1、1四川农业大学本科生毕业论文（设计）开题报告报告题目: 川农大老板山农地三种紫色土磷素淋失风险评估学生姓名： 黄龙梅 班 级： 资源环境学院城管08-1 学 号： 20084557 指导老师： 肖海华 2四川农业大学本科生毕业论文（设计）开题报告毕业论文（设计）题目 川农大老板山农地三种紫色土磷素淋失风险评估选题类型 应用基础型 课题来源 自选项目学 院 资源环境学院 专 业资源环境与城乡规划管理（管理方向）指导教师 肖海华 职 称 副教授姓 名 黄龙梅 年 级 2008 级 学 号 200845571 立题背景及意义磷在植物体内参与组成许多重要化合物，是植物体生长代谢过程不可缺少的必需营养元
2、素之一。植物所利用的磷素，主要来源于土壤，土壤中磷的总含量在 0.02 %0.2 % （P 2O50.05 %0.46 %） ，与其它大量营养元素相比较低。据全国土壤普查资料估算，我国 2/3 的土壤缺磷1。缺磷的主要原因是施入土壤的大量磷素在土壤中以无效态储备起来，导致土壤有效磷含量不足。磷肥的当季利用率一般只有 10 25 ，不能满足一般作物的生理需求 2。因此生产中经常长期高量施用磷肥，非常容易导致土壤磷素大量积累。土壤磷素积累有其有利的一面，即增加土壤磷的供应能力，为作物高产优质提供物质基础，但积累超过一定限度就会对水体环境产生危害。在我国，随着农业的发展，人们往往只重视强调肥料养分的
3、投入，而忽视了土壤养分资源的迁移变化，不仅造成资源浪费和农业投入成本增加，而且还带来了生态环境污染等一系列负面效应。从 19501995 年间，约有 40010 6 t 磷净残留在农田土壤中，其中有 3 %20 %的比例进入地表水 3。农田生态系统中的磷素盈余使土壤中的总磷和有效磷水平不断上升 4-5。随着表层土壤磷素的富集，使磷素发生垂向迁移的可能性增大，对水体环境的威胁也越来越大。为了实现作物高产和环境友好的双重目标，必须将土壤有效磷水平维持在既能满足作物高产需求又能降低磷流失风险的环境阈值之内。对土壤磷素淋失进行临界值研究与风险评估，可以为土壤积累磷素的安全管理提供现实的理论参考。2 研
4、究现状综述2.1 土壤测试磷(STP)与磷流失风险2.1.1 Olsen-PSharpley 等 6的研究认为，按照土壤测试磷与作物产量响应程度的关系，土壤磷含量可以划分为若干等级，存在潜在环境问题的土壤其土壤测试磷超过了一定的等级。因此，土壤磷素流失潜能在一定程度上可以由土壤测试磷水平反映。Jordan 等 7明指出，当 Olsen-P 大于 22 mgL-1 时，Olsen-P 每增加 10 mgL-1，溶解态磷（DRP）和全磷（ TP）分别升高 0.5 kghm2 和1.0 kghm2。出于为土壤的施肥管理提供理论基础的目的，所以在当地将 Olsen-P=22 mgL-1 作8为一个土壤
5、磷的临界值。对水稻生长而言，当土壤Olsen-P 大于15 mgkg -1，施磷通常不会有增产效应，可将土壤O1sen-P=15 mgkg-1作为水田土壤磷素淋失潜能的评判标准 8。刘利花等 9应用Olsen-P和CaCl 2-P的关系曲线对 24年长期不同施肥情况下嵝土中磷淋溶趋势的研究，得出土壤发生淋溶的“阈值”为Olsen-P=23 mgkg-1。张志剑 10在浙北水稻土田面水排水的研究中，模拟出用土壤Olsen-P表征的可溶性磷（DP ：Dissolved P ）磷素流失的“转折点 ”，壤质水稻土为924 mgkg -1，黏质水稻土为1018 mgkg -1；土壤0.0125M CaC
6、l 2-P表征的壤质水稻土和黏质水稻土的“转折点”分别为945 mgkg -1、10912 mgkg -1。2.1.2 Mehlich-P由于土壤水溶性磷与土壤磷吸附饱和度呈正相关，有资料认为土壤水溶性磷能反映农田磷的流失风险 11。Maguire 则提出：用 Mehlich-3 浸提的 P、Al、Fe 量计算土壤 Mehlich-3P饱和度，以此来反映土壤磷的渗漏流失 12-13。高磷土壤径流液中水溶性磷与土壤速效磷和土壤磷的吸附饱和度呈正比，可用土壤径流液中可溶性磷来反映土壤径流流失磷的风险 14。Sharpley 等 15近期的结果表明：施用有机肥前，土壤水溶性磷、Mehlich-3P
7、与农田径流液中的可溶性磷呈正相关，但施用猪粪、鸡粪等有机肥后，土壤 Mehlich-3P 显著增加，水溶性磷却明显减少，因此，提出用 Mehlich-3P 来反映土壤磷的径流流失风险。在美国、澳大利亚等土壤磷素状况调查中，研究者采用土壤 Mehlich-1P16-17 31 mgkg-1 作为土壤高磷的起始水平，大于该值，就认为土壤磷素具有较高的淋失潜能 18。在对美国东部特拉华州的研究中，Sims等 19认为 Mehlich-3P 大于 150 mgkg-1 就会造成面源污染。2.1.3 Bray-P随着磷肥的不断投入，土壤磷素的持续积累，若不加以管理，土壤磷素就会达到磷素吸附饱和而发生强淋
8、溶的程度。Heckrath 等 20在英国洛桑试验站的旱地试验表明，表层施的磷肥能穿透土体进入地下蓄水层。另外，长期大量施用磷肥对土壤底层磷有一定影响，高量施用磷肥40 年，表层 Bray-P 高达 350 mgkg-1，而不施肥的处理则只有 13 mgkg-1，施磷处理 45-60 cm的土层 Bray-P 显著高于不施磷处理， 施磷处理各层土壤 H2PO4-的浓度明显增加，表明了表层土壤磷有向下淋失的现象 21。王彩绒等 20以太湖地区蔬菜地土壤为研究对象，得出磷淋失临界指标为 Bray-P=60 mgkg-1，并将土壤磷淋失风险等级划分为低（70 mgkg-1）3 个等级。2.2 Ols
9、en-P与CaCl 2-P在磷流失风险研究中的应用近年来受到越来越多重视的水与稀盐土壤测试法，采用 0.01 molL-1CaC12 作为浸提剂，提取土壤中可溶的及容易释放的磷。此种测试（CaCl 2-P 法）常用于提取极不稳定形态的磷素，但提取磷的数量明显少于通常采用的酸性或碱性浸提剂所提取的数量。而 Olsen 法适用于石灰性土壤，Olsen 法测得的有效磷值，与无机磷形态 A1-P、Fe-P 和 Ca-P 之间呈极显著相关22。92.3 同一土类不同亚类的磷淋失风险比较研究李学平等 23研究了在不同施磷水平下水稻生育期磷素淋失动态和渗漏淋失量及其对地下水的潜在影响，并分析了土壤Olsen
10、-P 含量与磷素渗漏量之间的关系。结果表明：稻田磷素的渗漏淋失受磷肥用量和土壤性质的影响，随着磷肥用量的增加稻田磷的渗漏淋失量增加，3种类型紫色土磷素渗漏淋失量为，中性紫色土钙质紫色土酸性紫色土。三种类型紫色土的土壤Olsen-P含量与磷素渗漏淋失量之间符合指数关系，其中又以中性紫色土土壤Olsen-P 含量和磷渗漏量的拟合度最高。农田土壤磷素流失主要通过两个途径：地表径流和地下淋失。由于大多数土壤具有很强的固定磷能力，所以长期以来人们一直认为土壤磷素主要通过地表径流进人水体，而通过土体淋失的磷很少，可以忽略不计 24。但英国洛桑试验站著名的 Broadbalk长期定位试验结果显示，当土壤中的
11、有效磷（Olsen-P ）超过某一临界值时，从土体排出水的磷浓度迅速增加，尽管不同的土壤有差异，但所排出的水足以引起水体富营养化 25。他们还通过模拟试验，发现当土壤中的Olsen-P超过某一临界值时，土壤 CaC12浸提磷也迅速提高，而且两个临界值几乎完全相同。随后又有报道指出该法测得的土壤测试磷与径流中的溶解的活性磷的浓度之间有着极好的相关性。因此，可以用CaC1 2浸提磷来预测从土体排出水的磷浓度，从而对磷素淋失进行风险评估 21。本研究便采用此种方法对采样区的土壤磷素淋失进行临界值研究及风险评估。3 研究方案3.1 研究区概况本文所研究的老板山（见图 1）处于四川农业大学雅安校区第二教
12、学区读书公园。具体地理坐标位于东经 10255171030002，北纬 295628300010之间。属于典型的低山丘陵地形，土壤类型主要为紫色土。气候属亚热带湿润季风气候类型，一般冬无严寒，夏无酷暑，春季回暖旱，降水集中于夏季，多夜雨，局部有滑坡、泥石流等灾害。老板山上，人们也从事农业生产，主要以粗放的种植业为主。8图 1 四川农业大学老板山读书公园3.2 研究内容及预期目标本实验选取四川农业大学雅安校区老板山 3 个不同地点的紫色土壤，通过室内模拟试验，寻找土壤测试磷与磷素淋失之间的关系，对老板山土壤磷素淋失临界值并进行风险评估，以期为构建美好和谐的生态环境和美丽校园参考。（1）Olsen
13、-P 与 CaCl2-P 的关系；（2）Mehlich-P 与 CaCl2-P 的关系：（3）Bray-P 与 CaCl2-P 的关系。3.3 技术路线通过室外采样和室内实验相结合的方法获得相关数据，对数据处理后，得出老板山农地土壤磷素淋失临界值，分析老板山典型农地土壤测试磷与磷素淋失之间存在的关系，并依据临界值对该区农地的保护提出意见及建议。具体技术路线见图 2采样点采样点采样点 8收集资料试验方法 采样区概况 采样区土地类型方案设计土样采集风干，过 2 mm 筛室内化验分析Olsen-P CaC12-P得出土壤有效磷与土壤磷素淋失之间的关系为土壤积累磷素安全管理提供现实的理论参考三种不同酸
14、度的紫色土室内土壤培养实验Mehlich-P Bray-P图 2 技术路线3.4 研究材料与方法3.4.1 材料取自于四川农业大学老板山的 3 种不同酸度的紫色土，土壤风干后过 2 mm 筛。3.4.2 土壤培养试验将风干过 2mm 筛的土壤湿度调节至约 50 %的田间持水量，同时加入不同量的 KH2PO4 溶液(0，30 ，40，60，100，160 ，200，240，300，400 mg P/kg 土) ，25下培养 4 天后风干，再加水至约 50 %的田间持水量，同上培养 4d 后再风干，如此进行 3 次。土壤风干后过 2 mm 筛，分别测定 Olsen-P、0.01 molL -1Ca
15、C12 浸提磷(CaC1 2-P)、Bray-P、Mehlich-P。3.4.3 分析项目和方法土壤 pH：电位法 26测定。CaC12-P：0.01 molL -1CaC12 浸提(1：5 土水比)-钼锑抗比色法测定 26。8Olsen-P：pH 8.5 的 0.5 molL-1NaHCO3 浸提-钼锑抗比色法测定 27。Bray-P：0.1mol L -1HCl-0.03molLNH4F 浸提-钼锑抗比色法测定 27；Mehlich-P：Mehlich 3 浸提-钼锑抗比色法测定 27。3.4.4 数据整理与临界值计算整理实验所得数据，运用 SPSS17.0 软件进行临界值的计算。4 进度
16、安排2011 年 4 月7 月：收集资料，野外调查，采集土壤并完成室内试验；2011 年 8 月：整理数据并进行数据分析；2011 年 9 月11 月：整理资料，撰写论文。参考文献：1程宪国,王维敏.麦秸翻压对土壤磷组分的影响J.土壤通报,1991,22(6):2542562寇长林,王秋杰,任丽轩,等.小麦和花生利用磷形态差异的研究J.土壤通报,1999,30(4):1811843 Arpenter S R,Caraco N F,Correll D L,et al.Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen
17、 J.Ecological Applications,1998,8(3):5595684李庆召,王定勇,朱波.自然降雨条件下紫色土区磷素的非点源输出规律 J.农业环境科学学报,2004,23(6):105010555刘方,罗海波,舒英格,等.黄壤旱地水系统中磷释放及影响因素的研究 J.中国农业科学,2006,39(1):1181246 Sharpley A N,Charpra S J,Wedepohl R,et a1.Managing agricultural phosphorus for protection of surface waters issues and options J.J.
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19、312610张志剑.水田磷素流失数量潜能及控制途径的研究D,杭州:浙江大学博士论文,200111 Kleinman P J A,Sharpley A N,Wolf A M,Beegle D B,et a1.Measuring water-extractable phosphorus in manure as an indicator ofphosphorus in run offJ.Soil Sci.Soc.Am.J ,2002,66(6):2009201512 Maguire R Q,Sims J T.Measuring agronomic and environmental soil ph
20、osphorus saturation and predicting phosphorus leaching with Mehlich 3J.Soil Sci.Soc. Am.J ,2002,66(6):2033203913 Maguire R O,Sims J T.Soil testing to predict phosphorus leachingJ.J.Environ.Qua1 ,2002,31(5):1601160914 Borling K,Otabbong E,Barberis E.Soil variables for predicting potential phosphorus
21、release in Swedish norcalcareous soilsJ.J.Environ.Qua1. ,2004,33(1):9910615 Sharpley A N,McDowell R W,Kleinman P J A.Amount, forms,and solubility of phosphorus in soils receiving manureJ.Soil SciSoc. Am.J ,2004,68(6):2048205716王新民,侯彦林,杨信廷,等.农学与环境学上磷素测定方法在石灰性潮土中的应用比较 J.农业环境科学学报,2004,23(5):1030103317
22、Nair V D,Portier K M,Graetz D A,et a1.An environmental threshold for degree of phosphorus saturation insandy 8soilsJ.J.Environ.Qua1. ,2004,33(1):10711318 GartleyA,Maztffare M,Sims J T,et al.Phosphorus availability and sorption in an atlantic coastal plain watershed dominated by animalbased J.Soil Sc
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