曾招兵 ，曾思堅(jiān)*，湯建東，劉一鋒，張滿紅

1. 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣東 廣州 510640；2. 廣東省耕地肥料總站，廣東 廣州 510500

磷是重要的生命元素之一，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位是不可替代的。土壤中磷營養(yǎng)狀況是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一，也是生產(chǎn)獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)作物的重要基礎(chǔ)。土壤中磷素的豐缺狀況，是衡量土壤肥力水平高低的標(biāo)志之一，而土壤有效磷是當(dāng)季作物可從土壤中獲取的主要磷養(yǎng)分資源。第二次土壤普查（啟動(dòng)于 1979年，基本完成于 1985年）結(jié)果顯示，廣東省有64.9%的水稻土和67.3%的旱地土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 0.9 g·kg-1，其中有39.9%水稻土和 49.4%旱地土壤的有效磷低于 10 mg·kg-1。由此可見，第二次土壤普查前廣東省多數(shù)土壤全磷含量低，供磷能力弱(廣東土壤普查辦公室，1993)，為提高土壤生產(chǎn)力，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)廣泛施用磷肥。

由于自然和人為因素的影響，農(nóng)田土壤有效磷時(shí)空變化特征明顯，若缺乏對(duì)其時(shí)空變異情況的了解，不能根據(jù)其變化確定施肥量和施用方式，則有可能導(dǎo)致農(nóng)田磷素虧缺或盈余。土壤磷素虧缺影響作物生長，而過量磷素的累積不僅影響到其他元素的生物有效性（劉忠珍等，2005；都韶婷，2010；劉芳等，2011），造成營養(yǎng)元素供應(yīng)失衡，還將引起土壤肥力退化，帶來一系列環(huán)境問題。大量研究表明，當(dāng)季磷肥的利用率很低，僅有 10%~20%，其余的則被固定在土壤磷庫，長期施用磷肥容易造成土壤磷素累積。而土壤磷素過量富集時(shí)，土壤磷容易以水溶態(tài)和顆粒態(tài)形式隨降雨徑流向水體遷移，成為水體中磷的補(bǔ)給源，而農(nóng)業(yè)土壤磷的大量輸出正是目前導(dǎo)致受納水體富營養(yǎng)化的重要原因（章明奎等，2006；張乃明等，2007）。

因此，掌握耕地土壤有效磷的演變規(guī)律，不僅能為我省耕地質(zhì)量管理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中科學(xué)施用磷肥提供指導(dǎo)依據(jù)，還能為控制農(nóng)業(yè)面源污染提供宏觀的科學(xué)依據(jù)。本文利用廣東省 1984年以來建立的耕地長期定位監(jiān)測(cè)網(wǎng)獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過分類匯總和整理對(duì)全省耕地土壤有效磷時(shí)空變化特征及影響因素進(jìn)行了分析。mg·kg-1、較豐富(2級(jí))有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù) 20~40 mg·kg-1、中等(3 級(jí))有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù) 10~20 mg·kg-1、較缺(4級(jí))有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)5~10 mg·kg-1、缺(5級(jí))有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)3~5 mg·kg-1、極缺(6級(jí))有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)<3 mg·kg-1。對(duì)全省不同監(jiān)測(cè)時(shí)期的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤有效磷含量進(jìn)行分級(jí)頻率統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2所示。除3級(jí)外，其他等級(jí)的有效磷含量分布頻率變化均非常顯著，其中1級(jí)頻率由1986—1990年期間的 2.4%迅速上升到 2006—2010年期間的38.8%，且上升速度越來越快，尤其是1996—2000年期間以后的上升速度明顯加快；2級(jí)頻率呈先迅速上升后下降的趨勢(shì)，在1996—2000年期間達(dá)到峰值31.0%，而后在2006—2010年期間降至27.8%；3級(jí)頻率變化趨勢(shì)與 2級(jí)相似，亦在 1996—2000年期間達(dá)到峰值，而后在2006—2010年期間下降，但整體變化幅度較??；4級(jí)、5級(jí)和6級(jí)頻率在1984—2010年期間呈不同程度的持續(xù)下降趨勢(shì)，其中4級(jí)下降25%，5級(jí)下降16.8%，6級(jí)下降7.4%。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，我省中上水平（2級(jí)以上）的有效磷含量由1986—1990年期間的10.8%上升到2006—2010年期間的 66.6%，提高幅度超過 50%；而低水平（4級(jí)以下）的有效磷含量由 1986—1990年期間的 59.6%下降到 2006—2010年期間的10.4%，下降幅度接近50%。由此說明近幾十年來全省有效磷含量整體水平得到急劇的提升，由過去的虧缺狀態(tài)已經(jīng)轉(zhuǎn)變到豐富狀態(tài)。

表1 各時(shí)期全省耕地土壤統(tǒng)計(jì)的平均有效磷Table 1 The average AP of farmland soil in different stages of Guangdong province

圖2 全省耕層土壤不同等級(jí)有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的頻率變化趨勢(shì)Fig. 2 Frequency change trend of different grades of farmland soil AP

2.1.2 不同區(qū)域的演變特征

如圖3所示，不同監(jiān)測(cè)階段，全省耕地土壤有效磷含量的空間分布格局呈明顯差異。1986—1990年時(shí)期，珠三角和粵東地區(qū)土壤有效磷總體水平相當(dāng)（<10 mg·kg-1），且低于粵北和粵東地區(qū)的總體水平（10~20 mg·kg-1）；1991—1995 年時(shí)期，粵西地區(qū)土壤有效磷率先進(jìn)入20~30 mg·kg-1水平，而珠三角和粵東地區(qū)上升到與粵北同一水平（10~20 mg·kg-1）；1996—2000年時(shí)期，粵東、珠三角和粵北地區(qū)土壤有效磷總體水平均趕上粵西地區(qū)，全省四大區(qū)域有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)同處20~30 mg·kg-1水平；2001—2005年時(shí)期，珠三角和粵東地區(qū)有效磷總體水平后來居上，其中珠三角領(lǐng)先突破到 40~60 mg·kg-1水平，粵東地區(qū)進(jìn)入到 30~40 mg·kg-1，而粵西和粵北仍停留在 20~30 mg·kg-1水平；2006—2010年時(shí)期，粵西地區(qū)土壤有效磷總體水平急劇提高，突破到60 mg·kg-1以上水平，躍升到四大區(qū)域之首，珠三角和粵東地區(qū)保持上一階段水平，而粵北地區(qū)上升一個(gè)水平，趕上粵東，進(jìn)入 30~40 mg·kg-1水平?？v觀各個(gè)監(jiān)測(cè)階段，全省耕地土壤有效磷含量空間分布格局可概況為差異縮小再到差異擴(kuò)大的演變趨勢(shì)，而人為因素很可能在這一過程中起主導(dǎo)作用。

圖4進(jìn)一步反映了不同監(jiān)測(cè)時(shí)期，全省四大區(qū)域耕地土壤有效磷含量總體水平隨時(shí)間推移呈快速上升趨勢(shì)。2006—2010年時(shí)期，粵北、粵東、粵西和珠三角地區(qū)的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均分別為30.7 mg·kg-1、36.8 mg·kg-1、<60 mg·kg-1和 55.7 mg·kg-1，與1986—1990年時(shí)期相比，分別增加20.0 mg·kg-1、29.1 mg·kg-1、<45.6 mg·kg-1和 46.4 mg·kg-1，年平均分別增加 0.74 mg·kg-1、1.08 mg·kg-1、<1.69 mg·kg-1和 1.72 mg·kg-1。其中，珠三角和粵西地區(qū)耕地土壤有效磷含量總體水平增加速度最快，其次粵東，粵北最慢。

2.2 土壤有效磷演變的影響因素

2.2.1 土壤自身性質(zhì)的影響

受成土因素的綜合影響，不同地區(qū)的土壤性狀存在較大差異。土壤質(zhì)地是反映土壤理化性質(zhì)差異的一個(gè)重要指標(biāo)，土壤質(zhì)地相近的土壤一般理化性質(zhì)差異較小。因此，以質(zhì)地差異較大的相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)分析土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤有效磷演變的影響具有有效磷含量演變有重要影響。

表2 臺(tái)山市白石村和大巷村監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本情況Table 2 The basic information of the monitoring poins in Baishi and Daxiang village

圖5 白石村和大巷村監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤有效磷變化趨勢(shì)Fig.5 Change tendency of farmland soil AP for the monitoring points in Baishi and Daxiang village

2.2.2 人為施肥的影響

為分析施肥對(duì)土壤磷含量的影響，本文采用廣州增城市農(nóng)科所內(nèi)的長期定位重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本情況如下：始建于1987年，種植模式為稻-稻，土壤類型為寬谷砂泥田。2002年的土壤基本性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)18.6 g·kg-1，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1.12 g·kg-1，堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù) 85.6 mg·kg-1，速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù) 19.2 mg·kg-1，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)13.8 mg·kg-1，pH值5.9。試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理。即：（1）不施肥處理（CK）；（2）氮磷鉀施肥處理（NPK）；（3）氮磷施肥處理（NP）；（4）氮鉀施肥處理（NK）；(5)磷鉀施肥處理（PK）；（6）氮磷鉀配施有機(jī)肥處理（OM)。其中處理6（OM）化肥氮磷鉀投入量分別為 150 kg·hm-2（N）、30 kg·hm-2（P2O5）、75 kg·hm-2（K2O），豬糞用量為7500 kg·hm-2，其余處理化肥氮磷鉀投入量分別為150 kg·hm-2（N）、49 kg·hm-2（P2O5）、90 kg·hm-2（K2O）。氮肥施用品種為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀。各處理小區(qū)面積66.7 m2，三面光水泥磚基分隔，獨(dú)立排灌。

如表3所示，不同施肥處理對(duì)土壤有效磷的影響存在顯著差異。監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同處理土壤多年（2002—2011年）有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均大小順序是：NK

因采樣等誤差因素的影響，各處理年際間的土壤有效磷波動(dòng)較大。為更直觀的反映出各處理的差異情況，將 2002—2011年的監(jiān)測(cè)期劃分為兩個(gè)階段，前階段為2002—2006年，后階段為2007—2011年。由圖6可見，從兩個(gè)監(jiān)測(cè)階段比較可知，后階段的各處理土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均比前階段提高。各處理有效磷增加量的高低順序?yàn)椋篊K（1.6 mg·kg-1）

表3 不同施肥處理多年的平均有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 3 The average AP of different fertilization treatments for many years

圖6 不同處理的土壤有效磷值比較Fig.6 The soil AP value compareson of different treatment

圖7（a）反映了1984年以來全省耕地磷肥投入量的變化趨勢(shì)。由圖可知，雖然單位面積以有機(jī)肥形式投入的磷肥呈不斷下降趨勢(shì)，但單位面積以化肥形式投入的磷肥呈大幅增加趨勢(shì)，因此單位面積的磷養(yǎng)分年投入總量仍呈顯著增加趨勢(shì)。與1986—1990年期間的單位面積磷肥投入總量相比，2006—2010年期間增加103 kg·hm-2，增幅97%。單位面積不斷增加的磷肥投入是導(dǎo)致我省耕地土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高的最主要原因。對(duì)土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)與累積投入磷養(yǎng)分量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示兩者表現(xiàn)為極顯著線性正相關(guān)關(guān)系（p<0.01），回歸方程為y =0.008x+7.36，如圖7（b）所示。據(jù)此估算近25年來，我省耕地每投入100 kg·hm-2磷肥，土壤平均累積有效磷0.8 mg·kg-1。為進(jìn)一步揭示磷肥投入對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，對(duì)1984以來的全省稻田監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均磷盈余量與相應(yīng)年份的土壤有效磷含量進(jìn)行線性回歸模擬，結(jié)果表明，磷累積盈余量與有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為顯著相關(guān)關(guān)系（p<0.05），回歸方程為y=0.053x+12.37，說明每盈余100 kg·hm-2磷養(yǎng)分土壤平均累積有效磷5.3 mg·kg-1。

2.2.3 種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響

改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，廣東種植業(yè)由過去以單一的糧食作物種植為主發(fā)展到糧食、蔬菜、水果等多樣化的種植格局，其中相當(dāng)一部分由水田改種形成。水田改變種植模式后，農(nóng)田的耕作、水分與施肥管理方式隨之發(fā)生較大變化，由此對(duì)土壤養(yǎng)分狀況產(chǎn)生重要影響。甄蘭等系統(tǒng)分析了過去25年來山東省惠民縣的種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)該縣土壤養(yǎng)分平衡和養(yǎng)分特征的影響（甄蘭等，2007），結(jié)果表明種植業(yè)結(jié)構(gòu)的改變大幅提高了磷養(yǎng)分盈余，導(dǎo)致土壤有效磷增加303%。而本研究對(duì)2006—2010年期間全省監(jiān)測(cè)點(diǎn)的常年菜地和雙季水田的土壤有效磷和磷肥投入量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示（如表4所示），常年菜地單位面積以有機(jī)肥形式和化肥形式投入的磷分別是水田的10倍和3.4倍，磷肥總投入量是水田的3.7倍；常年菜地土壤有效磷含量是水田的3.6倍。與水田相比，常年菜地土壤有效磷含量的增長倍數(shù)與其磷肥投入量增加倍數(shù)基本一致。據(jù)廣東省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)顯示，全省蔬菜地的種植面積規(guī)模在1992—2011年期間從63.1×104hm2增加到121×104hm2，增加了近一倍，其中絕大部分是由水田改種而來。由此可知，種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整是提高我省土壤有效磷整體水平的重要原因，特別是種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整劇烈的珠三角發(fā)達(dá)地區(qū)。

圖7 全省監(jiān)測(cè)點(diǎn)磷肥投入變化趨勢(shì)及磷肥累積投入量與土壤有效磷的相關(guān)關(guān)系Fig.7 Phosphate fertilizer inputs change trends of monitoring points in Guangdong province,and relationship between accumulated amount of phosphate fertilizer and soil AP

表4 2006—2010年期間菜地和水田土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)及磷肥投入量Table 4 Vegetable fields and paddy soil AP and phosphate fertilizer inputs in 2006—2010 period

2.3 全省耕地土壤有效磷演變對(duì)環(huán)境的影響

隨著土壤磷素的累積，作物不再缺磷，人們關(guān)注的重點(diǎn)從作物磷養(yǎng)分需求轉(zhuǎn)移到過量磷養(yǎng)分對(duì)外輸出造成的環(huán)境影響，并逐漸形成近年來的研究熱點(diǎn)問題。土壤有效磷在什么范圍內(nèi)既能滿足作物需求又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染風(fēng)險(xiǎn)呢？目前，國內(nèi)外有關(guān)磷養(yǎng)分的研究結(jié)果因所研究土壤類型不同而存在較大差異，范圍多在 20~100 mg·kg-1之間（Hesketh和Brookes, 2000；曹志洪等，2005；張煥朝等，2004；周全來等，2006；章明奎等，2007；李學(xué)平，2008）。本文以50 mg·kg-1為臨界值來估算全省耕地土壤磷水平的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并以 2010年的全省監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（N=262）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示了我省34.4%（高于三分之一）的耕地土壤磷水平對(duì)周圍環(huán)境構(gòu)成了污染風(fēng)險(xiǎn)。為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，建議對(duì)超過有效磷臨界值的土壤采取少施或不施磷肥措施。國外有研究推算在未施磷肥的條件下，土壤磷素水平從100 mg·kg-1降至20 mg·kg-1的過程需要16~18年的時(shí)間（Mehlich, 1984）?？梢姡涣淄寥缹?duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響是長期性的，由土壤磷素的過量累積所導(dǎo)致的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)引起相關(guān)部門的高度重視。

3 結(jié)論

（1）1984來以來全省耕地土壤有效磷含量總體水平急劇提升，已由過去的虧缺狀態(tài)轉(zhuǎn)變到盈余狀態(tài)。全省耕地有效磷時(shí)空變化特征表現(xiàn)為差異縮小再到差異擴(kuò)大的演變趨勢(shì)，珠三角和粵西地區(qū)耕地土壤有效磷含量總體水平增加速度最快，其次粵東，粵北最慢。

（2）第二次土壤普查后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廣泛施用磷肥是造成全省耕地土壤有效磷整體水平大幅提高的主要原因。種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤有效磷的演變特征亦有重要影響。

（3）由于土壤磷累積，全省高于三分之一的耕地對(duì)周圍環(huán)境構(gòu)成了污染風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)引起足夠的重視。

4 研究展望

鑒于全省耕地土壤有效磷含量總體水平已由過去的虧缺狀態(tài)轉(zhuǎn)為盈余狀態(tài)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境造成了不利影響。筆者認(rèn)為，今后可從以下幾個(gè)方面著手研究，以尋求應(yīng)策。首先，由于耕地監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，分析結(jié)果雖能宏觀反映全省有效磷的整體狀況，但不能描述到具體農(nóng)田的實(shí)際狀況，建議結(jié)合當(dāng)前的測(cè)土配方和耕地地力評(píng)價(jià)工作，進(jìn)一步全面摸清全省各縣（市、區(qū)）主要農(nóng)田土壤磷養(yǎng)分狀況，鼓勵(lì)有機(jī)肥與無機(jī)肥配施，少施化肥磷。其次，建議通過研究全省主要土壤類型磷肥在土壤中的固定與解析特征，深入分析磷素對(duì)作物生長和周邊環(huán)境的影響。最后，全省廣泛施用磷肥歷史至少30年，其中絕大部分磷素被固定于土壤中，固定磷量之大不可小覷。因此，研究開發(fā)活化被固定的磷素資源，對(duì)我省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及改善生態(tài)環(huán)境均有重要意義。

FOY R H, WITHERS P J A. 1995. The contribution of agricultural phosphorus to eutrophication[J]. Proceeding of the Fertilizer Society,365.

HESKETH N, BROOKES P C. 2000. Development of an Indicator for risk of phosphorus leaching[J].J.Environ.Qual, 29:105-110.

MEHLICH A. 1984. Mehlich-3 soil test extrantant: A modification of Mehtich-2 extractant. Commun. SoiI Sci. Plant Anal. 15:1409-1416.

SHARPLEY A N，CHAPRA S C，WEDEPLHL et a1. 1994. Managing agricultural phosphorus for protection of surface waters: issues and options[J]. J Environ Qual, 23:437-451.

曹志洪,林先貴,楊林章,等. 2005. 論“稻田圈”在保護(hù)城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境中的功能Ⅰ.稻田土壤磷素徑流遷移流失的特征[J]. 土壤學(xué)報(bào),42(5):799-804.

都韶婷. 2010. 不同供磷水平對(duì)飯豆體內(nèi)鐵有效性的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 16(1): 247-251.

廣東省土壤普查辦公室編著. 1993. 廣東土壤[M]. 北京: 科學(xué)出版社:461-475.

李學(xué)平. 2008. 紫色土稻田磷素遷移流失及環(huán)境影響研究[D]. 重慶市:西南大學(xué): 1-118.

劉芳,劉忠珍,劉世亮,等. 2011. 潮土中磷鋅交互作用機(jī)制探討及磷對(duì)鋅吸附-解吸的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 20(11):1770-1776.

劉忠珍,劉世亮,劉芳,等. 2005. 不同磷含量對(duì)石灰性潮土吸附、解吸有效性鋅的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 39(4):472-476.

裴瑞娜. 2010. 長期施肥下我國典型農(nóng)田土壤有效磷對(duì)磷盈虧的響應(yīng)[D].甘肅蘭州: 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué): 1-66.

張煥朝,張紅愛,曹志洪. 2004. 太湖地區(qū)水稻土磷素徑流流失及其 Olsen磷的“突變點(diǎn)”[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 28(5):6-10.

張乃明,李成學(xué),李陽紅. 2007. 滇池流域土壤磷累積特征與釋放風(fēng)險(xiǎn)研究[J]. 土壤, 39(4): 665-667.

章明奎,周翠,方利平. 2007. 水稻土磷環(huán)境敏感臨界值的研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 26(1):170-174.

章明奎,周翠,方利平．2006. 蔬菜地土壤磷飽和度及其對(duì)磷釋放和水質(zhì)的影響[J]．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 12(4):544-548.

甄蘭,崔振嶺,陳新平,等. 2007. 25年來種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整驅(qū)動(dòng)的縣域養(yǎng)分平衡狀況的變化——以山東惠民縣為例[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),13(2): 213-216.

周全來,趙牧秋,魯彩艷,等. 2006. 施磷對(duì)稻田土壤及田面水磷濃度影響的模擬[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),17(10):1845-1848.