文献综述8-农用地磷流失及水体富营养化研究进展.ppt

农用地磷流失及水体富营养化 研究进展综述 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. 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Geodrma,2007, 137:426-431 Parry ;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）： 116-118 Vighi 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. 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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).1998,14:147-15 Daniel TC， Sharpley DR， Edwards DR. Minimizing surface waters eutriophication from 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 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： 32-34 Wu D Y， Zhang B H， Li C J， et al Simultaneous removal of ammonium and phosphate by zeolite synthesized from fly ash as influenced by salt treatmentJ Journal 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 HClO4 H2SO4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 HClO4 H2SO4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 KQQ C Q C m a xm a x 1 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！