磷肥与环境
出处：按学科分类—工业技术 中国农业出版社《肥料实用手册》第338页（7475字）
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磷肥在我国农业生产中占有很重要的地位，其用量(纯养分)仅次于氮量。由于磷肥的肥效较低，易被土壤固定。另外，磷肥是以磷矿石为原料，通过酸法(加入不同的酸)或热法(加热)或机械粉碎生产出的磷肥产品。而我国的磷矿石品位偏低，而普钙加工工艺简单，投入低，含有效磷较低的普通过磷酸钙占我国磷肥产量较大(1993年占73．8%)。这就决定了我国磷肥的实物施用量很大。
磷肥对环境的影响包括两个方面：一个是磷肥生产对环境造成的影响，如磷石膏(生产1tH3PO3就要副产磷石膏5t)、污水处理、氟的污染及矿山复垦等问题。其中磷石膏处理是一个重大问题，因为数量很大，而且含有放射性，存贮时也会对生物造成危害。二是磷肥施用造成的环境问题，这包括磷引起的水体富营养化、磷肥中重金属对土壤的污染，以及施用磷肥造成的放射物质积累等。
磷肥施用之所以会产生环境问题，是因为：一是磷肥施用过量；二是施用方法不当；三是磷肥品种本身问题。磷肥施用过量会在土壤中异常积累，磷在土壤中异常积累有以下不利：
(1)对水体污染造成潜在威胁。
(2)在高磷情况下作物过多(奢侈)吸收磷，可与植物体内的铁、钙、镁、锌结合生成沉淀，导致这些元素的生理缺乏。如在水培中，当磷的浓度高于100mg／L时，会导致作物出现黄化的缺铁症状。
(3)作物吸收过多的磷妨碍淀粉的合成，也不利于淀粉在植株体内的运输。如水稻在磷过剩时，淀粉合成受阻，成熟不良，籽粒不饱满。
(一)磷肥施用与水体富营养化
虽然水中磷浓度大小既不会对人体造成危害，也不会和其他物质形成对人体有害的物质，它的不良作用却可以引起富营养化。地表水的富营养化是指湖、河等地面水中作物应营养元素的富集现象。这种富集现象特别在非流动水体中会造成一系列的环境问题，如藻类生物过量繁殖、水体缺氧、透明度减少、恶臭、产生有毒物质等。这些问题导致水体不仅不能适于人类饮用、工业利用和鱼类生长，而且破坏了环境的美化舒适，影响旅游业发展。所以地表水的富营养化是一种严重的污染现象。
近20年来，我国不少湖泊和部分水库富营养化的趋势十分严峻，据金相灿等1978—1980年对我国34个湖泊和水库调查，其中富营养化和重富营养化的湖泊占14．7%和5．8%；1987—1989年调查22个湖泊，其中富营养化的已占63．6%。在我国五大湖泊中，巢湖已进入富营养化阶段，太湖、洪泽湖正向富营养化阶段过渡，其余两个正向富营养化发展。我国中小型湖泊的富营养化状况更为严重，1996年对江苏吴县境内主要河流及太湖和阳澄湖水中氮、磷负荷进行调查，结果表明，与1983相同河流枯水期硝态氮(
)的结果相比，大多数河水中硝态氮(
)浓度成倍增长；太湖和阳澄湖3个调查水域的无机氮和PO43--P的浓度均已超过了富营养化的临界值。
国外对内陆水源的保护比较严格，但对于海岸水域比较忽视。近年来不少国家发现沿海水域富营养化严重。如澳大利亚西南沿海、欧洲的北海、波罗的海、地中海沿海，以及美国沿海一些地方等。有报道说，北海沿岸水域的氮含量增加4倍，磷含量增加7倍，而且其中60%的氮和25%的磷来自农业。而农业来源的污染属于面源污染，治理起来相对较困难。
氮、磷是水体富营养化最重要的营养因子，当水体中磷达到一定浓度(PO43--P0．015mg／L)，无机氮含量大于0．2mg／L时，就可能出现“藻华”现象。在大多数情况下，磷是藻类生长的限制因素，在这个意义上，磷对富营养化作物起着关键的作用。
水体是否都可以引起富营养化，决定于水中氮和磷的浓度，同时也与水中N／P比值有关，在未受到活动影响的地区，自然排水中N／P比的变化幅度为4～10，平均为7左右，而在天然水中N／P比是20∶1，或者更大。
磷在控制水富营养化中首先是它的浓度，水体中磷的浓度标准根据它对水中浮游生物生长的影响来控制。另外，水中浮游生物量(通常用叶绿素A的浓度表示)因水体的用途不同，标准也有不同，所以水体磷浓度的标准随着水源的用途不同也有不同。国外对湖泊水体磷浓度和富营养化等级的分类见表5-40。
表5-40 湖泊水体磷浓度和富营养化等级
我国国内外对此也有研究，华东师范大学对湖泊中氮、磷浓度综合考察，进行灰类划分(表5-41)。
表5-41 湖泊富营养化灰类划分(mg／L)
另外，高志(1994)对湖泊水体富营养化中氮、磷含量也进行了划分，见表5-42。
表5-42 水体富营养化与N、P含量(mg／L)
一般认为，水体中磷的浓度达到10mg／L时即可能产生富营养化。但同时还要看N／P如何。当N／P比大于4～5时，其限制因素可能是氮，在这种情况下，磷的浓度升降对富营养化影响较少。在低N／P比时，往往使能固氮的蓝绿藻生长加快，它们固定空中氮素供给藻类生长直到N／P增加到生长受磷浓度的限制时。在这种情况下，由于蓝绿藻的生长可能产生某些有毒物质和臭味，使富营养化对环境的影响比其他藻类更大。
水源中的磷主要是从陆地土壤中进入的，对于陆地进入水源的磷有人做了估计(IRRI，1990)，世界各地由地表进入水源的磷量如表5-43。
1993年联合国粮农组织(FAO)估计中国农田磷进入水体的量为19．5kg／hm2，印度为10．9kg／hm2，美国为2．2kg／hm2。既我国从农田进入水体的磷量比美国高8倍，比印度高80%。按上述估计，我国全国耕地(按1×108hm2计)每年向水体输送的磷量为195×104tP2O5。
表5-43 每年不同地区从土壤进入水源的磷量(1×104tP)
不少试验证明，磷进入水体的途径：一是农田磷通过渗漏进入地下水，但磷通过渗漏进入地下水而造成污染的情况很少。因为土壤特别是下层土壤有足够大的吸持磷的能力，进入地下水的磷很少。英国洛桑试验站的试验表明，施磷100年后，磷仍然集中在40cm土层内(IFDC，1992)。在土壤固磷能力低的土壤如轻质土中，磷向下运动要大得多。如施过磷酸钙(P)600～2000kg／hm2时，在湖积细砂土中，磷向下移动到200cm；当磷(P)用量加大到13000kg／hm2时，磷下移400cm，只剩22%存在于15cm土层中。二是进入地表水的运动，既通过径流进入地表水，这是农田磷损失的主要途径，也是农田磷进入水体的主要途径。施肥是影响径流水中磷量的主要因素，它可以使表土中磷积聚较快，同样也显着提高径流中磷的浓度(表5-44)。
表5-44 施磷肥(过磷酸钙)对地表径流中可溶磷的影响
(引自中国科学院南京土壤研究所环保室资料，1990)
防止农田磷对环境的不利影响的主要途径是控制径流量和合理施用磷肥。
(二)磷肥施用中重金属的污染
由于磷肥是用自然界中磷矿石经过加工而成，而磷矿石除含钙的磷酸盐矿物外，还含有相当数量的杂质，特别是中低品位磷矿，杂质更多，这些杂质直接影响磷矿和磷肥中镉、镍、铜、钴、铬的含量。
1．镉 由于磷矿中含有少量镉及其他重金属，在磷肥加工过程中一般有60%～95%的重金属会转移到磷肥中。人们担心长期施用磷肥会使镉在土壤中积累而致害。据测定，我国磷矿镉含量范围为0．1～571mg／kg，但大部分为0．2～2．5mg／kg。主要磷矿(55个)镉的平均值为0．98mg／kg，除科拉矿外，比世界主要磷矿都低。
我国磷肥中镉平均含量也较低，据全国30个主要磷肥生产厂家生产的磷肥测定，平均含镉量0．61mg／kg，大约相当于磷矿石含镉量的62%，远远低于国际上一般含量5～50mg／kg的常见范围(表5-45)。
根据磷肥中镉含量，可以计算出随着磷肥进入土壤的镉量。1998年我国磷肥用量为683×104t(P2O5)。以过磷酸钙占75%，钙镁磷肥占25%，施磷面积为5000×104～7500×104hm2计算，则施入到土壤中的镉量为25．5t(Cd)相当于每公顷耕地年施入镉0．34～0．51g。根据中国环境监测站1990年测定我国土壤镉的背景值为0．157mg／kg计算，我国土壤的最大允许施入镉量，水田中的酸性土壤0．96kg／hm2，中性土壤2．98kg／hm2，石灰性土壤6．36kg／hm2，旱地中酸性土壤0．73kg／hm2，中性土壤1．63kg／hm2，石灰性土壤1．86kg／hm2。就目前磷肥用量，施磷肥1000年后才能达到土壤最大负载量。
表5-45 不同磷肥品种的镉含量
2．锌、镍、铜、钴、铬 我国磷矿含锌(Zn)范围为98．0～5822mg／kg，含镍(Ni)范围为8．3～372mg／kg，含铜(Cu)范围为7．5～570mg／kg。其中广西的小型磷矿中锌、镍、铜含量特别高，上述三者平均为3811mg／kg、171mg／kg和248mg／kg。20个样本磷矿石中钴和铬的平均含量分别为7．8mg／kg和23．0mg／kg。与其他国家的磷矿相比，我国磷矿锌、镍、铜、钴的平均含量明显高的多，而铬的含量相比低得多(表5-46)。
表5-46 我国与世界主要磷矿中锌、镍、铜、钴、铬含量
我国过磷酸钙中锌的平均含量为298mg／kg，镍、铜、钴、铬含量较低，而钙镁磷肥中镍、钴、铬的含量显着高于过磷酸钙(表5-47)。
表5-47 我国钙镁磷酸与过磷酸钙中锌、镍、铜铬的含量(mg／kg)
随磷肥带入土壤的重金属主要是锌、镍、铬。按我国远景磷肥(P2O5)施用量可达每年800×104t为基础进行计算(施磷肥面积7500×104hm2)，带入土壤的锌量为200g／hm2，镍、铬分别为150g／hm2和50g／hm2，远远低于土壤负载值，所以目前来说，施磷肥而带入的重金属对土壤环境影响很少，不会造成污染问题。
磷矿中可能含有的多种放射性物质铀(U)、镭(Ra)、钍(Tu)以及它们的衰变产物，在一般农用上长期(50年以上)试验表明，施磷和不施磷农作物放射性物质浓度未增加(IFDC，1992)。而在复垦的磷矿开采土壤上，蔬菜和水果中放射性有所增加，但人体受到的放射性剂量很少。