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农田土壤化肥污染及对策         ★★★ 【字体:
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农田土壤化肥污染及对策
作者:肖  军  …    文章来源:环境保护科学 2005年10月    点击数:    更新时间:2006-5-27

摘要
    分析了化肥对土壤环境产生的不良影响;增加土壤重金属与有毒元素;导致土壤硝酸盐积累;破坏土壤结构,促进土壤酸化;降低土壤微生物活动。提出了防治措施;强化环境保护意识,加强土壤肥料的监测和管理;增施有机肥;推广配方施肥技术;施用硝化抑制剂;改进施肥方法。

关键词  化肥  污染  防治对策



    化肥是重要的农田物资,对提高作物产量起到过很大作用。据发达国家统计,对作物的贡献率达30%~50%,我国的研究证明贡献率约为30%。解放前,我国基本上不使用化肥,1949年为全国化肥施用纯养分13×104t,60年代为229~378×106t,70年代施用量急剧上升,1979年为109×107t,80~90年代,化肥的施用量每年都有所增加。1980~2001年化肥施用量见图1。随着化肥施用量的增加对土壤产生了不良影响,
主要表现在:增加土壤重金属与有毒元素;导致土壤硝酸盐积累;破坏土壤结构,促进土壤酸化;降低土壤微生物活动。从而改变了土壤的性状,降低了土壤肥力,降低了作物产量,产生追施化肥的恶性循环。而以前很少有人就此做过详细分析,因此如何防治土壤化肥污染就显得尤为重要,本文就此作了初步探讨。
图1  1980~2001年化肥使用情况


  1  施用化肥对土壤的污染
  1.1  增加土壤重金属和有毒元素重金属是化肥对土壤产生污染的主要污染物质,进入土壤后不仅不能被微生物降解,而且可以通过食物链不断在生物体内富集,甚至可以转化为毒性更大的甲基化合物,最终在人体内积累危害人体健康。土壤环境一旦遭受重金属污染就难以彻底消除。产生污染的重金属主要有Zn、Ni、Cu、Co和Cr。从化肥的原料开采到加工生产,总是给化肥带进一些重金属元素或有毒物质,其中以磷肥为主,不同化肥中重金属的含量可参见表1。我国目前施用的化肥中,磷肥约占20%,磷肥的生产原料为磷矿石,它含有大量有害元素F和As,同时磷矿石的加工过程还会带进其它重金属Cd、Hg、As、F,特别是Cd。据鲁如坤1[5]统计,按照我国缺磷面积(75×107hm2)和施磷量(p2o5107kg/hm2)计算,我国每年过磷酸钙(养分含量为p2o510%)施用量为669kg/hm2,带入土壤中Zn,Ni,Cu,Co和Cr的量分别为200g/hm2,113g/hm2,208g/hm2,13g/hm2和123g/hm2。
表1  某些化肥中重金属含量表 /mg•kg-1
肥料名称重金属元素含量
Cd
尿素氯化钾硫酸铵磷酸铵
0363053~4053058005870115~200
0202012488//114//    
另外,利用废酸生产的磷肥中还会带有三氯乙醛,对作物会造成毒害。比如,1980年山东文登施用含有三氯乙醛过量的磷肥使300hm2农作物受害,大面积绝收。所以对用重金属含量高的磷矿石制造的磷肥要慎重使用,以免导致重金属在土壤中的积累。
    研究表明,无论是酸性土壤、微酸性土壤还是石灰性土壤,长期施用化肥还会造成土壤中重金属元素的富集。比如,长期施用硝酸铵、磷酸铵、复合肥,可使土壤中As的含量达50~60mg/kg。同时,随着进入土壤Cd的增加,土壤中有效Cd含量也会增加,作物吸收的Cd量也增加。土壤中Cd含量与Cd施用量的关系可见表2。
表2  连续17年施用过磷酸盐引起的土壤中镉的积累
施用量/kg•(hm2•a)-1
施入镉量/g•(hm2•a)-1
镉总累积量/g•(hm2•a)-1
表土有效镉/mg•kg-1
镉的增加量/g•hm-2
01530450165334950285684
9393396710000205487

    1.2  导致营养失调,造成土壤硝酸盐累积
    从图1知,目前我国施用的化肥以氮肥为主,而磷肥、钾肥和复合肥较少,长期这样施用会造成土壤营养失调,加剧土壤P、K的耗竭,导致NO-3-N累积。NO-3本身无毒,但若未被作物充分同化可使其含量迅速增加,摄入人体后被微生物还原为NO-2,使血液的载氧能力下降,诱发高铁血红蛋白血症,严重时可使人窒息死亡。同时,NO-3还可以在体
内转变成强致癌物质亚硝胺,诱发各种消化系统癌变,危害人体健康。1988年王珊龄对江苏扬中县调查得知,该县过量施用无机和有机氮肥,使鲜青菜中硝酸盐的平均含量达到2334mg/kg,最大值达5495mg/kg,该地人体摄入的硝酸盐含量比标准值高21~24倍,癌症发病率比正常地区高7倍。另据在北京4个点的调查知,露地栽培田地100cm的土层中NO-3-N的积累量为120~600kg/hm2,而以施用化肥为主的保护地菜田土壤中,100cm土层中NO-3-N的累积量高达350~1864kg/hm2。在保护地栽培条件下,即使是以施用有机肥为主的100cm土层中NO-3-N累积量也在240~740kg/hm2。
    1.3  促进土壤酸化
    长期施用化肥还会加速土壤酸化。这一方面与氮肥在土壤中的硝化作用产生硝酸盐的过程相关。整个过程分为两步,首先是铵转变成亚硝酸盐,反应式为:2NH+4+3O2→2NO2+2H2O+4H+。然后亚硝酸盐再转变成硝酸盐,反应式为:2NO-2+O2→2NO-3。可见在通气良好的土壤中,硝化作用的结果是形成H+,因此当氨态氮肥和许多有机氮肥转变成硝酸盐时,释放出H+导致土壤酸化。另一方面,一些生理酸性肥料,比如磷酸钙、硫酸铵、氯化铵在植物吸收肥料中的养分离子后土壤中H+增多,许多耕地土壤的酸化和生理性肥料长期施用有关。在江西红壤丘陵所做的试验中,氯化铵和硫酸铵分别相当于60kg/hm2的数量施用,2年后表土pH值从50分别降至43和47。同时,长期施用kcl因作物选择吸收所造成的生理酸性的影响,能使缓冲性小的中性土壤逐渐变酸。同样酸性土壤施用kcl后,k+会将土壤胶体上的H+、Al+3交换下来,致使土壤溶液中H+、Al+3浓度迅速升高。此外,氮肥在通气不良的条件下,可进行反硝化作用,以NH3、N2的形式进入大气,大气中的NH3、N2可经过氧化与水解作用转化成HNO3,降落到土壤中引起土壤酸化。化肥施用促进土壤酸化现象在酸性土壤中最为严重。例如,在浙江金华十里丰农场,新恳红壤经耕种施肥后pH值由1979年的595,降到1988年的508。我国广州、皖南水稻土pH值下降也比较快,3年内在0~20cm土层pH值下降04,20~40cm土层pH值下降08。贵州省烟草土壤中用硫酸铵肥试验2年,pH值下降了04~08,加剧了土壤酸化。土壤酸化后可加速Ca、Mg从耕作层淋溶,从而降低盐基饱和度和土壤肥力。1.4  降低土壤微生物活性土壤微生物是个体小而能量大的活体,它们既是土壤有机质转化的执行者,又是植物营养元素的活性库,具有转化有机质、分解矿物和降解有毒物质的作用。中科院南京土壤研究所的试验表明,施用不同的肥料对微生物的活性有很大的影响,在红壤、水稻土和潮土中,土壤微生物数量、活性大小的顺序为:有机肥配施无机肥>单施有机肥>单施无机肥。目前,我国施用的化肥中以氮肥为主,而磷肥、钾肥和有机肥的施用量低,这会降低土壤微生物的数量和活性。

 

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文章录入:anny    责任编辑:anny 
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