土壤磷素的流失风险分析进展评述

关于如何评价土壤磷素的流失引起的环境风险这一课题日益成为研究的热点。文章重点探讨了面向环境学意义的用于土壤磷素流失风险分析的常用指标与表征方法。     

土壤磷素的流失风险分析进展评述

关于如何评价土壤磷素的流失引起的环境风险这一课题日益成为研究的热点.文章重点探讨了面向环境学意义的用于土壤磷素流失风险分析的常用指标与表征方法.     

氟啶胺在土壤中的吸附解吸与淋溶特性

采用批量平衡法研究了氟啶胺在南京黄棕壤、江西红壤、东北黑土中的吸附解吸特性.结果表明,25℃下,氟啶胺在3种供试土壤中的等温吸附-解吸曲线能较好地符合Freundlich模型,其吸附常数分别为南京黄棕壤119.34,江西红壤202.23,东北黑土311.88,与土壤有机质含量、阳离子代换量和粘粒含量有良好的相关性,相关系数分别为0.9973,0.9690,0.8586.土壤对氟啶胺的吸附自由能变化均小于40kJ/mol,属于物理吸附.氟啶胺在3种土壤中均难淋溶.     

环大冶湖区域土壤磷素水平及流失风险分析

该文在环大冶湖区域内采集42个土样,在实验室分析总磷（TP）、土壤有效磷（Olsen-P）、易解吸磷（CaCl_2-P）、藻类有效磷（NaOH-P）含量,收集相关文献研究成果并对比分析,以了解环大冶湖区域4种典型利用方式下土壤磷素形态含量特征,对其流失风险进行了分析。结果表明：（1）各类土壤磷含量变化范围较大,TP含为175.56～1 232.70 mg/kg,平均值为653.0 mg/kg;Olsen-P 含为1.24～63.72 mg/kg,平均值为10.24 mg/kg;CaCl_2-P含量为0.14～11.72 mg/kg,平均值为1.84 mg/kg;NaOH-P含量为20.23～279.56 mg/kg,平均值为96.98 mg/kg;(2）以Olsen-P含量为横坐标,以CaCl_2-P含量为纵坐标,采用双线性模型模拟土壤磷素淋失“突变点”,但并未出现明显的“拐点”。TP和NaOH-P水平呈现蔬菜地>水稻田>旱地>林地;Olsen-P和CaCl_2-P水平呈现蔬菜地>林地>旱地>水稻田;4种典型利用方式下土壤磷素积累水平普遍不高,磷素流失风险较低。     

开封城市土壤磷素组成特征及流失风险

为深入了解城市土壤磷素组成特征及其对受纳水体的影响,以开封城市表层土壤为研究对象,分析开封城市不同功能区土壤磷素的组成特征,并采用"突变点"法计算土壤磷素流失临界值,探讨开封城市不同功能区表层土壤磷素流失风险.结果表明,开封城市土壤总磷为400~1 427 mg·kg~(-1),其中无机磷占65%~99%;速效磷(Olsen-P)和易解吸磷分别为3.41~115.03 mg·kg~(-1)和0.01~9.40 mg·kg~(-1),与土壤磷素背景值相比,城市土壤磷素呈现明显集聚.开封城市土壤总磷和速效磷均呈现出东高西低,中心老城区高于新城区的空间分布格局;在不同功能区分布上,居民区土壤各形态磷素含量均最高.开封城市土壤磷素流失临界值对应的Olsen-P为22.18 mg·kg~(-1),超过临界值的土样占总土样数的33.64%,磷素流失风险最高的区域亦分布在中心老城区.     

武汉市郊典型利用方式下土壤磷素特征及流失风险分析

当前地表水体环境问题日益突出,磷素作为水体富营养化的关键控制因子而备受关注。本研究通过实地采样分析,研究了武汉市郊区典型利用方式下土壤磷素形态剂含量特征,并分析了其流失风险。结果表明:不同利用方式下的土壤磷素水平差异较大,各形态磷水平排序是蔬菜地稻田常规旱地苗圃地;武汉城郊0～20cm表层土壤全磷(TP)含量为255.4～1763.1mg/kg,平均值为975.4mg/kg;土壤有效磷(Olsen-P)为1.3～164.2mg/kg,平均值为56.4mg/kg;藻类有效磷(NaOH-P)含量为33.4～910.7mg/kg,平均值为204.0mg/kg;土壤Olsen-P为56.0mg/kg可作为武汉市郊区土壤磷素流失的临界值,且超过该临界值的土样有34.9%,其中有93.3%采自蔬菜地,表明各利用方式下蔬菜地土壤磷素流失风险最高。     

土壤磷素生物有效性与流失潜能间的研究进展

在探讨了磷资源危机及磷肥供求矛盾的基础上,总结了农业磷素面源污染产生的原因及其控制方法方面的研究进展。在控制磷污染源方面要注意磷肥有效性的提高,减少磷素在土壤中的积累;在控制磷素流失方面要针对磷素地表和土体内迁移时采取有效措施。磷素污染的治理关键是切断磷源和流失途径的联系,实现磷肥施用的生产和环境的双重效益。     

西南喀斯特山地的土壤硅酸盐矿物物质平衡与土壤流失

本文阐明了西南喀斯特山地土壤的流失方式,给出了土壤硅酸盐矿物的物质平衡框图。主要利用西南喀斯特山地区地质、土壤、岩溶、地球化学、植物化学、水文、植被、土壤侵蚀等多学科的前人研究成果,以茂兰喀斯特森林自然保护区为例,给出了无人类干扰的纯碳酸盐岩山地的土壤硅酸盐矿物物质平衡;在此基础上分析了岩石组成和人类活动对土壤硅酸盐矿物物质平衡的影响,并进行了粗略计算。     

不同雨强条件下太湖流域典型蔬菜地土壤磷素的径流特征

以太湖流域典型区域无锡市近郊区鸿声镇的蔬菜地为研究对象,采用人工模拟降雨的方法,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对菜地土壤磷素径流流失的影响.结果表明,初始产流时间随雨强的增大呈幂函数减小(R²=0.99),径流量在雨强较小时,缓慢上升,但随着雨强的增大急剧上升,在雨强0.83、1.17和1.67 mm·min^-1时,总磷(TP)和颗粒态磷(PP)都表现为初始流失浓度较高,随降雨历时延长略有下降,最终趋于稳定,而在大雨强2.50 mm·min^-1时,TP和PP呈现波浪式起伏,没有明显的变化趋势;在整个降雨-径流过程中,溶解态磷(DP)变化比较平缓,占TP的比例为20%～32%,而PP占TP的比例为68%～80%,其变化规律与TP相一致,由此可见,PP是土壤磷素流失的主要形态;通过对比不同雨强下不同形态磷素的流失率,发现TP的流失率,大雨强2.50 mm·min^-1是小雨强0.83 mm·min^-1的20倍,而DP的流失率,却是33倍,这表明随着雨强的增加,加速土壤PP流失的同时,也大大促进了DP的流失,主要原因是降雨前表施磷肥,使得磷肥中大量的无机态磷溶解释放到水环境中,增加了DP的流失,从而会加重受纳水体富营养化的程度.     

亚热带可变电荷土壤磷素淋失临界点及其与土壤特性的关系

选取我国亚热带地区16种典型可变电荷土壤,通过室内模拟试验测定其磷素(P)淋失临界点的Olsen-P含量,以及可能对其构成有影响的8个化学性质指标(pH、CEC、粘粒、有机质、交换性钙、镁和铁铝氧化物含量),以探讨可变电荷土壤P淋失临界点的特点及其与土壤相关性质的关系,并评价当前的P淋失潜在风险.结果表明:可变电荷土壤P淋失临界点的Olsen-P含量(56 ～ 123 mg·kg-1)差异很大,旱地土壤临界点Olsen-P含量主要集中在低值区间(＜60 mg·kg-1),而水稻土临界点Olsen-P含量集中在高值区间(＞80 mg·kg-1);旱地土壤P淋失风险高于水稻土.主成分分析显示,可变电荷土壤的pH、粘粒、CEC、有机质、交换性钙镁、氧化铁铝等化学性质同时对其临界点Olsen-P含量构成正的或负的影响.因此,临界点Olsen-P含量与单一因素的回归分析不仅不能够确切地反映临界点Olsen-P含量与这些化学性质的关系(与pH、CEC、粘粒、交换性钙镁含量无显著相关),甚至与理论上的关联相违(与氧化铁铝含量呈负相关).与以往研究结果比较,可变电荷土壤在旱作和稻作下的P淋失临界点的Olsen-P含量都普遍高于永久电荷土壤,研究的16种可变电荷土壤的实际Olsen-P含量也远低于临界点Olsen-P含量,由此推断南方地区耕作土壤的P淋失风险仍较小.     

磷在土壤中的解吸动力学

选择我国华北农田一种典型钙质土壤－草甸褐土,在实验室运用水静态浸提方法研究了对于不同的磷加入量,土壤磷在不同振荡时间（t）和不同水土比（w）条件下的解吸动力学过程．结果表明,在一定的水土比条件下,土壤通过解吸释放的磷与振荡时间呈指数关系;在一定的振荡时间条件下,磷的解吸与水土比也呈指数关系;在一定的振荡时间和水土比条件下,磷的解吸与土壤初始可浸提磷量成正比．通过实验,建立了一个简单的经验模型：pd＝0.33P₀t^0.09W^0.28,描述磷的解吸过程,并给出了该模型的条件范围．     

Phosphorus loss from different farming systems estimated from soil surface phosphorus balance

The phosphorus load originating from crop production and animal husbandry is a major contributor to the eutrophication of lakes, rivers and coastal waters. The P losses to surface waters may, however, differ drastically due to the diversity of agricultural production systems practised under contrasting environmental conditions. To assess the most problematic types of agriculture, we need information on the P load from different alternative farming practices. Such information cannot, however, be obtained solely from field runoff experiments, as the number of treatment combinations required to account for all relevant farming systems and environmental conditions far exceeds our research capabilities. To facilitate the comparison of P loads, we therefore need reasonably simple models. A key factor controlling the P load from agriculture is the past and present use of nutrients in fertilizers and manure in relation to a crop's uptake, i.e. the soil-surface balance of P. Here, we present a simple empirical model that relates the P surplus (or deficit) in a farm to the edge-of-field losses of algal-available P. Based on long-term fertilizer trials, the model first estimates the change in soil-test P of top soil with the aid of the soil-surface balance of P. Soil-test P is then used to approximate the concentration of dissolved reactive P in surface runoff and drainage flow, as adjusted for different P application types. The loss of particulate P is obtained from typical erosion rates. The model can be applied in life-cycle analyses and in assessing future developments. We illustrate use of the model by calculating the loss of algal-available P from conventional and organic crop and dairy farms located on clay and fine sand soils.     

紫色土稻田磷素淋失特征及其对地下水的影响

采用原状土壤渗漏计在水稻生育期定期采集不同土壤剖面深度的渗漏水,研究了在不同施磷水平下水稻生育期磷素淋失动态和渗漏淋失量及其对地下水的潜在影响,并分析了土壤Olsen-P含量与磷素渗漏量之间的关系,旨在为紫色土区稻田磷肥的合理施用和控制磷对地下水污染提供科学依据.结果表明,在水稻生长期紫色土的磷素渗漏整体呈下降趋势.前期磷素渗漏淋失量高且变幅较大,在施磷后第5d各土层渗漏水中磷素浓度最高;施肥60 d后稻田磷素渗漏淋失负荷显著降低.不同土层和各处理趋于一致.稻田磷素的渗漏淋失受磷肥用量和土壤性质的影响,随着磷肥用量的增加稻田磷的渗漏淋失量增加,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.施磷(P2O5)90～180kg·hm-2处理,40cm土层渗漏水中磷的平均浓度在中性、钙质、酸性紫色土上分别为0.13～0.142 mg·L-1、0.097～0.131mg·L-1和0.083～0.109mg·L-1,比不施磷处理高33.1%～38.7%、24.7%～44.3%和34.9%～50.4%,在60cm和100cm深处也有相似的特征.3种类型紫色土的土壤Olsen-P含量与磷素渗漏淋失量之间符合指数关系.渗漏水中磷素浓度随土壤剖面深度的增加而降低.淹水种稻初期是磷向下迁移最强和淋失量最高的时期,3种紫色土在施肥后的60d内对地下水质量产生潜在不良影响.整个水稻生育期磷渗漏量较低,最高磷渗漏量为0.262kg·hm-2.     

Soluble phosphorus release from organic soils

Soluble P release during soil organic matter decomposition was measured under fluctuating seasonal temperatures in several of Florida's organic soils. Natural soil profiles obtained from seven locations in central and south Florida were used in the study. Soil columns were leached once every 25 days, followed by applying a suction of 100 cm. Soil columns were flooded for 25 days in the months of July and August (between 14 and 21 weeks after initiation of the study for central Florida organic soils and between 11 and 18 weeks for south Florida organic soils) to simulate normal agronomic practice.The amounts of P released into effluent from Florida's organic soils were in the range of 2.9–26.2 μg P/cm³ of soil per year (16–168 kg P ha^?1 year^?1). This represents 2.2–20% of the total soil P for central Florida organic soils and 0.75–1.1% of total soil P for south Florida organic soils. Soluble ortho-P accounted for about 70–89% of total effluent P for central Florida organic soils and 54–57% of effluent P for south Florida organic soils. Estimated soil P mineralization during organic matter decomposition was about 38–185 kg P ha^?1 year^?1 for central Florida organic soils and 16–23 kg P ha^?1 year^?1 for south Florida organic soils. Seasonal temperature fluctuations had minimal influence on the P release into effluent. Flooding the organic soils, however, increased P release into drainage effluent by about 4–8 times, compared with drained conditions.     

施用污泥堆肥及其水溶性有机物对土壤中荧葸解吸-淋滤的影响

以荧葸(Fluoranthene)为多环芳烃(PAHs)的代表,通过序批试验及土柱淋洗试验研究了污泥堆肥及污泥堆肥水溶性有机物(DOM)对污染土壤中荧葸解吸和淋滤的影响.施用污泥堆肥实验结果表明,污泥堆肥施人土壤后的短时间内由于带人和产生的DOM而表现出促进土壤中荧葸的解吸与淋滤,但随着DOM的降解,该作用逐渐消失.污泥堆肥充分腐熟后(腐熟堆肥)因DOM少而稳定的腐殖质等固相有机质含量相对较多,而表现出施用腐熟堆肥后土壤更易对荧葸吸持.单独施用污泥堆肥DOM后的试验,也进一步表明了污泥堆肥DOM的存在确实能促进土壤中荧葸的迁移,且在相同DOM浓度下,腐熟堆肥DOM对土壤中荧葸的解吸和淋滤的促进作用明显高于初始堆肥DOM处理,原因在于腐熟堆肥DOM中大分子组分和疏水性组分的含量比初始堆肥的DOM要多.因此,堆肥施用对土壤多环芳烃环境行为或活性的影响是堆肥施人土壤后固相有机质含量及性质和溶解性有机质的含量及性质等综合影响的结果.     

施用污泥堆肥及其水溶性有机物对土壤中荧蒽解吸-淋滤的影响

以荧蒽（Fluoranthene）为多环芳烃（PAHs）的代表,通过序批试验及土柱淋洗试验研究了污泥堆肥及污泥堆肥水溶性有机物（DOM）对污染土壤中荧葸解吸和淋滤的影响．施用污泥堆肥实验结果表明,污泥堆肥施入土壤后的短时间内由于带入和产生的DOM而表现出促进土壤中荧蒽的解吸与淋滤,但随着DOM的降解,该作用逐渐消失．污泥堆肥充分腐熟后（腐熟堆肥）因DOM少而稳定的腐殖质等固相有机质含量相对较多,而表现出施用腐熟堆肥后土壤更易对荧葸吸持．单独施用污泥堆肥DOM后的试验,也进一步表明了污泥堆肥DOM的存在确实能促进土壤中荧蒽的迁移,且在相同DOM浓度下,腐熟堆肥DOM对土壤中荧蒽的解吸和淋滤的促进作用明显高于初始堆肥DOM处理,原因在于腐熟堆肥DOM中大分子组分和疏水性组分的含量比初始堆肥的DOM要多．因此,堆肥施用对土壤多环芳烃环境行为或活性的影响是堆肥施人土壤后固相有机质含量及性质和溶解性有机质的含量及性质等综合影响的结果．     

土壤有机质对土霉素在土壤中吸附-解吸的影响

采用批量平衡方法,研究了土霉素在原土及去除有机质土壤中的吸附和解吸.结果表明,土霉素在原土和去除有机质土壤中的吸附和解吸等温线均不同程度地偏离线性模型,其中Freundlich模型可以对吸附和解吸数据进行良好的非线性拟合,在不同土壤以及不同土壤处理中的拟合相关系数(r)均达到极显著水平.去除有机质能够降低土霉素在土壤中的吸附容量(lgKf),但增加了吸附强度(1/n).土霉素在土壤上的解吸过程存在明显的滞后现象,在所设土霉素浓度范围内,土霉素在褐土和红壤中的平均滞后系数(HIa)分别为0.039和0.015;去除有机质后的褐土和红壤对土霉素的解吸滞后现象显著增强(P<0.01),其HIa分别增加到0.068和0.028.     

太湖典型地区蔬菜地土壤磷素淋失风险

以太湖典型地区宜兴市大浦镇湖滨公路以东沿太湖50hm2老蔬菜基地为研究对象,采用网格法(50m×50m)采集表层(0～20cm)土壤样品156个.地统计学分析表明:土壤P(全P、Bray P、CaCl2浸提水溶P)呈明显空间变异,土壤高P区出现在朱渎港、林庄港两村庄附近.土壤Bray P低于60mg·kg-1,几乎没有检测到CaCl2浸提水溶P,而当土壤速效P大于60mg·kg-1后,CaCl2浸提水溶P随Bray P增加而直线增加.以土壤Bray P含量60mg·kg-1为研究地土壤发生P淋溶的临界值,研究范围内土壤发生P淋溶面积占总调查面积28%.针对目前土壤状况,提出控制蔬菜地P淋溶对策.     

不同水肥管理对太湖流域稻田磷素径流和渗漏损失的影响

于2010和2011年在太湖流域开展了为期2年的田间定位试验,对2种灌溉模式(常规连续淹灌与干湿交替节灌)和4种施肥管理(不施氮、常规尿素、控释BB肥与树脂包膜尿素)条件下稻田田面水和渗漏水总磷(TP)、溶解态磷(DP)和颗粒态磷(PP)浓度的动态变化及磷素径流和渗漏损失进行了研究.结果表明:田面水TP和DP浓度变化趋势相同,均在施肥后1 d达到最高值,之后急剧下降;渗漏水TP和DP浓度变化趋势也相同,均在施肥后7 d达到最高值,然后逐渐下降.PP是田面水磷素的主要形态,DP是渗漏水磷素的主要形态.节灌降低了田面水和渗漏水磷浓度但对DP/TP影响不大,同时降低了TP径流流失量(24.7%~57.4%)和渗漏淋失量(21.0%~25.3%).施氮增加了田面水和渗漏水的磷浓度,也导致了更高的TP径流和渗漏损失.与常规尿素相比,控释BB肥提高了田面水和渗漏水的磷浓度及TP损失量,而树脂包膜尿素降低了田面水和渗漏水的磷浓度和TP损失量.综上,干湿交替节灌结合树脂包膜尿素施用能有效降低稻田磷素径流和渗漏损失,削减农业面源污染.