施磷对香溪河黄棕壤磷素淋失的影响研究*

赵建博　李晔　邵啸

(武汉理工大学资源与环境工程学院　武汉 430070)



施磷对香溪河黄棕壤磷素淋失的影响研究*

赵建博李晔邵啸

(武汉理工大学资源与环境工程学院武汉 430070)

摘要为了阐明香溪河流域黄棕壤在降雨条件下磷素通过淋溶流失的特征，采取室内连续淋洗的方法对香溪河黄棕壤的磷素淋溶特征进行了研究。结果表明，磷素的淋溶损失随着施磷水平的提高而增加，不同施磷量处理的淋洗峰值出现的时间无显著差异，淋失的磷主要以可溶性磷为主。施肥提高了各土层土壤的有效磷含量，施肥后土壤无机磷各形态磷之间并没有明显的相互转化规律，但是各组分所占无机磷比例的高低呈现O-P>Ca-P>Fe-P>Al-P的规律。

关键词磷淋溶黄棕壤

0引言

随着社会经济的发展，水体富营养化情况日益严峻，仅湖泊就有85%面临富营养化情况，而水体农业面源负荷占总污染负荷的50%以上，可见农业面源污染已成为水体污染、湖泊富营养化的主要输出源[1]。在香溪河流域，每年大约有1 623.49 t氮和331.85 t磷汇入香溪河库湾，引起香溪河流域水体富营养化。其中，香溪河贡献了68.50%的总氮和91.74%的总磷[2]。因此，研究香溪河流域的农业非点源污染，对于保护香溪河水质有着重要的意义。

一般情况下，由于土壤对磷吸附固持能力强，土壤中的磷向下淋溶损失少。但是，越来越多的研究证明，农田土壤过量施肥，磷素有向下淋失的风险[3-5]。目前对磷淋溶流失的研究多集中在磷素淋溶的形态、影响因素、可能机理等方面[6-9]，关于香溪河流域农田土壤磷素垂直渗漏的研究很少。本研究通过室内土柱模拟试验，以香溪河流域黄棕壤为研究对象，研究模拟降雨下磷素的淋溶特征，为有效防治香溪河流域农业非点源污染提供科学依据。

1试验材料与方法

1.1土样采集与处理

香溪河流域黄棕壤和石灰土的面积最大，达到78.6%，是该区域耕地的主要类型[10]。由于黄棕壤多分布于800～1 800 m之间的地带，肥力中等，山区雨量多，易产生流失，所以本研究选取黄棕壤为研究对象。经野外考察确定采样位置，采集0～40 cm土壤，自然风干，清除土样中石块、作物根系等杂物，研磨过1 mm筛备用。然后过不同孔径的筛网，制备测定土壤不同理化性质的土样。土样的基本理化性质见表1。

表1　供试土壤的基本理化性质

1.2土柱淋溶试验

1.2.1试验装置

淋溶土柱采用直径为7.5 cm的PVC管(内径7.1 cm)，总高度60 cm，从上往下依次为10 cm的空余高度(加水、防止雨滴和土壤颗粒外溅)、5 cm砂石、40 cm土壤层、5 cm砂石。作物根系主要集中于0～20 cm的土层，对40 cm以下的土壤养分吸收很少，故将淋溶至40 cm以下的磷素视为淋溶损失。

土柱底部用100目的尼龙网布包扎，用直接扣紧，垫5 cm洁净石英砂(装柱前用稀酸浸泡，用蒸馏水清洗，烘干)。依原状土壤容重值计算，折合成各层所需的干土重量分层填充。试验前，均匀喷洒蒸馏水，使每个土柱土壤达到田间持水量，各土柱间水分环境相似。待土柱稳定后取5 cm左右的表土，将过磷酸钙与土壤混合后回填土柱。为均匀布水，防止股状流和优先流的产生，在土壤表层铺垫5 cm厚洁净石英砂，盖上滤纸，防止灰尘进入。

1.2.2试验方法

试验设置了4个施肥处理(以P2O5计)：P0(0 kg/hm2),P1(125 kg/hm2),P2(250 kg/hm2),P3(500 kg/hm2)，每个处理设置3个重复。过磷酸钙作基肥一次性施入，在淋溶前1天施于土柱0～5 cm土层。

试验采用间歇淋溶法，淋溶用水为蒸馏水。香溪河流域多年平均降雨量为1 010.3 mm，折合土柱的灌水体积为3 999.97 mL，为研究方便，采用4 000 mL灌水量，分10个灌水周期，每周期加400 mL蒸馏水。具体做法为：分10个周期，每个周期6 d，其中前5天每天7:00和17:00均给每个土柱准确加蒸馏水40 mL，共400 mL。淋溶液用塑料瓶承接，待不再有淋溶液下渗流出时，测量淋溶液的体积并进行各项指标的测定。

淋溶结束后土柱中分层取样，依次为0～5 cm,5～10 cm,10～20 cm,20～30 cm,30～40 cm，自然风干、过筛，测定土壤全磷、有效磷、无机磷的含量。

1.3测定项目与方法

土壤基本性质用未施肥的风干土测定；有机质用高温外加热重铬酸钾氧化-容量法测定；速效磷采用0.5 mo1/L碳酸氢钠溶液浸提，钼锑抗比色法分析测定；土壤全磷采用硫酸-高氯酸消煮，钼锑抗比色法测定；土壤无机磷采用修改后的张守敬-Jackson法测定。

淋溶液分2份，1份采用过硫酸钾消解法测定总磷含量(TP)，1份过0.45 μm滤膜测定可溶性总磷含量(DTP)[11]。

1.4数据处理与统计分析

土柱淋溶的每个处理均重复3次，文中所用数据为3个土柱的测定平均值。采用SPSS17.0对数据进行统计分析。

2试验结果与讨论

2.1磷素淋溶流失的动态过程

土壤磷素淋溶试验结果表明，不同施肥量下淋溶液TP和DTP的变化趋势基本一致，均可分为两个明显的阶段，即浓度快速升高阶段和缓慢降低阶段(图1、图2)，而且淋失浓度都随着施肥量的增加而增加，这和仓恒瑾、张英鹏等[12-13]人的研究结果一致。

图1淋溶液总磷质量浓度变化

图2淋溶液可溶态总磷质量浓度变化

开始淋溶阶段，淋溶液中TP，DTP较少，在0.50 mg/L以下，主要是由于磷肥施在土柱表层，磷肥溶解需要一定时间，而且土壤和磷素之间发生反应，土壤吸持磷素，导致磷素在土柱中的移动缓慢[14]。之后TP，DTP值升高，第18天淋溶液磷浓度出现峰值，其中P1处理最高质量浓度值为0.78 mg/L，P2处理为1.12 mg/L，第12天P3处理出现质量浓度最高值，达到1.38 mg/L。可见随着施肥量的增加，淋失浓度峰值提前。施肥量不同，淋溶液磷素淋失的浓度变化范围不同，P0组磷素质量浓度从0.35 mg/L降到0.07 mg/L，P1，P2，P3处理磷素淋失质量浓度范围分别为0.3～0.78 mg/L，0.33～1.05 mg/L，0.72～1.38 mg/L。与P0比，施肥增加了黄棕壤磷素的淋失，与许晓光等[15]的研究结论吻合。

施肥处理前18天淋溶中，TP和DTP值差异不明显，DTP占TP 70%以上，最高达91.34%，18天以后，DTP所占比例较稳定。这种变化规律与磷在土壤中的转化和迁移特性有关，试验黄棕壤为酸性土壤，含有大量三氧化物(如氧化铁、氧化铝等)，可溶性磷在向下迁移的过程中，一部分被土壤吸附，一部分则以Fe-P，Al-P的形态沉淀下来，只有当土壤吸附固定P达到饱和后，多余的磷肥才以可溶态继续向下迁移[16-17]。随着淋溶的持续，DTP所占比例下降到最低，分别为47.46%，44.33%和33.48%。淋溶过程中，DTP在TP中的变化呈现下降的趋势，其中P1处理的范围为47.46%～81.97%，P2处理的范围为44.33%～90.29%，P3处理的范围为33.48%～88.21%。说明淋溶作用下，黄棕壤中P的固定是动态过程，开始阶段以固定作用为主，此后以淋溶作用为主，最后达到动态平衡。

2.2淋溶后土柱中土壤有效磷的分布

淋溶试验结束后，测定不同施肥水平下各土层土壤中的有效磷质量浓度，试验结果见图3。

*本文为江苏省2018年度社科基金项目“基于语料库的江苏海外形象构建研究”（编号：18YYC001）和江苏省2017年度高校哲学社会科学研究基金项目“1946-2016年美国两党国情咨文的批评认知研究”（编号：2017SJB0540）的阶段性成果。

图3淋溶后不同土层有效磷质量浓度的变化

由图3可知，同一深度处，随着施肥量的增加，土壤有效磷含量增加，与陈波浪、刘星等人的研究结果一致[18-19]；在同一施肥量下，随着土柱深度的增加， 土壤中的有效磷含量呈下降趋势。

P0处理中，随着土柱深度的增加，有效磷质量浓度由20.61 mg/kg降到19.01 mg/kg，施肥量为500 kg/hm2时，有效磷质量浓度由30.17 mg/kg下降到24.26 mg/kg，与淋溶前比较，P1，P2，P3处理0～5 cm，5～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm土层土壤有效磷质量浓度分别增加了2.81，2.40，1.68，1.54，0.76 mg/kg， 3.07， 4.70， 3.93， 3.40， 2.27 mg/kg和9.56，9.41，9.15，4.73，3.65 mg/kg。

相关分析表明，0～5 cm，5～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm土层土壤有效磷质量浓度与施肥量之间均呈极显著正相关(R2分别为0.818 5，0.999 9，0.999 9，0.821 1，0.953 2)。

2.3施肥对土壤全磷及无机磷迁移分布的影响

淋溶试验结束后，测定不同施肥水平下各土层土壤全磷和无机磷质量浓度，试验结果见表2。不同施肥处理下，土壤不同层的全磷质量浓度不同，无机磷质量浓度也有差异。

表2　不同施磷水平土壤无机磷形态分布

由表2知，施肥增加了土柱不同深度的土壤全磷质量浓度，随着施肥量的增加其增加量显著提高，与李同杰等[20]的研究结果一致。淋溶后，空白试验组的土柱全磷质量浓度在剖面上变化小，而施肥处理组，全磷剖面的分布特点为上层高，下层低。在P1，P2，P3处理中，0～5 cm土壤全磷质量浓度比P0分别提高4.16%，12.91%和24.98%，30～40 cm土壤全磷的增幅分别为1.50%，6.48%和6.39%，主要原因在于土壤对磷素具有较好的吸附作用，施入的磷肥被土壤吸附。

相同施肥量下，不同深度处各形态无机磷的比例不同。以P3为例，施肥后土壤无机磷主要以Ca-P和O-P为主，在土柱不同深度分别占无机磷组分的38.74%～43.25%和41.25%～48.94%，而Fe-P的比例为7.28%～15.28%，Al-P仅占1.95%～20.65%。

3结论

(1)香溪河流域黄棕壤土壤磷素淋溶流失在开始阶段比较少，随着淋溶时间的增加其淋失浓度逐渐增加，到18天左右淋失浓度达到最高，之后逐渐降低。随着施肥量的增加淋失浓度增加。为了减少香溪河流域磷素的淋溶流失，应该减量施肥，合理施肥。通过淋溶流失的磷素主要以可溶性磷为主，这为防治磷素淋溶流失提供了理论依据。

(2)施用磷肥能够有效提高土壤中有效磷含量，各土层土壤的有效磷含量都随着施肥量的增加而增加，同时随着土柱深度的增加，淋洗后土壤的有效磷含量都呈下降趋势。

(3)施肥能够增加黄棕壤无机磷含量，但是在短时期内土壤无机磷中各形态磷之间并没有明显的相互转化规律。总体上，黄棕壤土无机磷各组分所占比例的高低依次为O-P>Ca-P>Fe-P>Al-P。

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Effects of Phosphorus Ertilizer Application on Phosphorus Leaching of Yellow-brown Soil in Xiangxi River

ZHAO JianboLI YeSHAO Xiao

(SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering,WuhanUniversityofTechnologyWuhan430070 )

AbstractTo clarify the risk of water eutrophication caused by phosphorus of yellow brown soil and phosphorus leaching character under the condition of rainfall in Xiangxi River, the methods of continuous leaching are used to study P leaching character of yellow brown soil in Xiangxi River. Results show that the amount of P leaching is increased with the increase of P levels, there is no obvious difference of P leaching peaks among the different P treatments and the lost phosphorus through leaching is mainly DTP. Phosphorus application has increased the content of Olsen-P in every layers of soil, there is not obvious transformation rule between various forms of soil inorganic phosphorus after fertilization, but the proportion of inorganic phosphorus in each branch office of present orders O-P>Ca-P>Fe-P>Al-P.

Key Wordsphosphorusleachingyellow-brown soil

*基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07104-002)，武汉理工大学自主创新研究基金项目(145208005)。

作者简介赵建博，男，硕士研究生，主要研究方向：农业面源污染治理。先后参加国家“十二五水专项”三峡库区小流域磷污染综合治理及水华控制研究与示范项目、武汉市科技局高效气浮除磷一体化设备及絮凝剂研发等科研项目，主持完成武汉理工大学研究生自主创新项目“三峡库区小流域土壤氮磷淋溶流失特征研究”，参与武汉理工大学实验室课外开放实验“食前处理对武汉典型蔬菜硝酸盐污染的影响”等科研项目。

(收稿日期：2015-03-30)