2O技术可原位研究复杂土壤中的,10,P,18,O4,稳定同位素示踪,技术,指示驱动磷周转的微生物,活性、磷,素有效性与生物周转,速率,追踪,肥料磷转化去向（转化）,P18O4稳定同位素示踪技术指示驱动磷周转的微生物活性、磷素,11,定量研究土壤磷转化,与分配的,32,P,示踪方法,可定量,研究,土壤生物,作用及根际过程对肥料磷在不同类型土壤中转化的贡献，以及不同土壤类型中各施磷水平下肥料磷的分配特征,定量研究土壤磷转化与分配的32P示踪方法可定量研究土壤生物作,12,二、明确了石灰性潮土中肥料磷累积与转化规律,河北上庄试验,站长期施肥定位,点（,1984,）,处理,:,CK,P,0,，,P,1,，,P,2,，,M,，,P,2,+M,N,：,270 kg N hm,-2,；,P,0,、,1,、,2,：,0,、,67.5,、,135 kg P,2,O,5,hm,-2,M,：施鸡粪,7500 kg hm,-2,year,-1,二、明确了石灰性潮土中肥料磷累积与转化规律河北上庄试验站长期,13,长期,施磷肥,/,有机肥，,土壤全磷和有效磷逐渐增加,全磷含量，施肥处理的效应为,MP,2,P,2,M=,P,1,有效磷,，,施肥处理的效应为,MP,2,M P,2,P,1,长期施磷肥/有机肥，土壤全磷和有效磷逐渐增加,14,山东德州试验,站长期施肥定位,点（,1986,）,磷形态分析,-XANES,光谱,山东德州试验站长期施肥定位点（1986）磷形态分析-XAN,15,磷库中,60,%,以上为钙磷；施化肥提高了钙磷含量；,有机,无机配施提高了铁磷含量，降低了铝磷含量。,磷库中60%以上为钙磷；施化肥提高了钙磷含量；,16,石灰性潮土中不同钙源对磷固定与,转化中的作用,石灰性潮土中不同钙源对磷固定与转化中的作用,17,交换,性钙,是土壤,快速,磷,固定,的,主要,钙源，去交换,性,钙对磷固定显著降低，,与去酸溶性钙,土壤接近,随着反应进行，酸溶性钙逐渐向交换性钙转化和补充，并促进磷的进一步,固定,交换性钙是土壤快速磷固定的主要钙源，去交换性钙对磷固定显著降,18,潮土中肥料磷与不同形态,钙,互,作与,转化,示意图,潮土中肥料磷与不同形态钙互作与转化示意图,19,三、明确了红壤中,肥料磷累积与,转化规律,祁阳试验,站长期施肥定位,点（,1990,）,三、明确了红壤中肥料磷累积与转化规律祁阳试验站长期施肥定位点,20,单施氮肥加剧了,FeOx,的老化和,P,的固定,有机肥促进,FeOx,和,P,活化,单施氮肥加剧了FeOx的老化和P的固定,21,水旱,轮作体系中,红壤,磷,的形态与转化,厌氧淹水期,有氧落干期,“重旱轻水”,淹水下红壤中磷会活化吗,?,水旱轮作体系中红壤磷的形态与转化厌氧淹水期有氧落干期“重旱轻,22,淹水过程中,pH,和,Eh,的变化,淹水过程中pH和Eh的变化,23,铁的活化度,淹水,49,天后开始落干,Fe,化学,形态的变化,铁的活化度（,%,）,=Fe,o,/Fe,d,*100,铁的活化度淹水49天后开始落干Fe化学形态的变化铁的活化度（,24,磷,化学形态的变化,磷化学形态的变化,25,DGT,态有效磷随培养时间的变化,红壤,淹水过程,中,，,H,2,O-P,有,降低趋势,，,NaHCO,3,-P,变化小，但,DGT-P,随淹水延长显著增加,，表明,淹水使土壤供,磷水平有所,提高,淹水过程提高了磷的固定，但固定弱，供磷能力反而增强,淹水过程如何增强土壤对磷的固定？,DGT态有效磷随培养时间的变化红壤淹水过程中，H2O-P有降,26,聚集形态、比表面、孔结构、矿物结构等变化显著,如何影响对磷的吸附与固定？,Tian et al.,SSSAJ,2018,干湿交替对,FeOx,固定磷的影响,聚集形态、比表面、孔结构、矿物结构等变化显著Tian et,27,磷有效性损失机制与阻控途径研究进展课件,28,湿水铁矿吸附,Pi/Po,远高于干水铁矿,湿,水铁矿吸附,Po,高于,Pi,，而干水铁矿吸附,Pi,更多,湿水铁矿吸附Pi/Po远高于干水铁矿,29,湿水铁矿吸附,Pi/Po,生成表面沉淀，而干水铁矿不明显,湿水铁矿吸附Pi/Po生成表面沉淀，而干水铁矿不明显,30,磷有效性损失机制与阻控途径研究进展课件,31,淹水下，无定型,Fe,增多，对,Pi/Po,吸附固定增强,同时，对,Po,的选择吸附能力增强，与矿物体系结果一致,无定形铁如何促进土壤对磷的固定？,淹水下，无定型Fe增多，对Pi/Po吸附固定增强无定形铁如何,32,Batch,experiments,Fh=2g/L,pH=5,T=25,IS=10mM KCl,IHP/Pi=1-18mM,Fh=2g/L,pH=5,T=25,IS=10mM KCl,IHP=18mM,AA=0.01-0.5mM,Fh=2g/L,pH=5,T=25,IS=10mM KCl,IHP=18mM,Fe,2+,=0.02-1mM,SR-XRD,、,(d,)-,PDF,、,XANES,、,ATR-FTIR,无定形铁对磷的固定过程与机制,Batch experimentsFh=2g/LFh=2g/,33,IHP,在水铁矿表面的吸附动力学,随着,Fe,2+,或,AA,浓度的增加，,IHP,的吸附量显著增加,IHP在水铁矿表面的吸附动力学随着Fe2+或AA浓度的增加，,34,还原条件下，水铁矿,吸附,IHP,的,d-PDF,和,Fe,K-XANES,随着,Fe,2+,或,AA,浓度的增加，矿物结构向植酸铁沉淀转化,还原条件下，水铁矿吸附IHP的d-PDF和Fe K-XANE,35,Fe(III),Ferrihydrite,Ascorbic,Acid,IHP,Fe(III),AFIHP,Fe(III),Fe(III),Fe,2+,Fe,3,+,Fe(II)/,Fe(III)redox,循环促进水铁矿溶解和对磷的固定,淹水过程通过,FeOx,聚集结构,改变、无,定型,FeOx,增多、,Fe(II),诱导还原溶解等多种机制促进磷的固定,Fe(III)FerrihydriteAscorbic Ac,36,四、明确了不同土壤中肥料磷的定量分配,特征,施肥量：,200mg/kg P,2,O,5,肥料：,KH,2,32,PO,4,四、明确了不同土壤中肥料磷的定量分配特征施肥量：200mg/,37,五、磷肥有效性阻控及其在增效磷肥研发中的应用,腐植酸单侧刺激对玉米根系生长的影响,明确了,腐植酸等增效剂阻控磷肥有效性机制,不同,物理化学,方法制备增效磷肥,五、磷肥有效性阻控及其在增效磷肥研发中的应用腐植酸单侧刺激对,38,汇报提纲,问题提出,研究进展,原位研究肥料磷的转化的新技术,方法,石灰性潮土中肥料磷累积与转化,规律,红壤中肥料磷累积与转化,规律,不同土壤中肥料磷的定量分配,特征,磷肥有效性阻控及其在增效磷肥研发中的应用,困难挑战,汇报提纲问题提出,39,原位技术测试受平台限制,存在的困难和挑战,Liu et al,Geod,2019,原位光谱揭示土壤磷的形态与分布,原位技术测试受平台限制存在的困难和挑战Liu et al,40,从模拟体系向实际土壤环境过渡困难,存在的困难和挑战,Chen and Arai,EST,2019,原位核磁揭示,土壤有机磷,在水铁矿表面的结合形态,从模拟体系向实际土壤环境过渡困难存在的困难和挑战Chen a,41,定量描述和模型模拟不确定性大,存在的困难和挑战,Menezes,-Blackburn,et al.,EST,2019,原位,DGT,和3D-DIFS定量土壤活性磷库和土壤磷的解吸动力学,定量描述和模型模拟不确定性大存在的困难和挑战Menezes-,42,形态和机制分析较多，调控途径少,存在的困难和挑战,Helfenstein,et al.,NC,2018,多方法联合揭示土壤,磷的演化过程,形态和机制分析较多，调控途径少存在的困难和挑战Helfens,43,土壤,-,微生物,-,植物多过程耦合实验涉及少,。,存在的困难,和,挑战,土壤-微生物-植物多过程耦合实验涉及少存在的困难和挑战,44,