土壤磷素污染现状

土壤磷素污染现状摘要：对当前农田及菜地土壤过量施用磷肥导致磷素高度积累的现状进行阐述，说明在磷素高度富集下带来的土壤环境污染问题。合理施用磷肥，解决蔬菜地磷富集导致的地下水污染已成为环境保护上亟待解决和制约蔬菜生产可持续发展的瓶颈问题。关键词：土壤 磷 污染 环境土壤是人类赖以生存的基本条件1。近年来，随着人口急剧增长，人类对土地资源的过度开发，导致土地质量下降，生产能力退化。而在农业生产中使用化肥与农药以及如生长激素等化学物质，土壤中某些成分含量过高，致使物理化学和生物学性质发生变化，土壤功能受到损害，微生物活动受到影响，土地肥力下降，影响农作物产量及品质，威胁着人类的健康，也影响着国民经济的发展。磷是作物生长所必需的3大元素之一。土壤磷素的积累能够提高土壤磷的供应能力，为作物高产优质提供物质基础。土壤磷含量受母质、成土过程和耕作施肥的影响，变化很大2。2007年世界磷矿资源经济储量为180亿t，远景储量约500亿t。地球中的磷的总含量估计为1019t，平均磷含量为012。人们为了农业经济利益，大量地向农田中施入化肥和有机肥，导致农田中磷大量积累。1950年至1995年间，全球约有6108t化肥投入，约有4108t的磷净残留于农田土壤环境中3。我国土壤磷含量在0017-01l5之间，总的变化是从南到北，自西向东逐渐降低的趋势。从第二次土壤普查到现在经过10多年的累积，我国土壤速效磷含量大大提高。1.土壤积累态磷素的研究所谓积累态P就是指肥料P未被植物利用而积累于土壤中的那一部分P素,积累的磷不仅造成壤质量恶化，还可通过径流、渗漏等多种途径进入河流、湖泊等地表水体和地下水，对生态环境造成潜在威胁。且由于其溶解性差，无法满足一般作物的生长需要，造成土壤磷素的“遗传性”缺乏，成为提高农业生产力的主要限制因子之一4。随着我国农业种植结构的调整，近年来设施蔬菜种植面积不断扩大，截止2005年底，全国蔬菜种植面积为1 9708万hm2。总产量约62亿t，产值约5 600亿元，其中设施蔬菜栽培面积达2537万hm2，占世界设施蔬菜总面积的80以上。辽宁省设施蔬菜栽培面积达217万hm2，到2010年预计发展到30万hm2。设施菜地土壤是一种处在半封闭条件下、受人为影响强烈的特殊土壤，为追求高产高效，大量投入的肥料导致设施菜地土壤中氮磷的大量累积。1.1菜园土壤磷素的积累状况蔬菜地产量高，效益好，经济效益将驱使菜农大量投肥。据统计，我国化肥施用量从1990年的25903万t(纯量，下同)增加到2003年的441 18万t5，其中磷肥施用量由1990年的4624万t增加到2003年的7144万t，复合肥施用量由1990年的3416万t增加至2003年的11099万t。中国平均化肥施用水平(折纯量)达375kghm2，单位耕地面积化肥施用量是美国的4倍，大大超过了发达国家设置的225kghm2的安全上限，一些蔬菜基地化肥施用量高达1000kg/hm2。据李家康、金继运在“提高我国化肥利用率的研究报告专题论著”中介绍：对吉林、山东、陕西、四川、湖北、广西、江苏7省区，36个县、451个自然村有代表性的农户1958户，调查1994、1995和1996年种植不同作物的单位面积施肥量得出，蔬菜的平均施肥量为673778kghm2，在各种不同作物的单位面积施肥量中列居第一。肥料的大量施用导致蔬菜地土壤磷素富集严重。据周艺敏对天津市郊菜园的土壤磷素研究结果表明菜园土壤养分富集明显，菜地土壤速效磷平均值为839mgkg，而大田土壤耕层速效磷含量仅为1217mgkg，菜园土壤耕层速效磷含量比大田土壤高近6倍，菜园土壤全磷含量比粮田增高了48；肖千明采集辽宁省4个蔬菜产区不同种植年限的土壤样本80个进行分析，结果发现保护地耕(O-20cm)土壤养分与相邻粮田相比，其中速效磷的增幅最大，增加幅度为0,3,73,6倍，速效磷最高可达245mgkg，全磷最高可达260gkg；王朝辉等对一般农田和不同类型菜地土壤O-200 cm土壤剖面的速效磷含量和分布进行比较表明15，菜地土壤中速效磷大量累积，从200cm土层速效磷的累积总量来看，大棚和露天菜地分别达到9781和5033kghm2，比农田高出62和27倍。刘建玲4等对北京郊区种植3-13年的蔬菜保护地不同种植条件下土壤磷素状况进行分析表明，蔬菜保护地耕层(O-20cm)土壤全磷为8162-29214mgkg，平均为17114mgkg，Olsen-P的含量为230-3721mgkg，平均为1709mg/kg；张政勤通过调查广州市郊菜园土壤的养分状况，发现尽管不同地区速效磷含量差异很大，但速效磷含量水平都很高，平均值为247mgkg，其中个别土样速效磷含量高达603mgkg。由于蔬菜生产中肥料施用量大，灌水数量和频率高，致使蔬菜地的磷素在亚表层累积也非常严重。王朝辉15等研究表明，菜地土壤中累积的速效磷不仅分布在表层，在深层土壤也大量存在：从速效磷在土壤剖面的分布来看，大棚和露天两种类型菜地速效磷累积的最高值出现在0-20cm的表层土壤，而农田土壤并无高峰出现；在O-40cm的土层中，大棚菜地土壤的速效磷含量显著高于露天菜地：O-140 cm的土层中，两种类型菜地的速效磷含量均显著高于农田土壤。肖千明研究表明，蔬菜保护地亚表层(20-40m)与相邻农田比，速效磷、全磷明显积累，最高达到786mgkg和0789mgkg，增幅分别为456-7860和5.7-160。2土壤磷素积累的环境效应磷积累超过一定限度就会对水体环境产生危害6。水体富营养化是全球面临的主要环境问题之一。水体富营养化常常导致某些特征性藻类(主要为蓝绿藻类)的异常繁殖，水体透明度下降，溶解氧消耗，pH变化，水生动物死亡和水质急剧下降等。大量研究结果表明，水体富营养化现象的产生与农田土壤中氯、磷等养分的流失关系密切。我国水体环境日益恶化，几乎所有的大湖都存在富营养化问题，其原因主要是N、P过量输入。随着我国土壤磷素的不断积累，来自农田磷素对水体环境的潜在威胁也随之日益增大。联合国粮农组织估计我国农田磷进入水体的量为195 kghm2。因此，目前农业“面源”污染逐步或者已经成为造成地下和地表水体富营养化的重要来源。我国已有报告表明：在一些湖泊中来自农田的磷素份额约占1468。目前我国过量施肥的现象很普遍，磷素过量的问题较为突出。大量研究表明，农田磷富集对水环境的恶化有着十分显著的贡献，富营养化的发生与农田土壤的磷素流失有着密切的关系。我国五大淡水湖之一巢湖，1997年巢湖西半湖水体总磷为0310mgL，超过III类水标准52倍，劣于V类水标准。造成巢湖严重污染的原因，除了沿湖城市排放的大量工业废水和生活污水，与农业非点源污染量越来越大有很大关系。巢湖沿湖四周均是农田，是安徽省的重要产粮区。近年来，农民施用化肥量平均1200kghm2，比10年前增加8倍，因肥料结构和施肥方法不当造成化肥大量流失，成为巢湖水质总磷超标的重要原凶。我国第三大淡水湖太湖，目前97面积的水体己呈中富营养化状态。富营养化使太湖近几年大面积爆发蓝藻，数次大规模地影响到自来水厂取水7。苏南太湖流域是我国农业最发达的地区之一，农业集约化程度较高，是高投入、高产出区，全区面积仅占全国的04，而化肥消费量占全国的13。在欧美等发达国家，由于基本实现了对工业和城镇生活污水等点源污染的有效治理，面源的营养物质已成为水环境的最大污染源，而来自农田的氮、磷在面源污染中占有最大份额，水体中的总磷与流域内农田的比例呈正相关关系8。丹麦内陆湖泊的总磷含量在80年代有所降低，但这并没有使水质明显改善，因为其它来源的磷(主要是农田排磷)仍足以使许多湖泊中磷浓度超过O1mgL这一危险浓度。其中农田面源磷占河流中磷来源的一半以上，农田为主的流域内面源磷年发生量(029kghm2)相当于自然流域(O07kghm2)的4倍。据估计，在欧洲一些国家的地表水体中，农田排磷所占的污染负荷比约为2471。美国环保署在提交给国会的报告中指出，大量的农田养分流失是造成内陆湖泊富营养化的主要原因，1990年的调查显示，57的湖泊受到农田养分流失的严重影响。磷素的迁移转化过程是一个十分复杂的过程。流域非点源，尤其是营养盐，不仅造成资源的流失，而且对水体环境构成严重威胁，已引起各层管理人士和土地使用者的关注。流域非点源的有效控制，涉及人力、技术、经济、政策等方面，从近期看，应尽快平衡农业流域内营养盐的输入输出，减少土壤磷的累积，通过迁移廊道对磷素进行截留，并降低流失磷的生物有效性。但从长远来看，还应加强非点源在流域尺度的迁移转化过程研究，真正理解其在时空上的分布，以及各个过程之间的相互关系，为制定最佳管理措施、建立环境管理决策支持系统等提供理论依据。磷肥的大量施用不仅会增加表层土壤中磷素的含量，也会造成底层土壤磷素积累9。底层土壤磷含量和地下水环境密切相关，底层土壤磷素含量的积累是造成地下水磷污染的直接原因，地表水中磷浓度主要与表层土壤磷饱和度有关，而地下水中磷浓度主要受深层土壤磷饱和度的影响10。近年来关于磷素在土壤剖面下层中的高量积累现象有很多的报道11,12。高量施用磷肥40年，表层Bray-P高达350mgkg-1，而不施肥的处理则只有13mg.kg-1，施磷处理45-60cm的土层Bray-P显著高于不施磷处理，施磷处理各层土壤H2P04的浓度明显增加，表明了表层土壤磷有向下淋失的现象13。连续多年的磷肥投入，土壤磷素淋溶深度可以达50cm至1.0m以上14。周建斌等报道，不管是单施磷肥或磷肥与有机肥配施都会不同程度地提高30-100cm土层中有效磷含量，且有机肥中磷在剖面中的运动性大大高于化学肥料。蔬菜生产中肥料施用量大，灌水数量和频率高，致使蔬菜地的磷素在亚表层累积非常严重。甑兰等在研究发现，长期大量施用磷肥造成菜园土壤60-80cm土层中，磷素有明显的积累现象，磷素的淋洗渗漏作用相当明显。3土壤磷素积累研究展望目前，磷素流失导致的水体污染、湖泊富营养化等环境问题相当严重16。如何控制磷素流失，减轻水体污染已成为研究热点。蔬菜地产量高，效益好，经济效益驱使菜农大量施肥，但由于磷素容易被土壤固定，长期、大量施用磷肥必然造成土壤中的磷素大量富集。我国集约化种植的蔬菜地多位于沿江河高地下水位、水网密布的城郊，因此土壤磷素大量富集会影响地下水和饮用水的质量安全。蔬菜地磷富集导致的地下水污染已成为环境保护上亟待解决和制约蔬菜生产可持续发展的瓶颈问题，开展这方面的研究对指导蔬菜生产、合理使用磷肥、防止磷素流失对水体的污染具有重要的意义。参考文献1 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