巢湖流域表层土壤氮磷空间分布特征研究

巢湖流域表层土壤氮磷空间分布特征研究

王长春1,2 范荣贵1 储昭升*2 陈书琴3 周佳丽3 金相灿2 1

（1.辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁 阜新 123000；

2.中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地，北京 100012；

3.安庆师范学院资源与环境工程学院，安徽 安庆 246011）

摘 要 采用网格分区法在巢湖流域设置了60个采样点，采取表层土样分析了全氮（TN）、全磷（TP）的空间分布特征。结果表明：(1)巢湖流域表层土壤TN平均含量1 027mg/kg，变化范围253mg/kg-2 273mg/kg， TP平均含量483 mg/kg，变化范围223 mg/kg -1 173 mg/kg。(2) 流域表层土壤TN、TP高浓度地区主要集中在东巢湖区域的柘皋河、兆河流域，低浓度地区主要集中在西巢湖区域派河、南淝河—店埠河流域。(3)与同时期测定的巢湖沉积物TN、TP数据表较表明，土壤氮素对东巢湖沉积物的贡献较大，土壤磷素对东巢湖和西巢湖底泥沉积物的贡献相近。

关键词 巢湖；土壤；全氮；全磷；空间分布

Abstract setting 60 sampling points use the methods of grid division, analysed the concentration of total nitrogen（TN）and total phosphorus（TP）of surface soil. researched spatial distribution characteristics of surface soil in Chaohu basin，the results showed that：(1) average concentration of surface soil total nitrogen or total phosphorus in Chaohu basin was 1027mg/kg or 483mg/kg，range from 253mg/kg to 2 273mg/kg and 223mg/kg to 1 173mg/kg.(2)statistical analysis show that,surface soil TN and TP concentration in Chaohu basin had great difference, which have certain homologous.between 7 water systems in Chaohu basin，Zhegao river and Zhao river district surface soil TN and TP concentration relatively high, low concentration district was concentrate on PaiHe, NanFei-Dianbu etc.(3)comparing with contemporary sediment TN and TP, showed that soil N have great influence to sediment in east chaohu, influence of soil P to east chaohu and west chaohu is similar. (4) by comparing with Water quality data in 2005、2006、2007, water quality is worst in nanfei-dianben、paihe、hangbu-fengle basin which are the areas that have high concentration of total nitrogen and total phosphorus in surface soil , having great influence to water quality in located basin.

Keywords Chaohu；Surface soil；Total Nitrogen；Total Thosphorus；Spatial distribution

在陆地生态系统中，土壤是氮素和磷素等各种养分的主要储积库。流域土壤及其养分的流失不仅影响农业生产，也是目前水环境污染的一个重要来源[1~3]。巢湖是我国五大淡水湖之一，长期以来，受不合理的人类活动影响，该流域面临着严重的环境污染及水体富营养化，已影响到流域社会经济的可持续发展。近年来，有关部门投入了大量的人力、物力、财力来治理该流域污染及水体富营养化，随着巢湖流域点源污染控制的不断深入，农业非点源以及面源污染问题显得越来越突出，土壤中N、P等营养元素的流失甚至已成为富营养化的主要因素[4]，从而导致某些特征性藻类异常增殖。因此研究土壤中N、P含量及其污染现状，对于认识土壤中的养分流失具有重要的意义[5~8]。本研究通过野外调查，研究巢湖周边地区表层土壤氮磷污染特征。

1．材料与方法

1.1研究区域概况

巢湖流域位于安徽省中部的长江、淮河两河流之间，湖体属长江下游左岸水系，流域面积13 349km2。有明显水土流失的约1 500 km2[9]，低山及低山丘陵岗地是水土流失的主要源地。流域水系呈放射状，水网密度大，全流域共有河流33条，分别属杭埠—丰乐河、派河、南淝河—店埠河、柘皋河、白石天河、裕溪河等7条水系。

1.2 研究方法

2008年9月对巢湖流域表层土壤进行了采样调查，按照巢湖流域入湖7大水系区域农业非点源污染及面源污染特点，对巢湖周边3 000Km2土壤进行了采样调查。以6 km×6 km为采样单元，每个采样单元以GPS定位点为中心，向两侧每隔步行15分钟距离用聚乙烯铲采集2-5个样品表层土壤（20cm），共采集60个样品 ，7大水系区域采样点位布设如表1。样品采集后经自然风干后，碾碎，过100目筛保存。TN测定采用K2SO4-CuSO4-Se混合催化法(即开氏法)[10]；TP测定采用SMT协议法测定[11]。土壤肥力等级划分参照国家农业行业标准[12]。

表1 巢湖7大入湖水系区域采样点位

区域名称 位点数 所包括位点

杭埠—丰乐河 3 46#-48#

派河 4 42#-45#

南淝河—店埠河 9 33#-41#

柘皋河 8 19#-26#

白石天河 14 2#，3#，49#-60#

裕溪河 8 10#-17#

兆河 7 1#，4#-9#

2．结果

2.1 巢湖流域表层土壤全氮空间分布特征

巢湖流域表层土壤TN含量空间变化较大(图1，图2)，TN平均含量1 027 mg/kg ，变化范围253mg/kg-2 273mg/kg。

图1 巢湖流域表层土壤TN含量变化情况

注：abc表示土壤肥力等级，a表示低肥力；b表示中等；c表示高肥力

从巢湖7大水系来看，表层土壤TN平均含量表现为柘皋河（1 477mg/kg）>裕溪河（1 288mg/kg）>兆河（1 156mg/kg）>白石天河（808mg/kg）>南淝河—店埠河（744mg/kg）>杭埠—丰乐河（619mg/kg）>派河（520mg/kg）。表层土壤TN平均含量高地区主要集中在柘皋河、兆河以及东区的裕溪河区域，低浓度地区主要集中在杭埠—丰乐河、派河、南淝河—店埠河等区域，其中柘皋河流域浓度最高，派河流域浓度最低。从区域划分上看，表层土壤TN平均含量表现为东巢湖（1307mg/kg）>西巢湖（673mg/kg），其中西巢湖主要受南淝河、派河、杭埠—丰乐河、白石天河四条入湖水系的影响，东巢湖主要受柘皋河、裕溪河、兆河三条入湖水系的影响。

图2 巢湖流域表层土壤TN浓度空间分布

2.2 巢湖流域表层土壤全磷空间分布特征

巢湖流域表层土壤TP含量空间变化较大(表3，图2)，TP平均含量483 mg/kg，变化范围223mg/kg-1173mg/kg。

图3 巢湖流域表层土壤TP含量变化情况

从巢湖7大水系来看，土壤TP平均含量表现为柘皋河（586mg/kg）>杭埠—丰乐河（573mg/kg）>白石天河（504mg/kg）>兆河（486mg/kg）>裕溪河（458mg/kg）>南淝河—店埠河（420mg/kg）>派河（382mg/kg）。流域表层土壤TP高浓度地区主要集中在柘皋河、兆河、白石天河以及杭埠—丰乐河区域，低浓度地区主要集中在派河、南淝河—店埠河、裕溪河区域，其中柘皋河流域最高，派河流域最低，最高和最低区域与总氮相似。从区域划分上看，表层土壤TP平均含量表现为东巢湖（477mg/kg）>西巢湖（470mg/kg），相差较小。

图4 巢湖流域表层土壤TP浓度空间分布

3．讨论

巢湖流域表层土壤TN、TP含量呈明显的区域变化，在7大水系上，高浓度地区主要集中在东巢湖区域的柘皋河、兆河流域，低浓度地区主要集中在西巢湖派河、南淝河—店埠河流域，与2003年周慧平[13]、2007年胡宏祥[14,15]等人的研究结果较一致。其中西巢湖流域的南淝河—店埠、派河区域临近工业较发达的合肥、肥西等地，受农业影响较小，杭埠—丰乐河、白石天河区域大面积种植农业作物，工业化水平相对较低，TN、TP高浓度地区主要集中在白石天河、杭埠—丰乐河区域，肥力等级较高，在一定程度上反映了西巢湖流域农业种植区对土壤TN、TP的贡献要高于工业区。东巢湖流域的柘皋河、裕溪河、兆河区域表层土壤TN、TP平均含量都相对西巢湖流域要高，主要受农业面源污染较大，施肥量大，加上磷矿丰富，TP的背景值较高，根据---对含磷矿层TP的测定，平均值高达690mg/kg[16]，同时由于东巢湖流域表层土壤TN、TP比值较高，达2.56，有可能在农业生产过程中氮肥使用量较大，导致东巢湖三大入湖水系区域表层土壤TN平均含量很高，高肥力等级。

流域表层土壤TN、TP测定结果与同期巢湖各入湖口沉积物TN、TP测定结果相比，入湖口处沉积物TN、TP高浓度地区主要集中在西巢湖南淝河—店埠河、派河、杭埠—丰乐河四大水系入湖口处，TN、TP平均含量分别高达1487 mg/kg、558 mg/kg，低浓度地区主要集中在西巢湖裕溪河、兆河、柘皋河四大水系入湖口处，TN、TP平均含量分别为1037 mg/kg、448mg/kg。与巢湖流域表层土壤TN、TP平均值与巢湖流域表层土壤TN平均高低浓度分布区域相反。同时，通过比值比较发现，TN比（沉积物/土壤）表现为西巢湖（2.33）>东巢湖（1.20），表明东巢湖区域表层土壤TN含量与沉积物TN含量较接近，通过地表径流的影响，土壤氮素对东巢湖沉积物影响较大，TP比（沉积物/土壤）表现为西巢湖（1.31）>东巢湖（1.30），两者相接近，表明土壤磷素对沉积物影响东西部相对较稳定。

表2 巢湖流域表层土壤氮磷含量与入湖口沉积物氮磷含量关系 区域名称 表层土壤（mg/kg） 入湖口沉积物（mg/kg）

TN平均值 TP平均值 TN平均值 TP平均值

杭埠—丰乐河 619±11 573±26 1185 381

派河 520±18 382±13 2125 830

南淝河—店埠河 744±26 420±11 2740 434

柘皋河 1477±72 586±21 1347 650

白石天河 808±19 504±17 851 310

裕溪河 1288±46 458±16 1104 354

兆河 1156±37 486±8 1052 346

TN比（沉积物/土壤） ---- ---- 1.20(东巢湖) 2.33(西巢湖) TP比（沉积物/土壤） ---- ---- 1.29(东巢湖) 1.31(西巢湖)

巢湖入湖7大水系区域表层土壤TN、TP平均含量与2005-2007年三年的水质数据[17]比较发现，流域表层土壤TN、TP平均值较高的东巢湖与TN、TP平均值较低的西巢湖相比，水质反而较好，东巢湖水质平均为Ⅳ类，西巢湖水质平均为Ⅴ类，通过地表径流的影响，表

明西巢湖南淝河—店埠河、派河、杭埠—丰乐河、白石天河四大水系所在区域对巢湖水质影响较大，在入湖水系上，流域表层土壤TN、TP低浓度区域南淝河—店埠河、派河、杭埠—丰乐河流域，水质最差，平均Ⅳ类—Ⅴ类或劣Ⅴ类水，尤其是南淝河—店埠河、派河对水质影响较大，流域表层土壤TN、TP高浓度区域柘皋河、兆河流域，水质相对较好，平均Ⅳ类水，与东巢湖水质一致，影响相对较小。实地踏勘时发现，柘皋河、兆河、白石天河等沿岸大面积种植水稻、棉花、油菜等作物，同时水塘众多，汛期水塘漫溢，地表径流势必将大量的N、P带入白石天河，从而影响巢湖[5]。

4．结论

(1)巢湖流域表层土壤TN平均含量1 027mg/kg，变化范围253mg/kg-2 273mg/kg， TP平均含量483 mg/kg，变化范围223 mg/kg -1 173 mg/kg。

(2) 流域表层土壤TN、TP高浓度地区主要集中在东巢湖区域的柘皋河、兆河流域，低浓度地区主要集中在西巢湖区域派河、南淝河—店埠河流域。

(3)与同时期测定的巢湖沉积物TN、TP数据表较表明，土壤氮素对东巢湖沉积物的影响较大，土壤磷素对东巢湖和西巢湖底泥沉积物的影响相近。

参考文献

[1] Sharpley A N，Chapra S C，Wedepohl R，etal. Managing agricultural phosphorus for protection of surface

waters: Issues and options[J]. J En-viron Qual，1994，23: 437- 451.

[2] 戴照福，王继增，程 炯.土壤磷素非点源污染及其对环境影响的研究[J].农业环境科学学报，2006，25(增

刊):323- 327.

[3] Daniel T C，Sharpley A N，Lemunyon J L.Aricultural phosphorus and eutrophication: Asymposiumoverview[J].

J Environ Qual，1998，27:251-257.

[4] 李如忠，洪天求. 巢湖流域农业非点源污染控制对策研究[J].合肥工业大学学报自然科学版，2006，

20(1):105-110.

[5] 阎伍玖，陈飞星.巢湖流域不同土地利用类型地表径流污染特征研究[J] .长江流域资源与环境，1998，8(3):

275~277.

[6] 何文寿.宁夏农田土壤耕层养分含量的时空变化特征[J].土壤通报，2004，35(6): 710~714.

[7] 武继承，龚子同，姚健.河南开封土壤养分变化特征及其持续利用途径研究[J].土壤通报， 2001，32(4):

155~159.

[8] 陈欣，范兴海，李东.丘陵坡地地表径流中磷的形态及其影响因素[J].中国环境科学， 2000， 20(3):

284~288.

[9] 金相灿，刘树坤，章宗涉.中国湖泊环境(Ⅱ)[M].北京:海洋出版社，1995，167-183.

[10] Lu R K.Analytical methods of soil agrochemistry. Beijing: Chinese Agriculture Science and Technology

Press，1999.

[11] V Ruban，S Brigault，D Demare. An investigation of the origin and mobility of phosphorus in freshwater

sediments from Bort-Les-Orgues Reservoir， France. J Environ Monit，1999，1: 403-407.

[12] 农业部科技发展中心. 国家农业行业标准，露天蔬菜种植，2010，102-108.

[13] 周慧平，高超等. 巢湖流域土壤全磷含量的空间变异特征和影响因素[J].农业环境科学报，

2007,26(6):2112-2117.

[14] 胡宏祥，洪天求，樊丽莉.巢湖马鞍山土壤有机质和N、P变化研究[J].中国水土保持学报，2006，11:26-28.

[15] 胡宏祥，洪天求等.巢湖马鞍山西北坡土壤侵蚀及其N、P时空变异研究[J].中国水土保持学报，2007，

21(5):30-34.

[16] 王绪伟，王心源等. 巢湖沉积物总磷分布及其地质成因[J].安徽师范大学学报（自然科学版），2007，

30(4):496-499.

[17] 王睿.巢湖流域水环境质量评价与水质预测模型研究[J].合肥工业大学硕士毕业论文，2009:15-34.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/72r1.html