我国农田磷平衡状况与改善对策(2)

　　关于全国不同时间段农田磷平衡的变化趋势，结果基本一致， 即随年代提升土壤盈余整体增加。曹宁等[16]结合 GIS 平台对 1996 年及 2002 年中国县域农田土壤磷平衡状况进行分析， 结果表明农田土壤磷盈余量在 6 年间普遍提高了一个等级； 1996 年及 2002 年县域农田土壤磷盈亏范围分别为-20~425 kg·hm-2及-17~450 kg·hm-2; 农田土壤磷盈余量为 20~50 kg·hm-2的县市占全国总县市的比例从 1996 年的 34.2%下降到 2002 年的 24.1%, 而磷盈余量为 50~100 kg·hm-2的县市所占比例从 29.3%增加到 33.4%.Shen等[15]计算了中国 1993-2001 年国家和省级磷盈余状况，盈余量随磷肥用量逐年升高， 大部分省份磷盈余大于 10 kg（P）·hm-2·a?1.除了全国性磷平衡研究以外， 许多研究者还对流域或县级行政区等区域性磷平衡进行了研究， 得出了特定区域的磷平衡状况。何仁江等[17]研究了三峡库区典型农业小流域土壤系统磷收支， 盈余量为83 kg·hm-2·a?1.张慧等[10]在北京地区密云县和房山区进行了县域范围内乡镇尺度养分平衡研究， 两地的磷盈余强度分别为 110.81 kg·hm-2和 386.48 kg·hm-2.陕西省扶风县小麦-玉米种植体系 16 年累计磷盈余量 4 273 kg·hm-2[18].

　　2.2 我国不同作物的农田磷平衡状况

　　农田磷的盈余或亏缺， 从源头上讲主要是由作物的磷肥投入和作物带出的差异造成的。对不同作物的磷投入-产出平衡进行分类计算是农田磷平衡研究的基本步骤之一， 但有时也会针对某种或某些重点作物类型进行专项调查。同时， 最终进行区域磷平衡的调控也要通过作物的磷投入（施肥）和产出（产量）来实现。不少研究者通过调查或统计年鉴数据，研究了不同类型作物磷平衡状况特征， 特别是对投入肥料多、容易引起磷盈余的果树、蔬菜等经济作物进行专项调查， 为有的放矢调控磷平衡提供数据支撑。

　　关于不同类型作物农田磷平衡的对比研究。冀宏杰等[19]通过农户调查， 分析了太湖流域蔬菜、果树等经济作物和水稻、小麦等大田作物磷平衡状况，结果表明经济作物磷养分的盈余量比几种主要的大田作物多。所调查的 53 种轮作组合中， 有 47 种轮作的磷盈余超过 150 kg·hm-2, 25 种超过 300 kg·hm-2.

　　上海市黄浦江上游水源保护区 35 个地块、37 种种植作物的周年监测表明， 主要作物的磷养分平衡状况为： 果树>蔬菜>苗木>大田>草皮>芦荟[20].太湖上游低山丘陵地区不同用地类型磷平衡状况为茶园>水田>马尾松林>竹林， 分别是 319.9 kg（P）·hm-2·a?1、29.7 kg（P）·hm-2·a?1、1.2kg（P）·hm-2·a?1和-3.4kg（P）·hm-2·a?1[21].基于 19 年大麦田间定位试验， 在氮磷钾平衡施肥条件下， 每年土壤磷素可盈余 6.9 kg·hm-2[22].

　　除了以上研究中对蔬菜、果树等经济作物与大田粮油作物进行对比分析外， 还有一些针对经济作物的专项调查。山东省桃主产区调查结果表明， 全部的桃园土壤处于磷素盈余状态， 磷盈余量达608.78 kg（P2O5）·hm-2, 而这些磷素较高的桃园仍在大量施入磷肥[23].河北省果园调查结果表明， 80%的果园磷素处于盈余， 总体平均盈余量为 269.5 kg（P2O5）·hm-2,最大盈余量超过 1 900 kg（P2O5）·hm-2.施磷过量造成土壤有效磷积累， 磷肥过量果园占 88.5%[24].

　　2.3 磷平衡对土壤磷含量的影响

　　磷平衡是研究者计算得出的结果， 反映当年或当季土壤磷盈余或亏缺。一个区域的种植制度、施肥方式与习惯往往是经过多年的累积， 短期内比较难于有大的变化， 因此多年累加起来就会造成土壤磷素含量（如土壤 Olsen-P 含量）的升高或降低， 即土壤磷的变化也可以作为磷平衡计算结果的检验。

　　国家级耕地土壤长期监测结果表明， 1985-2006 年土壤有效磷含量呈极显着上升趋势， 其中1985-1997 年平均增加 0.8 mg·kg-1, 1998-2006 年上升更快， 年平均增加 1.0 mg·kg-1[25].区域性研究也得到了类似结果， 如太湖流域 20 世纪 80 年代初以来， 农田 0~15 cm 土壤磷素水平有较大提高， 缺磷土壤的面积已经大大减少[26].而据农业部测土配方施肥项目发布的结果， 近年全国采集土壤样品1 798 万个， 耕地磷素养分富集已经成为我国一个重大共性问题[27], 这也可以说是长期磷盈余在提高土壤磷含量上的有力验证。

　　长期作物磷盈余累积反映在土壤磷素含量上，表现为不同作物类型间土壤磷素差异增大。太湖流域土壤调查结果表明， 种植经济作物的土壤磷素提高幅度远大于粮食作物[26]; 河北省定州市 0~200 cm 和0~400 cm 设施农业土壤磷累积均高于普通农田， 且设施土壤速效磷深层累积比例随棚龄增加而增加[28].

　　通过有效的磷管理措施可降低磷盈余土壤的磷含量。设施菜田的研究表明， 与习惯施肥相比， 大幅减施肥料的有机无机肥料配合施用可显着降低土壤速效磷含量， 0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm 和60~80 cm 土层速效磷含量较习惯施肥的平均值分别降低 21.0%、21.6%、21.1%和 21.7%[29].国内外诸多研究者进一步得出了磷平衡和土壤有效磷的定量关系。国外研究表明每 100 kg（P）·hm-2磷盈余增加土壤 Olsen-P 2~6 mg（P）·kg-1[30].鲁如坤等[8]利用长期定位， 研究了磷平衡和土壤有效磷水平消长的关系， 发现两者显着相关， 并求得回归方程。5 个 15 年小麦-玉米轮作系统长期定位试验结果表明， 100 kg（P）·hm-2·a-1磷盈余可导致土壤 Olsen-P 增加 2.3~5.7 mg（P）·kg-1[31].河北省 8 年菜地试验结果表明， 100 kg·hm-2磷素盈余可导致土壤有效磷上升 1.06 mg·kg-1[32].

　　3 改善我国农田磷平衡状况的对策与思考

　　从前面的叙述可以看出， 我国农田磷基本状况为盈余。为节约资源和环境保护， 需要采取适当技术措施降低磷素盈余以维持平衡。但我国耕地面临的另一个严峻现实也不容忽视， 即我国还有 65%的耕地是中低产田[33], 其中瘠薄型的比例最大， 占中低产田总面积的 27%[34], 而提高土壤磷素水平是改造中低产田的一个重要内容。

　　长期试验表明， 无肥区处理的土壤磷含量降低迅速。红壤区土壤有效磷 14 年下降超过 50%, 黑土区土壤速效磷 24 年下降 60%[35].而对于中低产田地区， 磷投入低也必然会加速这些地区本不丰富的土壤磷养分库的耗竭。因而， 要保持我国土壤质量整体提升， 实现“藏粮于土”战略， 也有必要防止我国土壤磷养分走向两个极端： 一种极端情况是投入多导致磷严重盈余， 而另一种极端情况却是由于水土流失、投入不足甚至不投入等原因导致的磷严重缺乏。目前来看， 不同区域、不同作物类型间， 这种磷平衡的“两极化”现象都正在日益加剧， 值得关注。下面从研究层面、治理层面进行讨论， 阻止农田磷平衡的“两极化”发展趋势， 保持我国农田土壤质量健康和可持续发展。

　　3.1 开展磷平衡评价指标基础研究， 保持土壤磷平衡

　　由于施入农田的磷素在土壤中极易固定， 不像氮素那样有挥发损失到大气的问题， 淋失到地下水问题也相对较少。土壤磷素的累积， 与磷肥的当季和多年累计利用率直接相关， 盈余磷的绝大部分积累在土壤中， 作为土壤磷养分库的一部分储存起来，在一定意义上磷的盈余提高了土壤磷素的供应潜力，当然这种积累也存在一定的潜在环境危险。过量施入的磷可能转移向附近的淡水， 进而到输送至沿海水域[36].关于如何评价农田磷的盈余， 鲁如坤等[37]认为红壤旱地上可以允许有 100%~150%的盈余， 在红壤性水田上则应低一些。

　　关于磷平衡与磷流失的关系， 中国农业科学院进行了土壤、肥料和流失液中磷的系统性分组研究，其中土壤中磷形态包括全磷、水溶性总磷、水溶性无机磷、水溶性有机磷和 Olsen-P; 有机肥中磷形态包括总磷、水溶性总磷、水溶性无机磷、水溶性有机磷和 NaHCO3-P; 流失液中磷形态包括总磷、水溶性总磷、水溶性无机磷、水溶性有机磷和颗粒磷。

　　在华北平原实证性研究了菜地系统“有机肥磷施肥-有机肥磷在土壤中转化-农田磷流失”这一链条的数量转化关系[38], 然而对于其他地区土壤、作物磷组分的关系， 以及更多种类有机肥不同磷成分的分组，尚需更多试验。

　　我国幅员辽阔， 作物种植类型和土壤类型极端丰富， 今后尚需针对土壤（质地、土层厚度、结构）、气候、作物开展试验研究， 研究不同土壤、作物条件下磷平衡与磷流失的关系， 制定适合各地条件的分区磷盈余阈值， 建立磷平衡综合评价指标。