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广州城郊菜地土壤磷素特征及流失风险分析广州城郊菜地土壤磷素特征及流失风险分析 -- 12 元

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土壤与环境2002,113237240http//www.environment.soil.gd.cnSoilandEnvironmentalSciencesEmailsessoil.gd.cn基金项目国家自然科学基金项目(30100110)作者简介刘远金(1955-),女,实验师,从事土壤与植物分析工作。通信联系人。Emailluyingscau.edu.cn收稿日期20020515广州城郊菜地土壤磷素特征及流失风险分析刘远金1,卢瑛1,陈俊林2,甘海华1,李华兴11华南农业大学资源环境学院,广东广州5106422华南农业大学林学院,广东广州510642摘要通过化学分析和土壤淋洗试验对广州城郊菜地土壤磷素特征和流失风险进行了研究和分析。结果表明,广州城郊菜地土壤全磷含量极高与自然土壤相比较,菜园土壤无机磷比例增大,有机磷比例降低无机磷中的AlP、FeP比例增加,OP比例降低,CaP比例基本一致土壤OlsenP、Bray1P、Mehlich1P、0.01mol/LCaCl2和H2O提取的磷含量相当高土壤淋洗液中溶解态磷和总磷持续保持很高的浓度,土壤磷供应强度大。菜园土壤中磷进入水体引起水体磷浓度增加,导致水体富营养化风险大土壤磷的测定值可作为土壤磷流失风险和对水环境影响程度的评估依据。菜地应作为农业非点源磷污染的优先控制区,应通过严格控制磷肥的投入和合理施肥等控制磷的流失。关键词磷素特征水环境质量菜地土壤广州中图分类号S153.6X144文献标识码A文章编号1008181X(2002)03023704人类活动导致水体的加速富营养化现象是当今世界水污染难题,已成为世界关注的主要环境问题之一。磷是水体富营养化的主要限制因子,农业非点源磷对水环境的恶化有着十分显著的贡献,富营养化现象的发生与农田土壤中磷的流失有密切的关系1,2,因此,对农田土壤磷素流失进入水体的过程、机理以及控制措施的研究,已日益受到国内外的广泛关注39。研究表明,长期种植蔬菜会导致土壤磷明显富集10,且土壤富磷特征已被应用在土壤分类中,将它作为肥熟人为土的诊断指标11。而有关这类土壤富集的磷对水环境可能产生的影响报道不多。珠江三角洲地区,蔬菜种植面积大,肥料投入量多,土壤中养分积累明显,且该区高温多雨,土壤中富余的养分容易随地表径流、亚表层水流和地下水等途径进入水体。因此,研究珠江三角洲菜地土壤磷素特征及其环境效应是很必要的。本文通过研究广州城郊菜地土壤的磷素特征及其可能潜在的流失风险,为指导磷肥的合理施用和水环境的保护提供科学依据。1材料与方法1.1土壤的采集采集了广州城郊不同地点的菜地耕层土壤(015cm)12个(112号),所有菜地种菜年限均大于30a,成土母质为花岗岩另外采集了花岗岩母质发育坡地自然土壤(015cm)1个(13号)进行比较研究。据中国土壤系统分类11,菜地土壤(112号)均为肥熟旱耕人为土,坡地自然土壤为强育湿润富铁土。供试土壤主要理化性质详见表1。1.2淋洗试验淋洗实验在实验室进行,将内径10cm长30cm的PVC塑料管的底部装入约2cm厚的石英砂,然后将1.5kg过2mm筛的土壤按体积质量1.3Mg/m3装入PVC塑料管中,3次重复。土壤用平均速度为0.5ml/min蒸馏水淋洗,每天淋洗8h,共淋洗30d,每隔5d采集1次淋洗液测定可溶性磷和总磷。1.3测定方法土壤粘粒含量,吸管法测定。土壤pH值,水土比2.5∶1,电位法测定。土壤有机质含量,重铬酸钾硫酸加热氧化法测定。阳离子交换量(CEC),用1mol/LNH4Oac(pH7)法全磷,用高氯酸硫酸消化、锑抗比色法测定。有机磷,用灼烧法无机磷的分级按照张守敬Jackson方法OlsenP,用0.05mol/LNaHCO3提取液土比20∶1,钼锑抗比色法Bray1P,用0.025mol/LHCl0.03mol/LNH4F提取液土比10∶1,钼锑抗比色法Mehlich1P,用0.05mol/LHCl0.0125mol/LH2SO4提取液土比51,钼锑抗比色法CaCl2提取P,是用0.01mol/LCaCl2提取液土比51,钼锑抗比色法H2O提取238土壤与环境第11卷第3期(2002年9月)P,用蒸馏水提取水土比10∶1,钼锑抗比色法。淋洗液中溶解态磷,用钼锑抗直接比色测定总磷,用高氯酸硫酸消化,钼锑抗比色测定。2结果与分析2.1土壤磷素特征表2结果显示,广州城郊菜园土壤全磷含量为1.734.32gkg1(P计,下同),平均2.70gkg1。按第二次全国土壤普查标准(一级P2O52.2gkg1),广州城郊菜园土壤全磷含量达到极丰富水平,而自然土壤全磷含量为0.23gkg1,处于缺乏水平,菜园土壤全磷平均值是自然土壤的11.7倍,土壤磷积累显著。在全磷组成中,城郊菜园土壤有机磷占3.4918.64,平均11.0无机磷占82.3696.51,平均89.0。而自然土壤中有机磷和无机磷分别占全磷的28.26和71.74。可见,与同区域自然土壤相比,城郊菜园土壤无机磷所占比例增大,有机磷所占比例减小,土壤中积累的磷无机形态比例高,与北京郊区菜园土研究结果一致10。土壤中无机磷形态分级结果表明(表2),城郊菜园土壤各形态无机磷占无及磷总量比例的平均值分别为,AlP16.8,FeP43.8,OP33.1,CaP5.9。与城郊自然土壤相比较,AlP、FeP比例分别增加663.6和42.7,OP比例降低46.7,CaP比例基本一致。不同提取剂所测定的土壤磷结果表明(表3),城郊菜园土的OlsenP含量为241.6448.0mgkg1,平均为334.8mgkg1Bray1P含量为184.1575.1mgkg1,平均为377.8mgkg1Mehlich1P含量为250.51063.4mgkg1,平均为527.6mgkg1,均处于极高水平,远远超过作物需求。0.01mol/LCaCl2提取P含量为2.919.0mgkg1,平均为8.6mgkg1H2O提取P含量为8.432.9mgkg1,平均为17.0mgkg1,而自然土壤中0.01mol/LCaCl2和H2O提取P分别为0.3和0.4mgkg1,这表明菜园土壤可溶性磷、土壤溶液中磷浓度高,磷供应强度大。2.2土壤磷流失风险分析研究表明,农田磷进入水体的主要途径是通过径流进入地表水,在通常情况下磷向剖面下层移动是很慢的,但在质地轻、固磷能力低以及大量施用有机肥的土壤上,磷通过渗漏进入地下水也是很明表2土壤磷的形态组成样号全磷/gkg1有机磷无机磷各形态在土壤中的含量及占无机磷总量的比例土壤中含量占全磷AlPFePOPCaP合计/gkg1//gkg1//gkg1//gkg1//gkg1//gkg1/11.730.1327.630.21214.40.61541.80.52135.40.1248.41.4710022.520.1857.340.34215.90.87540.70.80737.50.1265.42.1510032.970.32010.770.34413.91.01541.20.95238.60.1565.92.4710043.270.42813.090.47517.01.23844.40.93133.40.1465.12.7910052.560.26810.470.37817.90.91643.30.68432.40.1366.02.1110062.580.48118.640.39018.81.01749.00.57227.60.0954.52.0710072.730.47917.550.27813.00.93543.60.75535.20.1777.92.1510083.450.1203.490.43313.51.33241.61.22438.20.2166.53.2110094.320.4199.700.51214.31.73548.61.16732.70.1564.03.57100102.410.25110.410.30115.00.95147.50.62431.10.1285.92.00100112.150.27112.600.43223.40.75240.60.54629.60.1196.31.85100121.750.18810.740.36425.00.63843.80.37625.80.0805.11.46100130.230.06528.260.0042.20.05030.70.10162.10.0084.90.16100表1供试土壤的基本性质样号采样地点粘粒2m/%有机质/gkg1CEC/cmolkg1pH(水提)1广州岑村11.441.7010.846.042广州岑村14.541.0511.625.813广州岑村15.240.0511.355.524广州岑村15.339.7510.695.095广州岑村11.245.9510.265.846广州龙洞19.647.4510.664.467广州龙洞8.350.708.135.948广州龙洞9.547.958.875.859广州龙洞8.533.207.115.7810广州龙洞4.929.606.565.4711华农农场17.935.7510.274.3512华农农场16.034.458.104.3313华农农场13.215.205.364.42刘远金等广州城郊菜地土壤磷素特征及流失风险分析239显的1土壤测定磷含量与土壤径流中溶解态磷、藻类有效磷浓度有很好的相关性37土壤磷素水平在很大程度上决定了土壤磷进入径流的风险和数量8土壤磷含量与地下水中磷浓度也有很显著的相关性12。而广州城郊菜园土壤由花岗岩母质发育而成,粘粒含量低,土壤质地轻,土壤测定磷(OlsenP、Bray1P、Mehlich1P、0.01mol/LCaCl2提取P、H2O提取P)的含量相当高,可见土壤中极丰富的磷随地表径流、地下径流以及向剖面下层移动等途径进入地表水和地下水风险相当高。土壤淋洗试验结果表明(图1、图2),菜园土壤淋洗液中溶解态磷浓度变幅为1.7017.09mgL1,平均7.85mgL1自然土淋洗液平均为为0.02mgL1,两者相差392.5倍。淋洗液中总磷浓度为2.0718.14mgL1,平均8.49mgL1自然土淋洗液平均为为0.28mgL1,两者相差30.3倍。这进一步表明菜园土壤中水溶性磷含量高,磷供应强度大,流失进入水体风险高。相关分析结果表明(表4),土壤淋洗液中溶解态磷、总磷平均浓度与土壤全磷、OlsenP、Bray1P、Mehlich1P、H2O提取P、0.01mol/LCaCl2提取P的相关性达到极显著或显著水平。因此,土壤测定磷可作为土壤磷流失进入水体风险和对水环境影响程度的评估依据。3结语广州城郊菜园土的全磷、OlsenP、Bray1P、Mehlich1P含量均达到极丰富的程度,远远超过作物的需求,磷素处于极显著的积累状态。这主要是由于蔬菜复种指数高,经济效益好,菜农对菜地投入的肥料量远高于农田,所用肥料又以151515的复合肥为主。用此配方的复合肥,当氮满足蔬菜生长时,磷必然是过量的,长期使用此种复合肥使得菜园土壤中的磷素明显富集。因此,从降低生产成本和提高经济效益的情况考虑,建议菜农根据蔬菜生长发育的需要施肥,可暂时不施磷肥或严格控制施用。广州城郊菜园土壤0.01mol/LCaCl2和H2O提取的磷含量相当高,土壤淋洗液中溶解态磷和总磷持续保持很高的浓度,土壤磷供应强度大。因此土壤中富集的磷通过地表径流、地下径流和渗漏等途径进入地表水或地下水,引起水体磷浓度增加,导致水体富营养化风险大。菜地土壤中磷进入水体的风险远高于普通农田,故应作为农业非点源磷污染的优先控制区。应通过严格控制磷肥的投入和合理施肥等控制磷的流失。广州城郊土壤淋洗液中溶解态磷、总磷浓度与表3土壤不同提取剂所提取磷含量样号OlsenP/mgkg1Bray1P/mgkg1Mehlich1P/mgkg1H2O提取P/mgkg1CaCl2提取P/mgkg11260.6184.1250.510.73.02448.0376.9506.027.916.63406.6374.8606.826.719.04428.1575.1723.032.915.15264.6264.4355.09.85.16373.1354.7347.311.44.77241.6239.2444.011.34.08291.2329.0703.58.42.99345.2557.11063.827.69.110276.5412.6540.711.78.911361.7481.4424.811.88.612321.0384.8366.514.06.3136.01.74.10.40.3图1淋洗液中溶解态磷浓度图2淋洗液中总磷浓度表4淋洗液中磷浓度与土壤测定磷的相关系数全磷OlsenPBray1PMehlich1PH2O提取PCaCl2提取P溶解态磷0.7000.6290.8240.7980.7760.746总磷0.6980.6310.8210.8030.7880.763注P0.01P0.05051015202551015202530淋洗天数/d水溶性磷浓度/(mgL11号2号3号4号5号6号7号8号9号10号11号12号13号051015202551015202530淋洗天数/d总磷浓度/mgL11号2号3号4号5号6号7号8号9号10号11号12号13号240土壤与环境第11卷第3期(2002年9月)土壤全P、OlsenP、Bray1P、Mehlich1P、H2O提取P、0.01mol/LCaCl2提取P的相关性均达到极显著或显著水平,因此土壤磷的测定值可作为土壤磷流失风险和对水环境影响程度的评估依据。参考文献1DANIELTC,SHARPELEYAN,LEMUNYONJL.AgriculturalphosphorusandeutrophicationasymposiumoverviewJ.JEnvironQual,1998,27251257.2EDWARDSAC,WITHERSPJA.SoilphosphorusmanagementandwaterqualityaUKperspectiveJ.SoilUseandManagement,1998,14124130.3SHARPLEYAN,CHAPRASC,WEDEPOHLR,etal.ManagingagriculturalphosphorusforprotectionofsurfacewatersissuesandoptionsJ.JEnvironQual,1994,23437451.4POTEDH,DANIELTC,SHARPLEYAN,etal.RelatingextractablesoilphosphorustophosphoruslossesinrunoffJ.SoilSciSocAmJ,1996,60855859.5POTEDH,DANIELTC,NICHOLSDJ,etal.RelationshipbetweenphosphoruslevelsinthreeUltisolsandphosphorusconcentrationsinrunoffJ.JEnvironQual,1999,28170175.6MCDOWELLR,SHARPLEYAN,BROOKESP,etal.RelationshipbetweensoiltestphosphorusandphosphorusreleasetosolutionJ.SoilSci,2001,1662137149.7MCDOWELLR,SHARPLEYAN.ApproximatingphosphorusreleasefromsoilstosurfacerunoffandsubsurfacedrainageJ.JEnvironQual,2001,30508520.8高超,张桃林,吴蔚东.农田土壤中的磷向水体释放的风险评价J.环境科学学报,2001,213344348.9张志剑,王光火,王珂,等.模拟水田的土壤磷素溶解特征及其流失机制J.土壤学报,2001,381139143.10沈汉.京郊菜园土壤元素积累与转化特征J.土壤学报,1990,271104112.11龚子同.中国土壤系统分类理论方法实践M.北京科学出版社,1999.12卢瑛,龚子同,张甘霖.城市土壤磷素特性及其与地下水磷浓度的关系J.应用生态学报,2001,125735738.PhosphoruscharacteristicsandlossriskassessmentofvegetablegardensoilsinthesuburbsofGuangzhoucityLIUYuanjin1,LUYing1,CHENJunlin2,GANHaihua1,LIHuaxing11CollegeofResourcesEnvironmentalScience,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China2CollegeofForestry,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,ChinaAbstractThephosphoruscharacteristicsandlossriskassessmentofvegetablegardensoilsinthesuburbsofGuangzhoucitywerestudiedbychemicalanalysesandleachingexperiment.TheresultsindicatedthattotalPcontentofvegetablegardensoilswasveryhighTheproportionofinorganicPwashigherandorganicplower,AlP,FePwerehigher,OPwaslowerandCaPwassimilarcomparedwithnaturalsoilinthesameregion.ThecontentofOlsenP,Bray1P,Mehlich1PandextractablePwith0.01mol/LCaCl2andH2Owereveryhighandexceededcropneeds.ThedissolveandtotalPconcentrationsinleachatewerehighandsoilhadhighPsupplyintensity.ThepossibilityofPinvegetablegardensoilslosstowaterandleadingtoeutrophicationriskwashigh.ThesoiltestPcouldbeprovidedbasisforsoilPlossriskandeffectdegreeonwaterenvironment.VegetablegardenshouldberegardedasthefirstcontrolleddistrictforagriculturalnonpointsourcePpollution,strictlyPfertilizerinputandrationalapplicationoffertilizershouldbetakentodecreasesoilPloss.KeywordsphosphoruscharacteristicswaterenvironmentalqualityvegetablegardensoilsGuangzhou
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