廣州城郊菜地土壤磷素特征及流失風(fēng)險(xiǎn)分析

土壤與環(huán)境 2002, 11(3): 237240 Soil and Environmental Sciences E-mail: 基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ 30100110） 作者簡(jiǎn)介： 劉遠(yuǎn)金（ 1955），女，實(shí)驗(yàn)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(fēng)險(xiǎn)分析 劉遠(yuǎn)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(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642； 2：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，廣東 廣州 510642 摘要： 通過(guò)化學(xué)分析和土壤淋洗試驗(yàn)對(duì)廣州城郊菜地土壤磷素特征和流失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)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(wú)機(jī)磷比例增大，有機(jī)磷比例降低；無(wú)機(jī)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(dāng)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(qiáng)度大。菜園土壤中磷進(jìn)入水體引起水體磷濃度增加，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)大；土壤磷的測(cè)定值可作為土壤磷流失風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)水環(huán)境影響程度的評(píng)估依據(jù)。菜地應(yīng)作為農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源磷污染的優(yōu)先控制區(qū)，應(yīng)通過(guò)嚴(yán)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(lèi)號(hào)： S153.6； X144 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1008-181X（ 2002） 03-0237-04人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致水體的加速富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象是當(dāng)今世界水污染難題，已成為世界關(guān)注的主要環(huán)境問(wèn)題之一。磷是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制因子，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源磷對(duì)水環(huán)境的惡化有著十分顯著的貢獻(xiàn)，富營(yíng)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(duì)農(nóng)田土壤磷素流失進(jìn)入水體的過(guò)程、機(jī)理以及控制措施的研究，已日益受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注 39。 研究表明，長(zhǎng)期種植蔬菜會(huì)導(dǎo)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(lèi)中，將它作為肥熟人為土的診斷指標(biāo) 11。而有關(guān)這類(lèi)土壤富集的磷 對(duì)水環(huán)境可能產(chǎn)生的影響報(bào)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(jìn)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(guò)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(fēng)險(xiǎn)，為指導(dǎo)磷肥的合理施用和水環(huán)境的保護(hù)提供科學(xué)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(diǎn)的菜地耕層土壤（ 015 cm） 12 個(gè)（ 112 號(hào)），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(gè)（ 13 號(hào)）進(jìn)行比較研究。據(jù)中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi) 11，菜地土壤（ 112 號(hào)）均為肥熟旱耕人為土，坡地自然土壤為強(qiáng)育濕潤(rùn)富鐵土。供試土壤主要理化性質(zhì)詳見(jiàn)表 1。 1.2 淋洗試驗(yàn) 淋洗實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，將內(nèi)徑 10 cm長(zhǎng) 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(guò) 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(fù)。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(cè)定可溶性磷和總磷。 1.3 測(cè)定方法 土壤粘粒含量，吸管法測(cè)定。土壤 pH 值，水土比 2.51，電位法測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)含量，重鉻酸鉀硫酸加熱氧化法測(cè)定。陽(yáng)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(cè)定。有機(jī)磷，用灼燒法；無(wú)機(jī)磷的分級(jí)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(cè)定；總磷，用高氯酸硫酸消化，鉬銻抗比色測(cè)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(jì)，下同），平均 2.70 gkg-1。按第二次全國(guó)土壤普查標(biāo)準(zhǔn)（一級(jí) P2O52.2 gkg-1），廣州城郊菜園土壤全磷含量達(dá)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(jī)磷占 3.49% 18.64%，平均 11.0%；無(wú)機(jī)磷占 82.36%96.51%，平均 89.0%。而自然土壤中有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷分別占全磷的 28.26%和 71.74%?？梢?jiàn)，與同區(qū)域自然土壤相比，城郊菜園土壤無(wú)機(jī)磷所占比例增大，有機(jī)磷所占比例減小，土壤中積累的磷無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)磷形態(tài)分級(jí)結(jié)果表明（表 2），城郊菜園土壤各形態(tài)無(wú)機(jī)磷占無(wú)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(cè)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(qiáng)度大。 2.2 土壤磷流失風(fēng)險(xiǎn)分析 研究表明，農(nóng)田磷進(jìn)入水體的主要途徑是通過(guò)徑流進(jìn)入地表水，在通常情況下磷向剖面下層移動(dòng)是很慢的，但在質(zhì)地輕、固磷能力低以及大量施用有機(jī)肥的土壤上，磷通過(guò)滲漏進(jìn)入地下水也是很 明表 2 土壤磷的形態(tài)組成 樣號(hào) 全磷 /(gkg-1) 有機(jī)磷 無(wú)機(jī)磷各形態(tài)在土壤中的含量及占無(wú)機(jī)磷總量的比例 土壤中含量 占全磷 Al-P Fe-P O-P Ca-P 合計(jì) /(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(hào) 采樣 地點(diǎn) 粘粒 (2 m) / 有機(jī)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(chǎng) 17.9 35.75 10.27 4.35 12 華農(nóng)農(nóng)場(chǎng) 16.0 34.45 8.10 4.33 13 華農(nóng)農(nóng)場(chǎng) 13.2 15.20 5.36 4.42 劉遠(yuǎn)金等： 廣州城郊菜地土壤磷素特征及流失風(fēng)險(xiǎn)分析 239 顯的 1；土壤測(cè)定磷含量與土壤徑流中溶解態(tài)磷、藻類(lèi)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(jìn)入徑流的風(fēng)險(xiǎn)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(cè)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(dāng)高，可見(jiàn)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(dòng)等途徑進(jìn)入地表水和地下水風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)高。 土壤淋洗試驗(yàn)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(jìn)一步表明菜園土壤中水溶性磷含量高，磷供應(yīng)強(qiáng)度大，流失進(jìn)入水體風(fēng)險(xiǎn)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(dá)到極顯著或顯著水平。因此，土壤測(cè)定磷可作為土壤磷流失進(jìn)入水體風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)水環(huán)境影響程度的評(píng)估依據(jù)。 3 結(jié)語(yǔ) 廣州城郊菜園土的全磷、 Olsen-P、 Bray-1 P、Mehlich-1 P 含量均達(dá)到極豐富的程度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(fù)種指數(shù)高，經(jīng)濟(jì)效益好，菜農(nóng)對(duì)菜地投入的肥料量遠(yuǎn)高于農(nóng)田，所用肥料又以 15-15-15 的復(fù)合肥為主。用此配方的復(fù)合肥，當(dāng)?shù)獫M(mǎn)足蔬菜生長(zhǎng)時(shí)，磷必然是過(guò)量的，長(zhǎng)期使用此種復(fù)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(jì)效益的情況考慮，建議菜農(nóng)根據(jù)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的需要施肥，可暫時(shí)不施磷肥或嚴(yán)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(dāng)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(qiáng)度大。因此土壤中富集的磷通過(guò)地表徑流、地下徑流和滲漏等途徑進(jìn)入地表水或地下水，引起水體磷濃度增加，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)大。菜地土壤中磷進(jìn)入水體的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于普通農(nóng)田，故應(yīng)作為農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源磷污染的優(yōu)先控制區(qū)。應(yīng)通過(guò) 嚴(yán)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(hào) 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(cè)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(hào)2 號(hào)3 號(hào)4 號(hào)5 號(hào)6 號(hào)7 號(hào)8 號(hào)9 號(hào)10 號(hào)11 號(hào)12 號(hào)13 號(hào)05101520255 10 15 20 25 30淋洗天數(shù) /d總磷濃度/(mgL-1)1 號(hào)2 號(hào)3 號(hào)4 號(hào)5 號(hào)6 號(hào)7 號(hào)8 號(hào)9 號(hào)10 號(hào)11 號(hào)12 號(hào)13 號(hào)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(dá)到極顯著或顯著水平，因此土壤磷的測(cè)定值可作為土壤磷流失風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)水環(huán)境影響程度的評(píng)估依據(jù)。 參考文獻(xiàn)： 1 DANIEL T C, SHARPELEY A N, LEMUNYON J L. Agricultural phosphorus and eutrophication: a symposium overview J. J Environ Qual, 1998, 27: 251-257. 2 EDWARDS A C, WITHERS P J A. Soil phosphorus management and water quality: a UK perspective J. Soil Use and Management, 1998, 14: 124-130. 3 SHARPLEY A N, CHAPRA S C, WEDEPOHL R, et al. Managing agricultural phosphorus for protection of surface waters: issues and options J. J Environ Qual, 1994, 23: 437-451. 4 POTE D H, DANIEL T C, SHARPLEY A N, et al. Relating extractable soil phosphorus to phosphorus losses in runoff J. Soil Sci Soc Am J, 1996, 60: 855-859. 5 POTE D H, DANIEL T C, NICHOLS D J, et al. Relationship between phosphorus levels in three Ultisols and phosphorus concentrations in runoff J. J Environ Qual, 1999, 28: 170-175. 6 MCDOWELL R, SHARPLEY A N, BROOKES P, et al. Relationship between soil test phosphorus and phosphorus release to solution J. Soil Sci, 2001,166(2): 137-149. 7 MCDOWELL R, SHARPLEY A N. Approximating phosphorus release from soils to surface runoff and subsurface drainage J. J Environ Qual, 2001, 30: 508-520. 8 高超 , 張?zhí)伊?, 吳蔚東 .農(nóng)田土壤中的磷向水體釋放的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) , 2001, 21(3): 344-348. 9 張志劍 , 王光火 , 王珂 , 等 . 模擬水田的土壤磷素溶解特征及其流失機(jī)制 J. 土壤學(xué)報(bào) , 2001, 38(1): 139-143. 10 沈漢 . 京郊菜園土壤元素積累與轉(zhuǎn)化特征 J. 土壤學(xué)報(bào) , 1990, 27(1): 104-112. 11 龔子同 . 中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi) : 理論方法實(shí)踐 M. 北京 : 科學(xué)出版社 , 1999. 12 盧瑛，龔子同，張甘霖 . 城市土壤磷素特性及其與地下水磷濃度的關(guān)系 J. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) , 2001, 12(5): 735-738. 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