全 文 ：中国生态农业学报 2009年 9月 第 17卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sep. 2009, 17(5): 870−873


* 山西省科技攻关项目(2006031027)和山西省自然基金项目(20041097)资助
** 通讯作者: 谢英荷(1958~), 女, 在读博士, 教授, 主要从事土壤学、土壤与生态、土壤微生物、微生物肥料、低产退化综合调控等方
面的研究。E-mail: xieyinghe@tom.com
李廷亮(1982~), 男, 在读硕士, 主要从事土壤与环境方面研究。E-mail: litingliang021@126.com
收稿日期: 2008-06-20 接受日期: 2008-09-26
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.00870
山西省菜园土壤磷素积累特征及流失风险分析*
李廷亮 谢英荷** 田东方 韩 旭 冯国良 吕 伟 贾 澜 任苗苗
(山西农业大学资源与环境学院 太谷 030801)
摘 要 为了解山西省不同区域菜园土壤磷素积累以及流失情况 , 本文分析了菜园土壤磷饱和度(DPS)、
Mehlich3-P、Olsen-P 与水溶性磷(Pw)的积累特征。结果表明: 山西各地菜园土壤 4 种磷素(土壤全磷、水溶性
磷、Olsen-P 和 Mehlich3-P)积累明显, 已经远远超过作物需求量; 土壤表层水溶性磷含量随着土壤磷饱和度
(DPS)、Olsen-P、Mehlich3-P 含量的增加而增加; 且 Mehlich3-P 与 Olsen-P、水溶性磷与 Olsen-P、水溶性磷
与 Mehlich3-P 之间具有极显著相关性, 相关系数分别为 0.976 6、0.923 2、0.962 0 (P<0.01); 当磷饱和度大于
46.64%、Olsen-P 大于 81.88 mg·kg−1、Mehlich3-P 大于 164.59 mg·kg−1 时, 水溶性磷含量上升幅度迅速增大,
由此将土壤磷饱和度为 46.64%、Olsen-P 为 81.88 mg·kg−1、Mehlich3-P 为 164.59 mg·kg−1 和水溶性磷为 8.05
mg·kg−1 初步确定为山西省菜园土壤磷素流失的临界值。该结果将为探讨山西农田土壤磷素的养分管理和环
境风险评估提供重要的理论依据。
关键词 山西省 菜园土 磷素积累 磷流失风险
中图分类号: S153.6+1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)05-0870-04
Phosphorus accumulation characteristics and loss risk in vegetable garden
soils of Shanxi Province
LI Ting-Liang, XIE Ying-He, TIAN Dong-Fang, HAN Xu, FENG Guo-Liang, LU Wei, JIA Lan, REN Miao-Miao
(College of Resources and Environmental Sciences, Shanxi Agriculture University, Taigu 030801, China)
Abstract Risk of soil phosphorus loss was analyzed through phosphorus saturation degree (DPS), Mehlich3-P, Olsen-P and
water-soluble phosphorus (Pw) accumulation to understand the status of soil phosphorus accumulation and loss as influenced
by vegetable, soil type in different regions of Shanxi Province. Based on the results, total phosphorus, Pw, Olsen-P and
Mehlich3-P of soil accumulate significantly, occurring in far greater amounts than crop need in Shanxi. Pw content increases
with increased DPS, Olsen-P and Mehlich3-P content in surface garden soils. Furthermore, significant correlations (P<0.01)
between Mehlich3-P and Olsen-P, Pw and Olsen-P, Pw and Mehlich3-P are found with respective correlation coefficients of
0.976 6, 0.923 2 and 0.962 0. Pw content increases rapidly when DPS is above 46.64%, Olsen-P above 81.88 mg·kg−1 and
Mehlich3-P above 164.59 mg·kg−1. The critical loss indexes of the garden soils in Shanxi are therefore isolated as 46.64% for
DPS, 81.88 mg·kg−1 for Olsen-P, 164.59 mg·kg−1 for Mehlich3-P and 8.05 mg·kg−1 for Pw. This study provides an important
theoretical basis for phosphorus nutrient and environmental risk management of vegetable soils in Shanxi Province.
Key words Shanxi Province, Vegetable soil, Phosphorus accumulation, P loss risk
(Received June 20, 2008; accepted Sept. 26, 2008)
磷肥的大量施用导致农田土壤磷素积累, 尤其
是菜田土壤的磷素积累更为突出, 不仅加大了农民
的投资成本, 造成我国磷矿资源大量浪费, 还会引
发水体富营养化等一系列严重的环境问题[1,2]。因此
如何确切评价土壤积累态磷素的流失风险, 最大限
度地降低农田土壤磷素对环境的污染, 已成为国内
外土壤科学和环境科学普遍关注的热点问题。近年
来研究表明, 当土壤磷积累到一定程度时, 土壤磷
的释放潜力可大大增加, 目前在北美、欧洲以及我
国的研究中都提出以土壤磷的饱和度来指示土壤磷
的释放潜力, 但大多是以草酸浸提的铁、铝来计算
磷饱和度, 而对于富含钙、镁的石灰性土壤的研究
第 5期 李廷亮等: 山西省菜园土壤磷素积累特征及流失风险分析 871


较少。本研究以山西省不同地区的菜园土为研究对
象, 通过 Mehlich3 浸提液提取的钙、镁来计算磷饱
和度 , 并进一步分析菜园土壤磷饱和度 (DPS)、
Mehlich3-P、Olsen-P与水溶性磷的积累特征, 以评价
山西省菜园土壤磷素流失状况, 探讨土壤磷素流失
的临界值, 为蔬菜生产的可持续发展供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试土壤为2006年采集于山西省6个地区不同土
壤类型的大棚菜园土, 分别是栗钙土区(大同B, 4个采
样区)、石灰性褐土区(忻州 H, 3个采样区; 太原 A, 3
个采样区)和褐土区(长治 D, 2个采样区; 临汾 L, 3个
采样区; 运城 M, 3个采样区)。采样层次分别为 0~20
cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm、80~100 cm, 共
采集 90 个剖面分层土样。每个土样均为多点混合样
品, 经风干过筛供测试分析。
1.2 试验方法
1.2.1 土壤磷的测定方法
Mehlich3-P: 称取 2.0 g过 1 mm筛的风干土样
于 50 mL三角瓶中, 加 20 mL Mehlich3提取液(0.2
mol·L−1 CH3COOH, 0.25 mol·L−1 NH4NO3, 0.015
mol·L−1 NH4F, 0.013 mol·L−1 HNO3, 0.001 mol·L−1
EDTA)于三角瓶中 , 在 200 r·min−1 或大于 200
r·min−1的转速下震荡 5 min, 过滤, 用钼锑抗比色
法测定。整个浸提过程温度应控制在 24~27 ℃。土
壤全磷 : HClO4-H2SO4 消化、钼锑抗比色法测定 ;
Olsen-P: pH 8.5和 0.05 mol·L−1NaHCO3浸提法测
定; 水溶性磷: 蒸馏水浸提法测定[3]。
1.2.2 磷饱和度(DPS)的计算
土壤磷饱和度(DPS)为临界深度的土壤胶体上
已吸附的磷含量与该深度土壤胶体最大磷吸附量的
比值。土壤中的磷吸附量依赖于土壤自身的特性(如
Al、Fe、Mg、黏土、石灰、有机质), 石灰性土壤中
磷素主要以 Ca、Mg 化合物的形式存在, 故本研究
中参照 Schoumans 和 Groenendijk 方法[4]采用如下
公式计算土壤磷的饱和度:
3 3 3= /0.5( + ) 100%M M MDPS P Ca Mg × (1)
式中 , PM3 为 Mehlich3 浸提液所浸提的磷含量
(mmol·kg−1), CaM3、MgM3分别为Mehlich3浸提液中
Ca、Mg含量(mmol·kg−1), 原子吸收光谱法测得。
1.2.3 数据处理
用 Excel 进行数据分析, 并用分段线性模型拟
合水溶性磷与 OLsen-P、Mehlich3-P及 DPS的关系。
2 结果与分析
2.1 菜园土 4种磷素含量变化
由表 1 可知供试菜园土壤耕作层的全磷(TP)含
量大都在 1.0~3.73 g·kg−1 之间 , 平均值为 1.80
g·kg−1。供试菜园土壤全磷含量比较高, 将近为耕
地的 3倍, 磷素积累明显。
水溶性磷(Pw)可代表一定条件下溶解态磷从土
壤进入溶液或地表径流的难易程度, 对水环境质量
有最直接影响[5]。供试菜园土壤耕层水溶性磷含量
多为 7.0~22.46 mg·kg−1, 平均 11.71 mg·kg−1, 含
量较高, 表明磷肥大量施用一定程度上使表层土壤
无机磷含量增加, 存在对水体环境污染的风险。
耕作层 Olsen-P 含量多为 70~160.47 mg·kg−1,
平均 105.46 mg·kg−1, 比一般农田高近 3~10 倍以
上。而国外近期研究表明, 适宜一般作物生长的土
壤 Olsen-P含量水平为 25 mg·kg−1, 又根据英国洛
桑试验站 Broadbalk长期定位试验结果显示[6], 当土
壤 Olsen-P低于 60 mg·kg−1时, 从 60 cm土层排出
水的总磷含量低于 0.15 mg·L−1, 但 Olsen-P超过约
60 mg·kg−1, 排出水的总磷含量直线增加, 最高接
近 3 mg·L−1。供试山西菜园土壤绝大部分 Olsen-P
含量都超过了这一数值, 故土壤中的磷素可能会通
过地表径流和渗漏排水迁移流失到周围水体中, 造
成磷素流失和环境污染。
耕作层 Mehlich3-P 含量大都在 110~303.58
mg·kg−1之间, 平均值为 206.63 mg·kg−1。而最适
合作物生长的土壤 Mehlich3-P 的范围为 50~100
mg·kg−1 [7], Sims[8]等又将土壤 Mehlich3-P 的含量
150 mg·kg−1 视为磷素非点源污染的临界点。按此
标准本研究供试菜园土壤大部分超出该临界值, 均
为富磷土壤 , 说明表层土壤中有大量的磷素积累 ,
这将大大加剧土壤磷向水体流失的风险。
由表 1 还可看出山西省不同地区菜园土壤剖面
磷素的分异特点: 从表层土壤到 80~100 cm 土层,
全磷含量在 0.44~3.73 g·kg−1之间; 水溶性磷(Pw)含
量在 1.13~22.46 mg·kg−1 之间 ; Olsen-P 含量在
12.15~153.27 mg·kg−1 之间 ; Mehlich3-P 含量在
23.60~303.58 mg·kg−1之间。可见直至 100 cm深度的
剖面土体中水溶性磷、Olsen-P和 Mehlich3-P平均含
量仍较高, 说明菜园土壤的积累态磷素有明显下渗
现象, 其原因可能是由于大量施用磷肥和有机肥时,
土壤 H2PO4− 浓度明显增加, 从而增加土壤磷素的渗
漏率, 造成土壤磷素的向下淋失[9], 因此磷素大量积
累不仅对地表水而且对地下水也会造成影响。
2.2 表层菜园土壤磷饱和度分析
土壤磷饱和度(DPS)能很好地表征土壤磷素向
环境迁移流失的潜能。荷兰科学家研究得出, 当土
壤磷饱和度小于 25%左右时, 水体中磷浓度随土壤
磷饱和度增加较为缓慢; 但当磷饱和度大于 25%时,
水体中磷浓度随土壤磷饱和度提高迅速上升。地表
水中磷浓度主要与表层土壤磷饱和度有关, 地下水
872 中国生态农业学报 2009 第 17卷


表 1 供试土壤 4 种磷提取量及磷饱和度
Tab. 1 Content of four kinds of measured phosphorus and DPS of experimental soils
土层
Soil layer
土壤类型
Soil type
剖面编号/土层
Profile code/
soil layer
水溶磷
Water-soluble P
(mg·kg−1 )
Olsen-P
(mg·kg−1 )
Mehlich3-P
(mg·kg−1 )
全磷
Total P
(g·kg−1 )
磷饱和度
Phosphorus
saturation degree (%)
B-1 8.55 95.49 192.41 2.66 46.89
B-2 17.57 145.79 283.07 1.64 72.19
B-3 9.27 116.29 183.66 1.09 56.80
栗钙土
Chestnut
soil

B-4 8.06 72.50 137.04 0.98 37.34
H-1 5.51 45.58 80.24 1.11 22.96
H-2 7.12 45.85 92.75 1.12 27.84
H-3 8.21 81.75 154.49 1.87 41.96
A-1 22.46 160.47 302.93 1.98 82.57
A-2 16.58 113.63 273.34 1.61 73.54
石灰性褐土
Calcareous
cinnamon
soil



A-3 10.01 118.19 223.25 1.29 66.41
D-1 16.15 130.75 303.58 1.64 82.80
D-2 7.43 83.72 158.21 0.86 39.73
L-1 10.90 129.61 244.82 3.52 57.95
L-2 18.22 153.27 289.46 3.73 71.13
L-3 13.09 134.51 254.05 2.82 69.04
M-1 5.77 59.18 111.89 1.31 27.43
M-2 18.46 140.53 299.77 2.08 71.19
0~20 cm
表层土
0~20 cm
top soil


















褐土
Cinnamon
soil





M-3 7.44 71.14 134.48 1.08 36.83
20~40 cm 7.15 75.25 259.43 0.79 9.22
40~60 cm 2.21 39.18 129.71 0.61 4.53
60~80 cm 1.76 27.38 44.75 0.52 1.54
栗钙土
Chestnut
soil
80~100 cm 1.32 20.78 30.21 0.52 1.01
20~40 cm 4.07 57.77 178.05 0.94 6.55
40~60 cm 2.09 36.46 165.21 0.86 5.76
60~80 cm 1.98 17.15 132.92 0.77 4.47
石灰性褐土
Calcareous
cinnamon
soil 80~100 cm 1.23 15.86 77.46 0.76 2.56
20~40 cm 3.41 44.11 260.18 0.74 7.60
40~60 cm 1.87 24.97 70.61 0.62 2.05
60~80 cm 1.21 12.15 55.70 0.47 1.61
其他土层
Other of
soi
profile











褐土
Cinnamon
soil
80~100 cm 1.13 17.15 23.60 0.44 0.68

中磷浓度主要受深层土壤磷饱和度的影响[10]。
由表 1 可知 , 供试表层土样的磷饱和度均在
22.96%~82.80%之间, 平均值为 54.70%, 用指数方
程可较好地模拟水溶性磷 Pw(Y)与土壤磷饱和度
DPS(X)的转化关系 : y=3.400 9e0.020 9X(r=0.947 3**,
n=18), 两者存在极显著相关性。为进一步确定土壤
磷素流失的 DPS 临界值, 通过分段线性模型拟合水
溶性磷(Pw)和磷饱和度(DPS)的关系得出图 1。由图
1可知, 随着土壤饱和度的增加, 表层土壤中水溶磷
也相应增加, 当土壤磷饱和度在 46.64%时, 水溶性
磷含量达到 8.88 mg·kg−1。当土壤磷饱和度超过这
一值时, 水溶性磷上升幅度迅速增大, 即土壤固磷
水平减弱, 磷素流失的可能性加大, 对水体富营养
化和环境的影响也相应加强。所以把 DPS为 46.64%
这个“突变点”视为土壤磷素流失的临界值。根此,
供试山西省菜园土壤的磷素大都存在流失风险。
2.3 表层菜园土壤中 3种浸提磷之间的相关性分析
Olsen-P、Mehlich3-P 均属土壤有效态磷, 其含
量高低将直接影响作物的生长发育及最终产量和品
质。因此这两种形态的磷素常作为农学上判断土壤
磷素养分丰缺的指标。
由表 2 可知 Mehlich3-P(Y)与 Olsen-P(X)存在极
显著线形正相关性, 即 y=1.598 2x1.042 3 (r=0.976 6**,
n=18); Pw(Y)与 Olsen-P(X)两者则存在极显著指数相
关性, 即 y =3.378 1e0.010 9X (r=0.923 2**, n=18), Pw(Y)
与 Mehlich3-P(X)两者也存在极显著指数相关性, 即
y=3.481 6e0.005 4X (r=0.962 0**, n=18)。表明随表层土壤
作物吸收的有效性 Olsen-P 和 Mehlich3-P 含量的提

表 2 表层菜园土壤 3 种浸提磷之间的相关分析
Tab. 2 Correlations analysis of three kinds of extracted phosphorus surface garden soils
项目
Item
回归方程
Regression equation
相关系数 r
Correlation coefficient
样品数
Number of sample
r显著临界值
Significant threshold
Mehlich3-P(Y)—Olsen-P(X) y =1.598 2x1.042 3 0.976 6 18
Pw(Y)—Olsen-P(X) y =3.378 1e0.010 9X 0.923 2 18
Pw(Y)—Mehlich3-P(X) y=3.481 6e0.005 4X 0.962 0 18
r0.01=0.590
第 5期 李廷亮等: 山西省菜园土壤磷素积累特征及流失风险分析 873



图 1 表层菜园土壤磷饱和度和水溶性磷的关系
Fig. 1 Relationship between soil DPS and Pw in
surface garden soils

高, 易流失的水溶性磷(Pw)含量也相应增加。因此可
采用Olsen-P和Mehlich3-P的临界值来预测和评价磷
素流失的风险以及对环境的潜在影响。
由图 2 可以看出 , 水溶性磷含量随着土壤
Olsen-P 含量的增加而显著增加, 当土壤 Olsen-P 含
量为 81.88 mg·kg−1 时 , 水溶性磷含量达到 7.39
mg·kg−1; 当 Olsen-P 超过此数值时水溶性磷增加
的幅度迅速加大。故可将 Olsen-P 81.88 mg·kg−1这
个转折点作为土壤磷素流失的临界值。
由图 3 可以看出, 随 Mehlich3-P 的增加土壤水
溶性磷显著增加, 当 Mehlich3-P为 164.59 mg·kg−1
时 , 水溶性磷含量达到 7.87 mg· kg−1, 而当
Mehlich3-P 超过此数值时, 水溶性磷增加的幅度迅
速加大 , 说明土壤积累态磷素流失的风险也在加
大。由此可初步将 Mehlich3-P 为 164.59 mg·kg−1
这个转折点确定为判断土壤磷素流失的临界值。
由上述可知, 当土壤磷饱和度(DPS)、Olsen-P、
Mehlich3-P 都处于土壤磷素流失临界值时, 水溶性磷
(Pw)的含量非常接近, 进而也可将水溶性磷平均值 8.05
mg·kg−1 作为山西省石灰性土壤磷素流失的临界值。
3 结论
山西省各地菜园土壤中 4 种形态磷素含量均有
较高积累 , 表层土壤 Olsen-P 含量比一般农田高
3~10倍, 已远远超出了作物需求; 直至 100 cm深度


图 2 表层菜园土壤 Olsen-P 与水溶性磷的关系
Fig. 2 Relationship between Olsen-P and Pw in
surface garden soils

图 3 表层菜园土壤 Mehlich3-P 与水溶性磷的关系
Fig. 3 Relationship between Mehlich3-P and Pw in
surface garden soils

的剖面土体中水溶性磷、Olsen-P和 Mehlich3-P平均
含量仍在 1.23 mg·kg−1、17.83 mg·kg−1和 43.76
mg·kg−1 左右, 表明不仅表层土壤磷素有流失的风
险 , 且整个剖面土体有严重的磷素淋溶渗漏现象 ,
这将对地表水和地下水环境造成严重影响。
山西省菜园土表层土壤磷饱和度、Mehlich3-P、
Oslen-P均与水溶磷有极显著正相关性, 且当磷饱和
度大于 46.64%、Olsen-P 大于 81.88 mg·kg−1、
Mehlich3-P大于 164.59 mg·kg−1左右时, 水溶性磷
含量上升幅度迅速增大。由此将土壤磷饱和度为
46.64%、Olsen-P 为 81.88 mg·kg−1、Mehlich3-P 为
164.59 mg·kg−1和水溶性磷为 8.05 mg·kg−1初步确
定为山西省菜园土壤磷素流失的临界值。作为磷素潜
在流失的预警参考指标, 该研究结果可为全国磷素
的养分管理和环境风险评估提供重要的理论依据。
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