土壤磷素淋溶研究进展

邹慧芳，李丽君，刘 平，白光洁，普锦成

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原030031）

随着人们对蔬菜需求量的增加，蔬菜种植已成为农村经济发展的支柱产业。据统计，全国蔬菜种植面积在2014年已达到2 140.5万hm2[1]，其中，设施蔬菜种植面积达386万hm2[2]。为追求高产带来的经济效益，菜农经常增加肥料投入，单季化肥纯养分使用量为普通大田作物的数倍甚至数十倍[3]，长期大量施肥导致土壤磷素积累过多。当土壤对磷的固定能力达到饱和后，水溶性磷和吸附磷就会通过土壤空隙下移[4]。淋溶流失是土壤磷素进入到水体中的重要途径之一[5]。土壤中过量磷的迁移和流失对地下水体和生态环境造成了严重的威胁。

笔者综合国内外有关磷素淋溶方面的研究报道，阐述了影响磷素淋溶的因素和结果，以期为提高农田磷肥利用率、减少对生态环境的负面效应提供参考依据。

1 土壤磷素淋溶的研究现状

国外对磷淋溶的研究开展得较早，1995年，HECKRATH[6]找出土壤磷素淋溶的土壤耕层Olsen-P含量的“突变点”，用来预测土壤磷素的淋溶趋势。对土壤磷的分级最早是FRAPS在20世纪初提出的，当时主要用于研究土壤中不同形态的磷素转化以及对植物有效性的影响[7]。随后，通过大量学者的集中研究探讨，出现了多种磷素分级方法。目前，对磷的流失检测方法主要有：田间原位磷检测、排水管检测、地下水检测以及地表水检测等，其中，根据所用材料的不同又可将每类检测方法分为多种，最常用的方法有渗漏地试验、人工模拟降雨、径流场试验等[8]。

国内外对磷素在土壤中的迁移、转化、循环及污染控制等方面的研究颇多。近年来，广大研究者对土壤磷素行为与无机有机肥料协同之间的关系等方面的关注度越来越高[9]。我国对有机肥磷流失方面的研究大多集中于对畜禽粪便排放量、发生量的统计[10]，关于有机肥对水体富营养化的影响方面的研究大多数都是在实验室内模拟降雨条件下土壤磷素地表径流流失特征方面的研究，在田间原位条件下进行的研究较少[11]。土壤磷的积累及引起的水环境问题已得到普遍关注，合理有效地进行磷素资源的管理，既能提高经济效益和充分利用土壤中的磷，又不会造成磷资源的浪费和水环境污染是目前值得关注的问题。

2 土壤磷素淋溶的影响因素

2.1 施肥量

近年来，我国设施蔬菜种植面积日益增长，生产者则为了追求高产量、高利润而大量施用肥料[12]。据研究报道，设施蔬菜栽培土壤肥料用量为大田土壤的4～10倍[13]，而在实际生产中，磷肥施用量远高于蔬菜生长实际需要量[14]。磷肥容易被土壤固定，因此，当季利用率一般仅为10%～25%[15]。韦高玲等[16]研究发现，减量20%和30%施肥处理均能降低菜地耕层土壤中磷素淋溶，且效果显著。张英鹏等[17]以山东三大主要土类为研究对象，利用室内土柱模拟试验研究了平均年降雨量条件下不同施磷量对磷素有效性以及在土体中淋溶风险的影响，结果表明，三大土类表层0～20 cm土层的速效磷的含量随着施磷量的增加均有明显的提高。王涛等[18]研究发现，随着有机肥施用量的增加，农田中各形态磷素的平均浓度有相应提高。龚蓉等[19]通过研究发现，与常量过磷酸钙相比，磷肥减量10%，20%，30%处理的总磷径流损失量分别降低了4.18%，10.31%和24.30%，且磷肥减量30%后，总磷流失量降低呈极显著水平。

2.2 肥料种类

2.2.1 有机无机肥配施 有机肥具有缓效性，前期释放少，养分含量低但比较全面，宜作基肥；而无机肥则溶解快、释放快，养分含量高但相对单一，可作基肥但更宜作追肥，二者配合施用能满足作物的生长需求[20]。习斌等[21]研究发现，在等氮条件下，施入有机肥会造成农田土壤磷素大量积累。韩晓飞等[22]研究发现，减磷配施有机肥对紫色土旱坡地地表径流磷素含量影响显著，减磷配施猪粪和秸秆有机肥对土壤磷素地表径流损失具有一定的消减效应。田雁飞等[23]研究发现，水稻减量化肥配施有机肥处理能够通过有机物循环利用，提高土壤磷素活化度，改善土壤磷素供肥特性，进而促进水稻对磷的吸收利用。有机无机肥配施能够提高肥料的利用率，改善土壤结构，但是也会一定程度上增加土壤磷素淋溶。有机肥与无机肥同时施用时应合理控制有机肥施用数量，将速效缓效有机肥合理搭配，充分发挥其供肥和改土的双重效应。

2.2.2 缓/控释肥 缓释肥料和控释肥料在术语上是并存使用的，但是在技术上来讲，它们是不同的肥料类型，并且在肥料的发展阶段、肥料性能以及含义等方面都存在一定的差异[24]。缓释肥料施于土壤后其有效养分比常规水溶性肥料释放缓慢，而控释肥料则是通过采用包膜工艺、控制释放技术等使肥料养分按照一定的模式在作物生长季节释放出来[25]。高曰鑫等[26]研究发现，腐植酸缓释磷肥的养分释放率在作物生长过程中先缓慢增加，达到高峰后又逐渐下降。幼苗期需肥少，缓释肥养分释放少，不会产生烧苗现象。作物大量需肥时，缓释肥稳定地释放养分，不仅能满足作物需求，而且保证作物的稳产和高产。虽然缓/控释肥料的生产已有超过40 a的历史，但是由于生产成本高，其价格一般相当于普通化肥的2～8倍，因此，影响了其推广使用。我国是研究包膜肥较早的国家之一，并且在包膜缓/控释肥料研究方面也取得了一定的进展[27]。目前，存在的问题是无机包膜养分控释性能较差且释放期短，但有机聚合物包膜不仅成本高且膜材降解较困难，同时大量使用有机溶剂不仅会造成资源浪费，更重要的是会危害环境以及人体健康[28]。

2.3 施肥时期及施肥措施

不同种类蔬菜种植养分需求差异大，因此，要实现不同种类在不同季节及不同区域均达到优质高产，则必须重视其营养需求[20]。磷以多种方式参与植物体内的代谢过程[29]，作物在生长早期吸收磷最快，因此，这个时期需要的磷最多[30]。楚雯瑛等[31]研究发现，如果磷含量无法满足植株早期生长需求，会导致植株严重缺磷，且温室光照强度以及温度较高，会使植株缺磷效应加重，可能会致使植株死亡。

长期实施不同培肥措施会导致土壤性质以及土壤肥力的差异。赵庆雷等[32]研究发现，长期采用不同的施肥方式会使0～20 cm土层的土壤磷素肥力特征发生显著改变：NPK化肥配施与未施肥对照组相比，耕层土壤有效磷和全磷含量均有显著提高。庆远红等[33]研究发现，在酸性菜园中应选择钙镁磷肥，既可以减少磷素淋溶损失，也可以改良土壤酸碱度，还能够为蔬菜的生长发育提供钙、镁等营养物质。

2.4 灌溉水平

农田灌溉方式以降水为主，加以漫灌、滴灌等满足作物生长发育对水的需求。而设施菜田灌溉方式可由人工控制，大多采用滴灌、穴灌以及垄灌等方式调节灌水量。项大力[34]通过研究3个灌溉水平对土壤磷素淋失的影响发现，即使淋溶到120 cm土体以下时，随着灌溉量的增加，磷素淋溶量也会增加。刘畅等[35]研究发现，不同灌溉方式对土壤磷素淋失风险影响有差异，其中，沟灌处理影响最大，渗灌次之，滴灌最小。

2.5 土壤结构与质地以及耕作制度

土壤结构和土壤质地与土壤肥力水平以及保水保肥能力有密切关系。土壤质地以及土壤胶体含量影响土壤透水性[36]。曹克丽等[37]研究发现，土壤黏粒含量与对磷的最大吸附量以及土壤全磷含量均呈显著正相关关系，土壤有效磷占磷提取总量的比例与土壤pH关系密切。

土地利用及耕作制度会影响土壤扰动程度以及残留物存在，进而会对土壤养分淋溶造成影响[38]。耕作会增加土壤表面粗糙程度，增大土壤饱和导水率，从而使磷素的淋溶损失量增加；耕作时农机轮子会使土壤形成一些裂缝，容易形成优先流促进淋溶。此外，耕作还能将亚表层土壤压实，从而促进土壤磷素淋溶等[39]。陈琨等[40]研究发现，与常规耕作方式相比，秸秆还田更能使氮磷流失量有效减少。

2.6 种植年限

随着种植年限的增加，长期大量施肥导致土壤中磷素富集，淋溶风险不断加大。王辉等[41]研究发现，土壤中速效磷含量随着种植年限的增加而逐渐增加。郑杰等[42]研究发现，土壤中不同形态磷含量随着种植年限的增加逐年递增。但也有研究表明，温室土壤速效磷含量随种植年限的增加呈先上升后下降的趋势。施南芳[43]研究发现，土壤中有效磷等含量随着大棚种植年限增长有明显上升趋势，且以8 a大棚含量最高，达83.13%，但10 a大棚土壤与8 a相比，有效磷含量有所下降。刘晓军等[44]研究发现，0～20，20～40 cm温室土壤有效磷含量随着栽培年限增加而显著增加，但10 a温室土壤有效磷含量有所下降。这意味着在一定时间限度内，土壤淋溶风险随种植年限的增加而增加。

2.7 其他因素

2.7.1 生物炭 生物炭孔隙度结构、表面负电荷以及表面积都比较高，与土壤或是水体混合后，具有很强的稳定性[45]。在水体中，生物炭能够作为吸附剂，吸附去除各类污染物；在土壤中，生物炭能够作为土壤改良剂，不仅对土壤理化性质有所改善，而且能提高土壤质量并吸附土壤中的一些污染物[46]。李际会等[47]研究发现，添加经FeCl3改性的秸秆生物炭，有效磷的淋失量显著降低，并且随着添加生物炭量的增加而显著下降。生物炭可以通过影响其阴离子交换或与磷产生相互作用的阳离子的活性进而改变磷的有效性。李江舟等[48]研究发现，在云南烟区3种不同的土壤上施用生物炭后，紫色土和赤红壤淋溶液中总磷浓度减少明显，而黄棕壤淋溶液中总磷浓度减少不明显。曾爱等[49]研究发现，随着生物炭施用量的增加，土壤有效磷含量呈现先增加后降低的趋势。关连珠等[50]研究发现，施用玉米秸秆生物炭的土壤可减少对磷的固定，促进磷素的有效化，提高磷肥的利用率。由此可见，生物炭的种类与添加量以及土壤类型等与磷素淋失关系密切。2.7.2土壤改良剂——碳酸钙与脱硫石膏含Al3+，Fe3+和Ca2+的盐一般能够有效地减少土壤磷素的移动及径流，碳酸钙与石膏等含Ca2+的矿物质经常用作土壤改良剂[51]。郭堃梅等[52]研究发现，施用碳酸钙、石膏均可以降低土壤磷素以及磷肥的淋溶，但是施用石膏后溶解有机碳的淋溶程度加剧，碳酸钙可以作为经济有效的土壤添加剂，在实际应用时，应根据土壤酸度确定碳酸钙的用量。张峰举等[53]研究发现，随着脱硫石膏用量的增加，土壤中有效磷的含量明显下降，而无机磷含量增加，尤其是难溶性磷酸钙盐增加显著。在碱性土壤中施用脱硫石膏后，Ca2+不仅能够置换土壤胶体上的Ca2+，还能与PO43+作用后转化为磷酸钙盐，将土壤中的磷转化为固定态的磷，因而降低磷的淋溶。

3 展望

综上所述，近年来，关于设施蔬菜磷素淋溶的研究已涉及到施肥、灌溉水平、土壤结构质地、耕作管理制度以及种植年限等方面，但有些方面的研究仍存在许多不足，今后应加强以下几方面的研究：（1）现有对影响农田磷素淋溶损失的研究多集中在单一因素，而多种因素同时产生影响的结果必然有所不同，因此，针对多种因素共同作用下对磷素淋溶损失的影响有待进一步研究。（2）目前，关于土壤干燥—湿润过程中磷素淋溶的研究是热点问题，但有关这方面的模拟研究很少，今后应加强这方面的研究。（3）由于在土壤改良以及固碳减排等方面应用潜力很大，生物炭技术受到国内外广泛关注，但施用生物炭在增加土壤磷素有效性以及改善土壤肥力等方面研究较少。