（环境工程专业论文）pam对紫色土坡地土壤磷素流失的控制效应与机理分析.pdf

曲南人学硕士学位论文 p a m 对紫色土坡地土壤磷素流失的控制效 应与机理分析 环境工程专业硕士研究生滕玲玲 指导教师魏世强研究员 摘要 本文通过吸附解吸试验、土柱淋溶试验、人工模拟降雨坡面径流试验和田问径流小区 试验等综合方法，研究了p a m 对紫色土磷素迁移、淋失的调控效应和影响因素，并对其 作用机理进行了初步分析。据此，建立了针对三峡库区自然条件的、以控制农业面源磷素 流失为目标的p 枷优化利用技术，为将p 枷应用于农业面源污染控制提供科学了依据。 研究获得的主要结论有： 1 p ：a m 抑制紫色土对磷吸附的物理过程并降低其吸附强度，对化学吸附并无影响。在 试验的低浓度范围内( 0 1 5 ) ，紫色土磷吸附量随p a m 施用浓度的增加而减少。 0 5 p a m 处理的土样吸附量最小，比对照的2 0 0 p g g 1 降低了2 7 1 。高浓度p a m 范围内 ( 1 o - 2 0 ) ，紫色土磷吸附量反而随p ! a m 浓度的增加而增加。这种现象的出现是可能由 于p j m 本身对磷的吸附和通过改善土壤结构来影响土壤对磷的吸附这两种作用所占的比 例不同产生的。 2 土柱淋溶试验表明，p a m 可以显著降低磷素淋溶浓度与总量，有效抑制磷素的垂 直迁移，且p ：枷的作用效果随用量的增加而显著增强。当土壤磷施用量为0 ：9 1 9 k g - 1 时， 经过9 次总共4 5 0 0 删模拟降雨淋溶，不施p a m 的对照处理淋出液中p 浓度变化在 1 1 1 1 7 1 5 8 9 3 垤n 盯1 之间，淋出总量达到5 4 0 7 5 m g 柱一。0 0 l 一0 2 0 p a m 处理后，淋滤液 中p 浓度降低变幄为6 7 6 6 3 7 m g ，以0 2 0 p a m 用量的效果最好，其淋溶液p 浓度较对 照1 3 8 2 0 p g m l 。平均降低了3 6 5 9 ，最大降幅达到5 1 2 9 ，总淋出累积量只有对照的 6 4 2 6 。p ：a m 抑制磷淋溶的作用主要是通过它对土壤性质的改良和对磷酸根离子形成的网 状束缚来实现的。 3 在人工模拟降雨条件下p a m 用量、坡度、雨强和强化剂这几个因素中，强化剂 对p a m 的作用效果的影响最大，其次是e a m 用量。强化剂对p a m 作用效果的影响远大 于试验中其他的因素，石膏和石灰石两种强化剂和n m 联合施用对磷素流失的控制效果 非常明显，可以显著降低磷素的径流总量和浓度，石膏和石灰石处理的t p 流失总量只有单 施p 3 1 8 0 m g 的3 0 3 7 和28 3 2 ；但石膏和石灰石与p a m 联合施用却增加了表面径 流量，且使产流时间提前；在增加径流量方面，石膏的总流量为9 1 3 6 n 儿，比单施p a m 的 中文摘要 总流量6 0 4 0 m i ，增加了5 5 4 7 而石灰石处理只增加了2 5 4 7 。石灰石和石膏中的作用 机制主要是二价钙离子在p 枷和土粒之间起到阳离子架桥作用，同时，钙离子还可以把 土壤中的磷酸根离子固定成c a - p 存在于土壤胶体上，并逐渐由磷酸二钙转化形成溶解性很 低的磷酸十钙。在坡度和雨强两因素的试验中。在坡度和雨强较大条件下p a m 的作用效 果更为明显。坡度试验中，产流时间都随坡度的增加而提前，两次降雨径流量都以1 5 。坡 地为最小，分别为1 7 3 8 0 n 1 l 和1 9 9 7 0 n 1 l ，分别比8 。坡地减少了1 3 o 和9 5 ：在t p 的 流失总量上，2 0 。坡地最高两次降雨都以8 。坡地为最低，分别为2 6 4 2 m g 和2 7 1 8 m g ， 只有2 0 。坡地流失总量的8 1 鹊，但p a m 缩小了大坡度1 5 。和2 0 。之间的差异。在不 同降雨强度下，p ：a m 处理后，表面径流的流速随着降雨强度的增大而增大，产流时间也随 着雨强的增大而提前，p a m 对中雨强( 3 4 咖h 1 ) 磷素流失的控制效果最好，8 4 m m h 雨 强磷流失总量最大，而3 4 n 栅h 1 雨强的1 1 p 流失量却是最小的，只有1 7 i 砌h - 1 雨强3 1 6 4m g 的7 7 3 7 ，并缩小了3 4 砌m h 1 雨强和8 翻衄- h 1 雨强之间的差异。在相同坡度( 1 5 。) 和 降雨强度( 3 3 7 咖h 1 ) 下，施加p a m 对紫色土表面径流和磷素流失有很好的控制效果， 且使产流时间延后，以施用8 9 m 2 p a m 为控制紫色土流失的最佳效果，两次降雨其径流总 量分别只有对照( 2 3 1 3 5 l i l l ) 的3 6 7 和7 7 2 2 ，最少时只有对照的2 2 9 2 ：降雨总过程 中其磷素流失总量只有对照( 2 0 7 4 5 m g ) 的1 1 8 0 。说明p a m 在坡耕地普遍降雨集中的 三峡库区的应用将更具价值，且在普遍坡度1 5 。和中等雨强3 3 7 彻h 以的时候，p a m 在 紫色土坡地的最佳施用量为8 9 n f 2 。 4 田间径流小区试验进一步证实p a m 对于控制坡地土壤磷素流失具有很好的效果。 石灰石、石膏和p a m 混合施用可强化p a m 控制径流和磷素流失的作用效果，但可能会降 低土壤中磷的有效性。大田实际条件下，施用2 0 9 m 2 p 枷的处理，在小麦生长期内磷素径 流损失量较对照( 8 6 7 6 2 i n g ) 减少了5 7 7 1 ，石灰石、石膏和p a m 混合施用较附山i 单 旄磷素径流损失3 6 6 8 7 i n g 分别减少4 3 9 1 和4 8 3 0 。小麦的生长状况以单施p a m 的最 好，对照次之，石灰石和石膏处理稍差。单施p a m 的小区小麦的株高平均比对照增加了 6 7 9 ，叶长和叶宽增加的幅度更大，分别为5 3 3 3 和4 0 4 4 。因此p a m 应用于荒地和 农用p 素径流损失时应选取不同的施用方法。 关键词：磷素流失p 埘径流量雨强坡度 谣南大学硕士学位论文 e f 耗c to f p 0 l y a c l 了l a m i d eo nt h es l o p ep h o s p h o r u sl o s si n p u r p l es o n sa n di t sm e c h a n i s ma 皿a l y s i s s p e c i a l i s t ：e n v 衲姗e n t a le n g i n e e 血g d 沁c t i o n ：p 0 l l u t i o nc 0 n 仃0 lc h e r n i s 仃y c a n d i d a _ t e ：t e n gl i n 9 1 i n g s u p e r v i s o r ：p r o w 西s h i q i a n g b 崎st l l e s i s ，t h er c 刚a 血ge l l 醯to fp 呐，a c f y l a 面d c 如t h ep h o s p h 矾塔l 傩s 舶忸p u r p i e i la n di t si n j f i u c 试g 缸t o 鹉w 笛s t i i 凼融b ys y n 吐l 懿i sm 亭l h o d so fi s o m 咖a d s 唧d 柚d d e s 唧t i o n ，枷f i c i a i i lc o l 咖l e a c h i f i ge x p e f i m 印t ，s i l i l u l a t i 硼o f 扭】嘶j l 柚df i e l d 舢。仃p l o t e x p e r i m e n t ，柚dp r e l i i l l i l l a 巧枷l a l y s i sw 醛t a k c do nm e t i d nm c c h a i l i 鲫晦t h 蛐，m el ! a _ m 咧i m n mu 专i n z a 6 0 n 钯溉q u ea i l ，血g 敏c 锄昀l l i n gp h d s p 沁f 潞l o i e 鲢o fa 鲥c 毡l l l 豫l 掰掣抽 p o u u t i o nw 鹳髓t a b h s h e d c or d _ i i l gt o l en a ：t i l i 试c o n d m o 璐o f1 h 髓g 1 嘲雪r e 靶r v o 近a n di t p r o v i d e das 亡i t i 6 cb 笛i ci 打m ca p p l i c a t i d fi t a m 加c 臼o l l i i 喀a g r i c u l t u 艳ln 优l i l d 洒i p 0 玎u t i o n t h e 釉i i ic o n c l u s i o n sh a v cb 嘲d f a 、 ma s1 o i l o w s 1 p a mh a d e 疏c t p h o s p h o m sc h 唧i s o 叩t i o n ，b u t b i t e dt i l cp h y s i s o r p t i 柏d d e c r e 雒e dm ea d s o p 矗s 臼g t l l 锄gm e1 0 wd o s a g c 例昭c ( o ，l - 0 5 脚，岫l l i 曲e rm ep a m d o 踞g ew 略，n 坞l 船sm ea d s o r b e d 枷。啪tw 笛1 ca d 哪t i o fo 5 p a m 娩a t 丽w 鲢啦e l a 瑁e s t 。a n dd e c 心a 靶db y2 7 1 c o l i i l 姗dw i n lc o n 仃d l ( 2 0 0 肛g g 1 ) a m o n g 血eh i 曲d o 鼢g e 豫n g e ( 1 良l ，5 哟。吐l ea d s o 砸强c o u j db ei n c 跫嬲c dw 纳m d f ep a m n j sp h 即鲫e n o n 删g h b e d u et oad i 枷a 舯) p o l t i o f t 、ok 岫o f f i l i l c 矗，p h o s p h o 棚sc h c i i l i 鲫q p t i o nf 研队m 峨l f 锄d i - 0 f i 掣o v e ds o i l 2 t c 0 卿n 啾i 锄矾dc l ：帆l a n to fe l u 、，i a 6 0 i i i l l gp h o s p h o m sw e 坞s i g i l i f i c a n yi 讲，俐 w 油p a m ，锄dm ev 硎c 出i i l i g r a 矗w 眵删白e de 疵蛾期吣埘b em 口砖o b v i 咖w i 出l 加阼 p a m 、) v i t l ln 圮p h o s p l l a 钯觚i i z e ra p p i i c 撕伽o f0 ，9 l g 培1 。a 舳r9t i m 弱s i i l l u l 疆嗣砌l e l 嘶撕o n ，惋c 咖。明吐r a j i o n 嘶娟o no fe l 州a 矗。瞰n gp h o s p h 帆垮舶mm ec o r l a 瑚啪s 舭啪g ii i 1 7 1 5 s 9 3 p g 。缃屯，锄dt h e | 0 协l 锄。呻t sw 岱5 4 0 ，7 5 m gi n 船商c o l u m n w h e n 讯忍把dw i 缅 o 0 l o 2 0 p ：a m ，t i l ec o n c 砒i o n 谢a t j o no f e l u v i a t i i n gp h o s p h o r u sw o u l db ed e c 他舔c db y 英文摘要 一6 7 6 6 3 7 n 唱1 k0 2 矗p j 蝴t 0 0 kn 把b e s t 圮c o 眦e f l 仃a t i 蛐o fc l 州撕彻i i l l gp h 舶p b 帆s c o i l l d b ed e c 把a d b y 3 6 2 ，诵t h t l 坞m 酞i m 啪5 1 2 9 ，锄d 吐把c 啪u l 锄t w 舔j u s t 4 3 o f c k p 枷t k e 脑c t b y i 皿咿咖i l 锄d i t s 硎c u l 簦b 伽丽 3 ht l 地a r t i & i a ls i 加n k i t i o f 壤i n 蠡mt e 鸪c 伽聊玳dw i m 黝u d 0 强舻，s l 叩、皿叫锄 i n t e n s i 啦f o r t i 丘玎h a dn 坞m o 殴s i 驴m n t 砌u n 地e 位；c to f p a m ，a n dt l 璩n dw p 枷d o 鞠妒w k np 枷哪印p l i e d 喇t hf 0 柑五盯p l 雒t e r 钟l i m e ，t 量圯琳蜘蛐a n d 咖u l a n to f m 厅w c 他s i 朗诵c a n yl o w e 他d a i l dn 圮c 咖吣l a n to f p h o s p h 唧sl o 踌w 弱3 0 3 7 a n d2 8 3 2 o f j u s tb c i n gt r e 砷e d 诵也p j 蝴，豫唾圮c 6 v c l y ；b u t 垃舳o f rw 蠲i n c f e 勰c da l l d 砖 p d u c i l l gm 行t i i mw 舔a d 硼n c e d m 舳。廿v o l 咖o f 坞p l 私t 盱绷dp 川”嘲9 1 3 6 l ，山 b e 吨5 5 4 7 m 傩t h a n 龇骶啦l 僦晰mo i i l yp a m ，锄d 龇“i i 撇枷ap a m ”w 弱j l l s l 2 5 4 7 m o 糟h l 吐坞p f o c e 鼹，c 矿p h ) 砌锄i i 印o r t a n tm k ，“h a l lh d g ee m 蜕b e t l j l ，e 蝴 锄d i lp a m c l e 。a n d 氟e dn 把p o ，t ob ec a - p n 把nc o l l o i d 柚d 昀璐触di n t os 乜问e c a l o p 、釉d i 姗蛳凹枷l i n l e 璐i 咄p ：a m a l w a y s t 0 0 k b e t 衙e 脑t 嘶l a f g 盯 s l 叩o rg 阳a t e r 豫i n f 姒li n 删妙l l ls l o p e 【p 盯i n l e f l t s ，t l l ep l 妣i i l g 舢仃t i n l ew 勰缸l v 钳l c c d 弱吐璩毗雒i n go fs l o p 锄d 圮n m o 压o ft i l e1 5 。w 淞a l w a y st l 砖l e a 瓯j l l s t1 7 3 8 0 n l l 锄d 19 9 7 0 i n l 陀s p e c t i v e l yi l lt l 豫t w ot i i n em i f i f a l lc 舔e s ；i nt l l et o t a lo fp h o s p h ) m sl o s s ，把2 0 。w 弱 t h el a r g e s tw k k 圮8 。w 勰t l 圮k 舔ta n dw 笛j u s to f 8 1 8 4 t l 圮2 0 0 s b u ta tt l l es 锄t i m e ，m c d i 彘r e 眦eb e 细e 锄l5 0 锄d 2 0 哳器跚壕n e f u n d e rd i 妇融瞅l tm i n 脚l 咖i 吼w 】锄e 衄斌e dw i 也 f ! a m ，吐l el a 唱c r 把m i i l f a ui l l t e n s i t yw 舔，t l l eq u i c k e rt l l ev e l o c i t yw 勰觚dt l l ee a l l i e rm e p r o d u c i i l gr u n o 行t i i l 他w 笛；p a mt o o kt 1 1 eb e s te 妇f e c tw i t l ln 他忍i n f a l li i l t 饥s i t yo f3 4 m m h - 1 ，a i l d i t sp h o s p h o m sl o 鼹w 弱圮l e a s t ，j 璐t7 7 3 7 o ft 1 1 em i 删li l l t e 鹏i t yo f1 7 m m h 1 ，w l l i l et l 圮 8 4 m m h w 勰t l 圮m o s t ：圮m 丘打e 眦eb e 眦饥3 4 舢n h - 1 锄d8 4 咖h 1 、张sa l s m n i n d 盯 l5 0a n d3 3 7 h 强l l 8 9 r p a mt 0 0 i km eb c s te 彘c t ，i t s 舢的行v o l 黜啪sj m t3 6 7 a n d 7 7 2 2 o fc k s ( 2 3l3 5 i n l ) r e s p 吐v c l y 锄dt l 埒l e 弱tw 鹬2 2 9 2 ；i t sp h o s p h 唧sl o 龉w 略j u s t 1 1 8 0 o fc 心( 2 0 7 4 5 m g ) s op ：a m 研nb eb e t t e ra p p l i c a t i v a l 比i i l1 1 l 瞅：g i 硼黟r e s e n ，o i r w h e 碹s l 叩ef a m l l 锄dw 鹤u f l i v e 砌锄dt l l em i n f a l lw 舔c o 眦蛐昀t e d ，a n dw h 饥帅d 盯t l l e g c n e m ls l o po f1 5o 衄dm o d 娟她r a i n f i 童l li i l t 乩s 时o fa _ b o u t3 3 7 删m h 。，8 9 m 。p a mw 弱吐地 b e s tc h o i c e 4 1 1 皓f i e l d 懿p e 施i l e n ti nn 把e 彘c to fp ：a ma 即l i c a t i w 鹊矗l m 财n f i m k 泔h 删e v 洲卿h 酬蚰砌l 妇钾p h 姗吣l i i l f 呐洲e 幻妞g r o 蚰o f c 姊，也。啦i ta l s 0h a d g o o de 丘i e c t c 仃o u i i l gp l 帕s p 姗l 鸥t h ep l 吣印觚l 鼹o ft h e 心翰t i l 蜘t 袖优d y p j 蝴w 笛d e c 嘣i s c db y5 7 7 1 w 池c k s ( 8 6 7 6 2 m 曲c 伽删丽t l in 他雠a h 姗l t 瞳t ho i l l y p j 蝴，w h 衄洲w 鹳u s e d1 i n lp i 笛t e r 甜l i l 豫，t h cp h o s p h 帆sl 嚣w 弱d 豫嘲订b y4 3 9 1 和4 8 3 0 1 1 1 eg r 0 袖c 0 础6 o f w h e a t w 雏b e s l w i n l o 山洲，锄d c k w 弱龇s e c d m i v 西南大学硕士学位论文 p k 呲h e i g h ti 1 1w l 嘲l 晚蹴d 删i 帆l yp a m 硫他a s 酣6 7 9 o v 盯c k 血ea v e m g e ，a 咿t i n c 他雠o fl e a f1 g t l la i l d1 fw i 拙m 懈l i i t si n m c 锄e dn l a t 印p l i c 枷| o nm e n 痢so fp a m 伽 吐心蠡n l l a n dm i l s tb ed i f f i e 咖l 丘d mw a s 钯l 锄d k 吩啊o r d s ：p h o 叩h o 肌sl o 鹤s p a m川n o 仃n i n h u i n t e n s i 哆s i o p v 独创性声明 学位论文题目： 呈巡盘鏊色披地墓叠盍速塞数控剑兹廑狸狃理佥盘 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注。 对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了明确 说明并表示衷心感谢 学位论文作者：臃缝魄 签字日期：瑚年多月，p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口保 密期限至年月止) 学位论文作者签名：髓论礁 导师签名：狐彬镌 签字日期：沁公年6 月f 护日签字日期：舯年月p 西南人学硕士学位论文 第1 章文献综述 磷素是植物生长所必需的营养元素，磷肥的施用是提高作物产量、改善作物品质的重 要措旅，对土壤中磷素流失的研究具有十分重要的环境意义。肥料中的磷在土壤中的移动 性较弱，作物当季利用率一般仅有1 0 - 2 0 ，因此，长期大量施用磷肥和有机肥，可导致土 壤耕层处于富磷状态。由于磷肥的长期大量施用已使不少地区土壤中磷素的积累远超过作 物所需【l 】。土壤中的磷可以通过地表径流、土壤侵蚀、淋洗等途径向水体迁移，加速水体 的富营养化。 紫色土是重庆分布面积最广的土壤。面积为2 7 3 7 3 4 6 1 0 h m 2 ，占全市幅员面积的3 3 2 。 占三峡库区耕地面积的7 8 7 ，且其中绝大多数为坡地。由于紫色土区主要以山地、丘陵 地形为主，降雨量充沛，年降雨主要集中在5 - 9 月加之人地矛盾突出，土壤耕作强度大 导致紫色土区水土和养分流失非常严重，土壤侵蚀面积和强度仅次于北方的黄土。特别是三 峡大坝的修建，使库区面临越来越严峻的生态环境问题。对紫色土磷素的迁移进行定位观测 结果表明，坡地径流水中总磷浓度可高达0 4 2 m g k g 1 ，远远超出其他类型土壤径流水中磷的 含量，流失总量对小流域水体磷素污染的贡献率高达6 1 ，对水环境安全构成了严重的威胁。 因此，控制紫色土区水土和养分流失不仅是保持土壤肥力，维持紫色土区农业可持续发展的 要求，也是保护三峡库区水环境安全的需求。 聚丙烯酰胺( 蝴) 作为一种土壤改良剂，由于其良好的水土流失控制效果已在全世 界范围内得到了广泛的应用，它可以与土壤颗粒结合，改良土壤结构，提高土壤的稳定性 和抗侵蚀能力，进丽控制水土流失。n 蝴通过改变土壤物理性质，势必会对土壤养分流失 产生影响，同时p a m 还可能改变土壤胶体表面性质，影响土壤对养分的吸持能力，进而改 变土壤养分流失潜势，因此。研究p a m 对于土壤磷素流失的影响及机理，对于控制农业非 点源污染。保护水环境具有重要的理论与实践意义。预期成果不仅可以深入揭示p a m 对土 壤磷素迁移、淋失的影响机理，同时对紫色土区特别是三峡库区农业非点源污染控制提供 新的途径和方法。 1 1 水体富营养化及其现状 目前世界范围内的水体环境不同程度地受到破坏和污染，其中水体富营养化已成为许 多国家最为关注的环境问题之一早在1 9 7 2 年，美国的水污染控制法就把水体富营养化作 为水体污染的主要问题。在全球范围内，3 0 4 0 的湖泊和水库存在不同程度的富营养化问 题 水体富营养化是指生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等封闭性 或半封闭的水体，以及某些流速较慢( 流速5 l m m i n 1 ) 的水体内的氮、磷和碳等营养元素 第l 章文献综述 的富集导致某些特征性藻类( 主要为蓝藻、绿藻等) 的异常增殖，使水体透明度下降， 水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其它生物大量死亡的现象【2 】 富营养化会使藻类大量繁殖，阻碍光线向水底透射。使下层水生植物光合作用受阻， 氧的释放量减少，水体含氧量下降，当繁殖藻类由于数量太大而营养枯竭时会发生大面积 死亡残体被微生物分解清耗大量氧从而使水体中溶解氧浓度降低，引起动物特别是鱼 类的死亡。微生物分解死亡的动物尸体同样要消耗大量的溶解氧，如此恶性循环，严重破 坏了水体质量另外，有些蓝绿藻本身也释放出对鱼和人类有毒的化学物质，使水中生物 大量死亡，同时河流湖泊中茂密的水草也给致病菌提供了生存和繁衍的环境，危害人体健 康，导致很多疾病的发生。如果富营养化现象严重，还会在水底形成厌氧条件，水中的物 质会在厌氧细菌的作用下被还原为h 2 s 、n h 3 、c l 4 等有害气体加之藻类自身的异常腥 味，致使水体生态结构被破坏，生物链完全断裂 在水环境问题中，富营养化是一个最为突出的问题，它已经成为各国严重的环境问题。 据报道州，在英格兰和威尔士的1 2 8 个湖泊中，6 9 的水体中磷素含量超过o 1m g l 一，1 9 9 5 年美国4 9 个州地表水和地下水非点源污染调查表明，已有2 7 个州的湖泊受到严重的非点 源污染。据统计，1 9 7 7 1 9 7 9 年，中国3 4 个湖泊中，中营养状态的湖泊所占面积最大为9 1 8 ， 其次为富营养状态5 0 和贫营养状态3 2 。而1 9 8 7 1 9 8 9 年调查的2 2 个湖泊中富营养状 态湖泊所占的面积最大为5 5 1 ，达到半数以上，贫营养状态仅占总面积的o 5 4 【5 l 。 我国的五大湖泊也正面临着严峻的富营养化( 见表1 1 ) 。五大湖泊的氮、磷浓度均大大 超过了富营养化发生浓度。五湖中，巢湖已进入富营养化状态，太湖和洪泽湖正在向富营 养化阶段过渡，其余两个正向富营养化发展【6 】。 表l l 我国五大淡水湖泊的营养状态( m g l ) n b i in u t r i 响n a is t a t u so f f i v c 缸s h w a l a l a l ( 器i nc h i n a ( m g ，l ) 除了五大湖泊我国的城市湖泊富营养化也很严重( 见表l - 2 ) 。由表可以看出，除了 黄石磁湖和演池草海武，其余的全磷含量全大于0 1m g l 1 ，南京玄武湖的甚至高达o 9 7 ， 都达到了富营养化状态。 裹i 2 我国主要城市湖泊的营养状态，( m g l i ) 【6 i t a b 1 2 t f i i o n a js t a m so f n 谢nt l r b a nl a 【嚣洒q i 订a ，( m g l 1 ) 2 西南人学硕士学位论文 磷和氮都是水体富营养化最重要的营养因子，其中磷是限制因子，氮是伴随因子1 7 】。 磷对水体富营养化的作用比氮素更重要这是因为水体中只有磷而无氮存在时，固氮微生 物能够利用磷通过固氮作用增加氮素的投入，进而为其他生物提供氮源促进其他生物的生 长和繁殖导致水体的富营养化。反之，如果磷供应不足，生物也无法生长，不易产生水体 的富营养化。水体中的无机磷主要为p 0 4 j ，有机磷为a r p 、a d p 、多聚磷酸盐等。一般情 况下，地表水中无机磷和总磷的临界浓度在0 0 1 0 0 2 唱l 之问，超过此浓度就会加速水 体的富营养化。 含有有机物较多或初级生产力较高的湖泊总磷中9 0 以土为有机磷，其中7 0 是与有 机颗粒集合，无机磷在水体中很少一般仅占百分之几，与有机磷相比约为l ：2 0 或小于 5 ，、，0 l l e n w e i d 盯仔细研究过氮、磷与湖泊初级生产力的关系，发现湖泊生产力与磷含量 之间的关系( 见表1 3 ) 川。 衰l - 3 湖泊生产力与湖水中磷含量的相关关系 1 袖1 3r e j a 幻nb e 批髓np 剃u 积y i l ya n d 曲。础锄s n t 髓fo f 融潜 ( 、，o l l 锄、w j d e r 修正，o e c d 报告n o d a s ，c s l 8 8 ：2 7 ) 湖泊营养类型 例( u g l ) 极贫营养 贫中营养 中富营养 富营养 超富营养 l 中国“七五”期间，对湖泊的总磷溶解性磷酸盐含量及二者的比率和湖泊的营养类 型进行调查( 见表1 _ 4 ) ，调查结果显示溶解性磷酸盐含量占全磷的比例变化幅度较大。基 第l 章文献综述 本上都在5 0 以下，和湖泊的营养类型并没有宣接的相关性。 囊1 4 中大型湖泊的磷含量及比率 1 曲1 _ 4 p h o 呐。吣c t c r l l a l l d 糟妊诗l a r g eo r m e d i 啪s i z e d l a k c s 1 2 农业非点源磷素污染 进入水体引起富营养化的磷，根据其来源可分为点源污染和非点源污染。非点源污染 的主要污染源包括农田灌溉、农田和森林径流、非限制性牧场和牧地、未进入下水道的城 市径流、废弃矿山、大气沉降和可能产生污染的生产活动如森林砍伐、水利建设、土地开 发等【引。非点源污染物包括：农业径流中的化肥、杀虫剂、除草剂等，城市地表径流中的 石油类、有毒化学物质，建筑用地、农用地中的水土颗粒物，废弃尾矿中的盐类、酸性物 质等，来自畜禽污染的细菌、氮磷等。非点源污染由于其排放的随机性、污染物的不确定 性、污染负荷的时空差异性等特点而给研究和治理带来了很大的困难。 最初，人们普遍认为其磷素主要来自城镇生活污水和含磷工业废水即点源污染。但自上 世纪7 0 年代初期，欧美国家开始治理点源污染后，很多湖泊、河流的水质量并未像预料的那 样改善，反而加剧。7 0 年代末期至8 0 年代初期人们开始关注非点源磷污染，并认定农业非 点源磷污染的水体富营养化磷素污染的主要贡献割射。 据估计全世界每年大约有3 1 0 6 4 1 0 6tp 2 0 5 从土壤迁移到水体中唧。在欧洲国家的地 表水体中，农业捧放的p 所占的污染负荷比例约为2 4 7 l 蚶m l 。美国每年由化肥和土壤进 入水生系统的磷达0 4 5 亿千克【i l 】。荷兰来自于农业非点源的总磷污染负荷分别是4 0 巧0 1 12 1 。德国一流域也因过量施用化肥导致河水中的磷的浓度超过0 2 m g l 1 1 1 3 l 。我国大理洱 海流域面源磷污染负荷占流域污染负荷的9 2 5 i h 】。每年经过降雨径流、淋溶和农田退水 而直接或间接进入巢湖水体的氮、磷营养元素量也是巢湖流域非点源营养物的主要来源 1 1 5 】在滇池的氮、磷面源污染中，由农田地表径流带入滇池的氮素为7 0 l t - a 、磷素5 “t a - 1 ， 4 西南大学硕士学位论文 分别占氮、磷总污染物来源的5 3 和4 2 嘣l 。因此。地表径流是农业非点源污染的主要来 源，做好地表径流的控制工作也就很大程度上控制了农业非点源污染 i 2 1 我国磷肥施用及土壤磷素状况 磷是作物必需的三种最重要的营养元素之一，以多种途径参与植物体内的各种代谢过 程，在人类赖以生存的生态系统中起着不可替代的作用。 土壤磷素主要来源于成土矿物、土壤有机质和施用的含磷肥料。岩石的风化作用是磷 主要的天壤来源，地壳中磷平均含量约为o 1 2 ，所以土壤母质含磷量的高低直接影响者 不同土壤的含磷水平。土壤磷的迁移率低，其含量表现出明显的地带分布规律，即从南到 北、从东到西逐渐增加，以华南地区的砖红壤全磷含量最低，其次是华中地区的红壤和水 稻土，华北、西北、东北等地区的土壤全磷含量最高。我国土壤全磷含量变化幅度也很大， 一般为0 0 l 以6 多数耕地土壤的p 2 0 5 含量在o - 0 6 n 2 6 之问，很少超过0 5 蚶m 据第二次土壤那个普查和全国化肥试验网资料统计，我国不同地区的土壤有效磷含量也不 丰富，以磷元素计，大都在3 5 m g k 9 1 和5 一l o m g k g 1 两区间内两者合计占统计面积的6 3 。 有很多资料表明，我国许多高产土壤和菜园土壤等的速效磷含量高于5 0 1 1 1 9 l 【g 1 时，作 物能获得良好的生长发育和较高的产量。土壤磷的人为来源主要是磷矿废水和磷肥。磷肥 是仅次子氮肥的主要化肥产品f 嘲。连续旖用磷肥是耕地土壤保持和土壤含磷量提高的基本 手段。 化学磷肥在我国的生产和施用主要始于上世纪5 0 年代。1 9 9 8 年，全国磷肥的产量7 万吨p 2 0 5 ，同期进口磷肥2 9 5 万吨，出口磷肥7 万吨，一年之内投入耕地的磷肥共计9 3 4 万吨。2 0 0 0 年度，我国生产各种磷肥6 6 3 万t ( p 2 0 5 ) ，居世界第二位；消费量9 2 4 万吨 居世界第一位。初步统计，2 0 0 5 年全国磷肥产量( 折l o o p 2 0 5 ) 1 1 2 5 万t ，同比增长l o 6 ， 表观消费量1 1 4 l 万t ，国内磷肥占有率达8 9 7 。综合我国土地供磷水平和作物对磷的吸 收，目前我国化学磷肥的年需求量约1 0 0 0 万吨左右，到2 0 l o 年前后我国化学磷肥的年需 求量仍为1 0 0 0 万吨左右【1 引。 1 2 2 土壤磷素的形态 按照磷对植物的有效性来分，通常可以把土壤中的磷分成水溶性磷、吸附态磷、固态 磷和矿物态磷等几种形态。根据土壤中磷化合物的存在性质，又把磷的形态分成两种，分 别是无机态和有机态。有机态约占土壤全磷含量的1 0 5 0 含量低，变幅大，一般需要 转化为无机磷才能被植物吸收：无机磷主要以磷酸盐的形式存在，一般占土壤磷含量的5 0 以上 土壤中的无祝态磷几乎全部是正磷酸盐，一般把它们分为五级：水溶态磷、钙磷酸盐、 铁铝磷酸盐和闭蓄态磷。 溶液态磷对作物是速效磷，在十壤中的浓度很低。溶液态磷与难溶性磷盐、吸附态磷等 s 第l 章文献综述 保持着一定的平衡当作物大量吸收溶液态磷使其浓度降低时，其他形态的磷会发生转化予 以补充钙磷酸盐、铁铝磷酸盐又被称为难溶性的磷，不能被植物直接利用。根据对不同土 壤含磷量的计算难溶性磷占土壤总磷量的9 5 汐左右。钙磷酸盐简称钙磷，常用c a p 表示土壤中，c a p 有十余种，主要有c a 2 p 、c 砘p 和c a l 口- p 在中性溶液中的溶解次序是： c 啦p 瓴2 h 2 0 c a i m 0 4 c a h 2 ( p 仉) 6 5 h 2 0 p c a ( p i ) 2 ( ( p 仉) 3 o h c a s ( p m ) 3 f 铁铝磷酸盐简称铁磷和铝磷，常用f e p 和砧p 表示在酸性土壤中，很大一部分无机磷 以铁磷和铝磷的形式存在，其中以粉红铁矿粉f c ( o h ) 2 h 2 p o 及磷铝矿石砧( o h ) 2 h 2 p c i 4 最为稳定。在难溶性磷中，c a 2 p 对植物的有效性最好，a 1 p 也是一种相当有效的的无机磷 源，f e p 相比而言有效性稍差i 舡2 1 l 。闭蓄态磷是指被土壤中水化的难分解氧化铁胶膜所包被 的铁、铝钙的磷酸盐化合物常用0 p 表示。这种闭蓄态磷在土壤占有很大的比例，但是很 难发挥其有效作用。土壤条件不同各无机磷组分的含量也有所不同，于群英对几类土壤进行 研究发现，石灰石性土壤无机磷组分以c a - p 为主，占土壤无机磷总量的一半以上；酸性土壤 的无机磷组分以o p 为主，c a p 的相对含量最低小于1 0 瞰】。各组分在土壤中的含量和对植 物的有效性是不同的。南方地区有大面积的酸性土壤，其中主要是红壤和砖红壤，在红壤和 砖红壤的旱地土壤中，磷的含量顺序为：o p f e p a 1 p c a - p ，砧- p 和c a p 的含量虽低， 但却是旱地作物磷素供应的主要来源【2 。陆海明对黄棕壤水稻土中不同无机磷组分的释放 率进行研究发现。发现其释放顺序为a 1 p f e p c a - p ，总体上a 1 p 的释放率最高，o p 的释 放率最低，f e p 、c a p 介与两者之间【2 3 】。 有机磷在土壤总磷中所占比例及其变化范围很宽，高的可达9 5 ，低的只有1 0 。其含 量与土壤有机质含量密切，一般来说随土壤有机质含量的增加而增加。土壤有机磷主要来 自于植物和微生物。已知的有机磷主要有：肌醇磷酸盐占2 0 5 0 ，磷酯占l 5 。核苷酸占 0 2 2 5 ，主要以吸附态和磷脂键结合态两种方式存在与土壤中。 表1 5 中国几类土壤无机态磷分组与相对含量 1 曲1 5 咖i n ga n d 陀i a t i 垤c 奄嘲to fi n 甜g a n i cp h o s p h o n 塔i n 辩垤糟| s o i l si nc 基西a 注：引自中田土壤 ( 第二版) 科学出版社1 9 8 7 1 2 3 主壤磷素的转化和积累 土壤中不同形态的磷彼此之间会不断的进行转化，主要是难溶性磷和易溶性磷之间存在 6 西南大学硕士学位论文 的缓慢地相互转化的平衡过程。一方面土壤有效磷由于吸附、沉淀、微生物固持等作用而为 土壤所固定，另一方面一部分土壤难溶性磷由于土壤生物的分解、转化和溶解作用而得以分 解和转化这两个过程是土壤磷素循环中的主要过程。 土壤条件如p h 、氧化还原电位变化是影响土壤磷素转化的主要因子。在石灰石性土壤 上花用酸性物质改变土壤的酸碱度可以显著土壤磷的有效性。分别在石灰石性土壤上施用糠 醛渣、固体草酸、硫酸亚铁、硫磺粉等酸性物质，速效磷的平均值依次较对照提高了2 6 3 ， 2 1 2 ，1 5 8 ，1 4 2 f 2 4 l 。土壤中的有机酸在活化土壤养分方面也起着不容忽视的作用， 有机酸通过结合土壤中的钙、铁及铝等固定基质而促进土壤中难溶性磷酸盐的溶液解【2 5 】 但是有机酸的添加也要适量，高浓度时释磷量虽然较大，但有可能会控制生物生长，据研究 8 1 2 删o l k g 土的有机多羟基酸，既有较大活化土壤磷素的能力，又不抑制作物生长( 2 6 j 。 土壤氧化还原状况可以通过改变阳离子价位来影响不同形态磷之间的转化。土壤在淹水条件 下固磷能力和释磷都受到显著影响，这主要是由于淹水后土壤e h 和p h 变化造成的1 2 7 】。淹水 能促进石灰石性土壤c a - p 向溶解性磷转化( 2 引。酸性土壤淹水后，三价铁被还原，促进f e - p 和有效化和o p 是释放【2 9 1 。另外，土壤中有多种微生物都能促进难溶性磷的溶解和有机磷的 降解矿化【3 良3 2 1 。 磷在土壤中的移动性小，易发生化学固定，且表层土壤的含磷量要比下层高，有随土壤 剖面深度的增加而降低的趋势【3 射。磷肥施入酸性土壤，磷酸根离子很快与土壤中活性铁、 铝和交换性铁、铝结合，生成磷酸铁、铝沉淀，降低了磷的有效性。在石灰石性和中性土壤 中，磷的固定主要是形成c a p ，土壤溶液中的磷酸根离子和与溶液中的钙离子以及土壤胶体 上的交换性钙离子发生反应，由磷酸二钙逐步转化形成磷酸十钙趋于稳定。使磷的有效性降 低。在酸性土壤中。磷主要是形成f e p 和a l - p 而被围定。 吸附作用、闭蓄作用和生物作用也能固定土壤中的磷。生物固定是由微生物与作物竞争 磷而发生的磷的固定，磷的生物固定是暂时的，生物分解后磷又释放出来被作物所利用，是 土壤有效磷的活性库。有学者提出可以通过刺激土壤微生物来促进土壤磷的周转和循环p 4 】。 因为土壤中磷素含量普遍较低，所以主要是通过施肥来促进土壤中磷素的积累，长期不 施肥，七壤有效磷的质量分数迅速下降【3 列。进行不同施肥处理的长期定位研究发现，十多 年之后，不施磷肥的土壤全磷含量稍降低，而p 、n p 、n p m 处理全磷含量分别提高2 9 、2 7 和6 7 。施用磷肥可以显著提高土壤种各种形态的磷含量且对土壤有机磷的影响比对无 机磷的影响大【3 6 】。 施入壤的磷肥会随时间的推移进行形态的转化和积累，作物生长前期，施用的磷主要 转化为生物有效性较高的c a 2 - p 、c a 8 - p 、a 1 p 和f e p ，在作物生长后期，伊p 和c a l o - p 才出 现积累【2 2 】。甑清香、邵煜庭通过盆栽试验也表明，施入石灰石性土壤的磷肥，最初通过c a 2 p 、 c a 8 p 、a 1 p 和f e p 形态积累后又逐渐由a i p 、f e - p 向c a l o p 转化，其中c a 2 p 是贡献最大的 有效磷源p q 7 第1 章文献综述 1 2 4 土壤磷素进入水体的途径 土壤磷素的流失途径主要包括地表径流、土壤侵蚀以及渗漏淋溶。 地表径流是农田磷素流失的重要组成部分，土壤侵蚀伴随着地表径流而发生。地表径流 中流失的磷素主要以d p ( 溶解态磷) 和p p ( 颗粒结合态磷) 形式存在，其中p p 占8 0 以上， 这部分磷可以随流水被输送到较远的地区p 札。张宇对滇池沿岸台地养分流失进行分析发现， 降雨径流中，p p 占全磷的比例相当大，且总磷输出