施磷对下辽河平原稻田土壤溶液可溶性磷动态变化的影响

收稿日期：2007-09-10

基金项目院国家自然科学基金项目(30670378)资助作者简介：赵牧秋(1983-),女,满族,辽宁沈阳人,博士研究生,主要从事农业非点源污染研究。*

通迅作者：Email:chenxin@https://www.360docs.net/doc/9515859586.html,

施磷对下辽河平原稻田土壤溶液可溶性磷

动态变化的影响

赵牧秋1,2，温林钦1,3，史奕1，牛明芬3，鲁彩艳1,2，陈

欣1*

（1.中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室，沈阳110016；

2.中国科学院研究生院，北京100049；

3.沈阳建筑大学沈阳110168）

摘要：试验研究不同磷肥施用量（0、50、250kg P ha -1），下辽河平原潜育性水稻土在水稻生长期间田面水和不同深度

（30、60和90cm ）土层渗滤液中可溶性磷（DP ）浓度随时间的动态变化。研究结果表明，各施磷处理田面水和30cm 处渗滤液DP 浓度施磷后立即达到峰值，随后迅速下降并趋于稳定，且浓度随施肥量的增加而增加，均高于水体富营养化发生的阈值

0.02mg L -1；各处理60cm 和90cm 处渗滤液中DP 浓度一直稳定在0.01mg L -1

左右，各处理间差异均不显著；各施磷处理土壤不同深度渗滤液中DP 浓度均表现为60cm 以上自上向下逐渐降低，60cm 以下没有显著差异。

关键词：可溶性磷；稻田；土壤溶液中图分类号：S155.4+2；S153.6+1

文献标识码：A

文章编号：0564-3945(2009)02-0332-04

Vol.40,No.2Apr.,2009

土壤通报

Chinese Journal of Soil Science

第40卷第2期2009年4月磷是水体产生富营养化的限制因素之一[1]。近年来，随着农业的发展，投入到农田土壤中的肥料磷逐年提高，施肥对水体环境的影响受到极大的关注[2]。我国水田磷肥利用率仅有8%~20%，如此低的利用率致使大量过剩的磷素以游离态或结合态滞留于土壤中，具有很高的流失潜能。甚至有学者认为稻田的磷流失是一种客观现象，不施磷也可能会产生较大的流失[3,4]。因此稻田土壤磷向水体迁移可能对环境造成的影响，受到人们越来越多的重视。国内学者对水田土壤磷素的迁移流失进行了一系列些研究，认为地表径流流失是磷的主要流失途径，磷在土壤剖面的淋洗迁移可以忽略[5-7]；而张大弟等[8]在上海市郊非点源污染调查中得出的稻田磷素渗漏量平均为0.97kg hm -2a -1，单是磷素渗漏量一项就超出了荷兰学者Van der Molen 等提出的环境可接受的磷素流失量0.44kg kg hm -2a -1。目前关于稻田土壤磷向水体迁移的研究，主要集中在太湖流域稻区，作为我国主要稻作区之一的下辽河平原稻区，相关研究鲜有报道。但不同类型土壤对磷的吸附解吸能力不同，磷向水体的迁移特性也不尽相同。基于此，本试验探讨下辽河平原潜育性水稻土土壤溶液中可溶性磷的动态变化，以期为该地区的稻田水肥管理提供科学参考。

1材料与方法

1.1

研究地区概况

试验于2007年在中国科学院沈阳农业生态系统

国家野外站（41°31′N，123°24′E ）进行。该地区是典型的农业生产区，属温带半湿润大陆性季风气候，年均温度7~8℃，大于10℃的年活动积温3100~3400℃，年总辐射量5392~5643kJ cm -3，无霜期147~164d ，年平均降水量650~700mm 。供试土壤为潮棕壤起源的潜育性水稻土，质地为粉砂壤土。耕层土壤有机质17.21g kg -1，pH7.0，全氮1.03g kg -1，全磷0.42g kg -1，全钾17.23g kg -1，粘粒含量21.2%，容重1.39g cm -3。

1.2试验设计

试验在2007年5月~10月水稻生长季节进行，根据磷肥施用量不同设3个处理，分别为不施磷肥P0（0kg P hm -2）、当地常规施磷量P50（50kg P hm -2）和高磷处理P250（250kg P hm -2）。每个处理所设的3次重复呈“品”字形排列。重复间架设木桥，以减少人为

干扰。小区面积为60m 2

（10m×6m ）。磷肥施用过磷酸钙，作基肥一次性施入；氮肥施用尿素，各处理用量均为200kg N hm -2，分基肥、返青肥和穗肥3次施入，每次施肥分占总施入量的25%、50%和25%；钾肥施用氯化钾，各处理用量均为100kg K hm -2，分基肥和返青肥2次施入，每次施肥分占总施入量的70%和30%。基肥于5月14日撒施，随即耙田灌水，第二天移栽水稻（品种为294-4）；返青肥和穗肥分别于6月6日和8月16日撒施入稻田表面。7月12日~7月19日烤田，8月13日以后落干，其余时间田间为淹水状态。

2期

1.3样品采集与分析

施肥前在各小区土壤剖面30cm、60cm和90cm的深度垂直埋设底部带有陶土头的渗滤管，陶土头用沙子包裹防止土壤颗粒阻塞陶土头。陶土头埋入后用泥浆灌缝，降低产生优先流的可能性。渗滤管为PVC材质，上部用橡皮塞封口，将硬质塑料细管一端穿过橡皮塞插入离心管底部，另一端露出地表供抽取滤液。在施肥后的第1（5月15日）、3（5月18日）、8（5月23日）、15（5月30日）、24（6月8日）、34（6月18日）、45（6月29日）、69（7月23日）、92（8月15日）和118（9月10日）d分10次取样。取样时将塑料细管连接至三角抽滤瓶，通过造成负压使渗滤液进入抽滤瓶。采集渗滤液的同时采集田面水。样品采集后滴入数滴甲醛以抑制微生物活动，过0.45μm滤膜后于4℃冷藏保存，样品在1周内测定。水样溶解态磷（Dissolved P，简称DP）采用钼蓝比色法测定[9]。用Microsoft Excel 2003和SPSS13.0软件进行试验数据的统计检验和方差分析。

2结果与分析

2.1田面水中DP浓度随时间的动态变化

由图1可见，基肥施入后第1d各处理田面水中DP浓度均达到峰值，分别为1.39mg L-1、0.19mg L-1和0.07mg L-1。这主要是因为作为基肥施入土壤的过磷酸钙属于水溶性磷肥，施入当天几乎未被土壤吸附固定，大部分以溶解态形式停留在田面水中；而且施肥后进行的平地农事活动导致土水界面发生扰动，加速了肥料的溶解速率和土壤中磷向水体的释放。其后，由于土壤对溶解态磷的吸附固定作用，田面水中DP 浓度逐渐降低，至第3~8d趋于稳定。稳定后各处理平均值分别为0.14mg L-1、0.07mg L-1和0.04mg L-1。可见如果在吸附固定作用达到稳定之前田间排水或遇到暴雨产生径流，会增加磷对周围的水体环境造成污染的风险。因此,施肥初期应该控制灌水量，保持田面水与田埂的高度，减少人为排水。当吸附固定作用达到稳定后，田面水中的可溶性磷浓度稳定于较低水平，因此这期间磷流失风险相对较小。这与张志剑[10]和赵建宁[11]等人得出的施磷灌水后7~9d是控制磷素流失的主要时期的观点是一致的。试验后期田面水中DP浓度出现的小幅波动可能与农事活动、降雨和水稻生长等因素有关。例如第8次（即第69d，7月23日）所采的样品中DP的浓度均有明显上升。结合农事活动，在分蘖末期，为了控制无效分蘖，增加土壤通透性，在7月12~19日期间进行烤田，第8次采集的是烤田结束第一次灌水后的样品，DP浓度增加可能与在烤田期间土壤生物活动加剧，从而促使土壤磷有效性的提高有关[12]。追肥过程也会扰动表土层，一定程度上能释放土壤中的磷，使田面水中DP浓度有明显的回升[13]。但田面水DP浓度稳定后期各次采样的浓度差异均不显著。纵观整个水稻生长季，各处理田面水DP 浓度均高于水体富营养化发生的临界浓度0.02mg L-1，因此稻田整个生长季的每一次排水都会由于磷素流失而对附近水体质量产生威胁。

水稻整个生长期田面水中DP浓度均随施磷量的增加而增加，施肥对土壤田面水DP浓度影响较大，除个别次常规施肥和不施磷处理样品间差异不显著，各处理间差异显著。施肥后第1d田面水中DP浓度P250处理是P50处理的7.3倍，是P0处理的19.9倍。稳定后田面水中DP浓度P250处理是P50处理的2.0倍，是P0处理的3.5倍。DP浓度降幅（即第一次采样时田面水DP浓度和浓度稳定期间田面水DP浓度的差值）也随施磷量增加而增大，各处理分别为1.25mg L-1、0.12mg L-1和0.03mg L-1。

2.230cm处渗滤液中DP浓度随时间的动态变化

在水稻生长期间对30cm处渗滤液进行10次取样测定得到的DP浓度见图2。从图2可以看出，基肥施入后第1天各施磷处理30cm处渗滤液中DP浓度均达到峰值，分别为0.08mg L-1和0.04mg L-1，表明在淹水条件下，肥料磷会随水向下迁移。其后浓度迅速降低，第3d降至0.05mg L-1和0.02mg L-1。并在此后呈现稳定趋势，稳定后各施肥处理平均值分别为0.04mg L-1和0.03mg L-1。这说明施入的可溶性磷肥中极大部分很快被化学沉淀、物理吸附及生物固定等方式转为非溶解态磷，并和土壤溶液中的溶解态磷达到动态平衡。纵观整个水稻生长季，各施磷处理在30cm 土层处的DP浓度都达到或超过了通常认为的水体富营养化阈值（0.02mg L-1）,说明下辽河平原稻田土壤磷素有威胁地下水的潜能。而不施肥处理30cm

处渗滤图1土壤田面水DP含量随时间的变化

Fig.1Changes of DP contents in field surface water with time

赵牧秋等院施磷对下辽河平原稻田土壤溶液可溶性磷动态变化的影响333

第40卷

土壤通报液中DP 浓度在水稻生长期间一直在阈值以下的0.01mg L -1左右波动。

各次采样P250处理30cm 土层处的DP 浓度高于P50和对照处理且均达到显著差异（P <0.05），而P50处理除试验初期和烤田期（69天）显著高于对照处理外，其余各次采样DP 浓度虽略高于对照处理但差异没有达到显著水平（P <0.05）。这说明常规施磷对30cm 土层处渗滤液的DP 浓度会略有提高但差异不显著；但当施肥量达到250mg kg -1时，即5倍于常规施肥量时，在水稻整个生长期30cm 土层处渗滤液的DP 浓度都显著高于常规施肥，这表明若长期施用磷肥可能会由于磷在土壤中积累导致渗漏水中磷浓度明显增高，从而使磷素通过渗漏迁移流失的风险增加。另外值得关注的是，施肥处理中渗滤液中全磷浓度在第69天突变增高，这一方面可能是受烤田的影响；另一方面，根据谢学俭等[12]在太湖地区的研究，淹水条件下土壤中磷的直渗速率约为0.53cm d -1，按此计算磷从表面的磷淋溶至地下30cm 处大概需要57d 左右，因此，推断可能因为正值此时磷素从地表淋溶至地下30cm 处造成渗滤液中DP 浓度增加。2.360cm 、90cm 处渗滤液中DP 浓度随时间的动态变化

从图3、图4可以看出，各处理60cm 、90cm 处渗滤液中DP 浓度均随时间在0.01mg L -1左右波动，均低于水体富营养化发生的阈值，这说明对于下辽河平原稻田在当前的施肥制度下，正常磷肥用量对当季地下水体的污染贡献率不大，渗滤液中所携带的磷素不会进入水体污染环境。但考虑到此处有些田块的地下水位较高，故在研究该地区水体富营养化时，也应考虑磷渗滤可能的贡献。对60cm 和90cm 土层处的不同处理渗滤液DP 浓度进行方差分析，结果显示差异均不显著，说明施磷对该试验土壤当季60cm 和90cm 深度渗滤液DP 浓度均没有显著影响。即使在施肥量达到常规施肥量的5倍时，在土层60cm 以下仍未出现处

磷素渗漏现象，可见该种土壤30~60cm 土层对磷具有较强的吸持和固定容量，使磷难以进一步向下层移动。对同一施磷处理，比较不同生育时期不同深度渗滤液中DP 浓度，可以得出60cm 以上土壤渗滤液DP 含量皆从表层到下层呈逐渐下降趋势，且差异显著，这证明磷在垂直方向上有迁移。且施肥初期表层和下层的差距较大，后期随着磷的固定与被吸收，各层次水样的DP 含量差距缩小。土壤各层次渗滤液中DP 浓

度60cm 以下没有显著差异。可能由于土壤溶液中的磷逐渐被土壤吸附或与铁铝等形成沉淀物，一旦磷被土壤固定后，便很难向下迁移。而不施磷处理不同深度渗滤液中DP 浓度并没有显著差别。

3结论

（1）下辽河平原稻田土壤施磷后各处理田面水中

DP 浓度立即达到峰值，第3~8d 后趋于稳定。整个水

稻生长季，各处理田面水DP 浓度随施肥量的增加而增加，且均高于水体富营养化发生的阈值0.02mg L -1，因此稻田整个生长季的每一次排水都会由于磷素流失而对附近水体质量产生威胁，尤其是施磷初期。

（2）施磷处理30cm 处渗滤液中DP 浓度同田面水有类似规律，且也高于水体富营养化发生的阈值，但不施磷处理DP 浓度一直稳定在0.01mg L -1。常规施磷对30cm 土层处渗滤液的DP 浓度会略有提高但差异不显著，但当5倍于常规施肥量时，DP

浓度都显著高

图3土壤60cm 深处渗漏水DP 含量随时间的变化

Fig.3Changes ofDP contents in leachate at 60cm depth with

time

图4土壤90cm 深处渗漏水DP 含量随时间的变化

Fig .4Changes of DP contents in leachate at 90cm depth with

time

图2土壤30cm 深处渗漏水DP 含量随时间的变化

Fig.2Changes of DP contents in leachate at 30cm depth with time

334

2期

Effects of Fertilization on the Changes of Dissolved Phosphorus Contents

in Paddy Soil Solution in Lower Reach of Liaohe River Plain

ZHAO Mu-qiu 1,2,WEN Lin-qin 1,3,CHEN Xin 1*,SHI Yi 1,NIU Ming-fen 3,LU Cai-yan 1,2

(1.Key Laboratory of Terrestrial Ecological Process,Institute of Applied Ecology,Chinese Academy of Sciences,Shenyang,110016,

China;2.Graduate University of Chinese Academy of Science,Beijing,100049,China;

3.Shenyang Jianzhu University,Shenyang,110168,China )

Abstract:A field plot experiment with three P application rates （0,50and 250kgP ha ）was conducted on paddy soil in Lower Reach of Liahe River Plain in 2007to monitor the concentration of dissolved phosphorus (DP)in leachate at different depth.Results indicated that the concentration of DP in the surface water and leaching of 30cm depth was the highest among all the samples,and it was increasing with the application rates of P fertilizer.The concentration declined subsequently as the time passed.All concentrations were higher than 0.02mg L -1,which suggests that the leaching could contribute to water eutrophication.The concentration of DP in leachate of control and fertilized treatments had no disciplinary difference and stabilized at about 0.01-0.02mg L -1below 60cm soil layer.The concentration of DP in leachate of topsoil were significantly higher than subsoil upon 60cm soil lay at the initial stage,while had no difference at 60-90soil layer.

Key words:Dissolved phosphorus;Paddy field;Soil solution

于其它处理，这表明若长期施用磷肥可能会由于磷在土壤中积累导致渗漏水中磷浓度明显增高，从而使磷素通过渗漏迁移流失的风险增加。

（3）各处理60cm 、90cm 处渗滤液中DP 浓度均随时间在0.01mg L -1左右波动，且各处理间差异均不显著。可见该种土壤30~60cm 土层对磷具有较强的吸持和固定容量，使磷难以进一步向下层移动。

（4）各施磷处理60cm 以上土壤渗滤液DP 含量从表层到下层呈逐渐下降趋势且差异显著，60cm 以下没有显著差异。可见该种土壤磷在垂直方向上有一定迁移。参考文献：

[1]SIMS

J T,

SIMARD

R R,JOEM B C.Phosphorus loss in agri-cultural drainage:historical perspective and current research.J.Envi-ron.Qual.,1998,27:277~293.

[2]鲁如坤.土壤磷素水平和水体环境保护[J].磷肥与复肥，2003，18(1)：

4-7.

[3]鲁如坤，时正元，钱承梁.磷在土壤中有效性的衰减[J].土壤学报，

2000，37(3)：323-329.

[4]潘根兴，焦少俊，李恋卿，等.低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.

[5]张水铭，马杏法，汪祖强.农田排水中磷素对苏南太湖水系的污染[J]

.环境科学，1993，14(6)：24-29.

[6]张志剑，朱荫湄，王珂，等.水稻田土-水系统中磷素行为及环境

影响研究.应用生态学报，2001，12(2)：229-232．

[7]隋红建，杨邦杰.入渗条件下土壤中磷离子迁移的数值模拟.环境科

学学报，1996，16(3)：302-308．

[8]张大弟，张晓红，章家骐，等.上海市郊区非点源污染综合调查评价.

上海农业学报，1997，13(1)：31-36．

[9]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，

2000．

[10]张志剑，王珂，朱荫湄.水稻田表水磷素的动态特征及其潜在环境

效应的研究.中国水稻科学，2000，14(1)：55-57.

[11]赵建宁，沈其荣，冉炜.太湖地区侧渗水稻土连续施磷处理下稻田

磷的径流损失.农村生态环境，2005，21(3)：29-33.[12]谢学俭，陈晶中，肖琼，等.不同磷水平处理对水稻田面水中磷氮

浓度动态变化的影响.安徽农业科学，2007，35(27)：8568-8570.

[13]金

洁，杨京平，施洪鑫，等.水稻田面水中氮磷素的动态特征研究.农业环境科学学报，2005，24(2)：357-361.

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