陸海燕，劉　杰 ，孫　彬

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)村能源研究所，黑龍江 哈爾濱 150000)

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滇池北岸居民-農(nóng)田混合區(qū)土壤磷輸入輸出特征及表觀平衡

陸海燕，劉杰 ，孫彬

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)村能源研究所，黑龍江 哈爾濱 150000)

摘要：以滇池北岸大清河下游典型農(nóng)區(qū)韭菜田與花卉地為對(duì)象，通過野外采樣觀測(cè)與室內(nèi)化學(xué)分析，研究了居民農(nóng)田混合區(qū)土壤磷輸入輸出特征及表觀平衡。結(jié)果表明：調(diào)查區(qū)總面積46.7hm2，磷主要輸入途徑為化肥施用、附近居民生活污水排放、養(yǎng)殖廢水排放、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)污水排放、韭菜原位腐解。磷輸入以化肥施用為主，每年輸入436.83kg/hm2 ，占磷輸入總量的89.51%。韭黃收獲每年輸出25.69kg/ hm2。調(diào)查區(qū)磷輸入總量22.79t，輸出總量1.21t，磷的表觀平衡21.58t。在滇池流域化肥施用是混合區(qū)農(nóng)田磷的主要來源，磷的表觀平衡為462.1kg/hm2。土壤磷易發(fā)生淋失，對(duì)附近水體構(gòu)成威脅。

關(guān)鍵詞：面源污染；磷污染；居民農(nóng)田混合區(qū)；輸入輸出；表觀平衡；滇池

20世紀(jì)90年代開始，滇池出現(xiàn)了嚴(yán)重的富營養(yǎng)化，滇池草海水質(zhì)已超過國家Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，氮、磷濃度分別達(dá)到8.27和0.59mg/L，滇池外海水質(zhì)超過Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，氮、磷分別高達(dá)2.13和0.33mg/L[1]。嚴(yán)重的富營養(yǎng)化使滇池水體功能迅速退化，原有的水生植物的種類、分布、數(shù)量、演替發(fā)生變化，一些敏感的水生生物群落滅絕或?yàn)l于滅絕，“水華”大面積暴發(fā)，魚蝦減少[2]。

滇池水體污染源主要來自于城市生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[3,10]。隨著昆明城市污水處理廠工程、滇池北岸截污工程和西苑隧洞工程的相繼建成運(yùn)行，城市面源污染已得到有效控制。然而，滇池的富營養(yǎng)化現(xiàn)象并沒有得到明顯的改善。究其原因，是因?yàn)樵诘岢厝牒廴矩?fù)荷中，農(nóng)業(yè)面源占有相當(dāng)?shù)奈廴矩?fù)荷比(TN53%，TP42%)，而這部分污染還沒有得到有效控制[4]。

滇池沿湖地區(qū)，土地利用方式以村莊與農(nóng)田復(fù)區(qū)分布為主。探索滇池湖濱區(qū)居民—農(nóng)田混合區(qū)磷的面源污染特征，對(duì)滇池的富營養(yǎng)化防治，水體質(zhì)量恢復(fù)具有重要的意義。本研究以滇池北岸湖濱區(qū)大清河流域下游典型居民—農(nóng)田混合區(qū)為對(duì)象，通過野外觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)分析，研究了農(nóng)田土壤磷的輸入輸出特征及表觀平衡，為控制滇池流域農(nóng)田土壤磷向水體遷移提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

滇池流域?qū)賮啛釒髂霞撅L(fēng)氣候類型，年降水量的80%～90%集中在雨季(6、7、8月)，年平均氣溫為近15℃，溫度變化較小，具有“四季如春”、“干濕季分明”的特征。滇池流域湖濱帶土地利用方式以村莊與農(nóng)田復(fù)區(qū)分布為主，主要種植作物為韭菜、韭黃、花卉等經(jīng)濟(jì)作物。大清河是匯入滇池的河流之一，沿途傾倒的生活污水等也隨大清河進(jìn)入滇池。

調(diào)查選擇滇池北岸大清河流域梁家村至新河村前46.7hm2農(nóng)田為研究對(duì)象，其中90%為韭黃/韭菜地、10%為花卉地，臨近村莊人口約1000人，農(nóng)戶養(yǎng)豬200頭。種植的韭菜主要以扣棚生產(chǎn)韭黃為主，一年約產(chǎn)韭黃2茬，產(chǎn)量合計(jì)達(dá)60t/hm2左右，韭黃生產(chǎn)過程中廢棄韭菜扔入壟溝中，其在自然條件下原位腐爛。年磷肥施用量為1000kg/hm2(P2O5)，以過磷酸鈣為主。由于毗鄰大清河地下水位較高，一般在30～50cm，土壤磷易向下淋溶，污染地下水。

1.2試驗(yàn)方法

(1)生活污水向農(nóng)田輸入磷量統(tǒng)計(jì)：實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)人口數(shù)量，參照《第一次全國污染源普查城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》[5]進(jìn)行計(jì)算。

(2)韭菜原位腐解向農(nóng)田輸入磷量：韭菜原位腐解向農(nóng)田輸入磷量=田間廢棄韭菜量×韭菜含磷量×含水量。實(shí)地調(diào)查韭菜產(chǎn)量，田間廢棄韭菜量，實(shí)驗(yàn)室分析韭菜含磷量，含水量。分析方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[6]。

(3)化肥施用向農(nóng)田輸入磷量：實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)施肥量。

(4)養(yǎng)殖廢水向農(nóng)田輸入磷量：實(shí)地調(diào)查養(yǎng)殖規(guī)模，參照《第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》[7]進(jìn)行計(jì)算。

(5)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)污水排放：鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)污水排放=排水總量×磷濃度。實(shí)地調(diào)查企業(yè)排水總量，定點(diǎn)、定時(shí)取樣，實(shí)驗(yàn)室分析磷濃度。

(6)作物收獲磷輸出量：韭菜收獲磷輸出量=韭菜產(chǎn)量×韭菜含磷量×含水量。實(shí)地調(diào)查韭菜產(chǎn)量，實(shí)驗(yàn)室分析韭菜含磷量，含水量。分析方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[6]。

(7)生活污水、養(yǎng)殖廢水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)污水TP：于污水排污口，每10d取樣1次，實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析。

(8)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)污水排水量：現(xiàn)場(chǎng)走訪企業(yè)，通過調(diào)查其耗水量等確定。

(9)磷的養(yǎng)分平衡值采用表觀平衡法計(jì)算，即平衡值=養(yǎng)分投入量-作物攜出量[8,9]。

1.3樣品分析方法

按照國家環(huán)保總局主編的《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[10]測(cè)定TP。

按照魯如坤《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[6]，測(cè)定植物樣品TP。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS10.0。

2結(jié)果與討論：

2.1混合區(qū)農(nóng)田磷輸入量

2.1.1化肥施用向農(nóng)田輸入磷量

昆明地區(qū)氣候獨(dú)特，一年四季都適宜韭菜生長(zhǎng)。調(diào)查區(qū)主要以韭菜種植為主，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民為追求韭黃的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益大量施用化肥，因此該區(qū)域施肥量較高，遠(yuǎn)高于其它蔬菜種植區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，年磷肥累計(jì)施用量約為1000kg/hm2(P2O5)(436.7kgP/hm2)，以過磷酸鈣為主，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于滇池流域磷肥平均用量248kg/hm2(P2O5)[11]，及我國磷肥平均用量71kg/hm2(P2O5)[12]。研究區(qū)域農(nóng)田面積為46.7hm2，通過施肥途徑，每年輸入磷(P)20.4t。

在韭菜的生產(chǎn)過程中，化肥施用量超過韭菜的生長(zhǎng)需求，施肥方式粗放，主要為地表撒施。調(diào)查區(qū)域縱橫交錯(cuò)的農(nóng)田內(nèi)部壟溝、支溝、干渠成為連接農(nóng)田與附近大清河等河道及湖泊水體的直接通道，且降水集中，雨水充沛，因此土壤中盈余的磷極易隨農(nóng)田徑流及滲漏損失進(jìn)入水體。

2.1.2居民生活向農(nóng)田輸入磷量及生活污水排放特征

實(shí)地走訪居民、村委會(huì)調(diào)查當(dāng)?shù)厝丝?，調(diào)查區(qū)共有居民人口約1100人，昆明市居民磷排放系數(shù)1.14g/人·d，據(jù)此計(jì)算調(diào)查區(qū)居民生活磷排放量457.71kg/a。

調(diào)查區(qū)周邊居民生活污水通過農(nóng)田溝渠進(jìn)入農(nóng)田。本研究通過觀測(cè)一條農(nóng)排支溝進(jìn)水口的磷濃度動(dòng)態(tài)變化，探明了污水及其中磷的排放規(guī)律。旱季污水全部來自家庭生活污水排放，而雨季污水是居民區(qū)生活污水與村莊地表徑流混合形成的混合污水。

居民生活排放污水磷濃度為2.1～13.0mgP/L(圖1)，月年平均濃度為5.4mgP/L，接近污水三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)5mgP/L[13]。旱季(10,11,12,1,2,3月)污水磷濃度平均值為8.1mgP/L，雨季污水磷濃度為2.7mgP/L。旱季污水磷濃度大于雨季(圖1)，雨季污水磷濃度低于旱季主要是由于降雨形成的徑流的稀釋作用。

2.1.3韭菜原位腐解向農(nóng)田輸入磷量及其特征

研究區(qū)是昆明韭黃主產(chǎn)區(qū)之一。韭黃是在黑暗條件下由韭根和少量韭菜莖生長(zhǎng)形成的不帶葉綠素的柔嫩植株。在韭黃生產(chǎn)過程中前期生長(zhǎng)的韭菜被廢棄，產(chǎn)生大量韭菜固體廢棄物。當(dāng)?shù)夭宿r(nóng)通常將這些廢棄物丟棄在韭菜田溝渠中任其腐解，導(dǎo)致溝渠水體發(fā)黑，并散發(fā)刺鼻的臭味。韭菜腐解過程中磷(溶于水、沉于水下、未腐解殘?jiān)?殘存于田間。調(diào)查區(qū)采集109份韭菜分析，研究結(jié)果表明，韭菜葉平均全磷為2.51g/kg。每年韭黃產(chǎn)量為60t/hm2，被丟棄在田間腐解的廢棄韭菜為30t/hm2，新鮮韭菜平均含水量84.4%[14]。據(jù)此計(jì)算每年韭菜廢棄物田間腐解殘留農(nóng)田磷約為11.8kgP/hm2。韭菜固體廢棄物原位腐解磷殘留相當(dāng)可觀。

表1　韭菜腐解磷素在農(nóng)田中殘留率

2.1.4養(yǎng)殖廢水向農(nóng)田輸入磷量及污水排放特征

研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)戶共養(yǎng)殖了約200頭豬，養(yǎng)豬場(chǎng)清糞廢水直接排入附近農(nóng)田溝渠。旱季溝渠污水全部來自養(yǎng)豬場(chǎng)污水排放，但是雨季是養(yǎng)豬場(chǎng)污水與地表徑流混合形成的混合污水。每頭豬磷產(chǎn)生系數(shù)為4.14kgP/a[7]，據(jù)此計(jì)算，200頭豬每年向研究區(qū)域排放磷總量達(dá)0.83tP。

全年養(yǎng)豬場(chǎng)污水磷濃度為2.5～70mgP/L(圖2)，月平均濃度為24.4mgP/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于污水三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)5mgP/L[13]。旱季(10,11,12,1,2,3月)污水磷濃度平均值為30.6mgP/L，雨季污水磷濃度為18.3mgP/L，旱季污水磷濃度大于雨季(圖2)。

2.1.5鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生產(chǎn)向農(nóng)田輸入磷量及污水排放特征

研究區(qū)域鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)較少，僅有一個(gè)塑料廠。在清洗廢舊塑料過程中會(huì)排放廢水，直接流入研究區(qū)農(nóng)田溝渠。

廠區(qū)排出污水中磷濃度為0.9～2.0mgP/L(圖3)，月平均濃度為1.5mgP/L，低于污水二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)3mgP/L[11]。旱季(10,11,12,1,2,3月)污水磷濃度大于雨季。廠區(qū)排水總量為72600m3，全年累計(jì)輸出磷總量為121.4kg。

2.2混合區(qū)農(nóng)田作物收獲磷輸出量

研究區(qū)域主要種植作物為韭黃、花卉。調(diào)查區(qū)每年生產(chǎn)韭黃60t/hm2，新鮮韭黃平均含水量84.4%，每年輸出韭黃干重量為9.36t/hm2，磷含量鮮重480mg/kg[12]。據(jù)此計(jì)算，每年韭黃收獲輸出磷為28.8kgP/hm2。研究區(qū)域面積46.7hm2，其中90%為韭黃生產(chǎn)田塊。因此，整個(gè)區(qū)域韭黃輸出磷為1.21tP。

花卉種植帶走的磷為64kgP2O5/hm2[15]。調(diào)查區(qū)10%田塊用來種植花卉，整個(gè)區(qū)域花卉收獲輸出磷為384kg磷。

3小結(jié)

(1)混合區(qū)農(nóng)田磷主要來源于化肥施用、附近居民生活污水排放、養(yǎng)殖廢水排放、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)污水排放、韭菜原位腐解，每年分別向農(nóng)田輸入20400kg、830kg、496kg、457.71kg、121.4kg磷。韭黃和花卉收獲，每年分別輸出1210kg、384kg磷。

(2)化肥施用是磷的主要來源，占磷輸入總量的89.51%。因此，化肥的施用是影響混合區(qū)土壤磷面源污染的主要因素。

(3)調(diào)查區(qū)磷輸入總量22.79t，輸出總量1.21t，土壤磷的表觀平衡21.58t。磷的表觀平衡為462.1kg/hm2，土壤磷易發(fā)生淋失，對(duì)附近水體構(gòu)成威脅。

(4)混合區(qū)農(nóng)田徑流污水磷濃度旱季明顯高于雨季，且旱季污水徑流小于雨季，有利于污水的收集處理。

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Input and output Features of Phosphorus in the Mixed zone of Farmlandand Suburban Villages in the Northern Bank of Dianchi Lake

LU Hai-yan, LIU Jie, SUN Bin

(Institute of Rural Energy, Heilongjiang Acdemy of Agricultural Science, Harbin Heilongjiang 150000, China)

Abstract：The characteristics of phosphorus input and outputin typical leek and flowers farmland on the downstream of Daqing River on the north shore of Dianchi Lake was studied through sampling observation and chemical analysis. The results showed that the total area of the survey area is 46.7 hectares. The sources of phosphorus input were chemical fertilizer, the sewage water from the nearby residents, livestock wastes, wastewater from the enterprises, and leek decomposition. The chemical fertilizer was the major sources of phosphorus. The annual input amount was 436.83kg/km2, which accounted for 89.51% of the total input. The leek contributed 25.69kg/km2 of phosphorus each year. The total phosphorus input was 22.79t, and the total output was 1.21t. The phosphorus apparent equilibrium was 21.58t. Chemical fertilizer application in the Dianchi Lake basin was the main source of phosphorus insoil. The phosphorus apparent equilibrium was 462.1 kg/km2. The phosphorus tended to be leached out of soil, which threatened the water.

Key words：non-point source pollution; phosphorus pollution; mixed zone of farmland and villages; input and output; apparent equilibrium; DianChi Lake

中圖分類號(hào)：X52

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-9655(2016)03-0054-05

通信作者：劉杰。

作者簡(jiǎn)介：陸海燕(1977-)，女，博士研究生，助理研究員，研究方向：土壤學(xué)與土壤環(huán)境污染控制，農(nóng)業(yè)固體廢棄物利用。

基金項(xiàng)目：國家 863 計(jì)劃(2005AA601002)；哈爾濱市科技局(2014DB3AN027)。

收稿日期：2016-01-12