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农业面源和农田径流是污染水体的主要营养来源和驱动力,特别是在农业生产过程中施用的过量氮、磷营养物质,通过地表径流、土壤侵蚀和淋溶作用等途径逐渐流失到周边的河湖水体中,引起了河流和湖泊的藻类水华等富营养化问题。我国长三角平原河网地区的农业集约化程度较高,化肥的大量应用导致许多地区农田土壤的磷（Phosphorus）含量都大幅升高,且磷素的利用效率较低,增加了农田土壤磷素随径流、灌溉排水等流失到周边水体的风险。继续在这些土地上进行农业生产活动,就必须要实施农业面源污染的阻控技术和截流减排研究,以减少土壤中磷的流失。作为燃煤电厂烟气脱硫后副产物的烟气脱硫石膏[Flue Gas Desulfurization Gypsum,（FGD Gypsum）]目前已经逐步在国内外的农业生产和环境修复中应用。施用烟气脱硫石膏可增加农田土壤的渗透性,并可以提高土壤对磷的吸持能力,特别是增加土壤中的磷酸钙盐含量,降低土壤磷流失的可能。如果烟气脱硫石膏能够应用于我国长三角平原水网地区的农业面源污染控制,不仅能为烟气脱硫石膏开拓一个新的应用领域,也能够形成一套经济实用的农业面源污染磷流失阻控技术,为农业面源污染截流减排和污染河湖水体改善提供一种既经济实用又安全可靠的理论和技术手段。该研究通过Visual MINTEQ软件模拟计算和X-射线衍射（X-ray diffraction,XRD）等方法分析施加烟气脱硫石膏后土壤中钙盐的形态变化特征,并在此基础上通过开展室内土柱淋溶、边坡径流试验以及室外的田间试验,分析了烟气脱硫石膏控制农田土壤磷流失的作用和效果,结合野外工程试验系统研究了烟气脱硫石膏对长三角平原河网地区土壤中磷流失的阻控能力和对土壤磷素、特别是对无机磷中磷酸钙盐的形态组成变化的影响。确认烟气脱硫石膏可以大规模的应用于平原河网地区的农业面源污染磷流失的控制。本论文研究的主要研究内容和结论如下:1)运用Visual MINTEQ软件模拟在平衡状态下,不同pH条件下,不同浓度的钙离子（烟气脱硫石膏施用量）条件下,土壤溶液中无机磷的存在形态及分布。模拟计算的结果显示,随着烟气脱硫石膏施用量的逐渐增加,土壤中的Ca2+和PO43-会形成一系列的磷酸钙化合物,从而在一定程度上降低了土壤磷流失的可能。X-射线衍射分析的结果表明土壤磷酸钙盐中的Ca8-P和Ca10-P会随着烟气脱硫石膏施用量的增加而增加。2)在实验室内利用不同量的烟气脱硫石膏为材料开展土柱淋溶试验和人工边坡降雨侵蚀模拟试验。结果表明烟气脱硫石膏可以显著提高土壤的渗透性能和抗侵蚀能力。施加烟气脱硫石膏的处理,土柱的渗透性能提升了近10倍;人工边坡径流量的削减率最大可以达37.5%,坡面泥沙流失的削减率最大可达到59.5%。在崇明东滩地区开展了2a的野外工程试验,结果也表明施加烟气脱硫石膏后土壤渗透性显著增加,其中60 t/ha烟气脱硫石膏处理下的土壤渗透能力较对照增加了4.8倍。烟气脱硫石膏的施用在一定程度上减少了农田径流,降低了土壤中磷素随着地表径流流失的可能性。3)在室外开展不同烟气脱硫石膏施用量的田间试验,试验结果与室内土柱淋溶试验的结果均表明:烟气脱硫石膏中的交换性钙离子可以与土壤中的磷酸根离子发生反应,将土壤中活性强、较易溶解的磷形态逐步转化为性质稳定、较难溶的无机磷形态;随烟气脱硫石膏施用量的增加,土壤无机磷含量逐渐增加,其中增加的无机磷主要以难溶于水的磷酸钙盐（Ca-P）为主。试验结果还表明:土壤磷酸钙盐（Ca-P）组分中磷酸十钙(Ca10-P)的含量最高,约占磷酸钙盐（Ca-P）总量的60%以上,磷酸八钙（Ca8-P）的含量次之;施加烟气脱硫石膏后,磷酸钙盐的增加在初期主要以磷酸八钙（Ca8-P）为主,随着时间的延长土壤中磷酸十钙(Ca10-P)的含量也会逐渐增加。4)实验室和室外田间试验的结果均表明,土壤有效磷（Available Phosphorus,AP）和渗滤液中可溶性活性磷（Soluble Reactive Phosphorus,SRP）含量均随着烟气脱硫石膏施用量的增加而降低,烟气脱硫石膏对土壤可溶性活性磷流失的阻控作用明显。土柱淋溶试验的结果表明,即使1%的烟气脱硫石膏施用量就可以较大程度的阻控土壤中磷的淋溶流失,阻控率可达90%以上。土壤有效磷和可溶性活性磷含量的下降导致土壤过量磷素通过地表径流、淋溶作用向水体迁移的几率明显下降。室外田间试验和野外工程示范的结果均表明,在农田土壤中施加烟气脱硫石膏对土壤全磷（Totla Phosphorus,TP）含量无显著影响。5)土壤有效磷（AP）和可溶性活性磷（SRP）的降低,以及无机磷组分中磷酸钙盐（Ca-P）的增加在一定范围内并没有影响植物对土壤磷素的吸收。田间试验结果表明松果菊在苗期和花期的生物量均比对照高。野外工程示范试验中,不同烟气脱硫石膏处理的旱稻成熟期生物量、总根长和株高也均大于对照处理。但过量烟气脱硫石膏也会对植物的生长产生抑制作用,适宜的施用量是充分发挥烟气脱硫石膏阻控土壤磷素作用的关键,研究结果表明野外工程示范条件下3045 t/ha是烟气脱硫石膏的最适宜施用量。6)崇明东滩野外工程示范的结果表明,在农田土壤中施加烟气脱硫石膏能降低碱化土壤的碱化度和pH。在农田土壤中施加烟气脱硫石膏2a后,土壤重金属含量没有出现明显变化,施用前后均小于《土壤环境质量标准》的二级标准（农业背景）。野外工程示范试验中,即使施用60 t/ha的烟气脱硫石膏也没有造成土壤重金属的污染。作为一种极具潜力的控制农业面源污染土壤磷流失的环境友好型材料,该研究首次将传统观念中作为燃煤电厂烟气脱硫副产品的烟气脱硫石膏用于我国长三角平原河网地区的农田富磷土壤中,减少了农田地表径流磷流失,有效的固定了土壤中高含量的磷,将可溶态活性磷逐步转化为性质稳定、较难溶的磷酸钙盐,从而减少了土壤磷素流失到周边环境的风险,降低了水体富营养化发生的几率。该研究结果可为农业面源污染控制中使用烟气脱硫石膏提供技术参考。