浙江大學梁新強教授團隊：土壤膠體磷儲存與流失阻控

土壤膠體以巨大的比表面積、強大的吸附性能及多樣的表面官能團，在汙染物儲存形態、遷移轉化等生物地球化學循環過程中起到重要作用。膠體易化磷元素運移已成為農業面源磷汙染的重要形式，因此，控制膠體磷從土壤向水體的流失至關重要。《土壤膠體磷儲存與流失阻控》關於土壤膠體磷儲存與調控的介紹可豐富當前在土壤磷儲存形態、流失機制及阻控技術方面的研究成果。

該書共15章。第1章，回顧了農業面源汙染、土壤磷的儲存形態、膠體促發的土壤磷流失、影響膠體磷活化遷移的因素、土壤膠體磷存在的雙重效應、農業面源膠體磷流失原位控制策略的研究現狀。第2章，發現了膠體作為中間介質對磷元素從真溶解態向大顆粒態運移的動態過程起到維穩緩衝作用。第3章，探明了多種農田土壤真溶解態磷、膠體磷的流失潛能及其差異性。第4章，明確了我國南方典型稻田土壤膠體磷儲存與釋放的影響機制。第5章，分析了全國水稻主產區稻田土壤膠體磷含量的地帶性差異。第6章，探究了不同pH影響下稻田和菜地土壤膠體磷的分子形態及其流失機制。第7章，明確了保護性耕作與多樣化輪作對不同時期稻田土壤膠體磷儲存規律的影響。第8章，考察了降雨和施肥對水稻田田面水和稻田排水徑流中的膠體磷流失貢獻的影響。第9～11章，評估了膠體磷在稻田土壤剖面中的分布特徵、田面水中的流失風險及其與磷肥輸入的關係。第12章，探究了施加糞源生物炭（簡稱糞源炭）對土壤膠體磷釋放的影響規律。第13章，弄清了不同土地利用類型土壤中膠體磷的阻滯係數。第14章，建立了可以預測土壤膠體磷流失潛能的線性回歸模型。第15章，考察了PAM和生物質炭施用對土壤膠體磷流失的聯合阻控效應。

該書所用的許多資料含有諸多創新理論和學術觀點，對發展我國農業面源汙染控制理論具有較大的貢獻。書中提出的土壤膠體磷流失防治對策大多來源于田間實際，是切實可行的，一些來自室內模擬和溫室試驗，在實際應用過程中可能會出現偏頗，有待實踐檢驗。

圖片來源：Pixabay

農業面源汙染及其引發的地表水體富營養化已成為當今環境領域的世界性難題，也是我國水體汙染控制的核心問題。早在20 世紀90 年代，美國評估報告已指出農業面源汙染是面源汙染的主要貢獻源，其貢獻量高達68%～83%，影響到50%～70%的地表水體；丹麥、日本等發達國家也意識到農業面源汙染對地表水氮磷的貢獻不容忽視，直接影響到地表水體的質量控制目標。

我國農業面源誘發的水體汙染問題至20 世紀70 年代以後日益突出，主要體現在滇池、太湖和巢湖等大型湖泊，淮河、漢江、珠江、葛洲壩水庫、三峽水庫等典型河流水體中氮、磷富營養化問題急劇惡化，部分湖泊、河流水質氮磷指標已達劣五類，其中農業面源汙染是水體富營養化的主要貢獻源。2007 年太湖大規模藍藻暴發，直接導致無錫等城市自來水供給中斷，嚴重影響了當地居民的正常生活及身心健康。鑑於農業面源汙染及水體富營養化的嚴峻形勢，我國根據《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020 年）》，在「十一五」期間設立了水體汙染控制與治理科技重大專項，以緩解我國能源、資源和環境的瓶頸制約，為推進我國水體汙染控制與治理提供強有力的科技支撐，體現了我國政府對農業面源汙染及水體富營養化控制的高度重視。

圖文導讀

1

膠體磷的維穩緩衝作用及磷素在典型面源汙染河流中的分布特徵

膠體在磷素粒徑分布中可能起到維穩緩衝作用（圖1）。作者團隊通過對太湖流域典型的以農業面源為主的入湖河流苕溪的研究發現，東苕溪流域從上遊到下遊，顆粒態的TP及MRP（鉬藍反應磷）含量激增，真溶解態的TP及MRP下降，而膠體態TP及MRP含量較為穩定（圖2）。

圖1膠體對流域磷酸鹽的運移作用

圖2 東苕溪磷素粒徑分布絕對濃度（a）和含量百分比（b）

2

全國典型稻區土壤膠體磷地帶性差異

作者團隊採集了全國典型稻區（東北稻區、西南稻區、華中稻區、華南稻區和華東稻區）的土壤樣品，分析了稻田土壤膠體磷含量的地帶性差異，發現土壤水分散性膠體磷含量範圍為3.11～66.49mg/kg，平均值為27.14mg/kg，各土壤間差異性較大；在流失的土壤總磷（＜1μm）中，膠體磷含量的比例範圍為10.51%～84.47%，平均值為51.31%，其中50%以上的土壤樣本中的水分散性膠體磷含量超過真溶解態磷（圖3）。

圖3 典型稻區土壤水分散性膠體和膠體磷含量分布

3

基於同步輻射與核磁共振技術的土壤膠體磷形態表徵

作者團隊聯合應用同步輻射X射線吸收近邊結構（XANES）及磷-31核磁共振（³¹P-NMR）光譜技術深入表徵了土壤中膠體磷的分子形態特徵（圖4），發現了菜地和稻田土壤膠體磷主要以鐵結合態磷和鈣結合態磷存在（圖5）。

圖4 磷分子形態表徵手段

圖5 土壤膠體樣品及磷標樣磷的K邊XANES譜

註：短線表示不同磷形態的特徵峰：a，鐵磷；b，白線峰；c和d，鈣磷；e，氧的振蕩峰。HAP，羥基磷灰石；TCP，磷酸三鈣；DCPD，二水合磷酸氫鈣；MCP，磷酸二氫鈣。稻田譜圖經過Savitsky-Golay平滑處理

4

土壤膠體磷流失阻控策略研究

作者團隊探究了保護性耕作和多樣化輪作、添加生物炭、高分子絮凝劑等手段對土壤膠體磷流失的阻控作用。

保護性耕作及多樣化輪作

試驗點實景圖

壤質土試驗點

粘壤土試驗點

通過田間長期定位實驗，作者團隊發現免耕與秸稈還田可以有效阻控土壤膠體磷流失，但阻控效果受土壤質地、輪作背景及土壤本底磷含量的交互作用影響。

圖6 不同耕作處理下供試土壤的膠體磷含量

CHF，翻耕/秸稈不還田/冬閒；CRF，翻耕/秸稈還田/冬閒；CHW，翻耕/秸稈不還田/小麥；CRB，翻耕/秸稈還田/豌豆；NHF，免耕/秸稈不還田/冬閒；NRF，免耕/秸稈還田/冬閒；NHW，免耕/秸稈不還田/小麥；NRB，免耕/秸稈還田/豌豆

不同種類糞源炭

作者團隊探究了施加3種糞源生物炭的土壤中膠體磷的釋放潛能，發現了豬糞生物炭（PM）的添加會顯著增強土壤中膠體總磷的釋放，而羊糞生物炭（SM）與牛糞生物炭（CM）會抑制膠體總磷的釋放（圖7）。

圖7 施加不同種類糞源生物炭后土壤膠體磷的流失潛能

TPcoll-膠體總磷；MRPcoll-膠體鉬藍反應磷；MUPcoll-膠體鉬藍不反應磷

高分子絮凝劑（聚丙烯醯胺PAM）

作者團隊研究了添加高分子絮凝劑（聚丙烯醯胺PAM）後八種土壤水分散膠體的微觀結構，及不同PAM施加量對其土壤膠體磷的釋放阻控效應，發現施加25kg/hm²PAM後，八種土壤膠體的形貌如圖8所示。在10μm的空間解析度下，八種典型土壤膠體中均可觀察到呈網狀分布的PAM絮狀體，並且PAM表面還有明顯的土壤顆粒物分布。PAM對黏土和粉壤土中膠體磷流失潛能的抑制作用較好（59.4~96.3%），對膠體磷含量較少的粉土的抑制效果較弱（31.7~39.6%）。PAM在砂壤土和壤質土中也能發揮良好的作用，在施加低、中、高三個水平的PAM後，抑制率平均為40.7~81.2%。但是，PAM的施加可能會促進土壤中膠體態MRP、真溶態TP、真溶態MRP、真溶態MUP的釋放（圖9）。

圖8 施加25kg/hm²PAM后土壤水分散性膠體的SEM圖

圖9 施加不同含量PAM后土壤膠體磷和真溶解態磷的流失潛能

0、L、M、H分別指0 kg/hm² 、12.5kg/hm² 、25kg/hm² 、50kg/hm² 的PAM施加量

作者簡介

梁新強，浙江餘杭人，博士、教授、博士生導師。現任浙江大學環境與資源學院院長助理、環境工程系主任、浙江省水體汙染控制與環境安全技術重點實驗室副主任。國家自然科學優青項目和浙江省自然科學傑青項目獲得者，入選浙江省151人才工程第二層次、省部屬單位高層次人才，兼任國際水協會會員、中國地理學會會員、浙江省農業生態與能源技術創新與推廣服務團隊專家、《環境生態學》期刊特邀編委、《浙江大學學報農業與生命版》編委。主要從事流域面源汙染發生機制與治理技術研究，研究成果發表Nature正刊論文1篇，主編科學出版社專著6部，授權國家發明專利20項、美國發明專利1項，為解決我國流域面源汙染物遷移轉化關鍵科學問題，以及促進面源汙染防治研究成果走向應用作出了一定的貢獻。

《土壤膠體磷儲存與流失阻控》主要介紹了當前農業面源汙染研究中有關膠體促發的土壤磷流失現狀，揭示了膠體作為中間介質對磷元素遷移的重要作用，探明了多種農田土壤膠體磷的流失潛能、阻滯係數及其差異性，考察了土壤酸度變化、保護性耕作與多樣化輪作、降雨和磷肥輸入、施加生物炭等土壤調理劑對土壤膠體磷釋放及流失的影響規律，並提出了土壤膠體磷流失的有效阻控對策。

該書適合環境學、土壤學、水科學、生態學、農學等領域的科研工作者和工程技術人員閱讀，特別是從事農業面源汙染防治研究的廣大科技人員，對從事環境保護、生態保護和農業可持續發展的政府管理與決策者也有重要的參考價值。

本書目錄

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目錄

前言

第1章緒論 1

1.1農業面源汙染形勢 1

1.2 土壤磷的儲存形態 2.

1.3 膠體促發的土壤磷流失 12

1.4 影響膠體磷活化遷移的因素 19

1.5 土壤膠體磷存在的雙亞效應 20

1.6 農業面源膠體磷流失原位控制策略 22

參考文獻 29

第2章膠體磷在典型面漁汙染河流中的分布特徵 40

2.1 引害 40

2.2 試驗設計與 分析方法 41

2.3 東苕溪磷元素粒徑分布特徵 43

2.4 東苕溪磷元素組分特徵 44

2.5 膠體顆粒濃度效應分析 46

2.6 河流膠體磷濃度變化原因分析 46

2.7 小結 48:

參考文獻 48

第3章稻田與其他土地利用類型士壤膠體磷的差異性 51

3.2 試驗設計 與分析方法51

3.3 土壤膠體及股體磷流失灌能 51

3.4 土壤不同活性磷組 分的分布特徵 53

3.5 土壤膠體磷流 失潛能與不同活性磷組分的相關性分析 54

3.6 不同土地利用 類型土壤膠體磷差異原固分析 55

3.7 小結 57

參考文獻 58

第4章稻田土壤基本理化性質每膠體磷儲存的影響機制 60

4.1 引言 60

4.2 試驗設計與分析方法 60

4.3 南方典型稻田土壤的善本理化性質及遺產磷的儲存情況 63

4.4 商方典型稻田土壤中部分金屬 (Mg、 量e. Al. Ca)含最 66

4.5 商方典型稻田士壤中不同形態磷元素組成 69

4.6 稻田土壤中膠體磷的影響因素分析 77

參考文獻 78

第5章稻田土壤團聚體對膠體磷含量的影響 79

5.1 引言 79

5.2 試驗設計與分 析方法 79

5.3 稻田土壤水穩性大團聚體含量總體特徵 81

5.5 稻田土壤膠體磷含置稻區特徵 87

5.6 稻田士壤膠體磷含 最影響因素88

5.7 小結 90

參考文獻 90

第6章土壤酸度對膠體磷流失的影響 92

6.1 引言 92

6.2 試驗設計每分析方法 92

6.3 pH促發的土壤股體及磷元素活 94

6.4 土壤膠體磷形態 表徵 97

6.5 討論 100

6.6 小結 103

第7章保護性耕怍及多樣化輪作對稻國士壤膠體磷的影響 105

7.1引言 105

7.2試驗設計與分析方法 105

7.3 保護性耕作及多樣化輪作下稻田土壤總磷含最變化特徵 107

7.4 保護性耕作及多樣化輪怍下稻田土壤膠體鍵含量變化特徵 109

7.3 保護性耕怍及多梯化輪作下稻田土壤膠體磷分於形態表徵 113

7.6保護性耕怍 甸多樣化輪作調控膠體磷的原因分析 116

7.7 小結 117

第8章典型稻田田面水和排水膠體磷流失規律研究 120

8.1 引言 120

8.2 試驗設計與分析方法 120

8.3 稻田降 雨產流過程中膠體磷流失貢獻的動態變化 121

8.4 稻田 舊面水和排水徑流中膠體磷流失規律 123

8.5 稻田陽面水每排水徑流中膠體MRP和MUP含量 125

8.6 稻因舊固水和排水徑流中膠體磷的賦存形態分析 127

8.7 小結 128

參考文獻 128

第9章不同施肥 下稻田田面水膠體磷的分布特徵 130

9.2 試驗設計每分析方法 130

9.3氣象水文參 數變化情況記錄 133

9.4 稻田陽面水總磷濃度變化 133

9.3 稻田日面水膠體磷分布特徵 134

9.6稻田陽面水無機磷 每有機磷的分布變化 136

9.7 無機磷在不同粒級上的變化 138

9.8 各粒級磷濃度隨框肥時間的固歸分析 138

9.9 小結 139

參考文獻 140

第10章不周施肥下稻田徑流排水中膠體磷的流失規律 141

10.1 引音 141

10.2試驗設計 與分析方 141

10.3稻日徑流中 磷元素粒徑組成 142

10.4稻田 徑流中無機磷與簡機磷的組成 143

10.5稻田 徑流中膠體態元聚的含置特徵 144

10.6稻田 徑流中各粒級磷的活性強度 143

10.7小結 146

參考文獻 147

第11章不同施肥對稿田土壤刻配膠體磷的影響 148

11.1引言 148

11.2試驗設計 與分析方法 148

11.3旅肥對水稻產A與磷元素利用的影響 149

11.4施肥對土壤總德剖面分簾的影響 150

11.5施肥對土壤剖面膠體釋放最的影響151

11.6土壤膠體形貌/盲能團/晶體結構特徵 152

11.7施肥對土壤股體磷創酉分布影響 155

11.8施肥影響下無機磷和有機磷在膠體和溶解相的分布 158

11.9 小結 159

第12章糞源炭對稻田土壤膠體磷釋放的影響 161

12.1 引宮 161

12.2 試驗設計與分析方法 161

12.3不同糞源炭的基 本理化性質分析 163

12.4不同種類類源炭對土壤 pH、TC. TN的影響 164

12.5不周種類糞源炭對 土壤TP和OIsen-P含置的影響 168

12.6不同種類糞源姨對上壤般體磷釋放規律的影響 171

12.7施加糞源炭後不同土壤中膠體鱗流失潛能的預測 177

參考文獻 179

第13章PAM 對土壤膠體磷遷移阻滯係數的影響 181

13.2試驗設計 與分析方 181

13.3 PAM 對土壤中膠體磷的流失的影響 183

13.4 北壤對膠體磷的遷移阻滯的作用 184

13.5 小結 186

第14章 PAM 對稻陽土壤膠體磷釋放阻控效應 188

14.2 試驗設計 與分析方法 188

14.3 不同 PAM施加量對土壤膠體磷流失潛能的影響 188.

144施加PAM後的不同質地t壤的膠體磷流失潛能 193

14.5土壤水 分散性膠體的微觀結構 194

14.6 PAM 調控膠體磷釋放的原因分 195.

14.7小結 197

參考文獻 197

第15章PAM 和生物質炭聯含施用對稻因土壤般體磷釋放的影響 198

13.2試驗設計 與分析方法 198

15.3生物質炭對稻田土壤水穩性大團聚體含量的影響 199

15.4生物質埃對稻田上壤水分散性膠體含最的影響 200

15.3生物質炭對稻田土壤膠體撐含量的影響 201

13.6生物質羨添加下稻田土壤膠體磷流失因子方差分析 203

15.7小結 205

參考文獻 205

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（本文編輯：王芳）