設施蔬菜地施用磷肥對土壤及環境中磷素積累的影響研究現狀*

韓張雄，董亞妮，王曦婕，李慧慧，雷 騰

（陜西省礦產資源勘查與綜合利用重點實驗室/國土資源部西安礦產資源監督檢測中心，西安 710054）

設施蔬菜地施用磷肥對土壤及環境中磷素積累的影響研究現狀*

韓張雄，董亞妮，王曦婕，李慧慧，雷 騰

（陜西省礦產資源勘查與綜合利用重點實驗室/國土資源部西安礦產資源監督檢測中心，西安 710054）

土地過量施用磷肥所帶來的土壤及環境問題日益突出，文章主要針對當前設施菜園地土壤施用過量磷肥所導致的磷素過量積累現狀進行總結，討論了由于磷素高度富集所帶來的土壤及環境污染的問題。得出了設施菜地磷肥過量已在很多地方造成了地下水的污染，這已成為環境科學研究的重點對象。同時過量施用磷肥也制約了蔬菜的生產。因此，從減少設施蔬菜地的磷肥施入量進行集約化生產為主展開研究，可以有效降低設施蔬菜地磷肥的過量使用，提高蔬菜的磷肥利用率，增加蔬菜產量，同時可有效改善周圍環境的磷素污染。

土壤 磷元素 環境污染

土壤是人類生存的環境條件之一，為人類的生活提供了基本保障，同時也是人類馴化作物的基地[1]。隨著人類工業化發展，人口急劇增多，人類對土壤的過度開發導致了土地質量的下降。化肥和農藥的大量使用，破壞了土壤的理化性狀，加劇了水土的流失。近年來，人們對農作物的馴化，開展設施種植，極大地滿足了人們對蔬菜、糧食、水果作物的需求，但由于設施種植缺乏與外界的能量和元素的循環，由此而引起的土壤退化更加嚴重。

氮、磷、鉀是作物所必需的生長元素，其中磷對作物的作用很大。土壤中磷元素可為作物的高產提供物質基礎。土壤中磷元素含量受母質、成土過程和耕作施肥的影響，變化很大[2]。而在設施蔬菜生產中，大量的磷肥可以保證蔬菜的產量，但磷肥在土壤和環境的積累，使大量磷素殘留于農田土壤環境中[3]，從而造成了設施蔬菜土壤及周邊環境的磷污染。

1 設施蔬菜地土壤磷素的積累

磷肥施入土壤中，有一部分被植物吸收，還有很大一部分植物不能吸收，在土壤中形成積累態磷。隨著磷素在土壤中不斷地積累，造成土壤質量的不斷降低。同時，這部分積累的磷元素還會通過淋失進入周圍的環境，進而造成周圍生態環境的富磷污染。土壤中磷素大部分以非活效狀態存在，這就使得進入土壤中的磷素大部分無法被植物吸收，從而影響作物的產量[4]。

近年來，經濟模式的轉變，帶來國內農業種植結構的調整，由于設施農業的高產，逐漸代替了傳統的種植模式。設施蔬菜種植面積的擴大，極大地滿足了人們日常生活需求，而設施蔬菜的種植會引起土壤理化性狀改變，這種土壤處于半封閉條件下，受人為影響比較嚴重。為了達到高效高產的目標，在設施蔬菜生產中，人為投入大量的化學肥料，導致土壤中化學元素不斷積累。其中，磷元素的積累會引起環境磷素超標。設施蔬菜地產量高，經濟效益驅使菜農大量投肥，導致化肥施用量逐年提高[5]，其中磷肥和復合肥施用量大大增加。全國蔬菜基地的施肥量遠遠高于其他土地類型。

大量研究表明，設施蔬菜地磷素含量遠遠超過其他土地利用類型，其中磷肥的過量施入是導致土壤富集磷素的主要原因[3～5]。而設施蔬菜為了達到高產，必須做到高肥高水，但高頻率的灌水，勢必會導致土壤中積累的磷素縱向遷移，從而導致土壤深層磷素的大量積累。研究表明，設施蔬菜的磷肥積累在亞表層顯著增加，這進一步證明了設施蔬菜中磷肥的遷移受到灌溉的影響，而這些磷肥的積累全部由設施蔬菜地過量施肥所引起的。

2 設施蔬菜地土壤磷素積累的環境效應

磷肥的過量施用在引起設施蔬菜的土壤磷素大量積累的同時，還會引起周圍環境磷素的顯著提高，最顯著的是引起周圍水體磷素的超標，嚴重污染環境[6]。水體中營養元素的過量積累會導致水體富營養化，水體富營養化是全球關注的環境熱點問題，常常會為水體中特殊的藻類提供營養元素，長期過量繁殖，導致水體渾濁，嚴重缺氧，水體發生酸堿變化磷，不適合魚類及其他生物生存，使大量魚類及其他水生生物死亡和水質急劇下降等。大量研究結果表明，水體富營養化現象的產生與農田土壤中氯、磷等養分的流失關系密切。

中國屬于缺水國家，水體環境日益惡化勢必會影響人們生存，而造成這一切的主要原因為水體氮、磷元素的過量輸入。而這部分氮、磷元素的輸入主要是農田土壤。設施蔬菜的生產過程中，磷肥大量施入土壤中，使得來自設施蔬菜地中的磷素成為威脅水體富營養化的重要來源[7]。農田土壤磷肥的施入量與水體富營養化有很大的關系，這已成為科學研究的熱點問題。地表水或者地下水的污染問題日益突出，而這些污染歸結起來大部分為農業的面源污染造成的，而磷素的過量使用在這些污染中不容忽視，已逐漸成為主要原因之一。中國的湖泊富營養化嚴重，主要原因之一就是周邊流域內農田大量磷肥的施入[8]。

國際上，針對農業面源污染，各國采取了各種治理模式來治理環境水體，而大量的研究表明，農業面源污染中，磷肥和氮肥的大量施入占了最大的份額，流域內農田越多，磷肥對水體的污染越嚴重[9]。目前，大量研究表明，雖然采取措施降低了磷肥的施入量，但由于農田內原有過量的磷肥仍然大量排入水體及周圍環境，所以磷素的污染仍大面積存在，地表水中磷素的含量約有一半以上由農田的面源污染引起的。磷元素在環境中的遷移轉化是一個十分復雜的過程。流域非點源，尤其是營養鹽，不僅造成資源的流失，而且對水體環境構成嚴重威脅，已引起各層管理人士和土地使用者的關注。流域非點源的有效控制，涉及人力、技術、經濟、政策等方面，從近期看，應盡快平衡農業流域內營養鹽的輸入、輸出，減少土壤磷的累積，通過遷移廊道對磷素進行截留，并降低流失磷的生物有效性。但從長遠來看，還應加強非點源在流域尺度的遷移轉化過程研究，真正理解其在時空上的分布，以及各個過程之間的相互關系，為制定最佳管理措施、建立環境管理決策支持系統等提供理論依據。

過量施用磷肥的后果，會使聚集于土壤表層的磷素，隨著淋洗、入滲影響到底層土壤磷素的超標積累[10]。而土壤中磷素達到飽和，就會向地下水及周邊環境擴散，因此，上層土壤中磷素的飽和度決定了下層土壤中磷素的含量水平，而下層土壤中磷素的飽和度又直接影響地下水中磷素的含量[11]。設施蔬菜地施入大量的磷肥，會造成磷素在土壤下層中大量積累[12～13]，在磷肥施入后，對各層土壤進行監測發現，五氧化二磷含量在各土層中均呈增加趨勢，證明磷肥在進入土壤中后，會向下層土壤淋失[14]，連續多年對土壤施加磷肥，會使磷素在更深的土層中積累[15]。而設施蔬菜地由于其封閉性和高施肥性，再加上大量灌水，導致土壤中磷肥大量向底層土壤及周圍環境中遷移，造成了土體、水體及周圍環境的磷素污染。

3 設施蔬菜地土壤磷素積累研究展望

農田土壤中過量施用磷肥及含磷有機肥，導致磷素大量向周圍環境流失，造成土壤、水體磷素超標，湖泊水體富營養化[16]。雖然近年來人們的環保意識加強，對治理磷素污染加大投資力度，取得了顯著成效，但由于土壤中過量施肥基數太大在短期內無法徹底消除過量的磷素，如何控制環境中過量磷素的流失，減少水體污染已成為現階段的研究熱點。設施蔬菜的種植，由于為了追求高的產量，施肥仍是最好的選擇，那么如何高效利用設施如菜地的磷肥，減少磷肥施入量，同時將土壤中過量磷肥截留，使其對環境的污染降到最低就成為科學研究的關鍵點。因為只有降低設施蔬菜磷肥的施加量，提高蔬菜對土壤中現有磷素的利用率，同時開展研究，徹底杜絕磷肥向周圍環境遷移轉化，才能降低磷素對土壤、地下水、湖泊水及其他環境水體的污染，這對設施蔬菜的生產具有指導意義。

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陜西省自然科學基礎研究計劃項目（2014JM5217）