（环境工程专业论文）武汉城郊土壤磷素释放的影响因素与环境风险分析.pdf

武汉理t 大学硕十学位论文 摘要 城市郊区位于中心城市区与外围典型农业区之间，是具有城市与乡村双重 特征的过渡带，随着城市化进程的推进，城郊目前已成为蔬菜、水果、花卉等 的集中供应产地，城郊土地种植强度和集约化程度大幅度提高，土壤磷素积累 及流失的问题更为突出。武汉市湖泊众多，湖泊水体富营养化问题严重，磷素 作为水体富营养化的关键控制因子值得关注。该研究以武汉市郊区为研究区域， 采用实地采样分析与室内模拟试验相结合，揭示了典型利用方式下土壤磷素特 征，探讨了影响土壤磷素释放的因素，分析了土壤磷素流失风险。取得的主要 结果如下： ( 1 ) 武汉市郊区土壤全磷( t p ) 、生物有效磷( o l s e n p ) 、藻类有效磷( n a o h p ) 含量变化范围较大，t p 含量为2 5 5 4 1 7 6 3 1 m g k g ，平均值为9 7 5 4 m g k g ；o l s e n p 为1 3 1 6 4 2 m g k g ，平均值为5 6 4 m g k g ；n a o h p 含量在3 3 4 - - 9 10 7 m g k g ，平 均值为2 0 4 1 m g k g 。 ( 2 ) 各形态磷含量的高低与土地利用方式有显著关系。典型利用方式下各形 态磷水平排序是蔬菜地 稻田 旱地 苗圃地，蔬菜地土壤磷素水平最高，磷 素流失风险明显大于其它利用方式土地。 ( 3 ) 蔬菜地最大吸磷量( q m ) 在1 3 8 9 , - - 4 7 6 2 m g k g 之间，平均值为3 3 6 5 m g k g ； 土壤磷素吸附饱和度( d p s ) 变化范围为9 5 0 o , - 1 0 9 3 ，平均值为3 7 8 ；磷零点 吸持平衡浓度( e p c o ) 为0 9 0 3 8 4 m g l ，平均值为1 8 8 m g l 。江夏区蔬菜地土壤 q m 最小，d p s 最大，土壤吸附磷量最大，但固磷能力最弱。 ( 4 ) 施磷水平、淹水深度以及淹水时间等对土壤磷素的释放有影响。施磷水 平越高的土样，淹水时磷释放量越大，磷素越易进入水体中；在淹水初期，随 着淹水深度提高，土壤磷释放量增加；在0 3 天时间里，土壤磷素释放量较大， 占到了整个淹水期总释放量的8 0 9 5 以上，随后急剧减小，日趋缓和，直至 达到一个相对稳定的水平不再下降；土壤含水率对土壤o l s e n p 影响不显著。 ( 5 ) 用土壤o l s e n - pf k 氏( 4 0 m g k g ) l 四个等级评价武汉市郊区土壤磷素流失风险，有5 1 2 土样处于高风 险等级；以土壤o l s e n 。p5 6 0 m g k g 为土壤磷素流失临界值，超过临界值的土样 占总土样数的3 4 9 ；采用d p s = 1 5 评价磷素流失风险，在已测试的9 个土样 中，有4 个蔬菜地土样d p s 超过1 5 。 关键词：土壤磷；特征：影响因素；流失风险；武汉城郊 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t s u b u r bl i e sb e t w e e ni n n e rc i t ya n dt y p i c a la g r i c u l t u r a lr e g i o n ，a n di t i st h e t r a n s i t i o nz o n ew i t hd u a lc h a r a c t e r i s t i c so fc i t ya n dc o u n t r y s i d e w i t ha d v a n c e m e n to f r u r a lu r b a n i z a t i o n ，s u b u r bh a sa l r e a d yb e c o m et h eg r o w i n ga n ds u p p l y i n ga r e ao f v e g e t a b l e s ，f r u i t s ，f l o w e r s ，e t c i ns u r b u r ba r e a ，t h e c o n d i t i o no fs o i lp h o s p h o r u s a c c u m u l a t i o na n dl o s si sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u sw i t ht h ei n t e n s i t yo fp l a n t a n dt h ed e g r e eo fi n t e n s i f i c a t i o nb e i n gi n c r e a s e dc o n s i d e r a b l y t h e r ea r es om a n y l a k e si nw u h a na n de u t r o p h i c a t i o ni nt h es o m el a k e si sr a t h e rs e r i o u s t h ec o n t r o l l i n g o fp h o s p h o r u st h a th a sb e e no n eo ft h ek e yf a c t o r sl e a d i n gt ot h ee u t r o p h i c a t i o no f w a t e ri sc e r t a i n l yw o r t h yo fm o r ea t t e n t i o n t h es o i l si nt h es u b u r b so fw u h a n w e r e s t u d i e db yf i e l ds a m p l ea n a l y s i sa n dl a b o r a t o r ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n tt oi n v e s t i g a t e t h es o i lp h o s p h o r u sc h a r a c t e r i s t i c sf r o md i f f e r e n tl a n du t i l i z a t i o n ，d i s c u s st h e i n f l u e n c i n gf a c t o ro ft h es o i lp h o s p h o r u sr e l e a s i n ga n da n a l y z et h el o s sr i s k m a i n r e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o n t e n te x t e n to ft o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) ，a v a i l a b l ep h o s p h o r u s ( o l s e n 。p ) a n db i o a v a i l a b l ep h o s p h o r u s ( n a o h p ) i ns o i lw a sr a t h e rh u g e t h ec o n t e n to ft p w a s2 5 5 4 1 7 6 3 1 m k g ，a n dt h ea v e r a g ev a l u ew a s9 7 5 4 m g k g t h ec o n t e n to f o l s e n pw a s1 3 - 16 4 2 m g k g ，a n dt h ea v e r a g ev a l u ew a s5 6 4 m g k g a n dt h ec o n t e n t o f n a o h pw a s3 3 4 - 9 1 0 7 m g k g ，a n dt h ea v e r a g ev a l u ew a s2 0 4 1 m g k g ( 2 ) t h e r ew a ss i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ec o n t e n to fs o i lp h o s p h o r u s a n dl a n du s et y p e s a st ov a r i o u sl a n d su s et y p e ，t h eo r d e ro fd i f f e r e n ts o i lp h o s p h o r u s c o n t e n ti sa sf o l l o w i n gi nt u r n ：v e g e t a b l es o i l p a d d yf i e l d t h eo t h e rd r yl a n d s n u r s e r y t h ec o n t e n to fp h o s p h o r u si nv e g e t a b l es o i lw a sh i g h e rt h a no t h e r sa n dt h e i t sl o s sr i s kw a sh i g h e rt h a no t h e r so b i v i o u s l y ( 3 ) p h o s p h o r u ss o r p t i o nm a x i m u m ( q m ) o fv e g e t a b l es o i l w a s1 3 8 9 4 7 6 2 m k g ，a n dt h ea v e r a g ev a l u ew a s3 3 6 5 m g k g t h ed e g r e eo fp h o s p h o r u ss o r p t i o n s a t u r a t i o n ( d p s ) w a s9 5 10 9 3 ，a n d t h e a v e r a g ev a l u ew a s3 7 8 t h e e q u i l i b r i u mp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o na t z e r os o r p t i o n ( e p c 0 ) w a so 9 0 - 3 8 4 m g l a n dt h ea v e r a g ev a l u ew a s l 8 8 m g l q mo fv e g e t a b l es o i li nj i a n g x i aw a sl e s st h a n i i 武汉理- t 大学硕士学位论文 o t h e ra r e a s b u ti t sd p sw a sl a r g e rt h a no t h e r s s os o i lp h o s p h o r u sa d s o r p t i o n c a p a c i t yi nj i a n g x i aw a sg r e a t e s ta n dp h o s p h o r u sf i x i n g w a sl o w e s ti na l ls o i l s a m p l e s ( 4 ) t h ed i f f e r e n tc o n d i t i o na f f e c t e ds o i lp h o s p h o r u st or e l e a s e ，s u c ha st h ei n i t i a l p h o s p h o r u sl e v e l ，d e p t ha n dt i m eo fo v e r l y i n gw a t e r t h eh i g h e ri n i t i a ll e v e lo fs o i l p h o s p h o r u s ，t h eh i g h e rp h o s p h o r u sr e l e a s e d i nt h ei n i t i a ls t a g eo fo v e r l y i n gw a t e r , s o l u t i o nc o n c e n t r a t i o no fp h o s p h o r u si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fo v e r l y i n gw a t e r d e p t h a n df r o mt h ei n i t i a ld a yt ot h et h i r dd a y , t h eq u a n t i t yo ft h es o i lp h o s p h o r u s r e l e a s e dw a s9 0 - - - 9 5 o ft h et o t a lr e l e a s e dq u a n t i t y s o i lm o i s t u r eh a si n s i g n i f i c a n t i n f l u e n c eo no l s e n pv a r a t i o n ( 5 ) a c c o r d i n gt ot h eo l s e n pg r a d es e p a r a t i o nl e v e l s ，n a m e l y , l o w ( 4 0 m g k g ) ，t h e r ew e r e 51 2 s o i ls a m p l e sb e l o n g i n gt oh i g hr i s kl e v e l m o r e o v e r , t h ec o n t e n to fo l s e n - p w a s5 6 0 m g k gw a sc r i t i c a lv a l u ea n dt h ec o n t e n to fo l s e n - pf r o m3 4 9 s o i ls a m p l e s e x c e e d e d5 6 o m g k g b e s i d e s ，t h e15 l e v e lw a st h ec r i t i c a lv a l u eo fd p st ob eu s e d t oe v a l u a t et h el o s s ，a n dt h e r ew e r e4 4 4 e x c e e d i n g15 b a s e do nn i n es o i ls a m p l e s t h a th a db e e na n a l y z e d k e yw o r d s ：s o i lp h o s p h o r u s ；c h a r a c t e r i s t i c ；i n f l u e n c i n gf a c t o r ；l o s sr i s k ；s u b u r b so f w u h a nc i t y i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生( 签名) ：日期 丝! 全! ：! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ： 新。：翌k 日期掣：! 武汉理t 大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 磷( p ) 是植物生长发育必需的营养元素之一，由于有些土壤中磷素含量低， 对作物供应不足，使得磷肥施用成为维持农作物高产的重要措施。化学肥料的 使用，对农业的发展起了划时代的推动作用，正如联合国粮农组织( f a o ) 所说， 总结百年来粮食大幅度增产的诸多因素中，化肥所起的作用占5 0 左右。但单 位面积产量也不可能随着肥料用量增加而无限地按比例增加。盲目过量地增施 化肥，致使作物对肥料吸收利用率降低。有研究结果表明，大多数磷肥的作物 利用率一般仅为1 0 2 5 t 1 1 ，外加的磷绝大部分残留在土壤中。磷素积累尽管 能提高土壤对作物的磷素供应能力，但其积累超过一定限度，土壤磷素释放潜 力将大大增加，这不仅造成经济上的浪费，而且对水体构成富营养化威胁。有 资料显示，引起湖泊、水库等水体富营养化的氮、磷有5 0 以上的负荷来自农 业面源污染1 2 j ，在许多地区，以农田排磷为主的农业面源污染已成为水体中磷的 最主要来源，而且所占份额仍在不断增加【3 ，4 1 。在美国，农业面源污染是美国河 流和湖泊污染的第一大污染源，导致约4 0 的河流和湖泊水体水质不合格1 5 j ；在 一些欧洲国家，农业面源污染同样是造成地表水中磷富集最主要的原因，由农 业面源排放的磷占地表水污染总负荷的2 4 0 o - , 7 1 6 】；丹麦2 7 0 条河流中，5 2 的磷负荷是来自于面源污染【_ 7 】；在德国，土壤侵蚀和地表径流造成的磷流失量占 总磷流失量的3 5 8 】；在挪威河流中，有3 0 磷来自农业面源污染一j 。同样的， 我国地表水面源污染也占较大比重，湖泊水体中的磷有5 0 以上来自农业面源 污染【l0 1 ，如在太湖流域，在当地常规土地管理方式下，全磷( t p ) 向水体迁移的年 负荷为4 0 5 k g h a ，约占年施肥量的4 1 t 1 1 1 ；而滇池流域5 1 土壤释磷环境风 险较高，土壤释放的磷素已成为滇池水体富营养化主要污染来源之一i l 引。可见， 富营养化现象的发生与土壤磷素的流失有着密切的关系。 城市郊区位于中心城市区与外围典型农业区之间，是具有城市与乡村双重 特征的过渡带，随着城市化进程的推进，城郊目前已成为蔬菜、水果、花卉等 的集中供应产地，城郊土地种植强度和集约化程度大幅度提高，其磷素积累及 武汉理丁大学硕士学位论文 流失的问题可能更为突出，对水体富营养化的影响更大。而武汉市区域内湖泊 较多，有些水体已出现富营养化，因此对武汉市郊区土壤磷素水平和流失风险 开展研究，这对指导农业施肥，有效控制农业土壤磷素向水体的流失，改善地 表水体质量，恢复环境生态效应具有十分重要的现实意义。 1 2 土壤磷素的积累与流失现状 1 2 1 积累现状 长期以来，为获得高的农业产量，满足不断增加的粮食需要，磷肥的生产 与施用量连续不断增大，而磷素的当季利用率一般在1 0 - 一2 5 ，由于磷素投 入量远高于其带出量，农田生态系统中的磷素盈余使得土壤中的t p 和有效磷水 平不断上升。有资料显示，西欧7 个国家( 英国、法国、瑞典、荷兰、丹麦、 爱尔兰) 磷盈余2 3 5 7 2 k g h a ，磷素平衡达1 5 - 2 6 0 ，英国平均盈余1 0 k g h a t l 3 1 ； 爱尔兰耕作土壤中的总磷平均含量在过去的4 0 年间增加了5 倍，速效磷增加 了8 倍【1 4 】；美国威斯康星州土壤速效磷的水平2 0 年间提高了4 0 t 1 5 j ； 我国土壤磷素水平也同样处于不断积累过程。中国科学院生态网络台站对 我国农业土壤磷素平衡状况进行了监测，结果表明，我国农田土壤磷素水平呈 逐年上升趋势，分布于全国各地的典型地区农田土壤磷素的收入均超过支出的l 倍以上。1 9 8 1 2 0 0 0 年，我国共投入农f f l 的磷肥总量为1 3 2 9 6 4 力吨( p 2 0 5 ) ， 相当于9 6 3 6 k g h a ( 耕地面积按1 3 8 亿公顷计) ，按积累利用率为5 0 计，则 p 2 0 5 纯积累量为4 8 1 8 k g h a ，相当于t p 量增加0 0 2 1 ，即土壤t p ( p z o s ) 增加了 2 1 0 m g k g ( 不包括有机肥的投入) 【l6 1 。在北京地区，农田土壤速效磷平均含量 以每年l m g k g 的速度增长；云南滇池流域表层土壤t p 含量平均值为2 1 5 g k g ，有效磷含量平均值为1 5 1 0 4m g k g ，t p 和有效磷均高于全国平均值【l 副； 太湖流域典型地区蔬菜土壤耕层t p 含量的平均值为o 5 7 9 k g ，高于第二次土壤 普查时的土壤耕层t p 平均含量o 5 0 9 k g1 1 9 j 。 就菜地而言，露地蔬菜土壤中有效磷水平在6 0 9 0 m g p k g ，已可满足生产需 要；温室栽培需要高一些( 1 0 0 m g p k g 左右) ，但对于环境，却显过高。而那些 达到4 0 0 m g p k g 以上的地方，从生产上说，也无必要，因为蔬菜地磷的利用率 只有6 ，造成蔬菜地土壤磷素积累很快【l6 。据统计，太湖流域蔬菜地土壤速效 2 武汉理工大学硕士学位论文 磷含量已高达3 6 7 3 0 0 m g k g 2 0 】：f - , n 、长沙、上海等市郊菜地土壤磷素含量均 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【2 l - 2 3 1 。 我国部分城市郊区蔬菜土壤有效磷的现状可见表1 1 。 土壤中磷素的累积一方面造成了磷肥资源的浪费，另一方面导致径流中磷 浓度的提高，因而要控制土壤磷的流失，必须首先控制土壤中磷的累积。 表1 1我国部分城市郊区蔬菜土壤的有效磷平均水平【1 6 l 城市 黧总g 畎k g ) 样本数城市 黧患g 濡k g 煳) 样本数 哈尔滨 5 1 0 o1 2上海4 1 21 4 大庆 5 1 9 03南京6 4 21 4 天津1 4 4 91 3武汉3 7 01 3 南京 1 9 8 85南昌5 9 01 2 苏卅i 1 8 1 87成都3 7 01 6 无锡 1 3 5 98广州8 2 01 3 常州 2 6 8 96哈尔滨5 0 23 镇江1 6 1 7 9大庆 2 5 03 海 口1 1 3 3 1 3沈阳 1 1 5 31 1 0 注：资料来自马茂桐、夏立忠、孟鸿志、赵风艳等。 1 2 2 流失现状 磷素积累虽能够提高土壤对作物磷素供应能力，但它超过一定限度时，磷 素就会通过地表径流、土壤侵蚀及渗漏淋溶等形式，从土壤转移到河流、湖泊、 水库等地表水体中。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【2 4 】，其中美国每年由化肥和土壤进入水生态系统的磷达4 5 1 0 4 t ，日本 水田磷的排出负荷量为0 3 8 4 k g ( h a a ) t 2 5 1 。我国全国因水土流失引发的吸附态磷 素的流失总量达到3 4 6 5 x 1 0 4 t 【26 。在滇池流域沿湖1 5 个乡镇，t p 年均流失量为 0 1 5 1 0 1 4 k g h a t 2 7 j ；珠江三角洲流溪河流域的颗粒态磷总流失量4 2 4 7 4t a ，平 均为9 5 0k g h a 2 8 1 ：长江三角洲地区竹林地每年磷流失量为8 2 8 11 0 4 t ，其中浙 江省竹林地磷流失负荷为2 1 2 8k g h a t ”j ；陕西省黑河流域每年因土壤侵蚀而造 成的流域磷污染约1 8 4 t 3 0 l ；嘉陵江流域吸附态磷污染负荷虽逐年减少，近5 年 武汉理工大学硕+ 学位论文 平均吸附态磷污染为1 8 4 8 f f a ，与1 9 9 0 年相比减少约6 0 ，但是污染仍然相当严 重【3 u ；北京官厅水库磷的主要来源是农田径流和侵蚀泥沙，通过模拟降雨径流 试验估算的流域农田径流t p 流失水平达2 6 7k ( h a a ) 以上，其颗粒态占9 6 以 上1 3 2 j ；太湖地区爽水型、囊水型两种典型水稻土在常规施磷水平下，在2 0 0 0 - 2 0 0 1 年度的地表径流磷流失量分别为6 0 3 2 、6 7 9 5 ( h a a ) ，而在2 0 0 1 - 2 0 0 2 年度时分 别为l1 4 8 9 、1 3 5 0 3 ( h a a ) 【3 3 1 ；重庆市2 0 0 6 年度农业面源污染排放t p 总量为 3 2 9 万t a ，相应的排放浓度为1 2 7 m g l ，超过地面水环境质量三级标准【3 4 j ，重 庆三峡库区t p 负荷主要贡献源( 化肥流失、水土流失和禽畜养殖) 共占总量的 9 5 6 ( 分别占4 7 4 、2 7 4 、2 0 8 ) 1 3 5 1 。 大量磷素从土壤中流失出来，进入地表水体，必然会对地表水体造成污染。 有些河流、湖泊、水库等水体的富营养化与这些磷有着非常密切的关系。 1 3 土壤磷素流失途径及其影响因素 土壤磷素流失途径主要是降雨或人工排水形成的地表径流、土壤侵蚀和渗 漏淋溶【3 6 1 ，而影响磷素流失量的因素归结起来，主要与土壤含磷量、土壤质地 及施肥因素( 种类、时间和数量) 等有关；另外，还和气候、地形、农学等因 素也有一定关系。气候因素中主要指降雨强度、频率和发生时间，它们和地形 因素、土地利用方式、地表植被覆盖度、土壤条件和人为管理措施等一起通过 影响土壤侵蚀强度来影响土壤磷流失。 ( 1 ) 磷素形态 随地表径流流失的磷素可分为溶解态和颗粒吸附态，一般用0 4 5 9 m 的硝酸 一乙酸纤维素滤膜过滤分离这两种磷1 37 。其中溶解态磷是对藻类直接有效的， 主要以正磷酸盐形式存在；颗粒吸附态磷是使藻类能持续生长的潜在磷源【3 踟， 也是地表径流磷损失的主要形态【3 9 , 4 0 】。晏维金等研究结果表明，在特定的土 壤和降雨径流条件下，流失的磷中8 0 以上是颗粒态磷，而颗粒态磷中6 0 9 0 以上的磷随0 1 m m 以下的颗粒物流失：刘方等【4 2 】通过模拟降雨，对不同类型黄 壤旱地磷素流失进行了研究，结果也显示，磷素以颗粒态形式流失为主，其占 地表径流总磷含量的8 6 4 9 9 9 ；李卫正等1 4 3 j 在太湖地区田间小区试验的尺度 上，研究和监测两种水稻土壤渗漏水中磷的形态，也得出了同样的结论。 从土壤磷的化合物属性角度来分析，土壤磷流失分为有无机磷和有机磷。 4 武汉理工大学硕士学位论文 美国s c h w a b 等【删研究结果表明，无机磷的淋洗在磷的迁移中起着重要的作用： b a r b e r i s 4 5 】等发现意大利5 块施肥量高的土壤中，通过淋溶排出土体的磷素以有 机磷占多数。国内的王道涵【4 6 】等利用模拟土柱研究了渗漏液磷含量的变化特点， 结果显示，旌猪粪处理土柱渗漏液中，有机磷量明显高于施无机磷肥的处理。 ( 2 ) 降雨强度 降雨强度对土壤磷素的流失起着非常重要的作用，大量磷素流失往往发生 在少数强降雨事件中【4 7 ，4 舯。中国科学院生态环境研究中心以人工降雨的方法，对 巢湖边旱作表层土壤在降雨后所产生的磷迁移过程进行了研究，发现降雨强度 大，表面径流和壤中流始流时间早，水流量和浓度相应较高，累积输出也多【4 9 j ； 杨丽霞等【5 0 j 研究了太湖流域典型蔬菜地土壤磷素的径流特征，也认为随着雨强 的增加，土壤磷流失加速；黄俊等人【5 l j 以滇池流域典型地域为暴雨径流的研究 对象，也得出了相同的结论。 ( 3 ) 施磷肥量、施肥种类及施肥方式 由于大量重复施磷，土壤中磷素不断累积，许多高强度施肥的土壤表层t p 含量高于化肥施用以前1 5 2 1 。持续大量施磷肥可能使土壤固持磷的能力下降，从 而导致磷素的流失。国内外的众多学者的研究结果都证实了这一结论【2 7 ，5 3 。6 们。 施肥种类对磷的流失也存在影响，施肥处理不同，磷流失量存在差异。有 研究报道称，施用牛粪比施用秸秆更容易导致磷素的流失，施用牛粪处理磷素 流失负荷比施用秸秆处理高4 0 ；化学磷肥与秸秆配施，稻田磷素流失负荷和 表观流失率显著降低，秸秆与磷肥配合施用是减少稻田磷素流失的较好措施【6 l j ； 程文娟等【2 7 】的研究结果表明，尿素与普钙配合施用可减少磷流失；徐泰平等【6 2 】 指出，川中丘陵地区采用以氮、磷、钾为主的平衡施肥方法，可防止紫色土磷 流失而加剧农业面源污染。 施肥方式同样影响着磷素流失量。陈炎辉等【6 3 】的研究结果表明，穴施处理 的污泥磷素径流流失比撒施明显降低；段亮等【1 1 】也指出，采用穴施能降低8 0 3 磷的流失量。 ( 4 ) 土地利用方式 在不同土地利用方式下，人为活动干扰强度越强，则地表径流磷素浓度越 高，浓度变化范围也越宽。梁涛等人【3 9 j 的研究结果表明，在相同降雨条件下， 磷流失速率和流失量随土地利用类型的不同表现出明显差异，地表径流水相t p 的流失大d , j t o j i 序为葡萄果园 施肥玉米地 海棠果园 不施肥菜地；陆海明等1 6 4 l 5 武汉理t 大学硕士学位论文 也指出，土地利用类型格局是造成流域磷素浓度差异的主要原因，地表径流t p 浓度的顺序为果园 村庄 农田，而降雨后亚表层流中磷浓度以果园为最高，且 变幅最大，菜园次之，农田最低；王鹏等【6 5 】对环太湖典型丘陵区不同土地利用 方式下土壤磷素随地表径流迁移特征进行研究，发现菜地磷素的迁移通量最大， 旱地次之，再是板栗林，竹林的迁移通量最小；宋泽芬等【6 6 】研究结果显示，不 同土地利用类型径流中的t p 的输出量差异显著，t p 输出趋势表现为坡耕地 人 工林 灌草丛 次生林。 ( 5 ) 地表覆盖率 地表植被覆盖率也是影响土壤磷素流失的一个比较重要的因素。植被覆盖 度低，无水保措施区磷流失量最大，恢复保护性植被区磷流失量最低【6 1 7 1 。在北 京密云石匣小区，无植被覆盖小区磷流失量均高于有植被覆盖小区1 6 列；即使在 同一土地利用方式下，降雨强度相同，地表覆盖也是影响径流污染的主要因素， 地表覆盖有效地降低了地表径流中的磷浓度，降幅可达8 0 2 9 0 5 1 1 1 】。 ( 6 ) 土壤类型 土壤类型影响着土壤磷素的流失。李学平等【5 4 】发现，3 种类型紫色土磷素渗 漏淋失量为中性紫色土 钙质紫色土 酸性紫色土；张慧敏【6 9 】采用室内模拟试验 方法对浙江省金华、绍兴、杭州和嘉兴等地农f f l 土壤进行研究，结果表明，在 相同o l s e n p 水平时，砂质土壤磷淋失潜力明显高于其他土壤：在太湖地区，囊 水型水稻土磷素比爽水型的更易流失【3 引。 ( 7 ) 地形 不同坡度处理，土壤径流中磷的输出量不同。在滇池流域，坡度增大，径 流中磷的流失量呈增大趋势，从6 01 2 0 径流中磷流失急剧增大，1 2 0 以后流失量 增加减缓【2 7 】；在北京密云石匣小区，磷流失量随坡度增大也是呈上升趋势，在 坡度为1 5 0 2 0 0 范围，存在磷流失的坡度临界值【6 8 j ；在四川贫地中部，5 0 裸坡地 在下暴雨时，t p 迁移量达到最大值0 1 7k g h a 7 0 j 。 除以上因素外，还有时间因素，有学者指出土壤磷素流失时间主要集中在 5 6 月份1 6 。 总而言之，影响土壤磷素流失的因素众多，要确定最佳的土壤磷管理措旌， 需综合考虑以上各种因素。 6 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 土壤磷素面向环境的表征方法 土壤磷素的流失对地表水体的富营养化起到了重要推动作用，要防止水体 富营养化，就要在了解当地土壤磷素水平基础上，对土壤磷素的流失采取有效 措施进行控制。如何评价和控制土壤磷素的流失越来越受到人们的重视，已成 为当前研究的热点。 1 4 1 土壤磷测试指标 不同区域、不同时间段的土壤，因自然或人为作用，磷素水平各不相同。 土壤磷素水平的高低，在一定程度反映了土壤中磷素的贮量和供应能力。根据 土壤测试磷与作物产量的响应程度的关系，可将土壤磷素划分为低、中、高以 及很高等若干等级，而存在潜在环境问题的主要是土壤磷素水平超过高磷等级 以上的土壤【7 1 1 ，即土壤磷素水平超过作物所需的供磷能力时，在地表径流、土 壤侵蚀发生的条件下，将导致土壤磷素的流失，因而各土壤磷素测试指标的水 平可以在一定程度上反映土壤磷素流失风险的大小。 目前反映土壤磷素水平最常用的容量指标有易解吸磷( r e a d i l yd e s o r b a b l e p h o s p h o r u s ，r d p ) 、土壤速效磷( s o i la v a i l a b l ep h o s p h o r u s ，s a p ) 和藻类有效磷 ( b i o a v a i l a b l ep h o s p h o r u s ，b a p ) 。 ( 1 ) 易解吸磷( r d p ) r d p 是土样在蒸馏水或稀的电解质溶液作用下，从土壤固相部分进入液相 部分的磷，代表在一定条件下易溶磷从土壤进入溶液或地表径流的难易程度1 7 引， 测定r d p 的含量，可了解土壤磷向附近水体迁移的可能性。目前最为常用的提 取剂是蒸馏水或0 0 1 m o l lc a c l 2 。 b o r l i n g 认为c a c l 2 提取磷与o l s e n p 有非常好的相关性，可用c a c l 2 浸提磷 来预测从土体排出水的磷浓度，并对磷素淋失进行风险评估 7 3 1 ：m c d o w e l l 也认 为用c a c l 2 提取的土壤磷可作为土壤环境影响评价的指标【7 4 。 ( 2 ) 土壤速效磷( s a p ) 土壤速效磷，也称为土壤有效磷，是土壤中可被植物吸收的磷组分，是评 价土壤磷素养分供应水平高低的指标。测定土壤有效磷，生物方法被认为是最 可靠的，但目前普遍采用的是化学测定法。所谓化学测定法，即利用提取剂提 取土壤有效磷，最常用的提取剂有三种，分别是o 5 m o l ln a h c 0 3 ( o l s e n p ) 、 7 武汉理工大学硕士学位论文 0 0 3 m o l l n h 4 f - 0 0 2 5 m o l lh c l ( b r a y l p ) 和0 0 5 m o l lh c l - _ o 0 2 5 m o l l h 2 s 0 4 ( m e h l i c hl p ) 。 有些学者用土壤速效磷来评估土壤磷素流失风险，其中b e c k 用的是 m e h l i c h l p 这个指标。对于土壤磷素流失临界值，有学者认为o l s e n p 应低 于6 0 m g k g ，以保护水环境安全【1 2 , 7 6 ，j o r d a n 却将o l s e n p2 2 m g k g 作为临界值【7 7 】； 刘利花认为土壤发生淋溶的“阈值为o l s e n p2 3m g k g 7 引，而王彩绒指出磷淋失 临界指标为b r a y p6 0m g & g 7 9 】。章明奎曾指出，在好气条件下，供试水稻土磷 环境敏感临界值o l s e n p 为5 0 7 5 m g k g 、b r a y l - p 为9 0 - 1 4 0m g k g ；在厌气条件 下，o l s e n - p 为3 5 4 5m g k g 、b r a y l - p 为7 5 - 115m g e ，l ( g 【8 0 j 。 ( 3 ) 藻类有效磷( b a p ) b a p 指可直接被藻类所吸收利用的磷，是与水体富营养化的发生关系最密 切的那部分磷。测定b a p 可更准确地评估农业面源磷污染对受纳水体的影响【8 ， 这一观点已得到普遍认可1 8 引。 b a p 的直接测定方法是将某种单细胞藻类置于土壤样品中培养一定时间 后，根据样品中无机态磷减少量来确定。但这一测定过程仅培养就需要数天至 百天时间。目、j , r i l l 定b a p 的替代替方法是n a o h 溶液浸提法，其测定值与用直 接方法测得的b a p 有非常好的相关性【8 3 j ，而土壤n a o h 浸提磷却又与o l s e n p 存在极明显的相关性【8 4 ，8 5 1 。 1 4 2 土壤固磷指标 土壤对磷素具有一定的吸附固定能力。土壤吸磷越多，土壤液相中磷的平 衡浓度越高，随着土壤吸持磷的饱和程度逐渐提高，土壤中磷素随径流流失或 被淋溶的风险也随之加大，当吸附量超过某一个值时，被土壤吸附的磷素就会 解吸出来，进入土壤液相中。根据土壤这一特性，常用土壤对磷素的吸附固定 能力的指标来表征土壤中磷素流失的风险大小。常用指标有土壤最大吸磷量 ( p h o s p h o r u ss o r p t i o nm a x i m u m ) 、磷吸持指数( p h o s p h o r u ss o r p t i o ni n d e x ) 、磷零 点吸持平衡浓度( t h ee q u i l i b r i u mp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o na tz e r os o r p t i o n ) 矛l 土 壤磷素吸附饱和度( d e g r e eo f p h o s p h o r u ss o r p t i o ns a t u r a t i o n ) 。 ( 1 ) 土壤最大吸磷量( q m ) 土壤最大吸磷量可用来表征土壤的固磷能力。土壤中活性磷的行为主要受 吸持和解吸过程的控制。描述土壤吸附磷素过程的方程，常用的是等温吸附曲 8 武汉理工大学硕士学位论文 线方程中的l a n g m u i r 方程，它在一定浓度范围内能较好地描述土壤对磷的吸持 特征： 一c ：一c + l f 1 1 ) qq mk q m 。 在此方程中，q 是土壤吸磷量，鳊是土壤最大吸磷量，c 为平衡溶液中磷 的浓度，k 为平衡常数，纵可以用来表征土壤的固磷能力。该方法中各参数获 取需要较长的时间，测试一个土样的q m 值，需测定该土样在不同磷溶液浓度下 的吸磷量，增加了测试量，过程较繁琐，不能满足实际工作便捷、快速的要求。 ( 2 ) 磷吸持指数( p s i ) 基于用土壤最大吸磷量表征土壤固磷能力存在不足，一些学者对此方法进 行了改进，提出了p s i 这个指标。p s i 是在土液比为1 ：1 0 的条件下，按每g 土加 1 5 m g 磷，平衡后测得的土壤吸磷量g 与平衡溶液中磷浓度c 的对数值之比。 p s i 越大，则土壤对磷素的吸持能力越大，反之则吸持能力越小。 b a c h e 经过对多种不同类型土壤的试验研究，发现p s i 与鳊之间存在着非 常显著的相关关系，因此可将p s i 作为鳊的替代指标来表征土壤的固磷能力【8 6 】； 高超对太湖流域农田土壤中的磷进行研究，得出相同的结论，并指出p s i 值3 0 左右为临界值【8 7 】。 ( 3 ) 磷零点吸持平衡浓度( e p c o ) e p c o 是土壤吸附磷量为零时，土壤平衡溶液中磷的浓度。e p c o 越大，固相 磷越容易进入土壤溶液，反之，e p c o 值越小，则土壤固磷能力越大，e p c o 可以 用来表征土壤的固磷能力。 高超、戴照福、胡艳等人【8 8 - 9 0 l 对不同区域的土壤进行研究，认为所选取土 壤的e p c o ，都超过了2 0 9 9 l 这一水体富营养化阈值，说明土壤中的磷素可以成 为地表或地下水体中磷的重要来源；赵海洋【9 l 】也曾指出，三江平原典型沼泽湿 地表层土壤，其e p c o 变化范围在o 0 3 4 0 1 6 1 m g l 之间，该值与土壤释磷浓度 接近。 ( 4 ) 土壤磷素吸附饱和度( d p s ) d p s 是土壤磷素水平和土壤固磷能力的综合指标，它表征了土壤已经吸附 磷素的多少，同时也是预测磷素释放能力的指标。d p s 值越大，土壤中磷解吸 的数量越多；磷随径流流失或淋溶的风险也随之加大。在研究土壤磷素流失对 9 武汉理工大学硕十学位论文 地表水质的潜在影响时，可将d p s 视为磷的土壤环境容量，用以评估土壤的固 磷能力。其计算公式为： 胛= 轰l o 。( 1 - 2 ) 其中n 为土壤可提取态磷的含量，p s c 为土壤对磷的吸持容量。 c h r y s o s t o m e 以d p s l 5 作为临界值，对土壤磷素的流失状况进行了研究9 2 1 ， 而荷兰国家环保局认为当d p s 达到2 5 时，土壤磷素很容易流失【9 3 】。国内的章 明奎发现，当d p s 大于2 5 时，蔬菜地d p s 的增加可显著提高地表水体和地下 水中磷的浓度【l 】；刘方认为，当d p s 大于1 5 时，黄壤旱地土壤磷对水环境质 量产生明显影n l f i j t 9 4 1 。 1 5 问题与展望 1 5 1 土壤磷素流失风险的评价因子的选择 土壤磷素的流失，对水体富营养的影响越来越受到人们的关注。用于分析 土壤磷素流失风险的指标在实际工作中还比较多，有些常规指标主要是针对农 业生产的，其测定值不能完全用于环境评价上；而有些指标虽能客观地反映土 壤