賀 坤, 李小平,周純亮,周 建,董瓏麗,毛玉梅

1 華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室, 上海 200062 2 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院生態(tài)技術(shù)與工程學(xué)院, 上海 201418

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煙氣脫硫石膏對濱海農(nóng)耕土壤磷素形態(tài)組成的影響

賀 坤1,2, 李小平1,*,周純亮2,周 建2,董瓏麗1,毛玉梅1

1 華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室, 上海 200062 2 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院生態(tài)技術(shù)與工程學(xué)院, 上海 201418

為探明不同煙氣脫硫石膏施用量對濱海農(nóng)耕土壤中的全磷、有效磷、無機磷組分等的影響,通過田間試驗的方式,分別在試驗區(qū)土壤中施加0t/hm2、15t/hm2、30t/hm2、45t/hm2煙氣脫硫石膏。研究結(jié)果表明：與對照組相比,各處理組的土壤全磷含量無顯著差異,而土壤中的有效磷和滲濾液中的可溶性磷含量則隨著煙氣脫硫石膏施入量的增加而降低;施入煙氣脫硫石膏后農(nóng)耕土壤中無機磷含量顯著增加,其中又以磷酸鈣鹽含量的增加為主,磷酸鈣鹽中的Ca2-P、Ca8-P和Ca10-P含量分別增加了30.8%—68.9%、35.2%—66.3%和7.3%—17.8%。煙氣脫硫石膏的施用促進了植物的生長發(fā)育,有效磷的降低和無機磷組分中磷酸鈣鹽的增加并未影響到植物對磷素的吸收。因此,煙氣脫硫石膏能有效地固定濱海農(nóng)耕土壤中的溶解態(tài)磷,控制土壤過量磷素向水體遷移,降低附近水體富營養(yǎng)化發(fā)生的機率,保障區(qū)域水體生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全。

煙氣脫硫石膏；濱海農(nóng)耕地；磷；無機磷組分,農(nóng)業(yè)面源污染

農(nóng)業(yè)土壤中過量的磷通過地表徑流、土壤侵蝕、淋溶等途徑逐漸向水體遷移,是導(dǎo)致周邊水體富營養(yǎng)化的重要原因[1- 5]。在我國經(jīng)濟最為發(fā)達的東部沿海平原河網(wǎng)地區(qū),由于土壤磷素流失而導(dǎo)致的河湖富營養(yǎng)化甚至影響到近海水域[6- 7]。灘涂農(nóng)耕地是濱海地區(qū)區(qū)域發(fā)展的重要土地資源[8- 9],在農(nóng)業(yè)開發(fā)中為提高土壤營養(yǎng),增加農(nóng)作物產(chǎn)量,新圍墾的農(nóng)耕土壤中大量使用磷肥,導(dǎo)致土壤磷素含量普遍較高。尤其南方濱海灘涂農(nóng)耕土壤種植作業(yè)又多以水稻為主,為減輕鹽分危害,普遍采用灌水壓鹽的方式,大量磷隨著灌溉水排入周邊河流水系或滲入地下進入附近水體或海域,造成附近水體的富營養(yǎng)化。因此,尋找既能提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)力,又能保護環(huán)境的修復(fù)材料,研發(fā)經(jīng)濟且可大規(guī)模應(yīng)用的方法,從源和流兩方面采取控制措施,是減少濱海地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染和改善水體的關(guān)鍵[5,10]。

煙氣脫硫石膏 (FGD石膏)是對含硫燃料(主要是煤)燃燒后產(chǎn)生的煙氣進行含硫凈化處理而得到的工業(yè)副產(chǎn)品。已有研究證明,采用FGD石膏可以改良土壤性質(zhì),并能增加農(nóng)作物產(chǎn)量[11- 14]。近年來國外專家在使用煙氣脫硫石膏改良土壤的同時,也開始關(guān)注煙氣脫硫石膏的固磷潛力[15]和減少農(nóng)業(yè)面源磷流失的可能性[16- 18],相關(guān)研究結(jié)果表明施用煙氣脫硫石膏可以減少土壤滲液中可溶性磷的含量。但已有研究多關(guān)注于煙氣脫硫石膏的固磷能力和可溶性磷的變化,對施用煙氣脫硫石膏后土壤中無機磷形態(tài)變化及對植物生長狀況的影響研究較少。本研究試圖通過不同煙氣脫硫石膏施用水平的田間試驗,系統(tǒng)研究煙氣脫硫石膏對上海地區(qū)濱海農(nóng)耕土壤中磷素養(yǎng)分有效性和無機磷形態(tài)組成變化的影響,探討煙氣脫硫石膏對土壤磷素的固定作用及形態(tài)變化特征,為控制農(nóng)業(yè)面源污染,降低水體富營養(yǎng)化發(fā)生機率,從而為保障區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全提供理論依據(jù)。

1 試驗區(qū)域及研究方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于上海市奉賢區(qū)的上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)校內(nèi)實驗基地,上海奉賢地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均降雨量為1050mm。試驗地位于杭州灣北岸內(nèi)陸,離海岸較近,為百年前沿海灘涂圍墾造田形成的新生灘涂農(nóng)耕地,原為水稻種植田。供試土壤為黃色砂質(zhì)土壤,潮濕狀態(tài)為暗黃色,土壤容重(環(huán)刀法)為0.92—1.22g/cm3,含水率16.7—18.0%,其他理化性質(zhì)見表1。供試土壤屬于濱海鹽土,中度堿化,由于耕作過程中大量使用磷肥,導(dǎo)致土壤磷素偏高。

表1 供試土壤主要理化性質(zhì)

1.2 試驗材料

煙氣脫硫石膏來源于上海外高橋電廠,樣品為乳黃色,粉末狀固體,主要成分為CaSO4.2H2O,含有豐富的S、Ca等植物必需的有益礦質(zhì)營養(yǎng),P的含量小于0.001‰。煙氣脫硫石膏樣品中的重金屬,除汞以外均低于實驗鹽漬土中的含量,而且土壤中的各項重金屬指標濃度均達到滿足GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》的二級標準(pH>7.5)以及《無公害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量要求標準》(GB13/310—1997)中的安全標準(表2)。

表2 供試土壤及煙氣脫硫石膏重金屬指標(mg/kg)

試驗地供試植物為松果菊(Echinaceapurpurea(Linn.) Moench),多年生草本,多于春、秋兩季播種,花期5月或10月,生長健壯,管理簡便,一般土壤均可栽培,以疏松通氣良好的土壤為佳。

1.3 試驗設(shè)計

田間試驗以不同的煙氣脫硫石膏使用量為處理,分別為CK(0 t/hm2)、T1(15 t/hm2)、T2(30 t/hm2)、T3(45 t/hm2),共四個處理,每個處理3次重復(fù),共計12個試驗小區(qū)。各試驗小區(qū)長3.0m,寬2.0m,小區(qū)間距0.5m,小區(qū)間田埂寬30cm, 用塑料薄膜覆蓋, 埋深40 cm 以防止水肥串流。

試驗小區(qū)一側(cè)設(shè)有收集土壤滲濾液的排水溝槽,溝槽深45cm,寬50cm,各小區(qū)底部各設(shè)兩根長3.0m,直徑5.0cm的PVC穿孔管通向排水溝槽。PVC排水管埋深0.3m,被土壤覆蓋的部分等距離設(shè)置5個直徑5.0cm的透水孔,為防止泥土進入管道,利用過濾網(wǎng)纏繞透水孔。PVC管放置時略微傾斜,以保證滲濾液能順利流出,利用廣口瓶在排水溝槽一側(cè)收集降雨時的土壤滲濾液(圖1)。

圖1 試驗小區(qū)設(shè)計示意圖Fig.1 The schematic illustration of the experimental site

2014年12月將煙氣脫硫石膏按照試驗設(shè)計一次性均勻施于地表,并給每個小區(qū)施用均量的有機肥作為底肥,土壤混翻深度為0.3m,保證煙氣脫硫石膏與土壤充分混勻。2015年4月按照播種要求整地,采用人工開溝方式種植松果菊,土壤深翻25cm以上,播種量為2.5kg/hm2,行距0.3m。松果菊生長期內(nèi),各試驗小區(qū)灌溉、施肥等管理措施均一致。

1.4 測試指標與方法

2015年7月和12月按照“S”多點等量采樣法采集各個實驗小區(qū)的表層(0—30cm)土壤樣品,各小區(qū)3次重復(fù),風(fēng)干粉碎后過1.0 mm土壤篩,測定土壤全磷、有效磷以及無機磷組分。2015年6月,7月,8月,9月降雨期間取土壤滲濾液各4次,經(jīng)4.5μm濾膜過濾后取上清液,測定滲濾液中可溶性磷含量。

2015年5月和10月,采用對角線取樣法在各個小區(qū)內(nèi)分別采集苗期和花期的植株各5株,用自來水沖洗干凈后,蒸餾水中漂洗3次,用濾紙吸去表面的水。各植株稱重后,分別量取株高和根長,之后烘至恒干,稱量干重。最后將植株研磨過1mm篩,測定植株全磷。

采用浸提-鉬銻抗比色法測土壤有效磷和滲濾液中的可溶性磷含量,采用硫酸-高氯酸消煮法測土壤及植株全磷。無機磷采用蔣柏藩、顧益初提出的石灰性土壤無機磷形態(tài)分級測定方法[24]。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用煙氣脫硫石膏對土壤全磷及有效磷的影響

如圖1所示,土壤中施加煙氣脫硫石膏0.5a及1a后,均未引起土壤全磷含量的變化,對照(CK)和不同煙氣脫硫石膏處理間的土壤全磷含量均沒有顯著性的差異(P>0.05)。煙氣脫硫石膏施用1a后,對照(CK)和各個處理之間的土壤全磷含量均較0.5a時有所下降,但差異也不顯著(P>0.05)。說明煙氣脫硫石膏的施用不會改變土壤中全磷含量,且隨著時間的推移,土壤中也沒有過多的磷損失。

植物在生長過程中,需要從土壤中吸收大量的有效磷,其含量反映了土壤中磷供應(yīng)容量以及煙氣脫硫石膏施入土壤后磷的釋放速率[19]。由圖3可施用煙氣脫硫石膏以后,土壤有效磷含量顯著降低,且隨著煙氣脫硫石膏施用量的增加而呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。施用0.5a后,T1處理土壤有效磷含量與對照差異不明顯,但T2和T3處理下土壤有效磷含量與對照存在顯著差異(P<0.05),與對照相比土壤有效磷平均含量下降11.75%—19.58%。施用1a后,T1、T2和T3處理下,土壤有效磷的含量均與對照存在顯著差異,含量分別下降了6.71%、9.98%和19.40%。當(dāng)煙氣脫硫石膏為最大施用量45t/hm2時,1a后土壤有效磷含量降至15.50mg/kg的最低值。

圖2 不同煙氣脫硫石膏施用量土壤全磷變化 Fig.2 Change of siol total P under different dosage of FGDG

圖3 不同煙氣脫硫石膏施用量土壤有效磷變化Fig.3 Change of siol available P under different dosage of FGDG

2.2 土壤滲濾液中可溶性磷的影響

圖4 不同煙氣脫硫石膏施用量對滲濾液中可溶性磷的影響 Fig.4 Effects of tile flow water soluble P of leachate under different dosage of FGDG

土壤磷素由于降雨淋失及農(nóng)田澆灌等進入地下,可能會造成地下水的污染,進而進入水環(huán)境加重了水體富營養(yǎng)化[4]。由圖4可知在施用煙氣脫硫石膏后,不同月份土壤滲濾液中的可溶性磷

含量均隨著脫硫石膏施用量的增加而有顯著降低,其中6—9月4個月份不同處理的土壤滲濾液中可溶性磷較對照(CK)分別減少了25.1%—49.1%、25.0%—44.8% 、43.7%—65.9%和 16.0%—58.1%。較對照(CK)而言,T1、T2和T3不同處理下,滲濾液中可溶性磷平均下降27.5%、41.9%和54.5%。結(jié)果表明煙氣脫硫石膏施入土壤一段時間后,對磷的固定作用開始逐漸顯現(xiàn),且對土壤滲濾液中可溶性磷的影響遠大于對土壤有效磷的影響。

此外,不同月份土壤滲濾液中,同一處理下可溶性磷的含量差異也較為明顯,其中7月份滲濾液中可溶性磷的含量顯著高于其他3個月份。究其原因應(yīng)該是與當(dāng)月的降雨量及雨水收集前的即時降雨有關(guān),2015年7月上海奉賢地區(qū)的降雨量較其它3個月份高,且滲濾液收集前即時雨量較大,導(dǎo)致土壤滲濾液中的水溶性磷含量也顯著高于其它3個月份。

2.3 土壤無機磷形態(tài)變化的影響

農(nóng)田土壤無機磷一般占全磷含量的60%—80%,其中99%以上以礦物態(tài)形式存在,幾乎全部為正磷酸鹽。Chang、沈仁芳[20- 21]等根據(jù)正磷酸鹽所結(jié)合的主要陽離子不同,對土壤無機磷進行分類,其分類方法客觀上反映了土壤無機磷的全貌,較為清楚地闡明土壤無機磷的化學(xué)形態(tài)和對作物的有效性,是目前土壤無機磷分級研究中廣泛采用的方法。本文也以此分類方法為依據(jù)進行土壤無機磷形態(tài)變化的分析 。

表3 不同煙氣脫硫石膏使用量水平下各形態(tài)無機磷含量的變化

表中同一列統(tǒng)計平均值后,字母相同者差異不顯著(P≥0.05)

表3為不同處理下土壤中無機磷形態(tài)變化的統(tǒng)計分析,結(jié)果顯示土壤無機磷中磷酸鈣鹽(Ca-P)含量最高,占總量的60%以上,閉蓄態(tài)磷(O-P)含量次之。施用煙氣脫硫石膏能顯著影響土壤無機磷組分,增加土壤中總的無機磷含量。在施用煙氣脫硫石膏1a后,所有處理下土壤無機磷總量均顯著高于對照,其中在T2處理時達到最大,為859.18mg/kg,較對照處理增加了24.39%,T3處理土壤無機磷總量又有略有下降,但仍顯著高于CK和T1。

施用煙氣脫硫石膏后,Al-P以及Ca-P含量均隨著煙氣脫硫石膏用量的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,分別較對照(CK)增加了3.2%—23.4%和15.9%—28.3%。土壤中的Fe-P含量則顯著降低,下降值在23.0%—32.1%之間,但不同處理之間變化不顯著。O-P的含量隨著煙氣脫硫石膏施用量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,在T2處理時含量達到最高,較對照增加了30.85%。從單位增加值來看,Ca-P的增加量最為顯著,T3處理較對照(CK)增加了134.13 mg/kg,增加量占到總無機磷增加量的80%以上,由此可見,隨著脫硫石膏施用量的增加,土壤中無機磷的增加主要以磷酸鈣鹽為主。

表4 不同脫硫石膏使用量水平下各類磷酸鈣鹽組分的含量變化

進一步對土壤中各類磷酸鈣鹽組分的變化趨勢進行分析,結(jié)果如表4所示,土壤磷酸鈣鹽組分中Ca10-P的含量最高,占磷酸鈣鹽總量的60%以上,Ca8-P含量次之。由表4可知施用煙氣脫硫石膏后,土壤中增加的交換性鈣離子與磷酸根離子發(fā)生了反應(yīng),引起了土壤中各類磷酸鈣鹽含量的普遍增加。其中,隨著施用煙氣脫硫石膏量的增加,Ca2-P的含量呈先升后降的趨勢,其中在T2處理時達到最大,為78.02mg/kg,但所有處理均顯著高于對照(CK),含量較對照增加了30.8%—68.9%,。Ca8-P和Ca10-P的含量均隨著煙氣脫硫石膏使用量的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,含量分別較對照增加35.2%—66.3%和7.3%—17.8%,其中Ca8-P增量最為顯著,土壤中各類磷酸鈣鹽平均含量增加的變化順序依次為Ca8-P> Ca10-P >Ca2-P。

2.4 植物生物量及全磷的影響

由表5可知,無論是在苗期還是花期,施用煙氣脫硫石膏處理的松果菊株高、根系長度、生物量等都顯著高于對照。其中,苗期和花期的株高、根系長度隨著煙氣脫硫石膏施用量的增加呈先升后降的趨勢,T2處理下達到最大,但各處理之間差異不顯著。苗期生物量則隨施用量增加而逐漸增加,且與對照(CK)相比差異顯著(P<0.05)。但花期生物量隨著煙氣脫硫石膏施用量的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢,T2處理下植株鮮重、干重等均達到最大。

表5 不同煙氣脫硫石膏使用量水平下植物生長特性

表中同一行統(tǒng)計平均值后,字母相同者差異不顯著(P≥0.05)

表6顯示,施用煙氣脫硫石膏的各個處理,植株苗期全磷含量隨著施用量增加而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,各處理全磷含量均高于對照,且T1與T2、T3以及對照間存在顯著差異(P<0.05)。在花期,由于植株養(yǎng)分吸收能力的下降和物質(zhì)轉(zhuǎn)運,植株全磷含量較苗期整體下降,但總體仍呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,T3處理植株的全磷含量低于對照,但變化不顯著。

表6 不同煙氣脫硫石膏處理下植株全磷含量變化/(mg/kg)

3 討論

3.1 煙氣脫硫石膏對土壤有效磷的影響

濱海農(nóng)耕土壤中施加煙氣脫硫石膏并沒有引起土壤全磷含量的顯著變化,然而隨著煙氣脫硫石膏配比的上升,土壤中的有效磷含量呈現(xiàn)下降的趨勢,且大量使用情況下土壤有效磷的下降較為顯著,T3(45t/hm2)處理與對照相比土壤有效磷含量下降了近20%。研究結(jié)果說明煙氣脫硫石膏抑制了土壤中磷的有效化作用,與Misra、李曉娜等人的研究結(jié)果一致[16,19]。究其原因應(yīng)該是煙氣脫硫石膏中含有大量的鈣離子會交換鹽堿土壤膠體上的鈉離子,降低土壤的pH值和堿化度[14],但仍會有大量的鈣離子以交換性態(tài)形式留在土壤中,與土壤中富集的磷酸根離子發(fā)生反應(yīng),形成難溶性磷。而已有的研究也表明,土壤磷的有效性受土壤溶液中游離鐵、活性碳酸鈣含量、pH等眾多因素的影響,堿性土壤難溶性磷的沉淀和溶解是控制水溶性磷含量的主要機制之一[22]。

3.2 煙氣脫硫石膏對土壤滲濾液中可溶性磷的影響

研究表明,土壤以滲濾方式向水環(huán)境排放磷素的含量占很大比重[4]。本研究結(jié)果顯示,施用煙氣脫硫石膏后土壤滲濾液中的可溶性磷含量降低顯著,當(dāng)煙氣脫硫石膏使用量達到45t/hm2時,不同月份農(nóng)田滲濾液中可溶性磷分別降低了25.1%—49.1%、25.0%—44.8%、43.7%—65.9%和16.0%—58.1%,與Murphy和Steven(2000年)研究發(fā)現(xiàn)土壤加入煙氣脫硫石膏后減少了14%—56%可溶性磷酸鹽向水體中遷移的結(jié)果以及Warren Dick在俄亥俄州西北部數(shù)十個地塊上的實驗結(jié)果一致[4,17]。同時,相關(guān)研究也表明,煙氣脫硫石膏的使用可以增加土壤滲透性,減少農(nóng)田徑流,進而減少土壤磷通過徑流作用向水體遷移的風(fēng)險[4,19]。因此,在施用煙氣脫硫石膏后土壤中有效磷和滲濾中可溶性磷含量均呈現(xiàn)出下降趨勢,土壤中過量積累的磷素,通過地表徑流、淋溶作用向水體遷移的幾率明顯降地,在一定程度上會減輕對河流和湖泊水體水質(zhì)惡化的影響。

此外,施用煙氣脫硫石膏對滲濾液中水溶性磷的降低效果明顯高于對植物有效的土壤有效磷的降低效果,說明煙氣脫硫石膏的施用對植物有效態(tài)磷的影響較小,但對易流失態(tài)磷(水溶性磷)的影響較大,其原因可能是因為土壤中部分的磷與鈣結(jié)合不能融入水,但仍可以被植物吸收利用[23]。

3.3 煙氣脫硫石膏對土壤無機磷形態(tài)及植物生長的影響

程鏡潤等人的研究結(jié)果表明,使用煙氣脫硫石膏修復(fù)土壤,在降低土壤堿化度的同時,鈣離子會與磷酸根作用,使土壤中的磷大部分轉(zhuǎn)化為固定態(tài)磷,從而導(dǎo)致土壤有效磷含量急劇下降[24]。本研究中,煙氣脫硫石膏施入土壤后,土壤有效磷和滲濾液中水溶性磷降低的同時,土壤無機磷含量則顯著增加,特別是無機磷組分中難溶性的磷酸鈣鹽增加尤為明顯,這與以往研究結(jié)果一致[25]。還有研究表明,土壤Ca2-P被認為是作物的有效磷源,Ca8-P是緩效磷源,Ca10-P幾乎不被作物吸收[21]。本研究中土壤Ca-P的增加主要是Ca8-P和Ca10-P,說明大部分磷可以被煙氣脫硫石膏固定為較為穩(wěn)定的形態(tài),但在植物生長利用需要時,有效磷源Ca2-P和緩效性的Ca8-P也可以釋放出來滿足作物需求。因而土壤有效磷的降低和無機磷的增加并沒有顯著影響到植物對磷素的吸收,表現(xiàn)為松果菊苗期和花期的生物量均比對照高,這與Stout、張舉峰等利用脫硫石膏改良種植三葉草和秋葵的研究結(jié)果一致[25-26]。Chabra等人的研究也表明脫硫石膏改良后的堿化土壤中有效磷含量和運移能力顯著降低,但并不影響作物對磷的吸收[27]。

同時,實驗結(jié)果也顯示隨著施用煙氣脫硫石膏比例的增加,土壤中的無機磷含量增加不顯著,植株全磷含量也隨著使用量增加而出現(xiàn)先升高后降低的趨勢,結(jié)合無機磷中O-P和Ca2-P在T2處理時達到最大值,T3處理時又有所下降,以及植物株高和根長在T2處理時達到最大等結(jié)果,說明煙氣脫硫石膏的施用對磷的固定作用和植物的生長有邊際效應(yīng),過量施用變化趨勢不明顯,煙氣脫硫石膏控制可溶性磷流失的使用配比還需要進一步研究。

據(jù)統(tǒng)計[28],僅2010年我國煙氣脫硫石膏的排放量就高達5230萬,大量煙氣脫硫石膏的堆放存在石膏流失污染土壤和地表水以及大風(fēng)揚塵、空氣暴曬發(fā)出刺鼻酸味等二次污染的風(fēng)險 。作為一種有潛力的固定土壤中過量磷素的材料,將傳統(tǒng)觀念中作為固體廢棄物的煙氣脫硫石膏施用于我國沿海平原富磷的濱海農(nóng)耕土壤,可以有效地固定土壤中高含量的磷,將較易溶解的可溶態(tài)磷轉(zhuǎn)化為沉淀性、穩(wěn)定態(tài)的無機磷,從而降低土壤磷素對環(huán)境的污染,減少水體富營養(yǎng)化的發(fā)生。

4 結(jié)論

(1)施用煙氣脫硫石膏對濱海鹽土全磷無顯著影響,但土壤有效磷及土壤滲濾液中的可溶性磷則隨施用量的增加呈現(xiàn)降低趨勢。

(2)土壤中的無機磷含量隨著煙氣脫硫石膏使用量增加逐漸增加,增加的無機磷主要以難溶于水的磷酸鈣鹽為主。其中,增加的磷酸鈣鹽又以 Ca8-P 、Ca10-P 為主,Ca2-P則呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。

(3)增加的Ca-P雖然不宜被植物吸收,但可以作為潛在的磷源。

[1] Hooda P S, Truesdale V W, Edwards A C, Withers P J A, Aitken M N, Miller A, Rendell A R. Manuring and fertilization effects on phosphorus accumulation in soils and potential environmental implications. Advances in Environmental Research, 2001, 5(1): 13- 21.

[2] 山鷹, 張瑋, 李典寶, 王麗卿. 上海市不同區(qū)縣中小河道氮磷污染特征. 生態(tài)學(xué)報, 2015, 35(15): 5239- 5247.

[3] Southam D C, Lewis T W, McFarlane A J, Borrmann T, Johnston J H. Calcium-phosphorus interactions at a nano-structured silicate surface. Journal of Colloid and Interface Science, 2008, 319(2): 489- 497.

[4] Murphy P N C, Stevens R J. Lime and gypsum as source measures to decrease phosphorus loss from soils to water. Water, Air, & Soil Pollution, 2010, 212(1/4): 101- 111.

[5] 楊林章, 馮彥房, 施衛(wèi)明, 薛利紅, 王慎強, 宋祥甫, 常志州. 我國農(nóng)業(yè)面源污染治理技術(shù)研究進展. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2013, 21(1): 96- 101.

[6] 盛海君, 夏小燕, 楊麗琴, 趙海濤, 欒書榮, 封克. 施磷對土壤速效磷含量及徑流磷組成的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2004, 24(12): 2837- 2840.

[7] 許曉光, 李裕元, 孟岑, 焦軍霞, 石輝, 張滿意, 吳金水. 亞熱帶區(qū)稻田土壤氮磷淋失特征試驗研究. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 32(5): 991- 999.

[8] 陳吉余, 程和琴, 戴志軍. 灘涂濕地利用與保護的協(xié)調(diào)發(fā)展探討——以上海市為例. 中國工程科學(xué), 2007, 9(6): 11- 17.

[9] 程江, 楊凱, 趙軍, 吳健平. 基于生態(tài)服務(wù)價值的上海土地利用變化影響評價. 中國環(huán)境科學(xué), 2009, 29(1): 95- 100.

[10] 麻萬諸, 章明奎. 改良劑降低富磷蔬菜地土壤磷和氮流失的作用. 水土保持學(xué)報, 2012, 26(5): 22- 27.

[11] Mailapalli D R, Thompson A M. Polyacrylamide coated MilorganiteTMand gypsum for controlling sediment and phosphorus loads. Agricultural Water Management, 2011, 101(1): 27- 34.

[12] Chen L M, Kost D, Dick W A. Flue gas desulfurization products as sulfur sources for corn. Soil Science Society of America Journal, 2008, 72(5): 1464- 1470.

[13] 王金滿, 楊培嶺, 張建國, 石懿. 脫硫石膏改良堿化土壤過程中的向日葵苗期鹽響應(yīng)研究. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2015, 21(9): 33- 37.

[14] 李小平, 劉曉臣, 毛玉梅, 陳小華. 煙氣脫硫石膏對圍墾灘涂土壤的脫鹽作用. 環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報, 2014, 4(6): 502- 507.

[15] Mishra A, Cabrera M L, Rema J A. Phosphorus fractions in poultry litter as affected by flue-gas desulphurization gypsum and litter stacking. Soil Use and Management, 2012, 28(1): 27- 34.

[16] Misra S M, Tiwari K N, Prasad S V S. Reclamation of alkali soils: influence of amendments and leaching on transformation and availability of phosphorus. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2007, 38(7/8): 1007- 1028.

[17] Andersen J. Confluence Newsletter Invites Greenleaf Article on Healthy Soils for Healthy Waters. Healthy Soils for Healthy Waters, 2015: 110- 115.

[18] Bryant R B, Buda A R, Kleinman P J A, Church C D, Saporito L S, Folmar G J, Bose S, Allen A L. Using flue gas desulfurization gypsum to remove dissolved phosphorus from agricultural drainage waters. Journal of Environmental Quality, 2012, 41(3): 664- 671.

[19] 李曉娜, 張強, 陳明昌, 章衡. 不同改良劑對土壤有效磷的影響. 水土保持學(xué)報, 2005, 19(1): 71- 74.

[20] Chang S C, Jackson M L. Fractionation of soil phosphorus. Soil Science, 1957, 84(2): 133- 144.

[21] 沈仁芳, 蔣柏藩. 石灰性土壤無機磷的形態(tài)分布及其有效性. 土壤學(xué)報, 1992, 29(1): 80- 86.

[22] 張雅蓉, 高明, 黃容. 三峽庫區(qū)消落帶土壤無機磷的生物有效性. 水土保持學(xué)報, 2014, 28(3): 222- 226.

[23] 徐秋桐, 張莉, 章明奎. 不同有機廢棄物對土壤磷吸附能力及有效性的影響. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2014, 30(22): 236- 244.

[24] 程鏡潤, 陳小華, 劉振鴻, 李小平, 付融冰, 陳泉源. 脫硫石膏改良濱海鹽堿土的脫鹽過程與效果實驗研究. 中國環(huán)境科學(xué), 2014, 34(6): 1505- 1513.

[25] 張峰舉, 許興, 肖國舉. 脫硫石膏改良對堿化土壤磷素營養(yǎng)的影響. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2013, 22(5): 151- 156.

[26] Stout W L, Sharpley A N, Weaver S R. Effect of amending high phosphorus soils with flue-gas desulfurization gypsum on plant uptake and soil fractions of phosphorus. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2003, 67(1): 21- 29.

[27] Chhabra R, Abrol I P, Singh M V. Dynamics of phosphorus during reclamation of sodic soils. Soil Science, 1981, 132(5): 319- 324.

[28] 嚴玉波, 董曉麗, 孫曉蕾, 李健生, 沈錦優(yōu), 韓衛(wèi)清, 劉曉東, 孫秀云, 王連軍. 脫硫石膏基羥基磷灰石對Cu2+吸附性能的研究. 中國環(huán)境科學(xué), 2014, 34(8): 2040- 2048.

Influence of flue gas desulfurization gypsum on speciation of phosphorus in coastal cultivated soils

HE Kun1,2, LI Xiaoping1*, ZHOU Chunliang2, ZHOU Jian2, DONG Longli1, MAO Yumei1

1StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China2TheEcologicalTechnologyandEngineeringSchoolofShanghaiInstituteofTechnology,Shanghai201418,China

To investigate the effect of the flue gas desulfurization gypsum (FGDG) on coastal cultivated soil, a field experiment was conducted to evaluate different application amounts at rates of 0, 15, 30, and 45 t/hm2. The effect of FGDG on soil total phosphorus (P), available P, and inorganic P fractions in coastal cultivated soils were measured. The results indicated that FGDG had no significant effect on soil total P in the cultivated soils. However, FGDG significantly reduced the soil available P and tile flow water soluble P. The inorganic P content was significantly increased by FGDG, especially calcium phosphorus (Ca8-P). The mean concentration of Ca8-P in the soil increased by 35.2%—66.3%, and the Ca10-P concentration in the soil was increased by 7.3%—17.8%. The ability ofEchinaceato absorb P was not affected by the reduction of available P or increased Ca-P in fractions of inorganic P in the soil. FGDG application promoted plant growth and development. Therefore, FGDG could effectively fix the soil available P, control the excessive P accumulation of soil, and reduce the risk of eutrophication of the surrounding water bodies. The results provide a guideline for a reasonable rate of FGDG application in coastal cultivated soils.

flue gas desulfurization gypsum; coastal cultivated soils; phosphorus; fractions of inorganic phosphorus; agricultural non-point source pollution

國家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(201109023- 2);上海市科委專項資助項目(15dz1207904)

2016- 01- 17; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2016- 12- 19

10.5846/stxb201601170111

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lixp_2008@hotmail.com

賀坤, 李小平,周純亮,周建,董瓏麗,毛玉梅.煙氣脫硫石膏對濱海農(nóng)耕土壤磷素形態(tài)組成的影響.生態(tài)學(xué)報,2017,37(9):2935- 2942.

He K, Li X P, Zhou C L, Zhou J, Dong L L, Mao Y M.Influence of flue gas desulfurization gypsum on speciation of phosphorus in coastal cultivated soils.Acta Ecologica Sinica,2017,37(9):2935- 2942.