廣州城郊菜地土壤磷素特征及流失風險分析

土壤與環(huán)境 2002, 11(3): 237240 Soil and Environmental Sciences E-mail: 基金項目： 國家自然科學基金項目（ 30100110） 作者簡介： 劉遠金（ 1955），女，實驗師，從事土壤與植物分析工作。 *通信聯(lián)系人。 E-mail: 收稿日期： 2002-05-15 廣州城郊菜地土壤磷素特征及流失風險分析 劉遠金 1，盧 瑛 1*，陳俊林 2，甘海華 1，李華興 1 1：華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，廣東 廣州 510642； 2：華南農(nóng)業(yè)大學林學院，廣東 廣州 510642 摘要： 通過化學分析和土壤淋洗試驗對廣州城郊菜地土壤磷素特征和流失風險進行了研究和分析。結(jié)果表明，廣州城郊菜地土壤全磷含量極高；與自然土壤相比較，菜園土壤無機磷比例增大，有機磷比例降低；無機磷中的 Al-P、 Fe-P 比例增加，O-P 比例降低， Ca-P 比例基本一致；土壤 Olsen P、 Bray-1 P、 Mehlich-1 P、 0.01 mol/L CaCl2 和 H2O 提取的磷含量相當高；土壤淋洗液中溶解態(tài)磷和總磷持續(xù)保持很高的濃度，土壤磷供應(yīng)強度大。菜園土壤中磷進入水體引起水體磷濃度增加，導致水體富營養(yǎng)化風險大；土壤磷的測定值可作為土壤磷流失風險和對水環(huán)境影響程度的評估依據(jù)。菜地應(yīng)作為農(nóng)業(yè)非點源磷污染的優(yōu)先控制區(qū)，應(yīng)通過嚴格控制磷肥的投入和合理施肥等控制磷的流失。 關(guān)鍵詞： 磷素特征；水環(huán)境質(zhì)量；菜地土壤；廣州 中圖分類號： S153.6； X144 文獻標識碼： A 文章編號： 1008-181X（ 2002） 03-0237-04人類活動導致水體的加速富營養(yǎng)化現(xiàn)象是當今世界水污染難題，已成為世界關(guān)注的主要環(huán)境問題之一。磷是水體富營養(yǎng)化的主要限制因子，農(nóng)業(yè)非點源磷對水環(huán)境的惡化有著十分顯著的貢獻，富營養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生與農(nóng)田土壤中磷的流失有密切的關(guān)系 1, 2，因此，對農(nóng)田土壤磷素流失進入水體的過程、機理以及控制措施的研究，已日益受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注 39。 研究表明，長期種植蔬菜會導致土壤磷明顯富集 10，且土壤富磷特征已被應(yīng)用在土壤分類中，將它作為肥熟人為土的診斷指標 11。而有關(guān)這類土壤富集的磷 對水環(huán)境可能產(chǎn)生的影響報道不多。珠江三角洲地區(qū)，蔬菜種植面積大，肥料投入量多，土壤中養(yǎng)分積累明顯，且該區(qū)高溫多雨，土壤中富余的養(yǎng)分容易隨地表徑流、亞表層水流和地下水等途徑進入水體。因此，研究珠江三角洲菜地土壤磷素特征及其環(huán)境效應(yīng)是很必要的。本文通過研究廣州城郊菜地土壤的磷素特征及其可能潛在的流失風險，為指導磷肥的合理施用和水環(huán)境的保護提供科學依據(jù)。 1 材料與方法 1.1 土壤的采集 采集了廣州城郊不同地點的菜地耕層土壤（ 015 cm） 12 個（ 112 號），所有菜地種菜年限均大于 30 a，成土母質(zhì)為花 崗巖；另外采集了花崗巖母質(zhì)發(fā)育坡地自然土壤（ 015 cm） 1 個（ 13 號）進行比較研究。據(jù)中國土壤系統(tǒng)分類 11，菜地土壤（ 112 號）均為肥熟旱耕人為土，坡地自然土壤為強育濕潤富鐵土。供試土壤主要理化性質(zhì)詳見表 1。 1.2 淋洗試驗 淋洗實驗在實驗室進行，將內(nèi)徑 10 cm長 30 cm 的 PVC 塑料管的底部裝入約 2 cm 厚的石英砂，然后將 1.5 kg 過 2 mm 篩的土壤按體積質(zhì)量 1.3 Mg/m3 裝入 PVC 塑料管中， 3 次重復。土壤用平均速度為 0.5 ml/min 蒸餾水淋洗，每天淋洗 8 h，共淋洗 30 d，每隔 5 d 采集 1 次淋洗液測定可溶性磷和總磷。 1.3 測定方法 土壤粘粒含量，吸管法測定。土壤 pH 值，水土比 2.51，電位法測定。土壤有機質(zhì)含量，重鉻酸鉀硫酸加熱氧化法測定。陽離子交換量（ CEC），用 1 mol/L NH4Oac（ pH 7）法；全磷，用高氯酸硫酸消化、銻抗比色法測定。有機磷，用灼燒法；無機磷的分級按照張守敬 -Jackson 方法； Olsen P，用0.05 mol/LNaHCO3 提取 (液土比 201)，鉬銻抗比色法； Bray-1 P，用 0.025 mol/L HCl-0.03 mol/L NH4F提取 (液土比 101)，鉬銻抗比色法； Mehlich-1 P，用 0.05 mol/L HCl-0.012 5 mol/L H2SO4 提取 (液土比5:1)，鉬銻抗比色法； CaCl2 提取 P，是用 0.01 mol/L CaCl2 提取 (液土比 5:1)，鉬銻抗比色法； H2O 提取238 土壤與環(huán)境 第 11 卷第 3 期（ 2002 年 9 月） P，用蒸餾水提取 (水土比 101)，鉬銻抗比色法。 淋洗液中溶解態(tài)磷，用鉬銻抗直接比色測定；總磷，用高氯酸硫酸消化，鉬銻抗比色測定。 2 結(jié)果與分析 2.1 土壤磷素特征 表 2 結(jié)果顯示，廣州城郊菜園土壤全磷含量為1.734.32 gkg-1（ P 計，下同），平均 2.70 gkg-1。按第二次全國土壤普查標準（一級 P2O52.2 gkg-1），廣州城郊菜園土壤全磷含量達到極豐富水平，而自然土壤全磷含量為 0.23 gkg-1，處于缺乏水平，菜園土壤全磷平均值是自然土壤的 11.7 倍，土壤磷積累顯著。 在全磷組成中，城郊菜園土壤有機磷占 3.49% 18.64%，平均 11.0%；無機磷占 82.36%96.51%，平均 89.0%。而自然土壤中有機磷和無機磷分別占全磷的 28.26%和 71.74%。可見，與同區(qū)域自然土壤相比，城郊菜園土壤無機磷所占比例增大，有機磷所占比例減小，土壤中積累的磷無機形態(tài)比例高，與北京郊區(qū)菜園土研究結(jié)果一致 10。 土壤中無機磷形態(tài)分級結(jié)果表明（表 2），城郊菜園土壤各形態(tài)無機磷占無及磷總量比例的平均值分別為， Al-P 16.8%， Fe-P4 3.8%， O-P 33.1%，Ca-P 5.9%。與城郊自然土壤相比較， Al-P、 Fe-P 比例分別增加 663.6%和 42.7%， O-P 比例降低 46.7%，Ca-P 比例基本一致。 不同提取劑所測定的土壤磷結(jié)果表明（表 3），城郊菜園土的 Olsen P 含量為 241.6448.0 mgkg-1，平均為 334.8 mgkg-1； Bray-1 P 含量為 184.1575.1 mgkg-1，平均為 377.8 mgkg-1； Mehlich-1 P 含量為250.51 063.4 mgkg-1，平均為 527.6 mgkg-1，均處于極高水平，遠遠超過作物需求。 0.01 mol/L CaCl2提取 P 含量為 2.919.0 mgkg-1，平均為 8.6 mgkg-1；H2O 提取 P 含量為 8.432.9 mgkg-1，平均為 17.0 mgkg-1，而自然土壤中 0.01 mol/L CaCl2 和 H2O 提取 P 分別為 0.3 和 0.4 mgkg-1，這表明菜園土壤可溶性磷、土壤溶液中磷濃度高，磷供應(yīng)強度大。 2.2 土壤磷流失風險分析 研究表明，農(nóng)田磷進入水體的主要途徑是通過徑流進入地表水，在通常情況下磷向剖面下層移動是很慢的，但在質(zhì)地輕、固磷能力低以及大量施用有機肥的土壤上，磷通過滲漏進入地下水也是很 明表 2 土壤磷的形態(tài)組成 樣號 全磷 /(gkg-1) 有機磷 無機磷各形態(tài)在土壤中的含量及占無機磷總量的比例 土壤中含量 占全磷 Al-P Fe-P O-P Ca-P 合計 /(gkg-1) /% /(gkg-1) /% /(gkg-1) /% /(gkg-1) /% /(gkg-1) /% /(gkg-1) /% 1 1.73 0.132 7.63 0.212 14.4 0.615 41.8 0.521 35.4 0.124 8.4 1.47 100 2 2.52 0.185 7.34 0.342 15.9 0.875 40.7 0.807 37.5 0.126 5.4 2.15 100 3 2.97 0.320 10.77 0.344 13.9 1.015 41.2 0.952 38.6 0.156 5.9 2.47 100 4 3.27 0.428 13.09 0.475 17.0 1.238 44.4 0.931 33.4 0.146 5.1 2.79 100 5 2.56 0.268 10.47 0.378 17.9 0.916 43.3 0.684 32.4 0.136 6.0 2.11 100 6 2.58 0.481 18.64 0.390 18.8 1.017 49.0 0.572 27.6 0.095 4.5 2.07 100 7 2.73 0.479 17.55 0.278 13.0 0.935 43.6 0.755 35.2 0.177 7.9 2.15 100 8 3.45 0.120 3.49 0.433 13.5 1.332 41.6 1.224 38.2 0.216 6.5 3.21 100 9 4.32 0.419 9.70 0.512 14.3 1.735 48.6 1.167 32.7 0.156 4.0 3.57 100 10 2.41 0.251 10.41 0.301 15.0 0.951 47.5 0.624 31.1 0.128 5.9 2.00 100 11 2.15 0.271 12.60 0.432 23.4 0.752 40.6 0.546 29.6 0.119 6.3 1.85 100 12 1.75 0.188 10.74 0.364 25.0 0.638 43.8 0.376 25.8 0.080 5.1 1.46 100 13 0.23 0.065 28.26 0.004 2.2 0.050 30.7 0.101 62.1 0.008 4.9 0.16 100 表 1 供試土壤的基本性質(zhì) 樣號 采樣 地點 粘粒 (2 m) / 有機質(zhì) /(gkg-1) CEC /(cmolkg-1) pH （水提） 1 廣州岑村 11.4 41.70 10.84 6.04 2 廣州岑村 14.5 41.05 11.62 5.81 3 廣州岑村 15.2 40.05 11.35 5.52 4 廣州岑村 15.3 39.75 10.69 5.09 5 廣州岑村 11.2 45.95 10.26 5.84 6 廣州龍洞 19.6 47.45 10.66 4.46 7 廣州龍洞 8.3 50.70 8.13 5.94 8 廣州龍洞 9.5 47.95 8.87 5.85 9 廣州龍洞 8.5 33.20 7.11 5.78 10 廣州龍洞 4.9 29.60 6.56 5.47 11 華農(nóng)農(nóng)場 17.9 35.75 10.27 4.35 12 華農(nóng)農(nóng)場 16.0 34.45 8.10 4.33 13 華農(nóng)農(nóng)場 13.2 15.20 5.36 4.42 劉遠金等： 廣州城郊菜地土壤磷素特征及流失風險分析 239 顯的 1；土壤測定磷含量與土壤徑流中溶解態(tài)磷、藻類有效磷濃度有很好的相關(guān)性 37；土壤磷素水平在很大程度上決定了土壤磷進入徑流的風險和數(shù)量 8；土壤磷含量與地下水中磷濃度也有很顯著的相關(guān)性 12。而廣州城郊菜園土壤由花崗巖母質(zhì)發(fā)育而成，粘粒含量低，土壤質(zhì)地輕，土壤測定磷（ Olsen P、 Bray-1 P、 Mehlich-1 P、 0.01 mol/L CaCl2提取 P、 H2O 提取 P）的含量相當高，可見土壤中極豐富的磷隨地表徑流、地下徑流以及向剖面下層移動等途徑進入地表水和地下水風險相當高。 土壤淋洗試驗結(jié)果表明（圖 1、圖 2），菜園土壤淋洗液中溶解態(tài)磷濃度變幅為 1.7017.09 mgL-1, 平均 7.85 mgL-1；自然土淋洗液平均為為 0.02 mgL-1，兩者相差 392.5 倍。淋洗液中總磷濃度為2.0718.14 mgL-1 ，平均 8.49 mgL-1；自然土淋洗液平均為為 0.28 mgL-1 ，兩者相差 30.3 倍。這進一步表明菜園土壤中水溶性磷含量高，磷供應(yīng)強度大，流失進入水體風險高。 相關(guān)分析結(jié)果表明（表 4），土壤淋洗液中溶解態(tài)磷、總磷平均濃度與土壤全磷、 Olsen P、 Bray-1 P 、 Mehlich-1 P、 H2O 提取 P、 0.01 mol/L CaCl2 提取 P 的相關(guān)性達到極顯著或顯著水平。因此，土壤測定磷可作為土壤磷流失進入水體風險和對水環(huán)境影響程度的評估依據(jù)。 3 結(jié)語 廣州城郊菜園土的全磷、 Olsen-P、 Bray-1 P、Mehlich-1 P 含量均達到極豐富的程度，遠遠超過作物的需求，磷素處于極顯著的積累狀態(tài)。這主要是由于蔬菜復種指數(shù)高，經(jīng)濟效益好，菜農(nóng)對菜地投入的肥料量遠高于農(nóng)田，所用肥料又以 15-15-15 的復合肥為主。用此配方的復合肥，當?shù)獫M足蔬菜生長時，磷必然是過量的，長期使用此種復合肥使得菜園土壤中的磷素明顯富集。因此，從降低生產(chǎn)成本和提高經(jīng)濟效益的情況考慮，建議菜農(nóng)根據(jù)蔬菜生長發(fā)育的需要施肥，可暫時不施磷肥或嚴格控制施用。 廣州城郊菜園土壤 0.01 mol/L CaCl2 和 H2O 提取的磷含量相當高，土壤淋洗液中溶解態(tài)磷和總磷持續(xù)保持很高的濃度，土壤磷供應(yīng)強度大。因此土壤中富集的磷通過地表徑流、地下徑流和滲漏等途徑進入地表水或地下水，引起水體磷濃度增加，導致水體富營養(yǎng)化風險大。菜地土壤中磷進入水體的風險遠高于普通農(nóng)田，故應(yīng)作為農(nóng)業(yè)非點源磷污染的優(yōu)先控制區(qū)。應(yīng)通過 嚴格控制磷肥的投入和合理施肥等控制磷的流失。 廣州城郊土壤淋洗液中溶解態(tài)磷、總磷濃度與表 3 土壤不同提取劑所提取磷含量 樣號 Olsen P /mgkg-1 Bray-1 P /mgkg-1 Mehlich-1 P /mgkg-1 H2O 提取 P /mgkg-1 CaCl2 提取 P /mgkg-1 1 260.6 184.1 250.5 10.7 3.0 2 448.0 376.9 506.0 27.9 16.6 3 406.6 374.8 606.8 26.7 19.0 4 428.1 575.1 723.0 32.9 15.1 5 264.6 264.4 355.0 9.8 5.1 6 373.1 354.7 347.3 11.4 4.7 7 241.6 239.2 444.0 11.3 4.0 8 291.2 329.0 703.5 8.4 2.9 9 345.2 557.1 1 063.8 27.6 9.1 10 276.5 412.6 540.7 11.7 8.9 11 361.7 481.4 424.8 11.8 8.6 12 321.0 384.8 366.5 14.0 6.3 13 6.0 1.7 4.1 0.4 0.3 圖 1 淋洗液中溶解態(tài)磷濃度 圖 2 淋洗液中總磷濃度 表 4 淋洗液中磷濃度與土壤測定磷的相關(guān)系數(shù) 全磷 Olsen-P Bray-1 P Mehlich-1 P H2O 提取 P CaCl2 提取 P 溶解 態(tài)磷 0.700* 0.629* 0.824* 0.798* 0.776* 0.746* 總磷 0.698* 0.631* 0.821* 0.803* 0.788* 0.763* 注： * P0.01； *P0.05 05101520255 10 15 20 25 30淋洗天數(shù) /d水溶性磷濃度/（mgL-1)1 號2 號3 號4 號5 號6 號7 號8 號9 號10 號11 號12 號13 號05101520255 10 15 20 25 30淋洗天數(shù) /d總磷濃度/(mgL-1)1 號2 號3 號4 號5 號6 號7 號8 號9 號10 號11 號12 號13 號240 土壤與環(huán)境 第 11 卷第 3 期（ 2002 年 9 月） 土壤全 P、 Olsen P、 Bray-1 P 、 Mehlich-1 P、 H2O提取 P 、 0.01 mol/L CaCl2 提取 P 的相關(guān)性均達到極顯著或顯著水平，因此土壤磷的測定值可作為土壤磷流失風險和對水環(huán)境影響程度的評估依據(jù)。 參考文獻： 1 DANIEL T C, SHARPELEY A N, LEMUNYON J L. 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Phosphorus characteristics and loss risk assessment of vegetable garden soils in the suburbs of Guangzhou city LIU Yuan-jin1, LU Ying1*, CHEN Jun-lin2, GAN Hai-hua1, LI Hua-xing1 1: College of Resources & Environmental Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China； 2: College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China Abstract: The phosphorus characteristics and loss risk assessment of vegetable garden soils in the suburbs of Guangzhou city were studied by chemical analyses and leaching experiment. The results indicated that total P conte