陕西省果园磷素投入特点及磷负荷风险分析

赵佐平, 同延安, 刘智峰, 段 敏, 李 琛, 王彦民

(1.陕西理工学院, 陕西 汉中 723001; 2.西北农林科技大学 资源环境学院, 陕西 杨凌 712100)



陕西省果园磷素投入特点及磷负荷风险分析

赵佐平1,2, 同延安2, 刘智峰1,2, 段 敏1, 李 琛1, 王彦民1

(1.陕西理工学院, 陕西 汉中 723001; 2.西北农林科技大学 资源环境学院, 陕西 杨凌 712100)

以陕西果园调查数据为基础，采用盈余法从果树种类和区域尺度分析果园生产体系中的磷素输入输出特点及盈余状况。结果表明：陕西果园磷肥投入过量与不足并存，调查中55.8%果园施肥处于过量，不足占27.8%。化学磷肥平均投入量为366.1 kg/hm2，通过有机肥投入的磷仅为72.8 kg/hm2。果园土壤磷盈余与亏缺并存，80.3%的果园处于盈余，其盈余量超过300 kg/hm2，占43.1%。19.7%的果园处于亏缺，平均亏缺量为-25.8 kg/hm2。不同类型果园比较，猕猴桃果园盈余量较高，为472.3 kg/hm2，而葡萄园和苹果园盈余量分别为365.9 kg/hm2，355.6 kg/hm2。不同区域比较，关中灌区盈余量(351.8 kg/hm2)高于渭北旱塬(315.5 kg/hm2)。调查区果园磷肥的不合理投入将会给果园土壤环境带来较大的环境负荷。

果园; 磷素投入; 磷负荷; 风险分析; 陕西省

磷肥对果树生产的可持续发展和土壤生态环境具有重要影响。适量施磷能够促进果实增产增收。肥料在促进水果增产的同时，也是造成农业面源污染的主要来源[1]。在20世纪70年代中后期我国磷素开始出现持续盈余状态[2]。与此同时，很多科研人员在该领域进行了相关研究[3-8]。研究发现各地区土壤磷不同程度盈余和流失现象，作为我国东部著名农业区，太湖流域每年磷的径流流失量占当年施肥量1.93%[3-4]。在我国东部地区农田磷素单位耕地盈余38.7 kg/hm2。而鲁中山区的桃园土壤处于磷素盈余状态，河北省主要果园土壤有效磷含量大于20 mg/kg的样本比重占32.2%，陕西黄土区土壤磷平衡和有效磷变化呈显著相关关系，每100 kg/hm2磷素累积可使陕西黄土区土壤有效磷增加2.75 mg/kg。出现此现象的主要原因是近年来磷肥的大量投入所致，特别是果园中磷肥投入有增长趋势。张维理等[9]指出太湖流域农业面源污染的原因是农田化肥磷过高施用和畜禽养殖中有机磷的大量排放所致。尤其果树、蔬菜等经济作物面积大幅度增长引起的磷素增加对环境总磷的贡献约占60%。而陕西是中国水果生产第一大省，目前苹果和猕猴桃产业发展已经具有很大规模。2012年陕西苹果种植面积达到64.5万hm2，苹果产量965.1万t[10]。陕西猕猴桃产业成为继苹果之后陕西果业的又一亮点，截至2012年底，全省猕猴桃面积达到5.76万hm2，产量82.3万t，比2011年增长11.8%(陕西统计年鉴2013)。有关陕西果园施肥报道相对较多，但有关果园生产体系磷素养分平衡及环境负荷分析研究相对较少。因此，在该区域研究果园生产体系的磷素养分平衡状况及磷负荷风险分析具有一定的代表性。研究结果可以为区域磷素有效管理提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

调查采样区主要在陕西关中灌区和渭北旱塬区，该区域属暖温带气候，平均气温8～16℃，自北向南渐高；年降水量275～874 mm，时空分布极不均匀，自北向南渐多；光能资源丰富，年均日照时数1 270～2 829 h，属日照条件较好地区；无霜期140～316 d，自北向南渐长[11]。主要种植小麦、玉米、蔬菜和果树，其中果树种植面积为1.14×106hm2，约占耕地面积的23.81%。苹果、猕猴桃种植面积名列全国首位。以其为调查区域研究中国北方果园磷素投入特征具有较强的代表性。

1.2 调查内容及分析方法

调查分别在2008年和2009年10—11月进行，每年调查400户果农。选取陕西苹果主产区具有代表性的合阳、白水、洛川3个县及猕猴桃生产区有代表性的周至县和眉县为调查对象，葡萄园调查选在扶风县、杨凌区进行。调查内容包括：建园基本情况、果园面积、果树品种、树龄、种植密度、施肥情况及产量、肥料品种、施肥时期、施肥方法、灌水情况等果园基本管理情况。调查果农近800户，最后确定的调查有效样本量为766个。

1.3 参数选择及计算方法

磷素平衡的计算:磷素平衡=输入项(化肥磷+有机肥磷)-输出项(果实携出量)[2]。

农户投入的磷肥量(化肥和有机肥)按照调查点的实际值计算(注：磷肥投入量均转换为以P2O5计)；不同果树产量、面积按照农户调查实际值和统计年鉴参考数据计算；不同果树产量吸收磷养分量按照《肥料实用手册》、《中国肥料实用手册》和《果树栽培学各论》[12]结合前人研究结果[13-15]等参考计算。

1.4 数据处理与统计方法

采用Excel 2007方法进行数据处理和用DPS软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 调查区果园生产体系磷养分投入状况

2.1.1 磷肥投入总体特征 姜远茂等[16]2007年研究指出，果园合理的磷肥推荐量为100～200 kg/hm2，本研究以此为合理施肥标准，对调查区果园磷肥投入特点进行分析，结果显示(图1，2)，调查区果园磷肥投入水平不足与过量并存。化学磷肥投入量在合适范围(100～200 kg/hm2)的样本为16.4%；施用量不足占27.8%，过量占55.8%，其中施磷量在300～400 kg/hm2和400 kg/hm2以上的样本分别为10.4%，31.4%，施用量分别达到344.5 kg/hm2，842.1 kg/hm2，平均磷肥投入量为366.1 kg/hm2。不施化学磷肥的占调查样本的11.2%。通过有机肥投入的磷相对较低，平均为72.8 kg/hm2，不施有机肥的高达65.2%。由此可知，调查果园磷肥投入主要依靠化学磷肥提供。

图1 果园磷肥不同投入分级下样本分布频率

从施肥调查还可知，其他养分投入氮肥、钾肥施用量分别为N 927.2 kg/hm2，K2O 243.9 kg/hm2，氮磷钾肥投入比例为N∶P2O5∶K2O=1∶0.40∶0.26，总体来看，钾肥投入偏低，氮磷钾养分比例失调。

图2 果园磷肥不同投入分级下平均施用量

2.1.2 不同果树种类果园磷肥投入特点 由于果树种类、立地条件和社会经济因素存在较大差异，果园磷肥投入特点也显著不同。调查区所有果树磷肥平均施用量为366.1 kg/hm2。从表1看出，不同果树比较可知，磷肥投入量以猕猴桃园最高，为445.5 kg/hm2。其次是苹果园，投入量336.7 kg/hm2。葡萄园投入量相对较低，为305.4 kg/hm2。有机肥提供的磷素投入水平总体较低，苹果园为62.4 kg/hm2，猕猴桃园73.9 kg/hm2，葡萄园82.1 kg/hm2。该调查研究结果与前人[17]研究结果基本一致，有机肥投入量呈逐年降低趋势。造成当前现状有两方面的原因：一方面由于近年来调查区种植绿肥和养殖业的农户逐渐减少，有机肥源短缺；另一方面是由于使用有机肥费工费时效果不明显，导致农民过分依赖化肥，忽视对有机肥的利用。

表1 不同果园磷肥投入特点

2.2 果园生产体系磷素负荷状况

2.2.1 调查园磷素负荷总体状况 如前所述，果园合理的磷肥推荐量为100～200 kg/hm2[16]，过量则会带来环境负荷。结合前人果园施肥研究结果及不同种类树体磷素吸收情况，采用P2O5300 kg/hm2和P2O5600 kg/hm2两不同水平评价土壤磷的环境效应。由表2可知，磷盈余量超过300 kg/hm2的样本共330个，占总调查样本量的43.1%。而盈余量超过600 kg/hm2的样本占18.7%。调查果园平均磷盈余量高达338.8 kg/hm2。而表现亏缺的样本占19.7%。这与前人[17]在渭北旱塬苹果园调查结果相似，果园磷肥施用量不足与过量并存。土壤磷养分与土壤氮有相似之处，盈余量越高其土壤相应负荷程度越高，对果园环境质量的影响越大。而在石灰性土壤条件下，磷还可以被石灰质物质通过固定作用而无效化，不仅对环境质量有较大影响，同时也是一种资源浪费。

表2 果园磷养分平衡总体状况

2.2.2 不同种类果园土壤磷素负荷 从不同种类果园磷肥投入来看，猕猴桃园化肥磷施用量最高，达到445.5 kg/hm2，而通过有机肥投入的磷则葡萄园施用量较高，为82.1 kg/hm2。果园磷肥盈余量均在300～600 kg/hm2之间，且较为接近，不同种类果园比较则猕猴桃果园盈余量较高，为472.3 kg/hm2，而葡萄园和苹果果园盈余量分别为365.9 kg/hm2，355.6 kg/hm2。另外，从养分平衡指数来看，即果园养分投入量与养分吸收量之比均在10以上。高义民等[18]在渭北苹果园中研究指出，果园土壤速效磷与土壤速效氮的淋洗有相似之处，随土层深度增加而增加。从调查果园来看(表3)，陕西果园磷素投入量高于果树果实携出量，大量残留于土壤中，将会造成果园土壤磷养分高量盈余，土壤磷负荷程度增高，对果园环境质量的影响加大。

表3 不同果园土壤磷养分平衡状况

2.2.3 不同区域果园磷养分盈余状况 不同区域果园磷肥投入差异造成果园磷养分盈余程度不同(表4)。关中灌区盈余量较高，平均值达到351.8 kg/hm2，渭北旱塬相对较低，平均315.5 kg/hm2。在调查果园中，磷养分盈余的样本占80.3%。说明两个区域果园磷养分盈余负荷都较大，尤其关中灌区果园磷肥投入引起面源污染的可能性最高，对土壤环境构成的威胁最大。

表4 不同区域果园磷养分盈余情况

2.3 其他管理措施

调查果园磷肥主要由过磷酸钙、磷酸二铵和三元复合肥提供。过磷酸钙所占比例最大，各果园施用量都在40%以上。而三元复合肥和磷酸二铵所占比例相当。且三元复合肥品种很多，分别由云南、江苏、山东、福建、陕西、山西、四川等地生产。

调查果园基肥多，追肥少，基肥占施肥总量的85.0%以上，且大多都在果实采收后一次性施入。王琳等[17]研究表明，基追肥比例对果树生长有较大影响。前人研究指出果树养分吸收主要集中在果实膨大期和果实采收至休眠期，因此有关调查果园施肥时期和施肥方式是否正确有待于试验进一步验证。

3 讨 论

调查果园磷肥施用量过量与不足并存，55.8%的果园处于过量，施肥不足占27.8%。化学磷肥平均投入量为366.1 kg/hm2，通过有机肥投入的磷仅为72.8 kg/hm2。不同区域磷肥投入水平高低不仅与果树生产经济效益有关，而且与当地社会、经济发展水平有关。如猕猴桃的产量经济收益较高，其施肥量高于苹果树和葡萄树。关中灌区总体经济发展水平高于渭北旱塬，相应地关中灌区果园施磷水平也较高。过量施肥的另一主要原因是果农尚不清楚果树年生长周期内吸收磷量及吸收时期。樊红柱等[13]曾报道，苹果树年周期内磷素吸收主要集中于果实膨大期和休眠期；而王建等[14]曾报道称，猕猴桃树年周期猕猴桃树体吸收磷素的总量为36.95 kg/hm2，进入果实收获期的9月8日以后和结果前的5月18日前共吸收10.92 kg/hm2，整个果实生长期吸收26.03 kg/hm2，分别占总吸收量的29.55%和70.45%。马文娟等[15]报道，葡萄树年周期树体吸收磷素的总量为33.1 kg/hm2，其中吸收量最大的时期在8月20至9月30日，吸收量为15.39 kg/hm2。而调查果园中果农对各个时期果树所需的磷肥量掌握不清，导致果农“一炮轰”等传统施肥习惯依然存在。且施肥量远远超过了各果树所需的年吸收量。李贵美等[6]在山东桃园中研究指出，当年施磷量超过1 000 kg/hm2，土壤中有效磷含量超过了环境风险值50 mg/kg。调查果园磷素投入量高于果树果实带走量，大量残留于土壤中，造成果园土壤磷养分高量盈余，土壤磷负荷程度增高，对果园土壤环境污染日益加大，同时由于在渭北旱塬等石灰性土壤条件下，磷还可以被石灰质物质通过固定作用而无效化，不仅可能造成果园土壤环境污染，同时也是一种资源浪费。

近年来，农田土壤中磷素淋失及其导致水体富营养化问题越来越受到人们的关注。有研究结果表明[19-22]，土壤磷素的淋溶会对地下水环境产生影响，土壤磷素淋溶存在“突变点”，即土壤磷阈值，并且指出在pH值大于5.8的土壤上，阈值为120 mg/kg Olsen-P。也有研究[23-24]指出北方石灰性土壤磷淋失风险临界值平均为50 mg/kg，并指出在pH 6.5左右临界值最高。果园生产体系土壤磷环境风险阈值与果树立地条件有很大关系。土层厚度、土壤酸碱性、土壤质地、土壤有机质含量、地形等因素均影响土壤磷的淋失。Hughes等[21]研究认为土壤有机质含量影响土壤磷的吸附与解吸，在有机质含量低于10%的农田，Olsen-P与土壤磷吸附指数比值可以很好预测土壤磷吸附状态，并指出土壤磷淋洗临界值为35～40 mg/kg。陕西调查果园有机质含量偏低，这种立地条件可能加大磷的淋洗风险，相应地淋失阈值将降低。

因此，目前应加大测土配方施肥的力度，根据土壤养分供应状况、不同果树需求状况以及果树立地条件，制定适宜目标产量，优化高效栽培技术，合理调配磷肥资源，尽量提高磷肥肥效，以减轻果园磷素的环境负效应。

4 结 论

调查区果园磷肥投入不足与过量并存。施磷量不足为27.8%，过量为55.8%，不施磷肥的占11.2%。平均磷肥投入量为366.1 kg/hm2。

果园磷盈余与亏缺并存，亏缺的样本为19.7%，平均亏缺量为-25.8 kg/hm2。80.3%的调查园表现盈余，其盈余量超过300 kg/hm2，占43.1%。

不同果园比较，猕猴桃园的磷盈余量较高，为472.3 kg/hm2，而葡萄园和苹果园磷盈余量分别为365.9 kg/hm2，355.6 kg/hm2。不同区域果园比较，关中灌区磷养分盈余量(351.8 kg/hm2)高于渭北旱塬(315.5 kg/hm2)。

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Analysis of Phosphorus Inputs and Phosphorus Load Risk in Major Orchard Regions of Shaanxi Province

ZHAO Zuoping1,2, TONG Yanan2, LIU Zhifeng1,2, DUAN Min1, LI Chen1, WANG Yanmin1

(1.ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong,Shaanxi723001,China;2.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Accurate information about current soil nutrient concentrations in orchards is necessary for making recommendations about future fertilizer application rates. Additional information is needed about the amount of soil P surplus in the orchards of Shaanxi Province, which is the main apple and kiwi production region in China. Analysis of P inputs and P loading is important for P management in orchards. The objective of this study was to quantify both the P application rates and the amount of surplus P in orchards in Shaanxi Province. The information was collected from farmer interviews and an agricultural statistics database. The data were analyzed using the P balance method. The results showed that P fertilizer application had the excess and deficiency phenomenon. The P fertilizer application rates averaged 366.1 kg/hm2among the orchards surveyed in this study. Manure application accounted for 72.8 kg P2O5/hm2, nearly 20% of the orchards existed phosphorus deficiency, more than 80% of the orchards had phosphorus surplus. Nearly, 43.1% of the orchards had a phosphorus surplus of more than 300 kg P2O5/hm2. Among the different kinds of orchards, kiwi orchards had the highest rate of surplus phosphorus 472.3 kg P2O5/hm2, the grape orchards and apple orchards had the rates of phosphorus surplus of 365.9, 355.6 kg P2O5/hm2, respectively. In irrigated areas of central Shaanxi Province, the P2O5surplus averaged 351.8 kg/hm2which was greater than the surplus amount in the Weibei rainfed region. High phosphorus inputs to orchards in some regions of Shaanxi Province led to high phosphorus loading, which will increase environmental risks in the region.

orchards; phosphorus inputs; phosphorus load; risk analysis; Shaanxi Province

2015-04-20

2015-05-05

国家公益性行业(农业)科研专项(201203045);农业部农业环境重点实验室开放基金资助(2015);陕西省教育厅专项科研计划项目(12JK0653); 陕西理工学院人才启动项目(SLGKYQD2-07)

赵佐平(1982—),男,陕西旬阳人,博士,主要从事环境质量与果树营养研究。E-mail:zhaozuoping@126.com

X147.2

1005-3409(2015)05-0025-05