滇池北岸居民-农田混合区土壤磷输入输出特征及表观平衡

陆海燕，刘　杰 ，孙　彬

(黑龙江省农业科学院农村能源研究所，黑龙江 哈尔滨 150000)



滇池北岸居民-农田混合区土壤磷输入输出特征及表观平衡

陆海燕，刘杰 ，孙彬

(黑龙江省农业科学院农村能源研究所，黑龙江 哈尔滨 150000)

摘要：以滇池北岸大清河下游典型农区韭菜田与花卉地为对象，通过野外采样观测与室内化学分析，研究了居民农田混合区土壤磷输入输出特征及表观平衡。结果表明：调查区总面积46.7hm2，磷主要输入途径为化肥施用、附近居民生活污水排放、养殖废水排放、乡镇企业污水排放、韭菜原位腐解。磷输入以化肥施用为主，每年输入436.83kg/hm2 ，占磷输入总量的89.51%。韭黄收获每年输出25.69kg/ hm2。调查区磷输入总量22.79t，输出总量1.21t，磷的表观平衡21.58t。在滇池流域化肥施用是混合区农田磷的主要来源，磷的表观平衡为462.1kg/hm2。土壤磷易发生淋失，对附近水体构成威胁。

关键词：面源污染；磷污染；居民农田混合区；输入输出；表观平衡；滇池

20世纪90年代开始，滇池出现了严重的富营养化，滇池草海水质已超过国家Ⅴ类水标准，氮、磷浓度分别达到8.27和0.59mg/L，滇池外海水质超过Ⅳ类水标准，氮、磷分别高达2.13和0.33mg/L[1]。严重的富营养化使滇池水体功能迅速退化，原有的水生植物的种类、分布、数量、演替发生变化，一些敏感的水生生物群落灭绝或濒于灭绝，“水华”大面积暴发，鱼虾减少[2]。

滇池水体污染源主要来自于城市生活和农业生产[3,10]。随着昆明城市污水处理厂工程、滇池北岸截污工程和西苑隧洞工程的相继建成运行，城市面源污染已得到有效控制。然而，滇池的富营养化现象并没有得到明显的改善。究其原因，是因为在滇池入湖污染负荷中，农业面源占有相当的污染负荷比(TN53%，TP42%)，而这部分污染还没有得到有效控制[4]。

滇池沿湖地区，土地利用方式以村庄与农田复区分布为主。探索滇池湖滨区居民—农田混合区磷的面源污染特征，对滇池的富营养化防治，水体质量恢复具有重要的意义。本研究以滇池北岸湖滨区大清河流域下游典型居民—农田混合区为对象，通过野外观测与实验分析，研究了农田土壤磷的输入输出特征及表观平衡，为控制滇池流域农田土壤磷向水体迁移提供理论依据。

1材料与方法

1.1研究区域概况

滇池流域属亚热带西南季风气候类型，年降水量的80%～90%集中在雨季(6、7、8月)，年平均气温为近15℃，温度变化较小，具有“四季如春”、“干湿季分明”的特征。滇池流域湖滨带土地利用方式以村庄与农田复区分布为主，主要种植作物为韭菜、韭黄、花卉等经济作物。大清河是汇入滇池的河流之一，沿途倾倒的生活污水等也随大清河进入滇池。

调查选择滇池北岸大清河流域梁家村至新河村前46.7hm2农田为研究对象，其中90%为韭黄/韭菜地、10%为花卉地，临近村庄人口约1000人，农户养猪200头。种植的韭菜主要以扣棚生产韭黄为主，一年约产韭黄2茬，产量合计达60t/hm2左右，韭黄生产过程中废弃韭菜扔入垄沟中，其在自然条件下原位腐烂。年磷肥施用量为1000kg/hm2(P2O5)，以过磷酸钙为主。由于毗邻大清河地下水位较高，一般在30～50cm，土壤磷易向下淋溶，污染地下水。

1.2试验方法

(1)生活污水向农田输入磷量统计：实地调查统计人口数量，参照《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》[5]进行计算。

(2)韭菜原位腐解向农田输入磷量：韭菜原位腐解向农田输入磷量=田间废弃韭菜量×韭菜含磷量×含水量。实地调查韭菜产量，田间废弃韭菜量，实验室分析韭菜含磷量，含水量。分析方法参照《土壤农业化学分析方法》[6]。

(3)化肥施用向农田输入磷量：实地调查统计施肥量。

(4)养殖废水向农田输入磷量：实地调查养殖规模，参照《第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册》[7]进行计算。

(5)乡镇企业污水排放：乡镇企业污水排放=排水总量×磷浓度。实地调查企业排水总量，定点、定时取样，实验室分析磷浓度。

(6)作物收获磷输出量：韭菜收获磷输出量=韭菜产量×韭菜含磷量×含水量。实地调查韭菜产量，实验室分析韭菜含磷量，含水量。分析方法参照《土壤农业化学分析方法》[6]。

(7)生活污水、养殖废水、乡镇企业污水TP：于污水排污口，每10d取样1次，实验室化验分析。

(8)乡镇企业污水排水量：现场走访企业，通过调查其耗水量等确定。

(9)磷的养分平衡值采用表观平衡法计算，即平衡值=养分投入量-作物携出量[8,9]。

1.3样品分析方法

按照国家环保总局主编的《水和废水监测分析方法》[10]测定TP。

按照鲁如坤《土壤农业化学分析方法》[6]，测定植物样品TP。

1.4数据统计

常规统计分析软件SPSS10.0。

2结果与讨论：

2.1混合区农田磷输入量

2.1.1化肥施用向农田输入磷量

昆明地区气候独特，一年四季都适宜韭菜生长。调查区主要以韭菜种植为主，当地农民为追求韭黄的产量，实现最大的经济效益大量施用化肥，因此该区域施肥量较高，远高于其它蔬菜种植区。根据现场调查，年磷肥累计施用量约为1000kg/hm2(P2O5)(436.7kgP/hm2)，以过磷酸钙为主，远远高于滇池流域磷肥平均用量248kg/hm2(P2O5)[11]，及我国磷肥平均用量71kg/hm2(P2O5)[12]。研究区域农田面积为46.7hm2，通过施肥途径，每年输入磷(P)20.4t。

在韭菜的生产过程中，化肥施用量超过韭菜的生长需求，施肥方式粗放，主要为地表撒施。调查区域纵横交错的农田内部垄沟、支沟、干渠成为连接农田与附近大清河等河道及湖泊水体的直接通道，且降水集中，雨水充沛，因此土壤中盈余的磷极易随农田径流及渗漏损失进入水体。

2.1.2居民生活向农田输入磷量及生活污水排放特征

实地走访居民、村委会调查当地人口，调查区共有居民人口约1100人，昆明市居民磷排放系数1.14g/人·d，据此计算调查区居民生活磷排放量457.71kg/a。

调查区周边居民生活污水通过农田沟渠进入农田。本研究通过观测一条农排支沟进水口的磷浓度动态变化，探明了污水及其中磷的排放规律。旱季污水全部来自家庭生活污水排放，而雨季污水是居民区生活污水与村庄地表径流混合形成的混合污水。

居民生活排放污水磷浓度为2.1～13.0mgP/L(图1)，月年平均浓度为5.4mgP/L，接近污水三级排放标准5mgP/L[13]。旱季(10,11,12,1,2,3月)污水磷浓度平均值为8.1mgP/L，雨季污水磷浓度为2.7mgP/L。旱季污水磷浓度大于雨季(图1)，雨季污水磷浓度低于旱季主要是由于降雨形成的径流的稀释作用。

2.1.3韭菜原位腐解向农田输入磷量及其特征

研究区是昆明韭黄主产区之一。韭黄是在黑暗条件下由韭根和少量韭菜茎生长形成的不带叶绿素的柔嫩植株。在韭黄生产过程中前期生长的韭菜被废弃，产生大量韭菜固体废弃物。当地菜农通常将这些废弃物丢弃在韭菜田沟渠中任其腐解，导致沟渠水体发黑，并散发刺鼻的臭味。韭菜腐解过程中磷(溶于水、沉于水下、未腐解残渣)残存于田间。调查区采集109份韭菜分析，研究结果表明，韭菜叶平均全磷为2.51g/kg。每年韭黄产量为60t/hm2，被丢弃在田间腐解的废弃韭菜为30t/hm2，新鲜韭菜平均含水量84.4%[14]。据此计算每年韭菜废弃物田间腐解残留农田磷约为11.8kgP/hm2。韭菜固体废弃物原位腐解磷残留相当可观。

表1　韭菜腐解磷素在农田中残留率

2.1.4养殖废水向农田输入磷量及污水排放特征

研究区域内农户共养殖了约200头猪，养猪场清粪废水直接排入附近农田沟渠。旱季沟渠污水全部来自养猪场污水排放，但是雨季是养猪场污水与地表径流混合形成的混合污水。每头猪磷产生系数为4.14kgP/a[7]，据此计算，200头猪每年向研究区域排放磷总量达0.83tP。

全年养猪场污水磷浓度为2.5～70mgP/L(图2)，月平均浓度为24.4mgP/L，远远高于污水三级排放标准5mgP/L[13]。旱季(10,11,12,1,2,3月)污水磷浓度平均值为30.6mgP/L，雨季污水磷浓度为18.3mgP/L，旱季污水磷浓度大于雨季(图2)。

2.1.5乡镇企业生产向农田输入磷量及污水排放特征

研究区域乡镇企业较少，仅有一个塑料厂。在清洗废旧塑料过程中会排放废水，直接流入研究区农田沟渠。

厂区排出污水中磷浓度为0.9～2.0mgP/L(图3)，月平均浓度为1.5mgP/L，低于污水二级排放标准3mgP/L[11]。旱季(10,11,12,1,2,3月)污水磷浓度大于雨季。厂区排水总量为72600m3，全年累计输出磷总量为121.4kg。

2.2混合区农田作物收获磷输出量

研究区域主要种植作物为韭黄、花卉。调查区每年生产韭黄60t/hm2，新鲜韭黄平均含水量84.4%，每年输出韭黄干重量为9.36t/hm2，磷含量鲜重480mg/kg[12]。据此计算，每年韭黄收获输出磷为28.8kgP/hm2。研究区域面积46.7hm2，其中90%为韭黄生产田块。因此，整个区域韭黄输出磷为1.21tP。

花卉种植带走的磷为64kgP2O5/hm2[15]。调查区10%田块用来种植花卉，整个区域花卉收获输出磷为384kg磷。

3小结

(1)混合区农田磷主要来源于化肥施用、附近居民生活污水排放、养殖废水排放、乡镇企业污水排放、韭菜原位腐解，每年分别向农田输入20400kg、830kg、496kg、457.71kg、121.4kg磷。韭黄和花卉收获，每年分别输出1210kg、384kg磷。

(2)化肥施用是磷的主要来源，占磷输入总量的89.51%。因此，化肥的施用是影响混合区土壤磷面源污染的主要因素。

(3)调查区磷输入总量22.79t，输出总量1.21t，土壤磷的表观平衡21.58t。磷的表观平衡为462.1kg/hm2，土壤磷易发生淋失，对附近水体构成威胁。

(4)混合区农田径流污水磷浓度旱季明显高于雨季，且旱季污水径流小于雨季，有利于污水的收集处理。

参考文献：

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Input and output Features of Phosphorus in the Mixed zone of Farmlandand Suburban Villages in the Northern Bank of Dianchi Lake

LU Hai-yan, LIU Jie, SUN Bin

(Institute of Rural Energy, Heilongjiang Acdemy of Agricultural Science, Harbin Heilongjiang 150000, China)

Abstract：The characteristics of phosphorus input and outputin typical leek and flowers farmland on the downstream of Daqing River on the north shore of Dianchi Lake was studied through sampling observation and chemical analysis. The results showed that the total area of the survey area is 46.7 hectares. The sources of phosphorus input were chemical fertilizer, the sewage water from the nearby residents, livestock wastes, wastewater from the enterprises, and leek decomposition. The chemical fertilizer was the major sources of phosphorus. The annual input amount was 436.83kg/km2, which accounted for 89.51% of the total input. The leek contributed 25.69kg/km2 of phosphorus each year. The total phosphorus input was 22.79t, and the total output was 1.21t. The phosphorus apparent equilibrium was 21.58t. Chemical fertilizer application in the Dianchi Lake basin was the main source of phosphorus insoil. The phosphorus apparent equilibrium was 462.1 kg/km2. The phosphorus tended to be leached out of soil, which threatened the water.

Key words：non-point source pollution; phosphorus pollution; mixed zone of farmland and villages; input and output; apparent equilibrium; DianChi Lake

中图分类号：X52

文献标志码：A

文章编号：1673-9655(2016)03-0054-05

通信作者：刘杰。

作者简介：陆海燕(1977-)，女，博士研究生，助理研究员，研究方向：土壤学与土壤环境污染控制，农业固体废弃物利用。

基金项目：国家 863 计划(2005AA601002)；哈尔滨市科技局(2014DB3AN027)。

收稿日期：2016-01-12