土壤胶体磷储存与流失阻控

来源：赛杰奥

磷作为地球生命系统的主要营养元素及生态系统中常见的营养限制因子，其循环影响着包括碳、氮循环在内的多种元素的生物地球化学循环过程。土壤作为主要的磷库，土壤磷循环是自然界磷元素循环的关键。受地球生物化学过程与人类活动的影响，植物残体还田、无机/有机肥料过量施用使土壤磷元素日趋累积。例如，我国土壤含磷量一般在310～1720mg/kg，很大程度上受土壤母质、气候条件、地理位置及施肥方式等因素影响，分布具有明显的地带性差异（王永壮等，2013）。磷元素在土壤固液两相中以多种形态存在，不仅包括溶解性磷酸盐、铁（铝）氧化物结合态磷、含钙矿物结合态磷、黏土矿物结合态磷等无机磷，还包括微生物磷、活性和稳定性的有机磷，同时不同磷各形态之间常发生循环周转。土壤磷循环过程复杂，涉及吸附-解吸、沉淀-溶解、矿化-固定等多种化学和生物化学过程，受成土过程、生物活动、土壤溶液化学（如pH、离子强度、氧化还原电位）及多种环境因素（如土壤水热）等影响（Pierzynski et al.，2005）。

地表水体富营养化已成为全球的重大环境问题之一，也是我国大型河流、湖泊的重要生态环境问题之一（Yang et al.，2008）。磷是引发水体富营养化的关键因子（Huo et al.，2011）。但目前学术界尚未能对磷元素迁移进行精确的描述和预测，以有效控制磷元素环境风险。污染物迁移通常利用固液两相模型加以预测，即可移动的溶解相和不可移动的固相，当有研究表明根据固液两相模型对污染物迁移作用的预测值与实际监测值存在巨大偏差时，胶体作为促发污染物迁移的第三相被引入进来解释这种偏差（Mccarthy and Zachara，1989；Ryan and Elimelech，1996）。已报道无论是在海洋、河流、湖泊还是地下水中均发现有胶体物质广泛存在（Tipping and Ohnstad，1984；Wells and Goldberg，1991；Wigginton et al.，2007；Buesseler et al.，2009）。胶体易化运移，即污染物通过吸附过程附着在胶体表面，随着胶体迁移而移动转化的过程，已被证实是土壤溶液、河流、湖泊等水体以及农业面源污染中磷元素迁移的重要途径（Haygarth et al.，1997；Heathwaite et al.，2005）。因此，胶体磷对于全面认识磷元素环境行为及环境风险至关重要（Monbet et al.，2010）。

▲ 胶体易化磷元素运移的条件［据Elimelech 和 Ryan（2002）修改］

土壤胶体以巨大的比表面积、强大的吸附性能及多样的表面官能团，在污染物储存形态、迁移转化等生物地球化学循环过程中起到重要作用。胶体易化磷元素运移已成为农业面源磷污染的重要形式，因此，控制胶体磷从土壤向水体的流失至关重要。

近年来，浙江大学环境与资源学院梁新强教授课题组在浙江省自然科学基金杰出青年科学基金（LR16B070001）、国家自然科学基金优秀青年科学基金（41522108）、国家重点研发计划项目子课题（2017YFD0800103）、国家科技重大专项课题（2018ZX07208009）等资助下，基于面上调查、田间定位试验、野外观测试验和室内模拟试验等手段，利用理化分析、计算机综合模拟等方法，开展了大量的农业面源污染过程与防治研究工作。《土壤胶体磷储存与流失阻控》（梁新强主编. 北京：科学出版社，2020.5）一书以土壤胶体磷储存与流失阻控为主要内容，参考国内外该领域的最新研究进展，在课题组研究成果的基础上编著而成。

 本书共15章：

第1章，回顾了农业面源污染、土壤磷的储存形态、胶体促发的土壤磷流失、影响胶体磷活化迁移的因素、土壤胶体磷存在的双重效应、农业面源胶体磷流失原位控制策略的研究现状。

第2章，发现了胶体作为中间介质对磷元素从真溶解态向大颗粒态运移的动态过程起到维稳缓冲作用。

第3章，探明了多种农田土壤真溶解态磷、胶体磷的流失潜能及其差异性。

第4章，明确了我国南方典型稻田土壤胶体磷储存与释放的影响机制。

第5章，分析了全国水稻主产区稻田土壤胶体磷含量的地带性差异。

第6章，探究了不同pH影响下稻田和菜地土壤胶体磷的分子形态及其流失机制。

第7章，明确了保护性耕作与多样化轮作对不同时期稻田土壤胶体磷储存规律的影响。

第8章，考察了降雨和施肥对水稻田田面水和稻田排水径流中的胶体磷流失贡献的影响。

第9～11章，评估了胶体磷在稻田土壤剖面中的分布特征、田面水中的流失风险及其与磷肥输入的关系。

第12章，探究了施加粪源生物炭（简称粪源炭）对土壤胶体磷释放的影响规律。

第13章，弄清了不同土地利用类型土壤中胶体磷的阻滞系数。

第14章，建立了可以预测土壤胶体磷流失潜能的线性回归模型。

第15章，考察了PAM和生物质炭施用对土壤胶体磷流失的联合阻控效应。 

▲ 不同生物质炭用量下土壤水稳性大团聚体含量与胶体磷含量变化

本书所用的许多资料含有诸多创新理论和学术观点，可丰富当前在土壤磷储存形态、流失机制及阻控技术方面的研究成果。书中提出的土壤胶体磷流失防治对策大多来源于田间实际，是切实可行的，一些来自室内模拟和温室试验，在实际应用过程中可能会出现偏颇，有待实践检验。