文献综述8农用地磷流失及水体富营养化研究进展.pptx

研究背景及思路实验的方法室内分析实验室外模拟实验预期结果程全国.面源污染物对环境的影响及趋势分析.辽宁城乡环境科技,2000,2（5）：46.张维理，武淑霞，冀宏杰，等.中国农业面源污染形势估计控制对策I.21世纪初中国农业面源污染的形势估计.中国农业科学，2004，37(7):1008-1017.Corwin DL.Non-Point Pollution modeling based on GIS J.Soil and Water Conservation.1998，l:75-88.农业面源污染主要是溶解态或颗粒态污染物从非特定的地点，在非特定的时间，于降水(或融雪)冲刷作用下，汇入河流、湖泊，水库、海洋等自然受纳水体，引起的水体富营养化或其它形式的污染(程全国，2000;张维理，2004;)。全球范围来看，30%-50%的地球表面已受面源污染的影响，并且在全世界不同程度退化的12亿ha耕地中，约12%由农业面源污染引起(corwin等，1998)1.研究背景 王道涵，梁成华.农业磷素流失途径及控制方法研究进展J.土壤与环境.2002，11(2):183-188.黄东风，王果，陈超.农业面源污染研究概况及发展趋势J.中国农村小康科技.2006(11):39-45 自20世纪70年代以来，中国各大湖泊、重要水域的水体污染，特别是水体的氮、磷富营养化问题急剧恶化，湖泊水质持续下降。(黄东风等，2006)。中科院对我国淡水生态环境质量的现状分析表明，在已监测的全国131个主要湖泊中有67个是富营养化的，其中农业面源氮、磷负荷占的比例较大，并且农业磷素的流失与土壤中积累的磷素总量关系密切(王道涵等，2002)。Haygarth.PM，JarvisSC.Transfer of Phosphorus fro magricultural soil J.Advances inagronomy.1999.66:195-247.Leinweber P,Lunsmann F,Eekhardt KU.Phosphorus sorption capacities and saturation of soil in two regions with different Iives toekdensiticsin northwest Germany J.Soil Use Management.1997，13:82-89.Sharpley AN，Chapra SC，Wedepohl R.Managing Agriculture phosphorus protection of Surface waters:Issues and Options J .Journal of Environmental Quality.1994，23:437-451.徐明岗等.土壤磷扩散规律及其能量特征的研究施肥量及水肥温相互作用对磷扩散的影响J.土壤学报,1998,35(1):55-65.Olga Susana Heredia,Alicia Fernandez Cirelli.Environmental risks of increasing phosphorus addition in relation to soil sorption capacity J.Geodrma,2007,137:426-431Parry;Vander Molen et al.研究表明：农业面源污染是内陆水体富营养化的重要诱导因素。而造成农业面源污染的主要原因是过量施肥，尤其是在畜牧业密集的地区(sharpley 等，1994;Leinwebe:等，1997:Haygarth等，1999)。长期而过量地施用磷肥,导致农田耕层土壤处于富磷状态，通过径流，渗漏等途径向水体迁移，引发受纳水体的富营养化（徐明岗等,1998；Olga Susana Heredia et al.,2007）司友斌，王慎强，陈怀满等.农田氮、磷的流失与水体富营养化.土壤，2000，(4):188193.引起水体富营养化的关键元素是氮和磷，其中磷的作用远大于氮。水体中磷的浓度不高时就可以引起水体的富营养化。一般，当水体中总氮浓度大于0.2mg/L，无机总磷浓度达到0.02mg/L时，就有可能引起藻华现象(金相灿等，1992；司友斌等2000)。Oenema,O Roest C W J.Nitrogen and phosphorus losses fro agriculture into surface waters:theeffects on policies and measures in the Netherlands J.Water Sci.Tech,1998,37(2):19-30段永蕙，张乃明等.滇池流域农田土壤氮磷流失影响因素探析J.中国生态农业学。2005,1（2）：116-118Vighi M,Chiaudani G.Eutrophieation in Europe,the role of agricultural activities.In:HodgsonE.RevrewsofEertinamevtalTOxicology.Amsterdam:Elsevier.1987:213-257.Parry R.Agricultural phosphorus and water quality:A U.S.Environmental protection agency perspective J.Environ.Qual.,1998,27:258-261Vander Molen D T,Breewwsma A,Boers P CM.Agricultural nutri2ent losses to surface water in the Netherlands:Impact,strategies,and perspectivesJ .J.Environ.Qual.,1998,27:4-11.农业面源污染提供的总磷占水环境污染总量的40%-50%（Line et al.,1998;Oenema et al.,1998）。段永惠等（2005）对滇池流域农田土壤磷流失研究证实：农田径流输入的磷占滇池入湖总磷的53%。在欧洲国家，农业面源污染同样是造成水体污染的首要来源，也是造成地表水中磷富集的最主要原因，由农业面源排放的磷为地表水污染总负荷的24%-71%(vighi等，1987)。农田生态系统的磷素输入大于输出，作物对磷肥的利用率很低。通常情况下,当季只能利用5-15,加上后效一般也不超过25,所以，约有75-90的磷滞留在土壤中（王庆仁,李继云,1999）。当有机肥施用却未能被全部吸收利用时，必然会增加氮、磷流失风险。来自有机肥的地表径流和渗漏能引起严重污染（Sherwood M.,Fanning A.1981；）。王庆仁,李继云.论合理施肥与土壤环境的可持续性发展J.环境科学进展,1999,7(2):116-123.Sherwood M.,Fanning A.Nutrient content of surface run-off water from land treated with animal wastes.In：Brogan J C.(Ed.)，Nitrogen Losses and Surface Run-off from Land Spreading of Manures.Martinus Nijbo./W.Junk,The Hague,1981,5-17.Mueller,D.H.，R.C.Wendt,and T.C.Daniel.Phosphorus losses as affected by tillage and manure applicationJ.Soil Sci Soc Am J.1984,48:901-905.Sharpley A.N.Chapra S.C.Wedepohle R,et al.Managing agricultural phosphours for protection to surface water:issues and optionsJ.Journal of Environmental Quality,1994,23:437-451.Lehmann L.,Lan Z.,Hyland C.,et al.Ketterings.Long-term dynamics of phosphorus forms and retention in manure-amended soilsJ.Environ.Sci.Technol.2005,39:6672-6680.Mueller et al.(1984）、Sharpley et al.（1994）等指出土壤中施入有机肥是磷径流流失的直接原因，频繁施用大量有机肥超过植物生长吸收会引起大量磷素在土壤剖面累积（Lehmann L et al，2005；Nelson N O，et al；2005）。尤其是如果施用有机肥后短时间内遇到暴雨或持续降雨则会增加磷素流失风险（Jarvis S C.,Sherwood M.,1987；Edwards，1993a）。农田磷素通过地表径流进入地表水，是农田土壤磷素流失转移的主要途径,渗漏液占一定的比例(王道涵等2002)。Nelson N O.,Parsons J E.,and Mikkelsen R L.Field-scale evaluation of phosphorus leaching in acid sandy soils receiving swine wasteJ.J.Environ.Qual.,2005,34:2024-2035.Hubbard R K.,Thomas D L.,Leonard R A.,et al.Surface run-off and shallow ground water quality as affected by centre pivot applied dairy cattle wastes.Transactions ASAE.1987,30(2)：430-437.Jarvis S C.,Sherwood M.,Steenvoorden J H.Nitrogen losses from animal manures：from grazed pastures and from applied slurry.In：vander Meer,H G.et al.(Eds.),Animal Manure on Grassland and Fodder Crops.Martinus Nijho.Publishers,The Netherlands,1987：195-212.Edwards D R,Daniel T C.Runoff quality impacts of swine manure applied to fescue plots.Transactions of the American Societu of Agricultural 1993a,36:81-86.王道涵，梁成华.农业磷素流失途径及控制方法研究进展J.土壤与环境.2002，11(2):183-188.Dou Z，Toth J D，Galligan D T Laboratory procedures for characterizingmanure phosphorus J Journal of Environmental Quality，2000，29:508-514Kleinman .P.J.A ,A.N.Sharpley.Effect of broadcast manure on runoff phosphorus concentrations over successive runoffeventsJ.Journal of Environmental Quality.2003,33:1072-1081.Kleinman.P.J.A,A.N.Sharpley,et al.Effect of mineral and manure phosphorus source on runoff phsophorusJ.Journal of Environmental Quality,2002a,31:2036-2033近年，研究者呼吁减少化肥、增加有机肥施用来控制水土流失的想法和畜牧业的发展促使畜禽有机肥磷的产生量也相应增加。畜禽粪便（有机肥）中含有不同形态的磷，且具有不同的溶解性。Dou 等（Dou Z at el，2000）在Hedly测定土壤磷素分组法基础、上，将畜禽粪便中的磷素分为不同溶解性的5种形态:H2O-P、NaHCO3-P、NaOH-P、HCl-P、Residual-P。王涛（2007）、Kleinman 等研究表明径流及渗漏流失的磷形态主要是H2O-P态。Maguire RO，Edwards AC,Wilson MJ.Influence of cultivation on the distribution of Phosphorus in three soil from NE Scotland and their aggregate site fractions J.soil Use and Management(SuPPlement).1998,14:147-15Daniel TC，Sharpley DR，Edwards DR.Minimizing surface waters eutriophicationfrom agriculture by Phosphorus management J.Journal of soil and Water Conservation.1994，49:30-38.张兴昌.侵蚀条件下土壤氮素流失对土壤和环境的影响J.土壤与环境.2000 9(3):249-252 农田有机肥磷素的流失程度与当地的降雨情况(雨强、时间等)、施肥状况(肥料类型、时间、施肥量)、土壤性质、地形地貌特点、植被覆盖条件，以及人为管理措施等多种因素有关(Sharley.Daniel等，1994:Maguire等，1998:张兴昌，2000)。Chichester等（1992）发现农田径流产生量与农田耕作方式无明显的相关关系。刘怀旭主编.土壤肥料C.合肥:安徽科学出版社,1987：202-230.彭近新.水质富营养化与防治C.北京:中国环境科学出版社,1988：191.李定强等.广东省东江流域典型小流域非点源污染物流失规律研究J.土壤侵蚀与水土保持学报,1998,4(3):12-18.陈西平,黄时达.涪陵地区农田径流污染负荷定量化研究J.环境科学,1991,12(3):75-79.余存祖等.水土流失区农田物质循环与改善途径J.中国水土保持,1987,58(5):13-18.据估计全世界每年大约有300-400万吨P2O5从土壤迁移到水体中（刘怀旭，1987）。美国每年由肥料和土壤进入水生态系统的磷达0.45亿公斤左右（彭近新.1988）。我国广东东江流域农田的磷素流失量为1.16kg/(hm2a)（李定强等，1998）,四川涪陵地区农田磷流失量为1.17kg/(hm2a)（陈西平,黄时达，1991）,陕西黄土高原侵蚀最严重的地区府谷县、米脂县农田中磷流失量分别为9.9kg/(hm2a)和8.7kg/(hm2a)（余存祖等1987）。据2002-2003年云南省农科院对环滇池区域600多个农户有机肥用量调查结果显示:当地农民施用有机肥种类主要为猪粪，其次是牛粪、鸡粪，大多数农田有机肥用量达到 5-8吨/亩，用量较少的为1-3吨/亩，而还有一些农田有机肥用量高达15-20吨/亩。朱荫湄.施肥与地面水富营养化.施肥与环境学术讨论会论文集,中国农业科技出版社,1994：40-44.张维理，武淑霞，冀宏杰，等.中国农业面源污染形势估计控制对策I.21世纪初中国农业面源污染的形势估计J.中国农业科学.2004，37(7):1008-1017.Lena B Vought et al.河边过渡带养分的持留.AMBIO人类环境杂志,1994,3(6)：342-348.滇池也是我国典型的面源污染湖泊之一。滇池流域面积2920km，居住着200多万居民，其农田面积1305.8km2，占滇池流域面积的46.5%(朱荫湄,1994)。滇池流域地区有机肥资源丰富，农田有机肥施用水平较高，远超过国际上农田可承载畜禽粪便的最大负荷量标准（张维理，2004）。据统计，2004年滇池流域磷肥（P2O5）的年均施量已达到390kg/hm2，远远超出全国平均水平81kg/hm2（Lena B Vought et al，1994）农田养分的流失、迁移及输入水体，引起水体富营养化已是目前全球性水环境问题，而磷是水体富营养化发生的最为关键的限制因子，因此控制农业磷素输入水体是全球水体富营养化预防研究领域内的一个关注的热点。农业生产实践在引起水体富营养化方面的作用一直受到国内外许多学者的高度重视。Grolimund D,Elimelech M,Orkovee M.Transport of in situ mobilized colloidal Particles in Packed soill1columns J.EnvironmentalScienee&Technology.1998，32:3262-3569.Haygarth.PM，Jarvis SC.Transfer of Phosphorus fro magricultural soil J.Advances inagronomy.1999.66:195-247.IgeDV,Akinremi00,FlatenDN.Environment alindex for estimating the risk of Phosphorus soil in calcareous soil of Manitoba J.Journal of EnvironmentalQuality.2005,34:1944-1951Kretzschmar R，Borkovce M，Grolimund D，Elimelech M.Mobile subsurface colloids and their rolein contaminant transport J.AdvaneesinAgronomy.1999，66:121-193.Motoshita,M.,T.Komatsu，P.Moldu.P.,L.WdeJonge.N.,Ozakiand T.Fukushima.Soil constituent faeilitatedtransPortofPhosPhorusfromahighPsurfaee5011J.soil Found.2003，43:105-114.国内外对农田土壤磷素向水体迁移流失已有大量研究（Grolimund，1998;Haygarth 等，1999;Kretzsehmar等，1999;Motoshita等，2003;Ige等，2005;Sharley等，2000;Toor等，2005;高超等，2005)。但由于耕作制度的异同，国外研究对象多为旱地和草地;国内则侧重对水稻田、旱地土壤磷素流失进行研究。在微区试验条件下，多数研究对水田磷素的流失特征进行模拟试验(黄满湘等，2003;粱涛等，2005;梁新强等，2006)。在自然降雨条件下，也有很多学者对农用地磷素的流失进行了一些长期定位试验研究(张乃明等，2003:高超等，2005:曹志洪等，2005:张志剑等，2007:李学平等，2008;李瑞玲等，2010)。Daniel TC，Sharpelcy AN，Lemunyon JL.Agricultural Phosphorus and eutrophication:a symposium overview J.Journal of Environmental Quality.1998，27:251-257.刘建玲.北方耕地和蔬菜保护地土壤磷素状况研究J.植物营养与肥料学报.2000，6(4):409-416.Page T.,Haygarth PM.,Beven K.,JoynesJ.,et al.Spatial variability of soil Phosphorus in relation to the topographic index and eritical source areas:Sampling for assessing risk to water quality.J.Environ.Qual，2005，34:2263一2277刘建玲等(2000)研究表明，磷肥的大量施用不仅导致0-40cm土壤磷素大量积累，而且40-100cm土层中的磷素也有明显的增加趋势。在质地轻、固磷能力低以及大量施用有机肥的土壤上，磷通过渗漏进入地下水也是很明显的(Daniel等，1998)。Pageetal，(2005)测定不同地区河流的可溶性磷发现Olsen-P浓度较高能引起河流中可溶性磷浓度增加，而有机肥含有较高的Olsen-P。王涛，张维理，张怀志，滇池流域人工模拟降雨条件下农田施用有机肥对磷素流失的影响J.植物营养与肥料学报2008，14(6):1092-1097龚文.滇池流域有机肥水溶性磷组分及其氮磷流失原位模拟研究M.云南农业大学，2010王涛（2008）等对滇池流域人工模拟降雨条件下农田施用有机肥对磷素流失的影响研究结果显示，随着有机肥(猪粪)施用量的增加，农田流失液中各形态磷素的平均浓度提高。施用有机肥产生的径流，其中以可溶性无机磷为主，约为水溶性磷的 80，水溶性有机磷约占 20，说明畜禽有机肥中水溶性无机磷在水溶性磷中的流失潜能和风险是最高的。王涛.滇池流域施用有机肥农田氮磷流失模拟研究D.昆明，中国农业科学院硕士论文，2007.龚文（2010）对滇池流域有机肥水溶性磷组分 及其氮磷流失原位模拟研究，证实了：通过径流、渗漏途径流失的不同形态磷浓度和流失量都随着有机肥用量的增加而增加，它们之间存在显著相关关系。王德举，等利用粉煤灰合成沸石的研究进展J.粉煤灰综合利用，2002，6：3234Wu D Y，Zhang B H，Li C J，et alSimultaneous removal of ammonium and phosphate by zeolite synthesized from fly ash as influenced by salt treatmentJJournal of Colloid and Interface Science，2006，304(2)：300-306林立君，等.粉煤灰除磷试验研究J.粉煤灰综合利用,2010,（2）:29,33.孔思达,等.粉煤灰除磷特性初探J.化工技术与开发,2011,40(2):51-54.阎存仙,周红.粉煤灰处理含磷废水的研究J.上海环境科学2000,19(1):33-36.阎存仙.粉煤灰的综合利用J。上海环境科学,1996,15(2):30-33.李 萍,林 海等.粉煤灰及沸石对污泥回流液中磷的吸附研究J.环境污染与防治，2009,31（9）：6-9.肖利萍，吕 娜等.粉煤灰颗粒吸附剂处理含磷废水的试验研究J.非金属矿,2011,34(3):68-70.于广超,李方敏.几种填料对磷的等温吸附特性研究,J.长江大学学报(自然科学版)2009(6)3:139-142王德举等（2002）;Wu D Y,et al.（2006）;林立君等(2010);孔思达等(2011);阎存仙,周红等（2000）；阎存仙（1996）；李萍,林海等（2009）；肖利萍，吕 娜等（2009）于广超,李方敏等（2009）进行了粉煤灰对水体中的磷的吸附能力的研究，证实了粉煤灰对磷具有较好的吸附能力，且吸附曲线符合Langmuir方程随着一定用量的增加,粉煤灰对磷吸附率呈显著增加趋势。张曦，陆轶峰天然沸石吸附技术防治暴雨径流氮磷污染J云南环境科学2003，22(1)：48-51单保庆等,常见基质对暴雨径流中磷素去除效果的比较研究J.环境科学,2007,28（10）：2880-2886.周 栋，等.沸石和麦饭石组合滤料对城市降雨径流氮磷去除效率的研究J.华东师范大学学报(自然科学版),(1):185-193.吴彦霖,等MVP法与沸石组合吸附条件下去除氮磷的吸附研究J.上海环境科学，2009，28（4）：178-181.李超，等.沸石吸附处理含磷废水的研究进展J.广东化工，2010,37(3):28-30.胡细全,等.天然沸石吸附氨氮和磷的研究.环境科学与管理,2009,34(4):72-74.张学清,等.天然沸石对磷的吸附研.云南大学学报(自然科学版)，2011，33(6):676-682.张曦等（2003）；单保庆等（2007），周栋等（2011），李超等（2010）;胡细全等（2009）;张学清等（2011）;吴彦霖等（2009）进行了沸石对水体中的磷的吸附能力的研究，证实了沸石对磷具有较好的吸附能力且吸附曲线符Langmuir方程随着一定用量的增加,沸石对磷吸附率呈显著增加趋势。Y Yang,Y Q Zhao,A O.Babatunde,et al.Characteristics and mechanisms of phosphate adsorption on dewatered alum sludgeJ.Separation and Purification Technology,2006,51(2):193-200.52 Y Yang,D Tomlinson,S Kennedy,et al.Dewatered alum sludge:A potential adsorbent for phosphorus removal J.Water Science and Technology,2006,54(5):207-213.53 吴晓雨，廖恒锋等.活性氧化铝、锰砂和煤的磷吸附能力计较研究J.上海环境科学,2010,29(6):240-251.54 李艳君,王莉红等.活性氧化铝除磷吸附剂的试验研究J.昆明冶金高等专科学校学报,2009,25(1):59-61,65.55 付大勇 朱冰.金属氧化物吸附除磷方法探讨J.中国科技信息,2011,(11):43-44.Y Yang,Y Q Zhao，et al（2006）；Y Yang,D Tomlinson，et al（2006）吴晓雨等,（2011）;李艳君等，（2009）；付大勇、朱冰,（2011）进行了活性氧化铝对水体中的磷的吸附能力的研究，证实了其对磷具有较好的吸附能力，且吸附曲线符合Langmuir方程随着一定用量的增加,活性氧化铝对磷吸附率呈增加趋势。金晓丹,王敦球等.鸡蛋壳对磷的吸附特性研究J.水处理技术,2010,36(4):57-59.张浏，冯景伟等.鸡蛋壳废料对水中磷的吸附性能研究J.环境科学与技术，2011,34（6）:67-70,79.郭照冰,陈天等.磷在蛋壳粉中的吸附热力学和动力学J.环境化学，2011。，30（5）：1006-1010.金晓丹,王敦球等，2010；张浏，冯景伟等，2011；郭照冰,陈天等，2011进行了鸡蛋壳对水体中的磷的吸附能力的研究，证实了其对磷具有较好的吸附能力，且吸附曲线符合Langmuir方程随着一定用量的增加,鸡蛋壳对磷吸附率呈增加趋势。邓雁希,许 虹,等.炉渣处理含磷废水的实验研究J.岩石矿物学杂志,2003,22(3):290-292.蒋艳红.高炉渣吸附性能研究D.南宁:广西大学,2006.刘鸣达,陶伟,刘婷,等.不同条件下高炉渣吸附水中无机磷的研究J.环境工程学报,2008,2(6):840-843.邓雁希、许虹等，2003；邱兰,2012;王应军,伍 钧等，2010;蒋艳红,2006;刘鸣达,陶伟,刘婷,等,2008进行了高炉灰对水体中的磷的吸附能力的研究，证实了其对磷具有较好的吸附能力，且吸附曲线符合Langmuir方程随着一定用量的增加,高炉灰对磷吸附率呈增加趋势。昆明市人民政府关于在滇池流域部分地区禁止销售和使用化肥、农药试点工作的实施意见 针对滇池流域化肥及农药使用过量的现状，昆明市将从2009年9月起，在盘龙区松华乡，晋宁县上蒜乡、新街乡，嵩明县滇源镇、阿子营乡的147223亩耕地范围开展禁止销售和使用化肥、农药试点工作。从2013年1月1日起，在滇池流域2920平方公里范围内全面开展“双禁”工作。这一举措将增加有机肥的使用比重，有机肥成为农业生产中最主要的营养源。有机肥施用类型、施用量查文献（滇池流域）吸附磷的有效物质取样、室内分析TP、溶性磷含量采集土样测定分析有机肥水溶性磷流失动态模拟试验土壤类型天然沸石、粉煤灰、鸡蛋壳、活性氧化铝、炉渣磷素流失模拟试验分析各添加剂对有机肥水溶性磷吸附解吸能力及其用量模拟肥料施肥量全磷、各溶性磷含量、PH等确 定 动态 模 拟装置收集地表径流及渗漏液、测定分析收获植株、全磷含量测定分析选择用量少，吸附力好，解吸时间持久的一种2.研究路线 有机肥、土壤含水量测定（105烘干法）土壤质地、PH值测定项目前期处理测定方法备注总磷HClO4H2SO4消解钼锑抗分光光度法土壤农化分析22水溶性总磷用蒸馏水浸提过0.45m滤膜HClO4H2SO4消解钼蓝比色法水和废水监测分析方法23水溶性无机磷用蒸馏水浸提过0.45m滤膜钼蓝比色法直接比色水和废水监测分析方法3.测定方法 一、测定不同填料对磷的等温吸附线，用 Longmuir（）方程拟合得填料对磷的最大吸附量Qmax及表面吸附系数K。二、测定同种填料不同量的等温吸附曲线，得填料对磷的最大吸附浓度。三、测定磷的解析曲线四、布置室外模拟实验4.研究内容 处理：3个处理3个重复处理一：原土种植（不施有机肥）处理二：施有机肥（农户实际施用量）处理三：施有机肥+吸附填料（室内试验筛选）收集实验小区五次降雨后的径流及渗漏液，测定径流及渗漏液中的总磷及无机磷，做工作曲线。采集植株分析全磷含量。5、试验处理 A、经实验室分析证实五种填料之间对磷的吸附能力有明显的差异，且解析速率也如此。B、经实验室分析挑选出吸附力最强，解析时间最持久的填料，进行室外实验。C、经实验室分析确定填料的添加量。D、经动态模拟实验，验证挑选出的填料在试剂生产中对磷的吸附效果。6、试验目的 谢谢大家！请各位老师同学批评指正！