畜禽有機(jī)肥磷的形態(tài)、養(yǎng)分礦化及流失潛力評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

摘 要：系統(tǒng)分析了國(guó)內(nèi)外畜禽有機(jī)肥磷的形態(tài)及組成，簡(jiǎn)述畜禽有機(jī)肥磷的養(yǎng)分釋放規(guī)律和流失潛力評(píng)價(jià)，建議在制定有機(jī)肥最佳施用量時(shí)，應(yīng)充分考慮土壤中磷素消耗以及磷素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素。同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步完善和改進(jìn)傳統(tǒng)的模型，以便更科學(xué)地模擬有機(jī)肥磷地表徑流流失潛力。

關(guān)鍵詞：畜禽有機(jī)肥；養(yǎng)分釋放；流失潛力

中圖分類號(hào) S85134+72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）03-73-03

1 國(guó)內(nèi)外研究概況

綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)等均重視施用有機(jī)肥，有機(jī)肥含有豐富有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，它不僅是作物養(yǎng)分的直接來(lái)源，又可活化土壤中潛在養(yǎng)分和增加土壤生物學(xué)活性，促進(jìn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量循環(huán)。目前國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均大力倡導(dǎo)施用有機(jī)肥，每1hm2有機(jī)肥推薦施用量一般為15t。但同時(shí)也有相關(guān)研究表明：長(zhǎng)期大量或不合理施用有機(jī)肥易導(dǎo)致土壤磷素的富集[1]，并通過(guò)地表徑流和地下淋溶滲漏等方式[2]，進(jìn)入河流和地下水，進(jìn)而造成水體污染[3]。曹志洪[4]指出溫帶地區(qū)大多數(shù)地表水體富營(yíng)養(yǎng)化的限制因子是磷，在磷素非點(diǎn)源污染中，畜禽、人的排泄物及生活污水、淡水養(yǎng)殖業(yè)等對(duì)磷流失的貢獻(xiàn)率在90%左右。農(nóng)田土壤長(zhǎng)期大量施用有機(jī)肥后，均易導(dǎo)致大量磷素在土壤剖面累積[5-7]，同時(shí)當(dāng)土壤吸附磷的能力達(dá)到最大時(shí)，會(huì)加速剖面中磷的淋溶和側(cè)滲，進(jìn)而增加地表徑流和地下水磷的濃度[8]，尤其在易發(fā)生徑流流失區(qū)域，磷的流失風(fēng)險(xiǎn)更大[9]。

2 畜禽有機(jī)肥中磷的形態(tài)及組成

畜禽有機(jī)肥中磷的形態(tài)劃分存在較大差異，傳統(tǒng)分類方法是將其簡(jiǎn)單區(qū)分為有機(jī)態(tài)和無(wú)機(jī)態(tài)，并認(rèn)為畜禽有機(jī)肥磷主要是以有機(jī)態(tài)形式存在，但是莫淑勛[10]認(rèn)為畜禽有機(jī)肥中磷的形態(tài)主要是以無(wú)機(jī)態(tài)形式為主，并提出無(wú)機(jī)態(tài)磷的有效性與化學(xué)磷肥基本相當(dāng)。王旭東[11]研究也表明，糞肥中無(wú)機(jī)磷占全磷含量的54.64%～63.22%。

當(dāng)前對(duì)于有機(jī)肥中磷的劃分最主要是依據(jù)浸提劑不同而有所區(qū)分，其中Barnett[12]利用乙醇與二乙醚混合液（3∶ 1）、5%TCA以及殘留的灰化方法，將有機(jī)肥中磷形態(tài)分成磷脂、無(wú)機(jī)態(tài)磷、酸溶性磷和殘留磷等；Dou[13]等應(yīng)用H2O、0.5mol/L NaHCO3、0.5mol/L NaOH和1mol/L HCl等浸提劑，提出用H2O或0.5mol/L NaHCO3浸提劑能較好評(píng)價(jià)磷流失潛力大小。宋春平[14]則采用H2O、0.5mol/L NaHCO3逐級(jí)浸提法，提出水溶性磷及易溶磷含量分別占全磷的20%和40%。針對(duì)有機(jī)肥中有機(jī)態(tài)磷組分劃分，王旭東[11]提出將其分為活性、中活性、中穩(wěn)性和高穩(wěn)性等4類，其中，中活性有機(jī)磷和中穩(wěn)性有機(jī)磷之和占總有機(jī)磷的69.5%～83.7%。此外，關(guān)于有機(jī)肥磷的劃分方法，還有利用NaOH-EDTA混合液來(lái)浸提[15]，將有機(jī)肥磷分為總磷、反應(yīng)磷、非反應(yīng)磷、正磷酸鹽、正磷酸鹽單脂、磷脂和多磷酸鹽等，但這種方法應(yīng)用不多?？傮w而言，目前有關(guān)有機(jī)肥磷組分的劃分還沒有統(tǒng)一的定論，因此還需要進(jìn)一步開展相關(guān)研究。

3 畜禽有機(jī)肥磷的養(yǎng)分礦化規(guī)律

畜禽有機(jī)肥中磷的礦化特征受有機(jī)肥本身化學(xué)特性、水分、溫度、pH、C/P、微生物活性、土壤質(zhì)地等諸多因素影響，目前有關(guān)有機(jī)肥磷的礦化規(guī)律主要是以室內(nèi)培養(yǎng)、模擬試驗(yàn)為主。楊蕊[16]研究表明：有機(jī)肥磷礦化釋放主要發(fā)生在14～21d，連續(xù)培養(yǎng)105d，豬糞、雞糞有效磷釋放率分別達(dá)34.0%～41.6%、30.2%～37.8%；而趙明[17]等研究雞糞、牛糞和豬糞中磷的養(yǎng)分釋放規(guī)律，120d內(nèi)其有效磷的釋放率也分別為24.6%、61.3%和34.8%。有關(guān)試驗(yàn)表明，C/N、C/P比值較高者，有機(jī)肥礦化過(guò)程中土壤微生物活性會(huì)更強(qiáng)[18]，從而會(huì)提高有機(jī)磷的礦化釋放[16]。此外，畜禽有機(jī)肥在礦化分解中產(chǎn)生有機(jī)陰離子，與磷酸根競(jìng)爭(zhēng)固相表面專性吸附點(diǎn)位[19]，從而減少了土壤對(duì)磷的吸附；同時(shí)畜禽有機(jī)肥磷在分解中產(chǎn)生的有機(jī)酸和其它螯合劑的作用，進(jìn)而釋放出CaCl2-P、Al-P和Fe-P。

4 畜禽有機(jī)肥磷的流失潛力評(píng)價(jià)

4.1 畜禽有機(jī)肥磷的地表徑流 畜禽有機(jī)肥磷經(jīng)礦化分解后形成各種作物吸收的有效態(tài)磷，其中可溶態(tài)磷和顆粒態(tài)磷均易隨地表徑流而流失[20]，而顆料態(tài)磷又占流失總磷的80%以上[21]， 這也是造成農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的重要原因。目前國(guó)內(nèi)外開展此類研究較多，主要是應(yīng)用室內(nèi)模擬試驗(yàn)[22-23]，研究了有機(jī)肥中水溶性磷和地表徑流中磷流失量的相關(guān)性，結(jié)果表明這兩者間存在顯著的相關(guān)性，因此提出用有機(jī)肥中水溶性磷表示有機(jī)肥磷流失潛力。針對(duì)有機(jī)肥中水溶性磷和徑流水中可溶性磷關(guān)系，Vadas等[24]建立了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)表示有機(jī)肥徑流的可溶性磷模型。在此基礎(chǔ)上，Ebeling[25] 則增加了施肥時(shí)間和施肥量等參數(shù)，通過(guò)回歸分析，得出指導(dǎo)性較強(qiáng)的回歸方程。然而針對(duì)畜禽有機(jī)肥磷的地表徑流流失評(píng)價(jià)上也存在其它方法，Sharpley[26]提出在過(guò)量施用有機(jī)肥的土壤上，適宜用Mehlich-3-P評(píng)價(jià)土壤磷徑流流失風(fēng)險(xiǎn)；Delaune[27]研究指出：P-index與土壤徑流液中的水溶性磷呈顯著正相關(guān)，提出用P-index來(lái)反映土壤磷的流失潛能。由于上述研究結(jié)果都是在特定試驗(yàn)條件下，因此地表徑流流失評(píng)價(jià)存在明顯不同。

4.2 畜禽有機(jī)肥磷的滲漏流失 農(nóng)田土壤磷的滲漏是磷素流失的重要方式之一，其主要受土壤質(zhì)地、磷素水平、磷的吸附解析特性、磷肥施用量等影響。目前許多研究均圍繞土壤磷的形態(tài)來(lái)間接反映農(nóng)業(yè)磷滲漏的淋失風(fēng)險(xiǎn)，主要包括有Mehlich-3-P[28]、Olsen-P[29]、CaCl2-P[30]、土壤磷吸附飽和度（DSP）[31]和磷吸持指數(shù)（PSI）[32]等。張作新[33]提出隨著土壤磷水平和有機(jī)肥用量的增加，土壤CaCl2-P、Olsen-P顯著增加，磷素滲漏風(fēng)險(xiǎn)也增大。呂家垅[29]基于洛桑試驗(yàn)站長(zhǎng)期肥料定位試驗(yàn)，提出土壤磷素拐點(diǎn)論，當(dāng)Olsen-P>60mg/kg時(shí)，土壤磷的滲漏顯著增加。大多研究表明，施用有機(jī)肥有利于促進(jìn)土壤中各種磷素形態(tài)的增加，其中隨著有機(jī)肥用量增加，土壤Olsen-P、水溶性磷、土壤磷的吸附飽和度及土壤灌溉滯留水可溶性磷含量均顯著增加。由于磷具有遷移滲漏作用，已有研究表明[34]，大量施用磷肥和有機(jī)肥，易導(dǎo)致20～40cm土層的Olsen-P、CaCl2-P顯著增加，從而增加滲漏流失風(fēng)險(xiǎn)。魯如坤[35]進(jìn)一步提出，土壤Olsen-P為50～70mg/kg是農(nóng)田磷通過(guò)滲漏污染水源的大致臨界指標(biāo)。農(nóng)田土壤磷的滲漏流失正越來(lái)越受到研究者的關(guān)注。

5 發(fā)展方向

當(dāng)前有機(jī)肥施用量通常是以作物養(yǎng)分需求為依據(jù)，且主要是以氮素需求來(lái)計(jì)算。由于畜禽有機(jī)肥中N/P普遍偏低，長(zhǎng)期施用易造成磷素在土壤表層中累積。因此，有機(jī)肥的施用量首先要根據(jù)土壤中磷素消耗情況來(lái)合理制定[36]，其次要充分考慮磷素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素。一些歐洲國(guó)家用土壤吸附飽和度的25%作為判定土壤磷流失潛力臨界值和推薦有機(jī)肥用量的閾值[37]。劉建玲[34]從產(chǎn)量和環(huán)境效應(yīng)考慮，提出磷肥和有機(jī)肥的用量不應(yīng)超過(guò)360kg/hm2和150t/hm2。此外，由于有機(jī)肥中磷的有效性與C/P、磷的形態(tài)等有關(guān)，因此，在推薦有機(jī)肥施用量時(shí)，應(yīng)充分考慮各方面的因素而確定合理的施用量。

有關(guān)有機(jī)肥中磷的流失潛力評(píng)價(jià)方面，目前研究大多數(shù)都是應(yīng)用室內(nèi)模擬，各種試驗(yàn)結(jié)果也較一致，都認(rèn)為有機(jī)肥中水溶性磷與地表徑流中存在較大的相關(guān)性。筆者認(rèn)為有機(jī)肥中水溶性磷反映的是有機(jī)肥自身特性，而施肥時(shí)間和施肥量則反映的是施用技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥蕾|(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、降水、溫度等因素，因而原有的傳統(tǒng)模型有必要進(jìn)一步改進(jìn)完善，通過(guò)統(tǒng)計(jì)軟件，模擬出有機(jī)肥磷地表徑流流失模型，這樣才更具有科學(xué)性和現(xiàn)實(shí)可操作性。

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（責(zé)編：徐世紅）