土 壤 学 报
ACTAPEDOLOGICASINICA
Vol.47,No.5 Sep.,2010
长期施肥下红壤磷素积累的环境风险分析
王艳玲 何园球 吴洪生 李仁英 金 飞
(1南京信息工程大学应用气象学院,南京 210044)(2中国科学院南京土壤研究所,南京 210008)
＊
12111
摘 要 以长期(始于1988年)施肥的旱地红壤为材料,研究了土壤磷积累与磷吸附的关系,通过分析土壤磷素吸附特征参数及面向环境的土壤磷素表征值的变化,讨论了长期施肥下旱地红壤磷素积累的环境风险。结果表明:长期施磷可显著增加红壤磷素的累积量,降低土壤对外源磷的固持能力,提高土壤的有效磷及易解吸磷的量。供试的7个试验处理,除NK处理及花生秸秆本田还田处理外,土壤有效磷均高于20
-1
mgkg,已达到丰磷状态,但只有配施厩肥处理的土壤磷素存在环境风险。因此,应在兼顾土壤磷素的农业
效应和环境安全的前提下,建立新的施肥制度,使磷素资源的利用更加合理化。
关键词 长期施肥;红壤;磷;吸附特征;环境风险中图分类号 S158.5;X820.4 文献标识码 A
农业生产中,磷肥的过量施用导致了农田土壤磷素逐渐积累,增加了土壤磷的供应能力,为作物
高产优质提供了物质基础,但积累超过一定限度就会增加土壤磷素的流失潜力,导致农田径流水中磷
[1-3]
浓度的升高,加速水体富营养化过程,甚至通过淋溶作用影响地下水质量。据报道,农地地表径流中磷的浓度与土壤磷素水平显著相关,长期因过量施用磷肥使土壤磷素达到较高水平的土壤常是
[5-6]
径流中磷的主要来源。目前,如何评价和控制土壤磷素的流失越来越受到人们的重视,在水田及水体附近的农田中研究土壤磷素的迁移流失已成为热点
[7-8]
[4]
1 材料与方法
1.1 长期实验地概况
长期肥料定位试验于1988年建在江西省鹰潭农田生态系统国家野外研究站内(北纬28°04′～28°37′,东经116°41′～117°09′)。供试土壤为第四季红黏土发育的典型红壤。有机无机肥配施试验区设:CK(低量NPK)、CK+猪厩肥(BM)、CK+绿肥、CK+稻秆和CK+花生秸秆本田还田(SR),共5个处理;无机肥试验区设:NPKCaS、NPKCa、NPK、NP、PK和NK,共6个处理(Ca代表施用石膏,S代表施用微量元素)。试验小区面积为33m,每个处理重复3次,随机排列。1995年以前进行花生和油菜轮作,后改为一季花生,冬季休田。1.2 供试土壤
土壤样品来自于NPK、NP、NK、PK及CK、CK+厩肥(BM)、CK+花生秸秆本田还田(SR)共7个小区的耕层(0～15cm)土壤。2004年秋季(花生收获一个月后)在每个小区内按“S”形采集15点样品,混匀后,用四分法取约2.5kg土壤带回室内,风干,磨细后过筛备用。
2
,而在旱田中对于由长期施肥引起的土
壤磷素的迁移流失及其与环境质量关系方面的研究比较欠缺,各地区各类土壤中现阶段施肥量是否会造成土壤磷素的迁移流失缺乏定量研究。为此,本文将以长期施肥的旱地红壤为材料,通过测定土壤磷素的吸附性能,分析土壤磷素吸附特征参数及面向环境的土壤磷素表征值的变化,讨论了长期不同施肥下旱地红壤磷素积累对环境的影响程度,以期在兼顾土壤磷素的农业效应和环境安全的前提下,为磷素资源的合理利用提供参考。
＊国家自然科学基金项目(40901146)、南京信息工程大学校科研基金项目(S8107371001)资助
作者简介:王艳玲(1976—),女,吉林省舒兰市人,博士,讲师,主要从事土壤肥力演变过程与环境效应研究。E-mail:ylwang@
nuist.edu.cn;wangyl2117@hotmail.com
收稿日期:2009-01-09;收到修改稿日期:2009-10-09
5期1.3 研究方法
王艳玲等:长期施肥下红壤磷素积累的环境风险分析 881
无磷肥输入的情况下,红壤的自然供磷能力随着种植年限的增加而不断减弱,直至无供磷能力。在长
期试验中发现,NK处理只有在试验开始的前6年有收成,而后每季作物几乎没有收成甚至苗期都不能成活,由此可以说明尽管其他养分(N、K等)供应充足,而土壤全磷量低于某一水平时(NK处理全磷
-1
量小于0.3gkg时),作物不能生长甚至不能立苗,土壤中的所有形态磷包括有效磷均可视为无效或者说土壤无有效供磷能力。有机无机配施试验区中,在施低量氮磷钾肥的基础上,花生秸秆本田还田并不能有效地提高红壤磷的储量;而配施猪厩肥的效果极其显著,其增加速度是花生秸秆本田还田的14倍,是对照处理的8.4倍。
由此可见,长期施肥使旱地红壤磷素积累形成了三种类型:即严重缺磷、有机质含量低的NK处理,磷和有机质含量均较高的厩肥处理,及其他土壤磷素和有机质含量适中的NPK、NP、PK、对照和花生秸秆本田还田等5个处理。
2.2 长期施肥下红壤对外源磷的吸附规律变化
长期施肥后,旱地红壤磷的等温吸附曲线也明显分三种类型(图1):
1.3.1 土壤磷素吸附性能的测定 称取1.00g
过2mm筛的土壤样品置于100ml塑料离心管中,共10份并重复一次。向10支离心管中分别加入浓
-1
度为0、3、5、7、9、12、18、24、30、40、50mgL的磷[Ca(HOl,加甲苯数滴防止2P4)2]工作溶液各20m
微生物生长,加盖后在25℃恒温室中振荡24h,用慢速滤纸过滤。滤液中磷的浓度用钼蓝比色法测定,加入磷的量减去滤液中磷的量即为磷的吸附量。试验结束后,用Langmuir方程对土壤磷素吸附试验值进行拟合。常用Langmuir方程式为:C/X=C/X1/K·X为磷吸附量(Pmgkg);m+m。式中,XC为平衡液浓度(PmgL);Xm为最大吸附量(Pmgkg);K为与结合能有关的常数。用C/X和C作图可得一直线,直线的斜率b=1/X为已知,m从而求出X轴上的截距=1/K·m数值。直线在yX值。吸附自由能ΔG=-5.7log(Km,可计算出K×31000)=-5.7logK-25.6。1.3.2 易解吸磷(RDP)的测定 称取2.5g过2mm筛的风干土样,置于100ml离心管中,按土液比为1∶20,加入0.01molLCaCl2溶液,加盖后,在室温(25±2℃)下振荡24h,离心后,将提取液倾入三角瓶中。吸取一定量的提取液,用钼蓝比色法测定溶液中的磷浓度。
1.3.3 其他项目 全磷采用酸溶-钼锑抗比色法测定;有效磷采用Olsen法测定;有机质采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法测定。上述分析项目具体操作步骤详见文献[9]。
1.4 数据分析与制图
实验数据用SPSS13.5软件分析与统计,用ORIGIN7.5软件绘图。
-1
-1
-1
-1
2 结果与分析
图1 长期施肥条件下红壤磷的等温吸附曲线
2.1 长期施肥对旱地红壤磷素积累的影响磷是红壤区作物生长的主要限制因子,土壤全磷的变化在某种程度上可以反映出土壤磷素肥力水平。从表1可以看出,长期施用磷肥均可以提高土壤全磷和有效磷量,但因肥料配施类型的不同其增加幅度所有不同。在单施无机肥试验区中,NPK处理与PK处理土壤全磷总增量相当,而NP处理土壤全磷总增量是NPK处理与PK处理的1.72倍～
-1
1.82倍,累积速度每年可达P0.019gkg,是NPK、PK处理的1.73倍。在氮、钾养分供应充足且Fig.1 Sorptionisothermsofphosphorusintheredsoilunder
long-termfertilization
类型Ⅰ,等温吸附曲线没有明显的转折过程,
较陡且斜率较大,磷吸附量随着外源磷量的增加而急骤增大。在本试验添加磷的浓度范围内,土壤的吸磷作用未达到饱和程度,以NK处理的土壤为代表。NK处理的土壤长期无外源磷输入且伴有磷素的自然耗竭,土壤中绝大部分磷吸附点位处于非饱和状态,磷素吸附饱和度(DPS)只有0.19%(见表2),
882 土 壤 学 报
表1 供试土壤的全磷、有效磷及有机质的含量
Table1 ContentofTotal-P,availablePandorganicmatterintestedsoil
47卷
试验小区Trialplot单施无机肥Inorganicfertilizer
application
处理Treatment原始土Originalsoil
NPKNPPKNK
全磷Total-P(gkg)
0.630.81a0.94c0.80b0.28a0.530.69a1.87b0.63a
-1
有效磷
AvailableP(mgkg)
3.7027.3b33.8d30.5c2.40a3.9025.2b165c16.8a
-1
Available-P
×10
Total-P(%)0.593.373.603.810.860.743.658.812.67
有机质
Organicmatter(gkg)
6.5017.0c15.3b14.6b9.20a6.0015.8a21.1b16.5a
-1
有机无机肥配施Organic-chemicalfertilizercombinedapplication
原始土Originalsoil
CKBMSR
注:表中字母不相同的表示在0.05水平差异显著Note:Differenceinletterfollowingthetableshowssignificantdifferenceat0.05level
表2 面向环境的土壤磷素表征值
Table2 Environmentorientedsoilphosphorustokenvalue
DPS试验小区Trialplot
单施无机肥
Inorganicfertilizerapplication
处理Treatment
NPKNPNKPK
有机无机肥配施Organic-chemicalfertilizerscombinedapplication
CKBMSR
EPCμgL)0(
23.442.520.136.131.4490.423.3
-1
RDP(mgL)
0.030.050.020.040.030.430.03
-1
-1
Olsen-P
×100
Xm3.964.160.192.762.8135.62.62
土壤吸磷能力最强,极易吸附各种来源中的磷。从
表1可以看出,NK处理的土壤有效磷仅为2.4mgkg,占全磷的0.86%,而有效磷小于3mgkg的土壤,不施磷肥,一切作物均难以立苗味着此类土壤中的磷不能作物利用。
[10]
-1
-1
为0.03～0.05mgL(表2)。
类型Ⅲ,等温吸附曲线较平缓,斜率较小,没有明显的转折过程,土壤的吸磷量随外加磷浓度的增加基本不变,以低量氮磷钾配施猪厩肥(BM)处理的土壤为代表。厩肥处理的土壤有效磷高达165mgkg,占全磷的8.81%(表1),但因输入的磷量远远大于输出量,使得土壤中磷素吸附点位绝大部分已被饱和,土壤磷素吸附饱和度(DPS)高达35.6%(表2),土壤吸磷能力极弱,被吸附的磷极易释放至土壤,土壤易解吸磷(RDP)高达0.43mgL(表2)。
-1
-1
,也就意
类型Ⅱ,等温吸附曲线具有比较明显的急骤和
缓慢上升两个阶段。第一阶段磷的吸附作用较强,随后出现明显减弱的第二阶段。这个转折过程说明土壤的吸磷作用已达到相对饱和的程度,以对照(CK)、花生秸秆本田还田(SR)、NPK、NP及PK处理的土壤为代表。此类土壤有稳定的磷素输入与合理的输出,土壤磷素吸附点位数量适中。代表土壤有效磷为16.8～33.8mgkg,占全磷的2.67%～3.81%(表1),而有效磷大于20mgkg的土壤,一般作物不需要施磷。因此当土壤吸磷量达到相对饱和时,土壤吸磷能力将大大减弱,被吸附的磷易释放且易于作物吸收利用,土壤易解吸磷(RDP)[10]
-1
-1
2.3 长期施肥下红壤磷素积累的环境风险分析
下面将通过土壤磷素吸附特征参数及面向环境的土壤磷素表征值的变化,分析长期施肥下旱地红壤磷素积累的环境风险:2.3.1 外源磷在红壤固、液相间分布比例的改变 从图2可以看出类型Ⅰ和类型Ⅱ的曲线,均表现为5期 王艳玲等:长期施肥下红壤磷素积累的环境风险分析 883
随着外源磷的进入,土壤固相对活性磷的保蓄能力迅速下降,磷在土壤固液相间分布比例随之变小,
如类型Ⅰ的曲线由比值170左右下降至20～30,即下降了90%以上,且在等量外源磷进入的情况下更大量的磷进入液相。当外源磷在固液相内的分配比下降至某一平衡点(最低点)时,这一比例大体保持不变,而在此情况下,外源磷的再进入也不能改变固液相的分配比例。三种类型的曲线服从同一规律,其差别仅在于原始土壤磷素水平的高低,类型Ⅰ的曲线,土壤的磷素水平最低;类型Ⅱ的曲线,磷水平升高;类型Ⅲ的曲线,土壤磷素水平已高达“平衡点”以上,所以图上没有出现下降阶段。土壤磷素积累造成环境风险增加的实质是进入
[11]
径流(或渗漏水)的面源磷数量增大。图2清楚地表明,由于外源磷的进入,使土壤对活性磷的保蓄能力大大下降,施入同量外源磷的情况下,高磷土壤中磷进入液相的量要较低磷土壤高数倍至数十倍(如曲线Ⅰ增大了4倍之多,曲线Ⅱ增大了50倍),这就使得高磷土壤的环境风险大幅度增加。因此,磷素积累降低了土壤固相保蓄活性磷的能力,在外源磷不断进入土壤的情况下,使得磷在固、液相间分布比例发生了变化,进入液相的磷量超比例增加,可能是高磷土壤导致环境风险的主要原因之一。2.3.2 土壤磷素吸附特征参数的变化 通过Langmir方程对红壤磷素吸附试验值进行拟合,推算出的土壤磷素吸附特征参数可以用来表征磷素吸附反应的质与量。土壤固相表面具有一定数量的磷素吸附点位,X是当所有的磷的吸附点都被磷酸m分子所占满时的吸附量,即最大吸附量。长期施肥极大地影响了红壤的最大吸磷量X表3),各种无m(机肥配施使土壤Xgkg(NK处m从1170m
-1
图2 外源磷在红壤固、液相中的分配比例
Fig.2 DistributionproportionofforeignPinsolidphaseandsolution
phaseoftheredSoil
-1
理)下降至704.2～781.3mgkg,即下降了34%～40%,这意味着红壤固磷能力的下降,土壤磷素活性的提高。在低量磷肥的基础上,配施猪厩肥的效果更大,使X.0mgkg,而花m降低了60%,达到463
生秸秆本田还田的效果远不如配施厩肥的,其可使X降至689.7mgkg。m
K值是一个与吸附能量有关的常数,长期施用磷肥使所有处理土壤的K值由不施磷肥的2.94下降至0.14～1.20,即约下降了50%至20倍(表3)。K值的下降意味着被吸附磷的结合能下降,使被吸附的磷具有更大的有效性。这一点从吸附自由能 ΔG 得到进一步的证明, ΔG 由28.3kJmol下降至25.0左右,即由主要是化学吸附变为基本是物理吸附。K值和 ΔG 的变化说明施肥不仅影响红
-1
-1
-1
表3 红壤磷素吸附的特征值
Table3 Eigenvalueofphosphorusadsorptioninredsoil
试验小区Trialplot单施无机肥Inorganicfertilizerapplication
处理TreatmentNPKNPNKPK
有机无机肥配施Organic-chemicalfertilizerscombinedapplication
CKBMSR
Xm(mgkg)757.6781.31170775.2704.2463.0689.7
-1
K(Lkg)
0.981.022.941.041.200.140.94
-1
R0.9930.9930.9900.9920.9930.9890.993
2
MBC(K·Xm)740.7793.73444806.5847.563.5645.2
ΔG
-1(kJmol)
25.525.628.325.726.120.725.4
884 土 壤 学 报47卷
壤磷的吸附量(X,更重要的是还影响到吸附m)“质”(K和 ΔG ),其中低量氮磷钾肥配施猪厩肥的作用特别突出。长期施肥既降低了旱地红壤的最大吸磷量(X,又降低了结合能常数K值,这就m)
意味着土壤磷素的不断积累,逐渐增大了土壤磷对环境安全构成威胁的可能性。
X和K的乘积代表土壤最大缓冲能力(Maxi-mmumbuffercapacity,MBC),是土壤供磷能力的指标,是土壤保持土壤溶液中磷浓度能力的大小。MBC大的土壤,要维持相同供磷强度所需的磷肥量或土壤有效磷贮量也相应大些;当土壤间吸附磷量相近,MBC值大时,其吸附磷所处能态较低,吸附的磷较难被作物吸收利用。从表3中可以看出,低量氮磷钾配施猪厩肥土壤的MBC值最小,NK处理土壤的MBC最大,即厩肥处理的土壤对外源磷的缓冲能力最小,而NK处理最大。其他处理的土壤对外源磷的缓冲能力大小介于二者之间。当继续向红壤施入磷肥时,肥料磷在固相和液相之间的分配比例也不同,缓冲能力大的土壤磷肥进入固相的比例更多。在施入等量磷肥的情况下,缓冲能力大的土壤,土壤溶液中的磷浓度提高较小。在本试验中,配猪厩肥(BM)处理的MBC最小,也就意味着外源磷在土壤溶液中的浓度提高较大,这就会引发新的环境问题。
2.3.3 面向环境的土壤磷素表征值的变化 常规土壤磷素的测定方法只是用来评价土壤对作物的供磷能力大小,但随着土壤磷素所引发的环境问题日益加重,研究者们致力于探索和发展面向环境土壤磷素测定与表征方法,试图通过较为简单的方法测定出的相关参数,来正确估测土壤磷素的环境风险。土壤易解吸磷(Readilydesorbablephosphor-us,RDP)、土壤最大吸磷量(X、磷零点吸持平衡m)浓度(Equilibriumphosphorusconcentrationatzerosorption,EPC和土壤磷素饱和度(Degreeofphos-0)phorussaturationofsoil,DPS)是评价土壤磷素环境行为的主要参数。
土壤易解吸磷(RDP)是指土壤固相中容易进入液相中的磷,通常用接近于土壤溶液离子强度的
-1-1
稀电解溶液(如0.01molLCaCl.02molL2或0KCl)提取出,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。土壤易解吸磷与土壤径流液中的可溶性磷含量相关性最好,越来越多
[15-16]
地被用于农田磷的环境风险评价中。当土壤有效磷(Olsen-P)达到一定水平时,土壤固相中的易[13-14]
[10,12]
解吸磷数量会迅速增大,进入水体的磷主要通过径流输入,而径流中水溶性磷的浓度必然与土壤有效
[17]
磷水平有关,但其间的数理关系则远未清楚。土壤易解吸磷浓度与土壤有效磷的关系并不是简单的线性关系,长期施肥条件下的旱地红壤中易解吸态磷(CaClP)是随着土壤中有效磷(Olsen-P)含量2-的增大而呈指数趋势增加(图3),且存在明显的转折点,即土壤磷素流失的临界值(Changepoint)。一般来说,当土壤中易解吸磷的浓度达到P0.1mgL时,土壤磷开始威胁水体环境安全。根据图3中的曲线的变化可估算出当旱地红壤中有效磷(Olsen-P)高于P80mgkg时,土壤磷素对环境是不友好的。本试验中配施厩肥处理的土壤磷素水平已远远超过了环境安全临界值,而且猪厩肥中磷的活动性远远大于化肥,化肥磷最多下移至30cm深处,而厩肥中的磷至少可以下移至40cm以下,这可能影响下渗水流的磷浓度而增加风险。因此,有必要系统研究旱地红壤磷素积累的环境警戒值,深入探讨旱地土壤磷素积累的不同阶段及其环境意义。
[19]
-1
-1
[18]
图3 有效磷与易解吸磷的相关关系
Fig.3 Correlationbetweenavailablephosphorusandreadily
desorbablephosphorus
磷零点吸持平衡浓度(EPC是土壤溶液中的0)
磷在达到吸持与解吸的动态平衡时的浓度,即既不发生净吸附,也不发生净解吸的土壤溶液浓度。主要是用来表征水土界面磷交换的数量和方向。EPC0值越小,土壤固相中的磷越不易进入溶液,反之,EPC0值越大,则土壤固相中磷越容易进入溶液
[20]
。EPC0作为评价磷在水土界面化学行为的指
[21-22]
标已被越来越多的研究者所采用。例如灌溉5期 王艳玲等:长期施肥下红壤磷素积累的环境风险分析 885
水、河水、径流的磷浓度小于流经土壤的EPC0值时,那么土壤磷素流失(或淋失),反之亦然。在较低磷
素浓度条件下(平衡液中磷的浓度为P0～5mgL),利用磷的线性等温吸附方程式X=bC-X0(R=0.999～1.0)估算了EPC表2),EPC0的大小(0与RDP之间有极显著的线性相关关系(YRDP=0.008+0.0009X=1.000,p<0.0001),随着EPC0,rEPCDP也迅速增加,当CaClP的浓度为0的增大,R2-0.1mgL时,EPCgL,也就是说当0约为102μEPCgL时,土壤固相中的磷向溶液0值高于102μ释放的可能性逐渐增大,环境威胁随之增大。
土壤磷素饱和度(DPS)这一参数可定义为“土壤表面的磷酸盐覆盖度”,既可以解释土壤磷素的积累强度,又可解释磷从土壤固相向液相释放的潜能,广泛应用于土壤与环境的研究中。DPS的确定方法有很多,本文的DPS是由土壤中可提取态磷(Olsen-P)与土壤最大吸磷量(X计算得m)出。由表2可以看出,长期不施磷肥的NK处理土壤表面的磷酸盐覆盖度仅为0.19%,与NPK处理的土壤相差近21倍,这也证明了前面的分析,即土壤磷素经自然耗竭后已接近最低值,土壤具有极强的固磷能力,施入的外源磷会优先用于饱和土壤中的磷吸附点位,不易被作物再利用。而配施厩肥处理的土壤DPS是NK处理的187倍,是NPK处理的9倍,这也就意味着厩肥处理土壤表面的固磷点位相对较少,土壤表面的磷酸盐数量远远高于作物正常生长所需的量,施入的外源磷很难被固定,极易释放或流失。由DPS与RDP之间的相关方程(YRDP=0.001+0.012X0.994,p<0.0001)可以估DPS,R=算出,当DPS大于8%时,土壤中的磷开始威胁环境安全。在本试验中,只有配施猪厩肥处理的DPS远远超过环境安全临界值,虽然不能确定其对环境的影响程度,但停止施磷或降低施磷量是十分必要的。
2
[23]
[23-24]
[12]-1
-1
-1
2
-1
般作物不需施磷就能够满足作物的生长所需。因此,不能再限于以当季施肥的作物增产效果和经济效益作为评价磷肥施用是否合理的唯一标准,磷肥施用的另一个重要目标便是扩大贫磷土壤的有效磷库和保护丰磷土壤的有效磷稳定在一定的水平上,并在此基础上使土壤磷素对环境安全不构成威胁
。
-1
有效磷(Olsen-P)测定值超过20mgkg的土
[10]
[1]
壤便可视为丰磷土壤。根据长期施肥下红壤的供磷水平,可将丰磷土壤进一步区分为“适度丰磷”土壤和“极度高磷”土壤。所谓“适度丰磷”可以理解为土壤有效磷测定值虽超过20mgkg,但低于
-1
环境风险临界值(本试验中约P80mgkg),对于大多数土壤和作物,当土壤有效磷处于这一水平范围内时,施用磷肥不能使作物显著增产,但却不宜停止磷肥的施用,如果对适度丰磷土壤停止施用磷肥可能会导致土壤有效磷水平迅速下降,并且土壤中有效磷库贮备会被挖空、用尽,土壤的自然供磷能力最终也会降至为零点。此类土壤上应适度地、持续地施用磷肥,使土壤有效磷库稳产在一定水平之上。可以采用补偿性施磷或维持性磷肥[26]
法,即磷肥的用量通常仅需相当于或略高于作物收获磷量,即1倍～2倍。
所谓“极度高磷”可以理解为土壤有效磷测定
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值远远超过20mgkg,并且已处于环境风险阶段(P>80mgkg),一旦土壤中发生土壤水分的大幅运动时(如遇暴雨或土壤径流发生等),土壤磷就可能进入水体对水体环境安全构成潜在威胁或造成危害。在本研究中就发现,长期配施厩肥的旱地红壤中土壤有效磷水平已高达165mgkg,而且土壤易解吸磷也已高于P0.4mgkg,虽没有直接证据证明此土壤磷对水体环境已造成危害,但从前面分析中可以推测此土壤磷对环境安全已构成严重的威胁。如此类“极度高磷”土壤临近水域,使水体发生富营养化现象的可能性极大。所以,“极度高磷”土壤的磷肥施用问题值得研究,特别是施用有机粪肥的旱地土壤磷素的管理问题必须引起关注。对于极度高磷的土壤,应立即停止施用磷肥或减少磷肥用量,特别是要停止有机粪肥的施用。停止施用磷肥后,随着每季作物的带走,可以让土壤有效磷库自然耗竭一段时间,当土壤有效磷降至“适度高磷”阶段时,可以重新开始施用磷肥。也可以采用“启动性施磷法”,随着作物对新施入磷肥的利用可以“诱导”土壤磷库中的磷持续释放以供作物的生-1
-1
-1
[25]
-1
3 讨 论
上述分析表明,长期配施猪厩肥使旱地红壤磷素迅速积累,其累积量已经超过土壤磷素环境安全的临界值,存在一定的环境风险。虽然,配施猪厩肥的土壤磷素对环境安全的影响程度仍需进一步明确,但停止施磷特别是有机磷肥或者减少施磷量是十分必要的,其他施肥处理(NK处理和花生秸秆本田还田处理除外)的有效磷(Olsen-P)均超过了
-1
20mgkg,而且配施厩肥处理的已超出7倍多,一 886长需要
[26]
土 壤 学 报
。
RuralEnvironment,2008,24(1):59—62
47卷
可见,建立新的施磷制度无疑是解决土壤磷素管理的根本途径,新的施磷制度既要保证磷肥的用量可以使土壤保持充足的磷素供应,达到高产优质的要求,又要保证土壤磷素水平不会超过环境风险临界值,特别是不能威胁到环境安全。因此,在兼顾土壤磷素的农业效应和环境安全的前提下,重新确立土壤磷素的养分临界值是十分必要的。
[8] 徐爱兰,王鹏.太湖流域典型圩区农田磷素随地表径流迁移
特征.农业环境科学学报,2008,27(3):1106—1111.XuAL,WangP.PhosphoruslosseswithsurfacerunofffromfarmlandsinpolderareaaroundTaihuBasin(InChinese).JournalofAgro-EnvironmentScience,2008,27(3):1106—1111
[9] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法.北京:中国农业科技出版
社,2000:60—73,175—176.LuRK.Analyticalmethodsofsoilandagro-chemistry.Beijing:ChinaAgriculturalScienceandTech-nologyPress,2000:60—73,175—176
[10] 鲁如坤.土壤磷素.土壤通报,1980,2:47—49.LuRK.Soil
phosphorus(InChinese).ChineseJournalofSoilScience,1980,2:47—49
[11] 张国林,钟继红,曾芳,等.土壤磷素的流失风险研究.农业环
境科学学报,2007,26(5):1917—1923.ZhangGL,ZhongJH,ZengF,etal.Riskassessmentonphosphoruspotentiallossinagriculturalsoil(InChinese).JournalofAgro-EnvironmentSci-ence,2007,26(5):1917—1923
[12] KuoS,JellumEJ,PanWL.Influenceofphosphatesorptionpa-rametersofsoilsonthedesorptionofphosphatebyvariousextract-ants.SoilScienceSocietyofAmericaJournal,1988,52:974—979
[13] 高超,张桃林.面向环境的土壤磷素测定与表征方法研究进
展.农业环境保护,2000,19(5):282—285.GaoC,ZhangTL.Reviewonenvironmentorientedsoilphosphorustestingproce-duresandinteprtingmethods(InChinese).Agro-environmentProtetion,2000,19(5):282—285
[14] 刘子国,黄敏,余萃.表征测试指标分析土壤磷素流失风险的
研究.湖南农业科学,2008(4):75—77,80.LiuZG,HuangM,YuC.Studyonthelossriskofphosphatefertilizerinsoilbychar-acteristictestindexanalysis(InChinese).HunanAgriculturalSciences,2008(4):75—77,80
[15] BörlingK,OtabbongE,BarberisE.Soilvariablesforpredicting
potentialphosphorusreleaseinSwedishnorcalcareoussoils.Jour-nalofEnvironmentalQuality,2004,33(1):99—106
[16] DjodjicF,BrlingK,Bergstr mL.Phosphorusleachinginrelation
tosoiltypeandsoilphosphoruscontent.JournalofEnvironmentalQuality,2004,33:678—684
[17] 鲁如坤.中国农业中的磷.中国磷肥应用研究现状与展望学
术讨论会论文集.2005,19—30.LuRK.Phosphorusinagricul-tureofChina(InChinese).TheScienceColloquiumPapersoftheStatusandProspectofPhosphateFertilizerApplicationinChina.2005,19—30
[18] BörlingK,OtabbongE,BarberisE.Soilvariablesforpredicting
potentialphosphorusreleaseinSwedishnorcalcareoussoils.Jour-nalofEnvironmentalQuality,2004,33(1):99—106
[19] 鲁如坤,时正元,钱承梁.磷在土壤中有效性的衰减.土壤学
报,2000,37(3):323—329.LuRK,ShiZY,QianCL.Declineofphosphorusavailabilitywithtimeinsoils(InChinese).ActaPedologicaSinica,2000,37(3):323—329
[20] TaylorAW,KunishiHM.Phosphateequalibriaonstreamsedi-mentsandsoilinawatersheddrainingagriculturalregion.JournalofAgriculturalandFoodChemistry,1971,827—831
4 结 论
1)长期施磷肥可显著提高红壤磷素的供应水
平,降低红壤固相保蓄活性磷的能力,提高红壤磷素的有效供应量。
2)长期施磷已使旱地红壤处于丰磷状态(花生秸秆本田还田处理除外),而且配施厩肥的土壤为高度富磷状态,其土壤磷素已经存在环境风险。3)应在兼顾土壤磷素的农业效应和环境安全的前提下,建立新的施肥制度,合理利用磷素资源。参考文献
[1] 鲁如坤.土壤磷素水平和水体环境保护.磷肥与复肥,2003,
18(1):4—7.LuRK.Thephosphoruslevelofsoilandenviron-mentalprotectionofwaterbody(InChinese).PhosphateandCompoundFertilizer,2003,18(1):4—7
[2] MurrayRH,BertFQ,NguyenML.Phosphorusrunofffromagri-culturallandanddirectfertilizereffects:AReview.JournalofEn-viromentalQuality,2004,33:1957—1972
[3] 高超,朱继业,朱建国,等.不同土地利用方式下的地表径流
磷输出及其季节性分布特征.环境科学学报,2005,25(11):1543—1549.GaoC,ZhuJY,ZhuJG,etal.Phosphorusex-portsviaoverlandrunoffunderdifferentlandusesandtheirsea-sonalpattern(InChinese).ActaScientiaeCircumstantiae,2005,25(11):1543—1549
[4] 连彦峰,刘树庆.农田土壤中磷素流失与水体富营养化.河北
农业科学,2008,12(7):91—93,99.LianYF,LiuSQ.Phos-phoruslossesfromagriculturallandsandwatereutrophication(InChinese).JournalofHebeiAgriculturalSciences,2008,12(7):91—93,99
[5] SharpleyAN.Depedenceofrunoffphosphorusonextractablesoil
phosphorus.JournalofEnviromentalQuality,1995,24:920—926
[6] PoteDH,DanielTC,SharpleyAN,etal.Relatingextractable
soilphosphorustophosphoruslossesinrunoff.SoilScienceSocie-tyofAmericaJournal,1996,60:855—859
[7] 张慧敏,章明奎.稻田土壤磷淋失潜力与磷积累的关系.生态
与农村环境学报,2008,24(1):59—62.ZhangHM,ZhangMK.Relationshipbetweenleachingpotentialandaccumulationofphosphorusinpaddysoils(InChinese).JournalofEcologyand5期 王艳玲等:长期施肥下红壤磷素积累的环境风险分析 887
[21] IndiatiR,SharpleyAN.Soilphosphatesorptionandsimulated
runoffparametersasaffectedbyfertilizeradditionandsoilproper-ties.CommunicationsinSoilScienceandPlantAnalysis,1995,26(15/16):2319—2331
[22] VadasPA,SimsJT.PhosphorussorptioninmanuredAtlantic
coastalplainsoilsunderfloodedanddrainedconditions.JournalofEnvironmentalQuality,1999,28:1870—1877
[23] SharpleyAN.Dependenceofrunoffphosphorusonextractable
soilphosphorus.JournalofEnvironmentalQuality,1995,24:920—926
[24] PoteDH,DanielTC,SharpleyAN,etal.Relatingextractable
soilphosphorustophosphoruslossesinrunoff.SoilScienceSocie-tyofAmericaJournal,1996,60:855—859
[25] 鲁如坤,时正元,施建平.我国南方6省农田养分平衡状况评
价和动态变化研究.中国农业科学,2000,33(2):63—67.LuRK,ShiZY,ShiJP.NutrientbalanceofagroecosysteminsixprovincesinSouthernChina(InChinese).ScientiaAgriculturaSinica,2000,33(2):63—67
[26] 沈善敏.中国土壤肥力.北京:中国农业出版社,1998:111—
151.ShenSM.SoilfertilityofChina(InChinese).Beijing:Chi-naAgriculturePress,1998:111—151
ENVIRONMENTALRISKANALYSISOFACCUMULATEDPHOSPHORUSINREDSOILUNDERLONG-TERMFERTILIZATION
WangYanling HeYuanqiu WuHongsheng LiRenying JinFei
(1CollegeofAppliedMeteorology,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing 210044,China)
(2InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing 210008,China)
1
2
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1
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Abstract Relationshipbetweensoilphosphorus(P)accumulationandcharacteristicsofPadsorptioninredsoilun-derlong-term(20years)fertilizationwereexplored,andenvironmentalriskofPaccumulationPinthesoilwasdiscussedthroughanalyzingchangesinPadsorptioneigenvalueandenvironmentorientedsoilPtokenvalue.Resultsshowthatlong-termPfertilizationmarkedlyincreasedPaccumulationandthecontentsofavailablePandreadilydesorbablePinthesoil,butdecreasedthesoiladsorptioncapacityofforeignP.Inalltheseventreatmentsintheexperiment,exceptTreatmentNKandTreatmentPSI(peanutstemincorporation),theamountsofOlsen-Pinthesoilwereallover20mgkg,reachingaPlevelofabundance,butonlyinTreatmentPM(pigmanure)didPaccumulationposesomeenvironmentalrisk.Conse-quentlyanewfertilizationsystemshouldbeworkedoutbytakingintoaccountboththeagriculturaleffectsandenvironmentsafetyofsoilP,tofurtherrationalizetheuseofPresources.
Keywords Long-termfertilization;Redsoil;Phosphorus;Adsorptioncharacteristic;Environmentalrisk
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