设施蔬菜地施用磷肥对土壤及环境中磷素积累的影响研究现状*

2016-03-17韩张雄董亚妮王曦婕李慧慧

中国农业信息 2016年20期

关键词：磷素富营养化过量

韩张雄，董亚妮，王曦婕，李慧慧，雷腾

（陕西省矿产资源勘查与综合利用重点实验室/国土资源部西安矿产资源监督检测中心，西安 710054）

设施蔬菜地施用磷肥对土壤及环境中磷素积累的影响研究现状*

韩张雄，董亚妮，王曦婕，李慧慧，雷腾

（陕西省矿产资源勘查与综合利用重点实验室/国土资源部西安矿产资源监督检测中心，西安 710054）

土地过量施用磷肥所带来的土壤及环境问题日益突出，文章主要针对当前设施菜园地土壤施用过量磷肥所导致的磷素过量积累现状进行总结，讨论了由于磷素高度富集所带来的土壤及环境污染的问题。得出了设施菜地磷肥过量已在很多地方造成了地下水的污染，这已成为环境科学研究的重点对象。同时过量施用磷肥也制约了蔬菜的生产。因此，从减少设施蔬菜地的磷肥施入量进行集约化生产为主展开研究，可以有效降低设施蔬菜地磷肥的过量使用，提高蔬菜的磷肥利用率，增加蔬菜产量，同时可有效改善周围环境的磷素污染。

土壤磷元素环境污染

土壤是人类生存的环境条件之一，为人类的生活提供了基本保障，同时也是人类驯化作物的基地[1]。随着人类工业化发展，人口急剧增多，人类对土壤的过度开发导致了土地质量的下降。化肥和农药的大量使用，破坏了土壤的理化性状，加剧了水土的流失。近年来，人们对农作物的驯化，开展设施种植，极大地满足了人们对蔬菜、粮食、水果作物的需求，但由于设施种植缺乏与外界的能量和元素的循环，由此而引起的土壤退化更加严重。

氮、磷、钾是作物所必需的生长元素，其中磷对作物的作用很大。土壤中磷元素可为作物的高产提供物质基础。土壤中磷元素含量受母质、成土过程和耕作施肥的影响，变化很大[2]。而在设施蔬菜生产中，大量的磷肥可以保证蔬菜的产量，但磷肥在土壤和环境的积累，使大量磷素残留于农田土壤环境中[3]，从而造成了设施蔬菜土壤及周边环境的磷污染。

1 设施蔬菜地土壤磷素的积累

磷肥施入土壤中，有一部分被植物吸收，还有很大一部分植物不能吸收，在土壤中形成积累态磷。随着磷素在土壤中不断地积累，造成土壤质量的不断降低。同时，这部分积累的磷元素还会通过淋失进入周围的环境，进而造成周围生态环境的富磷污染。土壤中磷素大部分以非活效状态存在，这就使得进入土壤中的磷素大部分无法被植物吸收，从而影响作物的产量[4]。

近年来，经济模式的转变，带来国内农业种植结构的调整，由于设施农业的高产，逐渐代替了传统的种植模式。设施蔬菜种植面积的扩大，极大地满足了人们日常生活需求，而设施蔬菜的种植会引起土壤理化性状改变，这种土壤处于半封闭条件下，受人为影响比较严重。为了达到高效高产的目标，在设施蔬菜生产中，人为投入大量的化学肥料，导致土壤中化学元素不断积累。其中，磷元素的积累会引起环境磷素超标。设施蔬菜地产量高，经济效益驱使菜农大量投肥，导致化肥施用量逐年提高[5]，其中磷肥和复合肥施用量大大增加。全国蔬菜基地的施肥量远远高于其他土地类型。

大量研究表明，设施蔬菜地磷素含量远远超过其他土地利用类型，其中磷肥的过量施入是导致土壤富集磷素的主要原因[3～5]。而设施蔬菜为了达到高产，必须做到高肥高水，但高频率的灌水，势必会导致土壤中积累的磷素纵向迁移，从而导致土壤深层磷素的大量积累。研究表明，设施蔬菜的磷肥积累在亚表层显著增加，这进一步证明了设施蔬菜中磷肥的迁移受到灌溉的影响，而这些磷肥的积累全部由设施蔬菜地过量施肥所引起的。

2 设施蔬菜地土壤磷素积累的环境效应

磷肥的过量施用在引起设施蔬菜的土壤磷素大量积累的同时，还会引起周围环境磷素的显著提高，最显著的是引起周围水体磷素的超标，严重污染环境[6]。水体中营养元素的过量积累会导致水体富营养化，水体富营养化是全球关注的环境热点问题，常常会为水体中特殊的藻类提供营养元素，长期过量繁殖，导致水体浑浊，严重缺氧，水体发生酸碱变化磷，不适合鱼类及其他生物生存，使大量鱼类及其他水生生物死亡和水质急剧下降等。大量研究结果表明，水体富营养化现象的产生与农田土壤中氯、磷等养分的流失关系密切。

中国属于缺水国家，水体环境日益恶化势必会影响人们生存，而造成这一切的主要原因为水体氮、磷元素的过量输入。而这部分氮、磷元素的输入主要是农田土壤。设施蔬菜的生产过程中，磷肥大量施入土壤中，使得来自设施蔬菜地中的磷素成为威胁水体富营养化的重要来源[7]。农田土壤磷肥的施入量与水体富营养化有很大的关系，这已成为科学研究的热点问题。地表水或者地下水的污染问题日益突出，而这些污染归结起来大部分为农业的面源污染造成的，而磷素的过量使用在这些污染中不容忽视，已逐渐成为主要原因之一。中国的湖泊富营养化严重，主要原因之一就是周边流域内农田大量磷肥的施入[8]。

国际上，针对农业面源污染，各国采取了各种治理模式来治理环境水体，而大量的研究表明，农业面源污染中，磷肥和氮肥的大量施入占了最大的份额，流域内农田越多，磷肥对水体的污染越严重[9]。目前，大量研究表明，虽然采取措施降低了磷肥的施入量，但由于农田内原有过量的磷肥仍然大量排入水体及周围环境，所以磷素的污染仍大面积存在，地表水中磷素的含量约有一半以上由农田的面源污染引起的。磷元素在环境中的迁移转化是一个十分复杂的过程。流域非点源，尤其是营养盐，不仅造成资源的流失，而且对水体环境构成严重威胁，已引起各层管理人士和土地使用者的关注。流域非点源的有效控制，涉及人力、技术、经济、政策等方面，从近期看，应尽快平衡农业流域内营养盐的输入、输出，减少土壤磷的累积，通过迁移廊道对磷素进行截留，并降低流失磷的生物有效性。但从长远来看，还应加强非点源在流域尺度的迁移转化过程研究，真正理解其在时空上的分布，以及各个过程之间的相互关系，为制定最佳管理措施、建立环境管理决策支持系统等提供理论依据。

过量施用磷肥的后果，会使聚集于土壤表层的磷素，随着淋洗、入渗影响到底层土壤磷素的超标积累[10]。而土壤中磷素达到饱和，就会向地下水及周边环境扩散，因此，上层土壤中磷素的饱和度决定了下层土壤中磷素的含量水平，而下层土壤中磷素的饱和度又直接影响地下水中磷素的含量[11]。设施蔬菜地施入大量的磷肥，会造成磷素在土壤下层中大量积累[12～13]，在磷肥施入后，对各层土壤进行监测发现，五氧化二磷含量在各土层中均呈增加趋势，证明磷肥在进入土壤中后，会向下层土壤淋失[14]，连续多年对土壤施加磷肥，会使磷素在更深的土层中积累[15]。而设施蔬菜地由于其封闭性和高施肥性，再加上大量灌水，导致土壤中磷肥大量向底层土壤及周围环境中迁移，造成了土体、水体及周围环境的磷素污染。

3 设施蔬菜地土壤磷素积累研究展望

农田土壤中过量施用磷肥及含磷有机肥，导致磷素大量向周围环境流失，造成土壤、水体磷素超标，湖泊水体富营养化[16]。虽然近年来人们的环保意识加强，对治理磷素污染加大投资力度，取得了显著成效，但由于土壤中过量施肥基数太大在短期内无法彻底消除过量的磷素，如何控制环境中过量磷素的流失，减少水体污染已成为现阶段的研究热点。设施蔬菜的种植，由于为了追求高的产量，施肥仍是最好的选择，那么如何高效利用设施如菜地的磷肥，减少磷肥施入量，同时将土壤中过量磷肥截留，使其对环境的污染降到最低就成为科学研究的关键点。因为只有降低设施蔬菜磷肥的施加量，提高蔬菜对土壤中现有磷素的利用率，同时开展研究，彻底杜绝磷肥向周围环境迁移转化，才能降低磷素对土壤、地下水、湖泊水及其他环境水体的污染，这对设施蔬菜的生产具有指导意义。

[1] 胡春华，邓先珍，汪茜．土壤污染修复技术研究综述．湖北林业科技，2005，（5）：44～47

[2] 张学军，孙权，陈晓群，等．不同类型菜田和农田土壤磷素状况研究．土壤，2005，37（6）：649～654

[3] 周艺敏，小仓宽典．半干旱地区菜园土壤特征及持续利用．植物营养与肥料学报，1997，4（3）：315～322

[4] 刘建玲，张福锁，杨奋翮．北方耕地和蔬菜保护地土壤磷素状况研究．植物营养与肥料学报，2000，6（2）：179～186

[5] 王朝辉，宗志强，李生秀．菜地和一般农田土壤主要养分累积的差异．应用生态学报，2002，13（9）：1 09 l～1 094

[6] Cho Jae-Young．N and P losses form a paddy field plot in central Korea．Soil Sci Plant Nut，2002，48（3）：301～306

[7] 高超，张桃林．农业非点源磷污染对水体富营养化的影响及对策．湖泊科学，1999，l1（4）：369～375

[8] 李俊良，催德杰，孟祥霞．山东寿光保护地蔬菜肥料现状及问题的研究．土壤通报，2002，33（2）：126～128

[9] 姜宗庆，封超年，黄联联，等．施磷量对小麦物质生产及吸磷特性的影响．植物营养与肥料学报，2006，12（5）：628～634

[10] 浙江农业大学主编．植物营养与肥料．北京：中国农业出版社，1988，80～100

[11] 黄德明，徐秋明，李亚星，等．土壤氮、磷营养过剩对微量元素锌、锰、铁、铜有效性及植株中含量的影响．植物营养与肥料学报，2007，13（5）：966～970

[12] 潘根兴，焦少俊，李恋卿，等．施磷水平下不同施肥对太湖地区黄泥土磷迁移性的影响．环境科学，2003，24（3）：91～95