高投入菜地土壤磷素環境與農學閾值研究進展①

王 瑞，仲月明，李慧敏，施衛明，李奕林*

高投入菜地土壤磷素環境與農學閾值研究進展①

王 瑞1,2，仲月明1，李慧敏1,2，施衛明1，李奕林1*

(1土壤與農業可持續發展國家重點實驗室(中國科學院南京土壤研究所)，南京 210008；2 中國科學院大學，北京 100049)

維持適宜的土壤有效磷水平對保障蔬菜產量和水體安全具有十分重要的作用。而當前蔬菜種植體系磷肥投入的顯著特征是高量、高頻次，導致大量磷素累積在土壤中會增加磷素移動性從而引發高環境風險。一般認為菜地磷的環境閾值高于農田，但菜地的灌水和磷肥投入均遠高于農田，因此磷流失程度仍高于農田。綜合文獻調研結果發現，我國不同地區的菜地土壤Olsen-P的環境閾值存在較大差異，集中在P 60.0 ～ 80.0 mg/kg。菜地有效磷水平通常高于環境閾值，而農田有效磷水平普遍低于環境閾值，表明菜地磷損失風險更大。同時蔬菜磷的農學閾值高于糧食作物的現象普遍，反映蔬菜對磷的高需求，而僅通過減少磷肥施用達到降低菜地磷損失風險的目的可能會導致蔬菜減產。因此，了解磷素在菜地土壤中的累積現狀及特征，在明確蔬菜高產和環境友好的土壤有效磷農學和環境閾值的基礎上，通過優化施磷量將土壤有效磷維持在既能滿足蔬菜高產需求又能降低磷流失風險的合理水平，才能實現菜地磷養分的最佳管理。

菜地；磷素；環境閾值；農學閾值；養分管理

與糧食作物相比，蔬菜具有更高的養分需求量，農民為追求持續高產往往會投入大量肥料，尤其是磷肥。黃紹文等[1]在對我國蔬菜種植區進行為期3年的大規模調研中發現，設施菜地單季肥料磷(化肥+有機肥)平均用量為317 kg/hm2(本文涉及的磷肥用量、土壤磷含量和閾值均以純P計)，是設施菜地推薦量的5.40倍；而露天菜地單季肥料磷(化肥+有機肥)平均施用量為142 kg/hm2，達到露天菜地磷肥推薦用量的5.90倍。Yan等[2]的研究表明，我國露天菜地的磷肥投入(117 kg/hm2)遠遠大于作物帶走的磷(25.0 kg/hm2)，從而導致磷的大量盈余，年盈余量達92.0 kg/hm2，占總投入量的78.6%。因此，無論從單位面積磷養分投入，還是磷投入過量程度來考慮，設施及露天栽培，均屬于高投入農業生產模式。菜地磷肥“供遠大于求”的高量投入勢必導致菜地磷素的大量盈余，且隨著種植年限而不斷增加；而大量磷肥在土壤中的累積會增加磷素的移動性，從而加劇磷環境污染的風險。《第二次全國污染源普查公報》[3]結果顯示，與第一次全國污染源普查相比，盡管農業源總磷(TP)排放量削減了25.5%，但其依舊是我國TP污染排放的主要源頭，占TP排放量的67.2%。南京郊區菜地地下水中TP和可溶性磷(DP)的濃度分別為0.16和0.03 mg/L[4]，遠超地表水富營養化的磷素臨界值(TP 0.02 mg/L；DP 0.01 mg/L)[5]。劉方誼等[6]對湖北省庫區不同類型農田磷損失負荷的研究發現，露天菜地磷流失量高達5.51 kg/hm2，是稻油輪作土壤的14.0倍，占三峽庫區農田總流失量的43.3%。筆者[7]研究發現，相較于糧田，菜地磷徑流單位面積損失量以及周年總排放量均高于農田，菜地單季TP徑流損失量為3.45 kg/hm2，周年TP徑流排放量為0.33 Tg/a，分別是旱地作物的2.75倍，稻田的6.60倍。基于此，明確菜地磷素環境損失風險閾值，從而科學評估高投入體系磷素排放特征及流失風險，對于削減我國磷面源污染至關重要。本文針對目前菜地體系普遍存在的磷高積累、高環境風險問題，綜述了高投入菜地土壤磷素累積時空特征、菜地磷素環境閾值研究方法，探討了菜地磷素環境閾值特征及其與農田土壤磷素環境閾值的差異，并基于蔬菜的農學效率評估菜地磷的環境風險，以期通過磷養分管理措施維持菜地土壤合理磷素含量，協調菜地高磷投入帶來的蔬菜高產和菜地土壤磷流失高風險之間的矛盾，從而保障菜地可持續發展。

1 高投入菜地土壤磷素累積時空特征

1.1 不同種植年限菜地土壤磷素累積特征

由于目前蔬菜當季磷攜出量顯著低于施磷量，菜地土壤全磷含量顯示明顯的累加效應，即土壤中全磷含量隨種植年限增加而不斷增加。費超等[8]調查山東省壽光市不同種植年限的設施菜地土壤磷素累積狀況發現，隨著種植年限增加，設施菜地0 ～ 30 cm耕層土壤全磷含量不斷增加，種植年限9年以上土壤全磷平均含量為2.17 g/kg，其分別是種植年限0 ～ 4年和4 ～ 9年土壤的1.95倍和1.37倍。菜地土壤有效磷含量也隨種植時間增加呈現累加趨勢。種植20年的設施菜地表層土壤(0 ～ 20 cm)有效磷含量達到了345 mg/kg，比種植5年的設施菜地土壤高37.0%[9]。新疆3年、10年和14年棚齡的設施菜地表層土壤有效磷含量分別為32.5、387和585 mg/kg[10]。在潮褐土上連續進行11年21茬露地蔬菜的長期定位試驗結果表明，隨著種植年限的增加，菜地磷積累主要以鈣結合態磷(Ca-P)和鐵鋁結合態磷(Fe-P、Al-P)為主[11]。

1.2 菜地不同剖面土壤磷素空間累積特征

不同種植類型農田土壤剖面磷素累積量存在差異，菜地作為一種高度集約化利用條件下的種植體系，具有高磷投入和高復種指數的特征，土壤磷的累積量普遍高于糧田；而在菜地土壤中，設施菜地磷素的累積量明顯高于露天菜地。王新軍等[12]調查發現，河北藁城日光溫室菜地土壤表層有效磷含量在124 ～ 400 mg/kg，是周邊糧田土壤的15.5倍。菜地土壤磷素在土壤剖面中并不是均質存在的，一般隨土層深度的增加而大幅下降；但隨著種植年限的增加，磷素向下遷移距離不斷增加[2, 13]。胡明芳等[10]研究新疆大棚菜地的土壤磷素剖面分布特征的結果顯示，土壤有效磷在0 ～ 20 cm表土層大量積累，在0 ～ 180 cm土層中，菜地土壤有效磷含量呈明顯的上高下低型垂直分布。劉兆輝等[14]的研究發現，山東壽光的設施菜地土壤有效磷含量比露天菜地土壤有效磷含量高出4.00倍～ 20.0倍，這種差異隨土壤剖面深度的增加而變小，并且土壤有效磷存在隨種植年限的增加向下層移動的現象。造成這種現象的主要原因是設施菜地的施肥量遠遠高于露天菜地[10, 14-15]。這也就意味著設施菜地，尤其是高棚齡菜地磷素淋溶損失風險更大。菜地土壤磷素主要積累于耕作層，但耕層以下也有一定數量磷積累，無論是耕層還是耕層以下土壤均以無機磷形態為主。有研究表明，母質為潮土的大棚菜地種植15年后60 ～ 80 cm土層中有機磷增加量占了磷素增加總量的19.7%，且隨種植年限增加，下層土壤有機磷占比不斷增加[16]。盡管有機磷在絕對數量上不占優勢，對磷素遷移的貢獻遠不如無機磷素大，但由于其具有較強的移動性，因此菜地有機磷淋溶也是不容忽視的問題。

2 高投入菜地土壤磷素損失風險評價方法

2.1 測試磷法

測試磷法是通過化學方法測定研究主體的磷水平，主要分為土壤磷和水環境磷，是目前種植業磷素環境損失風險應用最普遍的方法。①土壤磷水平是影響土壤磷流失的重要因素，土壤磷包括土壤有效磷(Olsen-P、Bray1-P、Mehlich3-P)、全磷、有機磷、易解吸磷(H2O-P(蒸餾水浸提的磷，表征土壤中最有效的磷源)、CaCl2-P)等。②水環境磷是指徑流或淋溶液中的TP、DP和顆粒態磷(PP)，這些指標與水環境質量和水體的富營養化密切相關。③除了上述這些指標，現在許多研究通過“突變點”法判斷土壤磷素流失潛能的閾值及其流失的潛力。“突變點”法是Hesketh和Brookes[17]提出的，即用土壤Olsen-P含量與CaCl2-P含量分別為橫軸和縱軸作相關曲線，曲線上的轉折點相對應的Olsen-P含量即為該土壤的磷素淋溶的“突變點”；當土壤Olsen-P含量小于“突變點”時，不會發生磷素淋溶；反之，當土壤Olsen-P含量大于“突變點”時，就會發生磷素淋溶。

研究表明，當土壤中Olsen-P含量超過某一臨界值(拐點值)時，土壤淋出液中磷含量呈線性增長[18]。目前很多研究中用0.01 mol/LCaCl2浸提土壤中的磷(CaCl2-P)，與徑流或淋溶液中生物可利用磷呈正相關關系，表征土壤磷流失風險[19]。還有一些研究表明，土壤有機磷含量與淋洗液DP含量的相關性僅次于CaCl2-P，有機磷與土壤測試磷如Olsen-P、CaCl2-P、H2O-P、NaOH-P(用0.1 mol/L NaOH浸提，表征土壤生物有效性磷源)、Bray1-P含量均達極顯著相關關系(<0.01)，表明土壤有機磷也可以作為評價蔬菜地土壤磷淋失風險的指標之一[20]。土壤Fe-P與徑流中藻類有效磷含量存在顯著的線性關系，但Fe-P對反映土壤磷素淋失風險的敏感性還有待客觀系統地進行評價[21-23]。根據國家標準，水環境中TP含量超過0.10 mg/L即定義為水體富營養化。PP雖然不能被水體中藻類直接利用，但在流失過程中會逐漸釋放出有效態磷而被藻類吸收利用，是造成水體富營養化的主要因素[24]。研究表明，土壤有效磷中58.0% ～ 98.0% 的成分可以轉化為水中的DP[22]；Olsen-P、TP等磷指標，與徑流或淋溶液中TP、DP等水環境磷指標呈正相關關系[17,25-26]，即土壤中磷累積量越高，磷的流失風險將越大。劉蕾等[27]利用Olsen-P和CaCl2-P，確定了北方設施菜地栗鈣土的磷素淋溶閾值為33.8 mg/kg，即當Olsen-P含量<33.8 mg/kg時，土壤磷素淋失風險較低；當Olsen-P 含量>33.8 mg/kg時，淋失風險急劇上升。當前也有一些研究通過土–水磷素間的線性關系來確定土壤磷素的流失閾值。羅泉達等[20]采用連續淋洗模擬土壤磷素淋失，以DP濃度為0.05 mg/L作為引發水體富營養化的臨界值，與CaCl2-P和有機磷分別建立趨勢線方程，獲得引起福州菜地土壤磷素淋失的CaCl2-P、有機磷(采用灼燒法測定)閾值分別為14.1 mg/kg和206 mg/kg。

2.2 土壤磷吸附飽和度法

土壤磷吸附飽和度(DPS)是土壤膠體上已吸附磷的數量占土壤磷總吸附容量的百分數[28]，可以用來表征土壤磷的釋放潛力和流失風險。目前報道的估算DPS的方法中，最常見的方法是根據草酸銨提取的磷、鋁和鐵含量(Pox、Alox、Feox)，利用公式DPS(%)=Pox/(Feox+Alox)×100計算得到[29]。式中是通過建立土壤飽和吸磷量與影響土壤磷吸附的土壤特征值間的相關關系而計算得到的，通常取值0.5或1.0[29-30]。但不同供試土壤的理化性質不同，統一取值是不科學的，可以根據公式=PSC/(Feox+ Alox)×100計算獲得，式中PSC為土壤可吸附磷的總量(mmol/kg)[30]。許杏紅等[30]通過此公式計算出長期施肥的旱地紅壤α取值范圍為0.71 ～ 0.81。荷蘭將DPS為25.0% 作為非鈣質土壤環境閾值，當磷飽和度小于25.0% 時，地表水中磷濃度隨土壤磷飽和度增加呈緩慢增加趨勢，增加幅度較小；但當土壤磷飽和度超過25.0% 時，地表水中磷濃度隨土壤磷飽和度增加呈顯著的指數增加[31]。但此方法不適用于高pH的土壤，尤其是石灰性土壤[32-33]。另一種方法是通過土壤對磷酸鹽的等溫吸附試驗，利用Langmuir方程獲取的磷素最大吸附量計算DPS，其也是目前計算DPS應用較多的方法[34-36]。黃東風等[34]根據Langmuir方程中土壤磷最大吸附量及土壤Olsen-P含量計算DPS，發現福州灰黃泥菜園土(pH<7.0)的DPS平均為23.1%。DPS受菜地的種植年限和磷肥施用量影響較大。高秀美等[35]用這種方法計算南京菜地土壤(pH<7.0)的DPS，發現DPS隨種植年限延長而升高，對0 ～ 5 cm土層，種植年限為3 ～ 5年的菜地DPS為15.2%，種植年限25 ～ 30年的菜地 DPS為30.0%。在石灰性土上，隨著磷肥和有機肥用量的增加，0 ～ 20 cm土層 DPS有增加趨勢[36]。

2.3 模型預測評價

目前應用于農業面源污染研究領域的模型預測評價方法主要有野外實測法、經驗模型及機理模型等(圖1)。野外實測法因其能夠計算磷污染輸出負荷、直觀反映污染輸出規律、結果可信度高等優點，是面源污染研究中最常用且應用最為廣泛的一種方法，但該方法投入成本大，運行周期長[37-38]。輸出系數法、污染指數法及通用土壤流失方程都屬于簡單的經驗模型。輸出系數法可以估算污染輸出負荷，需要一定的實測數據[39-41]。污染指數法可以評價流域內不同地區發生磷流失危險性高低，但指數體系的確定缺乏統一標準，主觀性較強。磷指數評價法是較為常用的評估土壤磷素流失風險的方法[42-43]。通用土壤流失方程則主要針對坡地土壤侵蝕預測[44-45]。除上述經驗模型外，以面源污染形成機理為研究基礎的面源污染物理模型則屬于機理模型，在了解污染產生、遷移及轉化的同時還可以預測污染變化，但模型復雜、數據需求量大、計算效率低。目前應用較多的物理模型包括SWAT、AGNPS、HSPF及ANSWERS等[46]，這些模型多用于流域尺度上的面源污染排放評價。劉欽普[47]優化了瑞典科學家Lars Hakanson提出的重金屬污染環境風險評價方法，設計環境風險指數模型，評價農田的氮磷環境風險。李玲等[48]運用環境風險指數模型，評估了河北省不同利用方式農田土壤磷素環境風險特征，結果表明，菜地磷的環境風險指數為0.83，較糧田和果園磷損失更為嚴重。由于包括磷在內的農業面源污染物傳輸存在較強的空間異質性，目前基于田塊或小流域實測結果或經驗模型等模擬預測向全國范圍推廣運用還存在較大難度。

3 高投入菜地土壤磷素環境閾值特征

由于土壤中磷的數量、種類及形態存在較大差異，同時磷素吸附、固定及解吸的機制也具有差異，這些差異必將導致磷從固相進入液相的數量不同，并影響Olsen-P與CaCl2-P之間的關系，也就是說不同的土壤具有不同的磷損失臨界值。因此，菜地土壤磷素環境閾值因磷源種類及投入量、種植模式、土壤性質、土壤類型等的變化而不同。

土壤有效磷水平是決定農田磷素流失的首要因素，磷的淋失量隨磷肥和有機肥投入量的增加而增加，但不同磷肥種類淋失程度存在差異。研究表明，在青紫泥田菜地土壤中，當磷肥用量低于150 kg/hm2時，施用有機肥處理的磷淋失量大于施用化肥處理；當磷肥用量超過200 kg/hm2時，施用化肥處理的磷流失量比施用有機肥處理大[49]。牛君仿等[50]研究顯示，河北省石灰性設施菜地土壤以無機磷肥作為磷源的磷素環境閾值為199 mg/kg，高于有機肥源(風干腐熟豬糞)磷素環境閾值(87.8 mg/kg)。植酸作為有機磷的主要組分容易與土壤的鐵鋁氧化物結合，不易發生遷移。而糞肥施入土壤后，一方面有機物料釋放的有機酸會和正磷酸鹽競爭土壤鐵、鋁化合物的位點，導致土壤降低對磷的吸附強度[51]，提高土壤Olsen-P含量，或者有機酸會通過促進磷素礦化進而導致磷酸鹽的遷移[52]；另一方面，糞肥中含有的部分活性有機磷遷移速率較快等原因均會導致較高的磷流失風險。但在磷高飽和土壤中，投入相同量磷肥的條件下，施用無機磷肥對土壤CaCl2-P的提升速率高于有機磷肥，即使無機肥源磷淋溶閾值大大高于有機肥源磷處理，但無機肥源磷帶來的淋溶風險要遠遠高于有機肥[50]。

研究發現，磷的環境閾值和土壤pH密切相關。當土壤pH<6.0時，磷的損失閾值隨土壤pH的增加而增加，而在pH>6.0的土壤中，磷的損失閾值隨pH的增加而減小[53]，這是因為pH介導的土壤鐵鋁氧化物對磷的吸附解吸差異造成的。當土壤pH<6.0時，土壤對磷的吸附能力隨pH增加而降低；而在pH>6.0的土壤中，土壤對磷的吸附能力則是隨pH增加而增強[53]。換言之，土壤對磷的吸附解吸可能在一定程度上決定磷的環境閾值大小。受土壤性質的影響，不同土壤類型磷的環境閾值差異也很大。王榮萍等[54]研究了廣東省不同質地土壤磷素環境閾值，結果表明，壤質黏土磷的淋失風險最小，砂質壤土磷的淋失風險最大。因此，針對不同土壤類型的菜地需要進行不同的施肥管理，從而降低土壤磷的損失風險。

由于土壤磷素環境閾值受到多種因素影響，因此，我國不同地區的菜地土壤Olsen-P的環境閾值存在較大差異，范圍在8.63 ～ 96.6 mg/kg(表1)。與集約化糧田系統相比，菜地土壤是高磷肥、高有機肥投入的高磷累積土壤，并且具有灌溉強度大、復種指數高等特點。目前糧田土壤有效磷含量基本低于磷環境閾值，而菜地土壤有效磷含量通常是遠大于環境閾值(表1)，因此相較于糧田，菜地具有更高的磷損失風險。

表1 不同種植類型土壤磷環境閾值及土壤Olsen-P含量文獻調研數據

4 基于菜地磷農學效率的環境風險評估

4.1 高投入菜地有效磷農學閾值及其研究方法

有效磷農學閾值反映了土壤有效磷含量與作物產量之間的關系，當土壤有效磷含量低于某一臨界值時，作物產量隨磷肥施用量提高而顯著提高；相反，當土壤有效磷含量高于這個臨界值時，作物產量則隨磷肥施用量的提高而維持不變甚至降低[61-62]，這一臨界值就定義為有效磷農學閾值。研究菜地土壤有效磷農學閾值對菜地養分管理具有重要意義，但由于蔬菜種類多，又有露天和設施之分，加之有機肥投入比重相對大等特點均增加了菜地有效磷農學閾值研究的復雜性[63]。目前，確定土壤有效磷農學閾值的方法主要有：模型法和Cate-Nelson十字交叉法[64]。

模型法包括線性–線性模型、線性–平臺模型、擬合米切里西方程(指數方程)和二元多項式等，根據土壤有效磷含量及蔬菜產量擬合模型確定農學閾值。李冬初等[65]利用3種模型擬合小麥和玉米產量與紅壤Olsen-P含量的響應關系，其農學閾值范圍分別為13.5 ～ 28.8 mg/kg和23.4 ～ 46.0 mg/kg。李宇虹等[63]用線性–平臺模型，基于文獻調研數據發現蔬菜類型、種植模式及磷肥種類均對菜地土壤Olsen-P農學閾值有較大影響：果菜農學閾值(56.7 mg/kg)高于葉菜(39.1 mg/kg)，設施菜地農學閾值(25.7 mg/kg)高于露天菜地(19.8 mg/kg)，不施有機肥的露天菜地土壤有效磷農學閾值(27.0 mg /kg)顯著高于施用有機肥的露天菜地(19.8 mg/kg)。張永起等[66]通過不同方法浸提土壤有效磷，從而建立有效磷含量與蔬菜相對產量的數學模型，研究發現，廣東省蔬菜達到95% 相對產量時，Olsen-P>81.0 mg/kg，Mehlich1-P>179 mg/kg，Mehlich3-P>165 mg/kg，ASI>98.0 mg/kg。Liang等[67]通過擬合莧菜產量與土壤Olsen-P含量的二次多項式方程，確定達到莧菜田間最大產量95% 的Olsen-P農學閾值為101 mg/kg。

Cate-Nelson十字交叉法：畫兩條分別平行于X軸和Y軸的直線，兩直線組成一個十字架；確定Y軸位置，移動十字架，使分布在左上象限和右下象限的點盡量少，所得垂線與X軸的交點即為有效磷農學閾值[68]。魯明星等[69]利用該方法研究得到達到油菜90% 相對產量的土壤有效磷農學閾值為20.2 mg/kg。章明奎等[70]采用同樣的方法得出，在浙北平原地區，蔬菜正常生長對土壤有效磷的要求比水稻更高，水稻相對產量在95% 以上時土壤有效磷農學閾值為20.0 mg/kg，土壤有效磷含量高于這一閥值，磷肥施用的增產效果明顯降低；而蔬菜相對產量在95% 以上的有效磷水平約為40.0 mg/kg。模型法是目前農學閾值計算最常用的方法，但模型法劃分閾值等級具有一定的主觀性，而Cate-Nelson十字交叉法建立的分級較為簡單且統計相對合理[68]。

4.2 基于菜地磷農學效率的環境風險評估

目前菜地土壤的環境閾值和農學閾值已有不少研究，但大部分研究未綜合考慮菜地土壤的環境閾值和農學閾值。姜波等[56]研究結果表明，杭州市郊菜地土壤磷素淋溶閾值為76.2 mg/kg，60% 的菜地土壤存在磷素流失風險，且環境閾值大于農學閾值(60.0 mg/kg)。從目前已有的研究結果看，菜地土壤磷的農學閾值通常低于環境閾值(表1，表2)。我國不同地區的菜地土壤Olsen-P的環境閾值集中在60.0 ～ 80.0 mg/kg(表1)，而菜地土壤Olsen-P的農學閾值集中在40.0 ～ 60.0 mg/kg(表2)，但無論是環境閾值還是農學閾值，菜地通常高于糧田。章明奎等[70]綜合考慮浙北平原菜地有效磷的環境閾值和農學閾值，提出菜地土壤有效磷應控制在40.0 ～ 50.0 mg/kg，既可以確保作物正常生長的需要，又不會對環境產生較大的負面影響。但是由于農學閾值和環境閾值因土壤類型、種植類型、菜地種植年限等因素影響而差異較大，不同區域應制定明確的土壤有效磷控制范圍。因此，了解磷素在菜地土壤中的累積現狀及特征，確定蔬菜高產和環境友好的土壤有效磷農學閾值和環境閾值，將土壤有效磷水平維持在既能滿足蔬菜高產需求又能降低磷流失風險的最佳范圍，以實現菜地磷養分的最佳管理，是今后蔬菜種植體系綠色可持續發展的方向。

表2 不同種植類型土壤磷農學閾值文獻調研數據

5 展望

適宜的土壤有效磷水平對保證蔬菜產量和水體安全具有十分重要的作用。如何解決當前以犧牲環境為代價的蔬菜高產生產模式弊端，這需要將現有的農藝、評價手段以及環境因素進行綜合考量，從而指導菜地磷養分科學管理。但目前大部分的研究通常割裂了農業生產和環境保護，未將菜地磷的環境閾值和農學閾值進行綜合考慮。在確定菜地農學閾值基礎上，一方面保證蔬菜產量，另一方面維持良好的水體環境，指導菜農科學施肥是我國菜地磷養分資源管理的主要目標之一。但目前存在的問題是沒有統一的指標表征環境閾值和農學閾值，土壤有效磷是用Olsen-P還是Mehlich 1-P來表征？同樣也沒有統一的方法確定環境閾值，環境閾值是用測試磷法還是模型預測法來確定？測試磷法是Olsen-P和CaCl2-P的拐點，還是TP和CaCl2-P的拐點？因此，結合我國菜地施磷現狀以及菜地土壤磷素累積特征，通過土壤磷測試方法結合模型擬合，對以往經驗模型進行優化，建立更適合高投入蔬菜種植體系土壤磷素豐缺評價的標準，對于菜地磷素流失風險的評價十分必要。針對高投入體系亟待制定適合各蔬菜主產區的磷肥投入限量標準，來降低該生產體系帶來的環境壓力。大部分大田作物的農學閾值低于環境閾值，但是菜地因為土壤自身磷累積量高，可能會是農學閾值低于環境閾值，也可能是環境閾值低于農學閾值，甚至二者重合。在農學閾值低于環境閾值的蔬菜種植區，應減少磷肥的施用，也包括減少有機磷肥的施用，同時以蔬菜與其他糧食作物輪作的種植模式替代菜–菜輪作，如稻–菜輪作。制訂基于同時考慮農學和環境效應的菜地磷肥限量標準對于緩解我國高投入種植體系中磷肥投入過量與生態環境代價高的矛盾，在促進農民節本增收的同時保障農業可持續發展具有非常重要的意義。目前隨著有機肥替代化肥技術在我國蔬菜減磷增效生產中推廣應用范圍擴大，對于今后菜地磷污染排放特征及其影響也值得進一步深入研究。

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Research Progresses on Environmental and Agriculture Thresholds of Soil Phosphorus in High-input Vegetable Fields

WANG Rui1,2, ZHONG Yueming1, LI Huimin1,2, SHI Weiming1, LI Yilin1*

(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Maintaining an appropriate soil available phosphorus (P) level is vital to ensure vegetable production and water safety. The significant feature of the current vegetable production system’s phosphate fertilizer input is massive and frequency, which causes a large amount of P accumulated in the soil, further, increasing the movement of P and causing environmental risks. It is generally believed that soil P environmental threshold of vegetable fields is higher than that of farmland, however, the irrigation and phosphate fertilizer application of vegetable fields were much higher than those of farmland. Therefore, P is still easier to loss from vegetable fields than farmland. Results of literature investigation showed that, environmental thresholds of vegetable fields varied among different regions in our country, mainly within P 60.0 – 80.0 mg/kg. The available P contents in vegetable fields were usually higher than their environmental thresholds, while the available P contents in croplands were usually lower than their environmental thresholds, which meant the vegetable fields had higher environmental risks than croplands. Furthermore, we found that there was a common phenomenon that the agriculture threshold of vegetable P is higher than that of cereal crops, reflecting high P requirement of vegetables. Therefore, only reducing the amount of phosphate fertilizer to mitigate the risk of P loss in vegetable fields might lead to vegetable production decline. Accordingly, on the basis of understanding the current status and characteristics of P accumulation in vegetable fields, and clarifying the agriculture and environmental threshold of soil available P for high vegetable yield and sustainable development of vegetable production, soil available P can be maintained at a level that meet the high-yield demand of vegetable plants and low P loss by optimizing the amount of P, thus achieving the best P management in vegetable fields.

Vegetable production system; Phosphorus; Environmental threshold; Agriculture threshold; Phosphorus management

王瑞, 仲月明, 李慧敏, 等. 高投入菜地土壤磷素環境與農學閾值研究進展. 土壤, 2022, 54(1): 1–8.

X820.4；S19

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.01.001

國家自然科學基金項目(31872957)資助。

(ylli@issas.ac.cn)

王瑞(1993—)，女，山東棗莊人，博士研究生，主要從事蔬菜磷素高效利用生理機制及菜地磷面源污染研究。E-mail: rwang@issas.ac.cn