Phosphorus-enriched soils of urban and suburban Nanjing and their effect on groundwater phosphorus

Abstract

Neither the phosphorus (P)-rich soils in urban areas nor their environmental implications have been adequately studied. This study investigated soils of typical urban function zones in Nanjing/China, like park, residential areas, school yards, campus as well as suburb vegetable land and garbage filling sites, and meantime ground water in situ. Typical soils were also experimentally leached for P leaching evaluation. All studied soils were enriched with P with enrichment ratios varying from 2 to 10 for total P and 5 to 22 for NaHCO3-extractable P, as compared with the original parent soils. The C : P ratios also indicated strong enrichment of P in urban soils. In urban areas the maximum P layer appeared as buried under different depth while in suburban soils as epipedon. The various morphology of P distribution suggested different soil formation patterns, which were related to the land use history. Groundwater P was significantly correlated with the maximum extractable P content of P in soil profiles and even better with the weighted average P content of the whole profile or P content of the soil layer at or close to groundwater table. Dissolved P in experimental leachate was comparable with that of groundwater but higher than environmentally acceptable level. Furthermore, there was a significant correlation between solution P and different extractable P forms of the studied soils. Simple P tests can provide an evaluation of the potential risk of urban soils in discharging P to water system. Phosphatanreicherung in Stadt- und Stadtrandböden Nanjings und ihre Wirkung auf den Phosphatgehalt im Grundwasser Obgleich bekannt ist, dass einige anthropogene Böden hohe P-Gehalte im Oberboden aufweisen, wurden bisher weder die phosphatreichen Böden der Städte noch deren Umwelteinfluss hinreichend erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden C, N und P in verschiedenen Bindungsformen in Böden und Grundwasser typischer städtischer Nutzungsformen wie Parks, Wohnquartiere, Schulhöfe, Universitätscampus, Gemüseanbauflächen in Vorstädten und Müllkippen in Nanjing/China untersucht. An einigen typischen Böden wurden Perkolationsversuche zur Erfassung möglicher P-Austräge durchgeführt. Sämtliche untersuchten Stadt- und Vorstadtböden waren im Vergleich zum Ausgangsboden mit P angereichert. Die Anreicherungsfaktoren betrugen das 2- bis 10-fache für Gesamt-P (Pt) und das 5- bis 22-fache für NaHCO3-extrahierbares P. Innerhalb der Stadt traten die höchsten Gehalte in fossilen Horizonten und in der Vorstadt im Oberboden auf. Das C:P-Verhältnis weist auf eine hohe P-Anreicherung in urbanen Böden hin. Die P-Verteilungen in Bodenprofilen lassen auf verschiedene Muster der Bodenentstehung schließen, die zur Geschichte der Landnutzung in Beziehung stehen. Die P-Konzentrationen im Grundwasser-P waren signifikant korreliert mit dem Gehalt an extrahierbarem Phosphat in der Schicht des Bodens mit dem jeweils höchsten P-Gehalt, noch stärker jedoch mit dem gewichteten Mittel der P-Gehalte der Horizonte eines Profiles, was den Einfluss des Boden-P auf den Grundwassser-P-Gehalt deutlich belegt. Die gelöste P-Menge im Perkolat war wesentlich über das umweltverträgliche Maß erhöht. Zwischen den P-Gehalten im Perkolat und den verschiedenen Bodenextrakten bestanden signifikante Korrelationen. Mit einfachen Testverfahren zur Bestimmung des Phosphatgehaltes kann das Risikopotenzial der P-Auswaschung in urbanen Böden abgeschätzt werden.