陜西省果園磷素投入特點及磷負(fù)荷風(fēng)險分析

趙佐平, 同延安, 劉智峰, 段 敏, 李 琛, 王彥民

(1.陜西理工學(xué)院, 陜西 漢中 723001; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

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陜西省果園磷素投入特點及磷負(fù)荷風(fēng)險分析

趙佐平1,2, 同延安2, 劉智峰1,2, 段 敏1, 李 琛1, 王彥民1

(1.陜西理工學(xué)院, 陜西 漢中 723001; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

以陜西果園調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用盈余法從果樹種類和區(qū)域尺度分析果園生產(chǎn)體系中的磷素輸入輸出特點及盈余狀況。結(jié)果表明：陜西果園磷肥投入過量與不足并存，調(diào)查中55.8%果園施肥處于過量，不足占27.8%。化學(xué)磷肥平均投入量為366.1 kg/hm2，通過有機(jī)肥投入的磷僅為72.8 kg/hm2。果園土壤磷盈余與虧缺并存，80.3%的果園處于盈余，其盈余量超過300 kg/hm2，占43.1%。19.7%的果園處于虧缺，平均虧缺量為-25.8 kg/hm2。不同類型果園比較，獼猴桃果園盈余量較高，為472.3 kg/hm2，而葡萄園和蘋果園盈余量分別為365.9 kg/hm2，355.6 kg/hm2。不同區(qū)域比較，關(guān)中灌區(qū)盈余量(351.8 kg/hm2)高于渭北旱塬(315.5 kg/hm2)。調(diào)查區(qū)果園磷肥的不合理投入將會給果園土壤環(huán)境帶來較大的環(huán)境負(fù)荷。

果園; 磷素投入; 磷負(fù)荷; 風(fēng)險分析; 陜西省

磷肥對果樹生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展和土壤生態(tài)環(huán)境具有重要影響。適量施磷能夠促進(jìn)果實增產(chǎn)增收。肥料在促進(jìn)水果增產(chǎn)的同時，也是造成農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源[1]。在20世紀(jì)70年代中后期我國磷素開始出現(xiàn)持續(xù)盈余狀態(tài)[2]。與此同時，很多科研人員在該領(lǐng)域進(jìn)行了相關(guān)研究[3-8]。研究發(fā)現(xiàn)各地區(qū)土壤磷不同程度盈余和流失現(xiàn)象，作為我國東部著名農(nóng)業(yè)區(qū)，太湖流域每年磷的徑流流失量占當(dāng)年施肥量1.93%[3-4]。在我國東部地區(qū)農(nóng)田磷素單位耕地盈余38.7 kg/hm2。而魯中山區(qū)的桃園土壤處于磷素盈余狀態(tài)，河北省主要果園土壤有效磷含量大于20 mg/kg的樣本比重占32.2%，陜西黃土區(qū)土壤磷平衡和有效磷變化呈顯著相關(guān)關(guān)系，每100 kg/hm2磷素累積可使陜西黃土區(qū)土壤有效磷增加2.75 mg/kg。出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因是近年來磷肥的大量投入所致，特別是果園中磷肥投入有增長趨勢。張維理等[9]指出太湖流域農(nóng)業(yè)面源污染的原因是農(nóng)田化肥磷過高施用和畜禽養(yǎng)殖中有機(jī)磷的大量排放所致。尤其果樹、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物面積大幅度增長引起的磷素增加對環(huán)境總磷的貢獻(xiàn)約占60%。而陜西是中國水果生產(chǎn)第一大省，目前蘋果和獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)具有很大規(guī)模。2012年陜西蘋果種植面積達(dá)到64.5萬hm2，蘋果產(chǎn)量965.1萬t[10]。陜西獼猴桃產(chǎn)業(yè)成為繼蘋果之后陜西果業(yè)的又一亮點，截至2012年底，全省獼猴桃面積達(dá)到5.76萬hm2，產(chǎn)量82.3萬t，比2011年增長11.8%(陜西統(tǒng)計年鑒2013)。有關(guān)陜西果園施肥報道相對較多，但有關(guān)果園生產(chǎn)體系磷素養(yǎng)分平衡及環(huán)境負(fù)荷分析研究相對較少。因此，在該區(qū)域研究果園生產(chǎn)體系的磷素養(yǎng)分平衡狀況及磷負(fù)荷風(fēng)險分析具有一定的代表性。研究結(jié)果可以為區(qū)域磷素有效管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

調(diào)查采樣區(qū)主要在陜西關(guān)中灌區(qū)和渭北旱塬區(qū)，該區(qū)域?qū)倥瘻貛夂?，平均氣?～16℃，自北向南漸高；年降水量275～874 mm，時空分布極不均勻，自北向南漸多；光能資源豐富，年均日照時數(shù)1 270～2 829 h，屬日照條件較好地區(qū)；無霜期140～316 d，自北向南漸長[11]。主要種植小麥、玉米、蔬菜和果樹，其中果樹種植面積為1.14×106hm2，約占耕地面積的23.81%。蘋果、獼猴桃種植面積名列全國首位。以其為調(diào)查區(qū)域研究中國北方果園磷素投入特征具有較強(qiáng)的代表性。

1.2 調(diào)查內(nèi)容及分析方法

調(diào)查分別在2008年和2009年10—11月進(jìn)行，每年調(diào)查400戶果農(nóng)。選取陜西蘋果主產(chǎn)區(qū)具有代表性的合陽、白水、洛川3個縣及獼猴桃生產(chǎn)區(qū)有代表性的周至縣和眉縣為調(diào)查對象，葡萄園調(diào)查選在扶風(fēng)縣、楊凌區(qū)進(jìn)行。調(diào)查內(nèi)容包括：建園基本情況、果園面積、果樹品種、樹齡、種植密度、施肥情況及產(chǎn)量、肥料品種、施肥時期、施肥方法、灌水情況等果園基本管理情況。調(diào)查果農(nóng)近800戶，最后確定的調(diào)查有效樣本量為766個。

1.3 參數(shù)選擇及計算方法

磷素平衡的計算:磷素平衡=輸入項(化肥磷+有機(jī)肥磷)-輸出項(果實攜出量)[2]。

農(nóng)戶投入的磷肥量(化肥和有機(jī)肥)按照調(diào)查點的實際值計算(注：磷肥投入量均轉(zhuǎn)換為以P2O5計)；不同果樹產(chǎn)量、面積按照農(nóng)戶調(diào)查實際值和統(tǒng)計年鑒參考數(shù)據(jù)計算；不同果樹產(chǎn)量吸收磷養(yǎng)分量按照《肥料實用手冊》、《中國肥料實用手冊》和《果樹栽培學(xué)各論》[12]結(jié)合前人研究結(jié)果[13-15]等參考計算。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計方法

采用Excel 2007方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)查區(qū)果園生產(chǎn)體系磷養(yǎng)分投入狀況

2.1.1 磷肥投入總體特征 姜遠(yuǎn)茂等[16]2007年研究指出，果園合理的磷肥推薦量為100～200 kg/hm2，本研究以此為合理施肥標(biāo)準(zhǔn)，對調(diào)查區(qū)果園磷肥投入特點進(jìn)行分析，結(jié)果顯示(圖1，2)，調(diào)查區(qū)果園磷肥投入水平不足與過量并存?；瘜W(xué)磷肥投入量在合適范圍(100～200 kg/hm2)的樣本為16.4%；施用量不足占27.8%，過量占55.8%，其中施磷量在300～400 kg/hm2和400 kg/hm2以上的樣本分別為10.4%，31.4%，施用量分別達(dá)到344.5 kg/hm2，842.1 kg/hm2，平均磷肥投入量為366.1 kg/hm2。不施化學(xué)磷肥的占調(diào)查樣本的11.2%。通過有機(jī)肥投入的磷相對較低，平均為72.8 kg/hm2，不施有機(jī)肥的高達(dá)65.2%。由此可知，調(diào)查果園磷肥投入主要依靠化學(xué)磷肥提供。

圖1 果園磷肥不同投入分級下樣本分布頻率

從施肥調(diào)查還可知，其他養(yǎng)分投入氮肥、鉀肥施用量分別為N 927.2 kg/hm2，K2O 243.9 kg/hm2，氮磷鉀肥投入比例為N∶P2O5∶K2O=1∶0.40∶0.26，總體來看，鉀肥投入偏低，氮磷鉀養(yǎng)分比例失調(diào)。

圖2 果園磷肥不同投入分級下平均施用量

2.1.2 不同果樹種類果園磷肥投入特點 由于果樹種類、立地條件和社會經(jīng)濟(jì)因素存在較大差異，果園磷肥投入特點也顯著不同。調(diào)查區(qū)所有果樹磷肥平均施用量為366.1 kg/hm2。從表1看出，不同果樹比較可知，磷肥投入量以獼猴桃園最高，為445.5 kg/hm2。其次是蘋果園，投入量336.7 kg/hm2。葡萄園投入量相對較低，為305.4 kg/hm2。有機(jī)肥提供的磷素投入水平總體較低，蘋果園為62.4 kg/hm2，獼猴桃園73.9 kg/hm2，葡萄園82.1 kg/hm2。該調(diào)查研究結(jié)果與前人[17]研究結(jié)果基本一致，有機(jī)肥投入量呈逐年降低趨勢。造成當(dāng)前現(xiàn)狀有兩方面的原因：一方面由于近年來調(diào)查區(qū)種植綠肥和養(yǎng)殖業(yè)的農(nóng)戶逐漸減少，有機(jī)肥源短缺；另一方面是由于使用有機(jī)肥費工費時效果不明顯，導(dǎo)致農(nóng)民過分依賴化肥，忽視對有機(jī)肥的利用。

表1 不同果園磷肥投入特點

2.2 果園生產(chǎn)體系磷素負(fù)荷狀況

2.2.1 調(diào)查園磷素負(fù)荷總體狀況 如前所述，果園合理的磷肥推薦量為100～200 kg/hm2[16]，過量則會帶來環(huán)境負(fù)荷。結(jié)合前人果園施肥研究結(jié)果及不同種類樹體磷素吸收情況，采用P2O5300 kg/hm2和P2O5600 kg/hm2兩不同水平評價土壤磷的環(huán)境效應(yīng)。由表2可知，磷盈余量超過300 kg/hm2的樣本共330個，占總調(diào)查樣本量的43.1%。而盈余量超過600 kg/hm2的樣本占18.7%。調(diào)查果園平均磷盈余量高達(dá)338.8 kg/hm2。而表現(xiàn)虧缺的樣本占19.7%。這與前人[17]在渭北旱塬蘋果園調(diào)查結(jié)果相似，果園磷肥施用量不足與過量并存。土壤磷養(yǎng)分與土壤氮有相似之處，盈余量越高其土壤相應(yīng)負(fù)荷程度越高，對果園環(huán)境質(zhì)量的影響越大。而在石灰性土壤條件下，磷還可以被石灰質(zhì)物質(zhì)通過固定作用而無效化，不僅對環(huán)境質(zhì)量有較大影響，同時也是一種資源浪費。

表2 果園磷養(yǎng)分平衡總體狀況

2.2.2 不同種類果園土壤磷素負(fù)荷 從不同種類果園磷肥投入來看，獼猴桃園化肥磷施用量最高，達(dá)到445.5 kg/hm2，而通過有機(jī)肥投入的磷則葡萄園施用量較高，為82.1 kg/hm2。果園磷肥盈余量均在300～600 kg/hm2之間，且較為接近，不同種類果園比較則獼猴桃果園盈余量較高，為472.3 kg/hm2，而葡萄園和蘋果果園盈余量分別為365.9 kg/hm2，355.6 kg/hm2。另外，從養(yǎng)分平衡指數(shù)來看，即果園養(yǎng)分投入量與養(yǎng)分吸收量之比均在10以上。高義民等[18]在渭北蘋果園中研究指出，果園土壤速效磷與土壤速效氮的淋洗有相似之處，隨土層深度增加而增加。從調(diào)查果園來看(表3)，陜西果園磷素投入量高于果樹果實攜出量，大量殘留于土壤中，將會造成果園土壤磷養(yǎng)分高量盈余，土壤磷負(fù)荷程度增高，對果園環(huán)境質(zhì)量的影響加大。

表3 不同果園土壤磷養(yǎng)分平衡狀況

2.2.3 不同區(qū)域果園磷養(yǎng)分盈余狀況 不同區(qū)域果園磷肥投入差異造成果園磷養(yǎng)分盈余程度不同(表4)。關(guān)中灌區(qū)盈余量較高，平均值達(dá)到351.8 kg/hm2，渭北旱塬相對較低，平均315.5 kg/hm2。在調(diào)查果園中，磷養(yǎng)分盈余的樣本占80.3%。說明兩個區(qū)域果園磷養(yǎng)分盈余負(fù)荷都較大，尤其關(guān)中灌區(qū)果園磷肥投入引起面源污染的可能性最高，對土壤環(huán)境構(gòu)成的威脅最大。

表4 不同區(qū)域果園磷養(yǎng)分盈余情況

2.3 其他管理措施

調(diào)查果園磷肥主要由過磷酸鈣、磷酸二銨和三元復(fù)合肥提供。過磷酸鈣所占比例最大，各果園施用量都在40%以上。而三元復(fù)合肥和磷酸二銨所占比例相當(dāng)。且三元復(fù)合肥品種很多，分別由云南、江蘇、山東、福建、陜西、山西、四川等地生產(chǎn)。

調(diào)查果園基肥多，追肥少，基肥占施肥總量的85.0%以上，且大多都在果實采收后一次性施入。王琳等[17]研究表明，基追肥比例對果樹生長有較大影響。前人研究指出果樹養(yǎng)分吸收主要集中在果實膨大期和果實采收至休眠期，因此有關(guān)調(diào)查果園施肥時期和施肥方式是否正確有待于試驗進(jìn)一步驗證。

3 討 論

調(diào)查果園磷肥施用量過量與不足并存，55.8%的果園處于過量，施肥不足占27.8%。化學(xué)磷肥平均投入量為366.1 kg/hm2，通過有機(jī)肥投入的磷僅為72.8 kg/hm2。不同區(qū)域磷肥投入水平高低不僅與果樹生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益有關(guān)，而且與當(dāng)?shù)厣鐣⒔?jīng)濟(jì)發(fā)展水平有關(guān)。如獼猴桃的產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)收益較高，其施肥量高于蘋果樹和葡萄樹。關(guān)中灌區(qū)總體經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高于渭北旱塬，相應(yīng)地關(guān)中灌區(qū)果園施磷水平也較高。過量施肥的另一主要原因是果農(nóng)尚不清楚果樹年生長周期內(nèi)吸收磷量及吸收時期。樊紅柱等[13]曾報道，蘋果樹年周期內(nèi)磷素吸收主要集中于果實膨大期和休眠期；而王建等[14]曾報道稱，獼猴桃樹年周期獼猴桃樹體吸收磷素的總量為36.95 kg/hm2，進(jìn)入果實收獲期的9月8日以后和結(jié)果前的5月18日前共吸收10.92 kg/hm2，整個果實生長期吸收26.03 kg/hm2，分別占總吸收量的29.55%和70.45%。馬文娟等[15]報道，葡萄樹年周期樹體吸收磷素的總量為33.1 kg/hm2，其中吸收量最大的時期在8月20至9月30日，吸收量為15.39 kg/hm2。而調(diào)查果園中果農(nóng)對各個時期果樹所需的磷肥量掌握不清，導(dǎo)致果農(nóng)“一炮轟”等傳統(tǒng)施肥習(xí)慣依然存在。且施肥量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各果樹所需的年吸收量。李貴美等[6]在山東桃園中研究指出，當(dāng)年施磷量超過1 000 kg/hm2，土壤中有效磷含量超過了環(huán)境風(fēng)險值50 mg/kg。調(diào)查果園磷素投入量高于果樹果實帶走量，大量殘留于土壤中，造成果園土壤磷養(yǎng)分高量盈余，土壤磷負(fù)荷程度增高，對果園土壤環(huán)境污染日益加大，同時由于在渭北旱塬等石灰性土壤條件下，磷還可以被石灰質(zhì)物質(zhì)通過固定作用而無效化，不僅可能造成果園土壤環(huán)境污染，同時也是一種資源浪費。

近年來，農(nóng)田土壤中磷素淋失及其導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化問題越來越受到人們的關(guān)注。有研究結(jié)果表明[19-22]，土壤磷素的淋溶會對地下水環(huán)境產(chǎn)生影響，土壤磷素淋溶存在“突變點”，即土壤磷閾值，并且指出在pH值大于5.8的土壤上，閾值為120 mg/kg Olsen-P。也有研究[23-24]指出北方石灰性土壤磷淋失風(fēng)險臨界值平均為50 mg/kg，并指出在pH 6.5左右臨界值最高。果園生產(chǎn)體系土壤磷環(huán)境風(fēng)險閾值與果樹立地條件有很大關(guān)系。土層厚度、土壤酸堿性、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量、地形等因素均影響土壤磷的淋失。Hughes等[21]研究認(rèn)為土壤有機(jī)質(zhì)含量影響土壤磷的吸附與解吸，在有機(jī)質(zhì)含量低于10%的農(nóng)田，Olsen-P與土壤磷吸附指數(shù)比值可以很好預(yù)測土壤磷吸附狀態(tài)，并指出土壤磷淋洗臨界值為35～40 mg/kg。陜西調(diào)查果園有機(jī)質(zhì)含量偏低，這種立地條件可能加大磷的淋洗風(fēng)險，相應(yīng)地淋失閾值將降低。

因此，目前應(yīng)加大測土配方施肥的力度，根據(jù)土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況、不同果樹需求狀況以及果樹立地條件，制定適宜目標(biāo)產(chǎn)量，優(yōu)化高效栽培技術(shù)，合理調(diào)配磷肥資源，盡量提高磷肥肥效，以減輕果園磷素的環(huán)境負(fù)效應(yīng)。

4 結(jié) 論

調(diào)查區(qū)果園磷肥投入不足與過量并存。施磷量不足為27.8%，過量為55.8%，不施磷肥的占11.2%。平均磷肥投入量為366.1 kg/hm2。

果園磷盈余與虧缺并存，虧缺的樣本為19.7%，平均虧缺量為-25.8 kg/hm2。80.3%的調(diào)查園表現(xiàn)盈余，其盈余量超過300 kg/hm2，占43.1%。

不同果園比較，獼猴桃園的磷盈余量較高，為472.3 kg/hm2，而葡萄園和蘋果園磷盈余量分別為365.9 kg/hm2，355.6 kg/hm2。不同區(qū)域果園比較，關(guān)中灌區(qū)磷養(yǎng)分盈余量(351.8 kg/hm2)高于渭北旱塬(315.5 kg/hm2)。

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Analysis of Phosphorus Inputs and Phosphorus Load Risk in Major Orchard Regions of Shaanxi Province

ZHAO Zuoping1,2, TONG Yanan2, LIU Zhifeng1,2, DUAN Min1, LI Chen1, WANG Yanmin1

(1.ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong,Shaanxi723001,China;2.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Accurate information about current soil nutrient concentrations in orchards is necessary for making recommendations about future fertilizer application rates. Additional information is needed about the amount of soil P surplus in the orchards of Shaanxi Province, which is the main apple and kiwi production region in China. Analysis of P inputs and P loading is important for P management in orchards. The objective of this study was to quantify both the P application rates and the amount of surplus P in orchards in Shaanxi Province. The information was collected from farmer interviews and an agricultural statistics database. The data were analyzed using the P balance method. The results showed that P fertilizer application had the excess and deficiency phenomenon. The P fertilizer application rates averaged 366.1 kg/hm2among the orchards surveyed in this study. Manure application accounted for 72.8 kg P2O5/hm2, nearly 20% of the orchards existed phosphorus deficiency, more than 80% of the orchards had phosphorus surplus. Nearly, 43.1% of the orchards had a phosphorus surplus of more than 300 kg P2O5/hm2. Among the different kinds of orchards, kiwi orchards had the highest rate of surplus phosphorus 472.3 kg P2O5/hm2, the grape orchards and apple orchards had the rates of phosphorus surplus of 365.9, 355.6 kg P2O5/hm2, respectively. In irrigated areas of central Shaanxi Province, the P2O5surplus averaged 351.8 kg/hm2which was greater than the surplus amount in the Weibei rainfed region. High phosphorus inputs to orchards in some regions of Shaanxi Province led to high phosphorus loading, which will increase environmental risks in the region.

orchards; phosphorus inputs; phosphorus load; risk analysis; Shaanxi Province

2015-04-20

2015-05-05

國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201203045);農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室開放基金資助(2015);陜西省教育廳專項科研計劃項目(12JK0653); 陜西理工學(xué)院人才啟動項目(SLGKYQD2-07)

趙佐平(1982—),男,陜西旬陽人,博士,主要從事環(huán)境質(zhì)量與果樹營養(yǎng)研究。E-mail:zhaozuoping@126.com

X147.2

1005-3409(2015)05-0025-05