不同肥力v土的土壤顆粒分布及其磷素吸附-解吸規(guī)律

1、不同肥力塿土的土壤顆粒分布及其磷素吸附-解吸規(guī)律1羅敏，王旭東*西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌（712100）E-mail ：摘 要：研究了不同肥力塿土的顆粒（團(tuán)聚體）大小分布以及不同大小顆粒對(duì)磷素的吸附、解析規(guī)律。結(jié)果表明，在所篩分的5個(gè)粒徑中，塿土以>5mm、 25mm 和0.251mm 3個(gè)顆粒為主，隨著土壤肥力提高，0.251mm 和12mm 兩個(gè)粒徑的土壤顆粒有明顯增加。土壤顆粒由小到大變化，顆粒中磷素含量呈現(xiàn)由高到低的變化趨勢(shì)。高肥力土壤和低肥力土壤相比，0.251mm 和12mm 兩個(gè)粒徑中的磷素含量分別增加40%和43%，差異達(dá)顯著水平。土壤顆粒愈小對(duì)磷的吸附量越

2、高。與土壤原樣相比，<0.25mm和0.251mm 兩個(gè)粒徑的顆粒對(duì)磷的吸附量高于土壤原樣的，而12mm 、25mm 和>5mm土壤顆粒對(duì)磷的吸附則小于土壤原樣的。隨著土壤顆粒徑變大，磷的解吸率增加。總體看來，高肥力塿土使中等大小土壤顆粒增多，對(duì)磷的吸附量有所減少，但對(duì)磷的解析量增大, 這有助于提高磷肥的有效性，但也增加了磷素徑流損失的風(fēng)險(xiǎn)。 關(guān)鍵詞：塿土，顆粒分布，磷素，吸附-解析磷素是植物不可缺少的營養(yǎng)元素。我國多數(shù)土壤磷的有效性很低，難以滿足植物生長(zhǎng)的需求。土壤對(duì)磷的吸附、解吸特性是土壤重要的化學(xué)性質(zhì)之一，它控制土壤溶液中磷的濃度，影響土壤磷的有效性和對(duì)植物的供磷能力1。另外

3、，土壤磷素的吸附和解吸還決定著磷素的環(huán)境行為，農(nóng)田面源污染導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化引起世界廣泛關(guān)注2、3。對(duì)土壤磷的吸附與解吸已有過大量的報(bào)道，但過去的研究以整體土壤作為研究對(duì)象占多數(shù)，對(duì)不同大小土壤顆粒中磷的分布及其行為研究不夠4、5。磷素在不同粒徑的土壤顆粒中分布和吸附、解吸的行為的不同。對(duì)不同大小土壤顆粒中的磷素分布及其吸附-解析行為進(jìn)行研究，不僅可以揭示磷素在土壤中的存在狀況，而且對(duì)揭示土壤磷素的生物有效性、遷移性以及環(huán)境行為具有重要意義6。塿土是黃土高原的一種主要農(nóng)業(yè)土壤，在黃土高原地區(qū)的糧食生產(chǎn)中占有重要地位。本項(xiàng)目以不同肥力狀況的塿土為研究對(duì)象，探討了不同大小土壤粒徑中磷素的分布狀況以

4、及吸附-解吸規(guī)律。揭示磷素在不同大小顆粒中的分布差異以及不同大小顆粒對(duì)磷素吸附、解析的影響。為土壤中磷素營養(yǎng)調(diào)控和減少磷素農(nóng)業(yè)面源污染奠定基礎(chǔ)。1. 料料與方法1.1 供試材料土壤樣品采自陜西楊陵不同肥力塿土田塊的耕層（0-20cm ），土壤質(zhì)地為粘壤土。高肥力田塊施用有機(jī)肥和化肥，但以有機(jī)肥為主，小麥產(chǎn)量在7500kg/ha以上；中等肥力田塊也施用有機(jī)肥+化肥，但以化肥為主，小麥產(chǎn)量在6000kg/ha左右；低肥力田塊施用化肥，但施用量偏低，小麥產(chǎn)量在4500kg/ha左右。1.2 土壤的顆粒分級(jí)土壤的顆粒分級(jí)采用是干曬法。田間自然狀態(tài)的土壤風(fēng)干后直接過一系列不同孔徑的篩子。土壤顆粒由小到大

5、共分<0.25 mm 、0.251mm 、12mm 、25mm 和>5mm 5個(gè)粒1本課題得到西北農(nóng)林科技大學(xué)留學(xué)歸國人員的資助。徑。1.3 等溫吸附試驗(yàn)磷素的吸附試驗(yàn)參照文獻(xiàn)7所用方法7。稱取不同粒徑的樣品和土壤原樣1.00g 各6份 ，置于離心管中，分別加入磷濃度為0、10、20、40、80、100 /L(內(nèi)含0.01mol/L KCL 的磷酸二氫鉀溶液20ml ， 并加入3滴氯仿防止微生物繁殖，在25恒溫下振蕩1小時(shí)后，置于同樣溫度的恒溫箱中培養(yǎng)3d ，此間每天振蕩2次（間隔12h ），每次1h 。然后在3000r/min 離心5 min，測(cè)定上清液中的磷含量，計(jì)算土壤的吸附

6、磷量。 重復(fù)3次。1.4 解吸試驗(yàn)等溫吸附試驗(yàn)后的殘?jiān)屑尤?.01mol/L KCL 20ml(pH=7.0, 并加入3滴氯仿防止微生物繁殖，置于同樣溫度的恒溫箱中培養(yǎng)3天，此間每天振蕩2次（間隔12h ），每次1h 。然后在3000r/min 離心5 min，測(cè)定上清液中的磷含量，計(jì)算解析磷量。結(jié)合吸附的磷量，計(jì)算磷的解析率。2. 結(jié)果與分析2.1 土壤磷素基本構(gòu)成以及在顆粒中的分布?jí)v土的肥力狀況不同，其磷素的基本構(gòu)成不同（見表1）。土壤肥力愈高，不僅土壤的全磷水平高，尤其是土壤的速效磷、有機(jī)磷水平有明顯提高。高肥力水平土壤的速效磷、有機(jī)磷分別比低肥力水平增加了264%、184%。3中肥力

7、之間土壤有機(jī)質(zhì)水平也有明顯差異，而土壤pH 則差異不明顯。表1供試土壤基本磷素組成Table1 phosphorus composition of Soil samples同列中abc 不同字母間表示5%的差異顯著水平。表2土壤團(tuán)聚體中磷素分布Table2 Phosphorus distribution in aggregation<0.25mm0.251mm 12mm 25mm >5mm 肥力 狀況 顆粒 分布% 全磷 含量g·kg-1顆粒 分布% 全磷 含量g·kg-1 顆粒 分布% 全磷 含量g·kg-1 顆粒 分布% 全磷 含量g·k

8、g-1 顆粒 分布% 全磷 含量g·kg-1 高肥力 9.25a 1.10a 27.71b 1.05c 15.0c 1.02c 20.2a 0.95a 27.84a 0.90a 中肥力 11.87a 0.99a 25.32ab 0.82a 13.2b 0.79b 19.8a 0.89a 29.81a 0.88a 低肥力13.56a 1.04a 22.67a 0.75a 11.1a 0.71a 21.5a 0.85a 31.22a 0.87a肥力狀況 PH 有機(jī)質(zhì) 全磷 （g/kg）速效磷 （mg/kg） 有機(jī)磷 （g/kg） 無機(jī)磷 （g/kg） 高肥力 7.8 a 18.9 c 0

9、.992 b 35.7 c 0.387 c 0.605 b 中等肥力 7.7 a 15.8 b 0.785 a 15.3 b 0.228 b 0.557 a 低肥力7.7 a11.3 a0.681 a9.79 a0.136 a0.545 a 同列中abc 不同字母間表示5%的差異顯著水平。塿土的土壤顆粒分布（表2）顯示，在所篩分的5個(gè)大小顆粒中，3種肥力均以>5mm、0.251mm 、25mm 占有較大的比例。高肥力和低肥力之間比較發(fā)現(xiàn)，隨著土壤肥力提高，0.251mm 和12mm 兩個(gè)粒徑的土壤顆粒有所增加，差異達(dá)顯著水平，而其它粒徑顆粒在不同肥力之間差異不顯著。不同粒徑的顆粒中磷素的

10、分布（表2）顯示，土壤顆粒由小到大，磷素含量呈現(xiàn)由高到低的變化趨勢(shì)。不同肥力之間比較發(fā)現(xiàn)，土壤肥力由低到高，在不同大小的土壤顆粒中0.251mm 和12mm 兩個(gè)粒徑中的磷素含量明顯提高，高肥力的比低肥力的相應(yīng)增加了40%和43%，差異達(dá)顯著水平。2.2 土壤顆粒對(duì)磷的吸附特征以中等肥力土壤的大小顆粒為材料，研究了大小不同壤顆粒對(duì)磷的吸附特征，結(jié)果見圖1。圖1顯示，土壤顆粒對(duì)磷素的吸附隨著加入磷濃度的提高呈增大趨勢(shì)，相比較而言，加入濃度在40mg/L以前，土壤顆粒對(duì)磷的吸附隨加入濃度變化增加較快，在40mg/L以后，對(duì)磷的吸附增加相對(duì)緩慢。不同大小土壤的顆粒之間比較發(fā)現(xiàn)，土壤顆粒由大到小，磷的

11、吸附量明顯升高。與土壤原樣相比，<0.25mm和0.251mm 兩個(gè)粒徑的顆粒對(duì)磷的吸附量高于土壤原樣的，而12mm 、25mm 和>5mm土壤顆粒對(duì)磷的吸附則小于土壤原樣的。以不同粒徑的土壤顆粒對(duì)磷的吸附量和磷的平衡濃度之間建立Langmuir 方程，C/q = 1/(q*k + (1/qm*C 式中C 為平衡液中磷的濃度（mg/kg），q 為對(duì)應(yīng)的磷吸附量（mg/kg），qm 為最大的吸附量（mg/kg），K 為磷吸附強(qiáng)度。所得吸附的物理化學(xué)參數(shù)見表3。表3 Langmuir方程計(jì)算的物理化學(xué)參數(shù)Table3 Physical and chemistry index calcu

12、lated by Langmuir equation注：MBC=K*qm表3顯示，不同大小粒徑土壤顆?；蛲寥涝瓨訉?duì)磷的吸附都可以用Langmuir 等溫吸附方程來描述，相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平。土壤顆粒由大到小，最大吸附量增大、吸附強(qiáng)度加強(qiáng)，最大緩沖容量變大?？梢娡寥李w粒的粒徑愈小，對(duì)磷的吸附不論是吸附量、還是吸附強(qiáng)度以及緩沖容量都加大。與土壤原樣相比，<0.25mm和0.251mm 兩個(gè)粒徑的顆粒對(duì)磷的最大吸附量、吸附強(qiáng)度高于土壤原樣的，而12mm 、25mm 和>5mm土壤顆粒對(duì)磷的最大吸附量和吸附強(qiáng)度則小于土壤原樣的。2.3土壤顆粒中磷的解吸特征不同粒徑土壤顆粒對(duì)磷的解吸率（見

13、表4）顯示，隨著加入磷濃度增加，磷的解吸率逐漸增加。不同大小土壤顆粒間進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，隨著土壤顆粒粒徑變大，磷的解吸率增加。0.251mm 、12mm 、25mm 、>5mm粒徑顆粒與<0.25mm土壤顆粒相比，磷的解析率分別平均增加11.8%、18.4%、21.6%、22.6%。說明，大顆粒不利于磷的吸附，而有利于磷的解吸。與土壤原樣相比，1mm 以下的兩個(gè)土壤顆粒（<0.25mm、0.251mm ）的磷素解析率比土壤原樣的小， 而大于1mm 的土壤顆粒（12mm 、25mm 、>5mm）的磷素解析率比土壤原樣的高。表4不同粒徑顆粒中磷的解析率（%） Table 4 P

14、hosphorus desorption rate in different particles注：解析率是指某一濃度下解析磷量占吸附磷量的百分?jǐn)?shù)。樣品相關(guān)系數(shù)r 2最大吸附量 qm (mg/kg吸附強(qiáng)度K最大緩沖容量 MBC (mg/kg<0.25mm 0.994* 5000.282140.850.251mm 0.987* 476.2 0.203 95.24 12mm 0.981* 416.7 0.162 67.57 25mm0.988* 357.1 0.166 59.17>5mm 0.992* 294.1 0.200 58.82 原樣0.984* 420.5 0.168 75.

15、50磷濃度mg/L<0.25mm 0.251mm 12mm 25mm >5mm 土壤原樣10 13 21 27 29 29 25 20 16 25 33 38 38 29 40 20 32 39 42 45 35 80 29 45 51 54 55 47 100 35 49 55 58 59 523. 結(jié)論1 高肥力塿土，土壤的速效磷、有機(jī)磷水平有明顯提高，比低肥力土壤增加264%、184%。 2 塿土的土壤顆粒分布以>5mm、25mm 和0.251mm 3個(gè)粒徑顆粒占有較大的比例。不同肥力之間比較發(fā)現(xiàn)，隨著土壤肥力提高，0.251mm 和12mm 兩個(gè)粒徑的土壤顆粒有明顯增

16、加。3 隨著土壤顆粒由小到大，顆粒中磷素含量呈現(xiàn)由高到低的變化趨勢(shì)。不同肥力之間比較發(fā)現(xiàn)，隨著土壤肥力由低到高，0.251mm 和12mm 兩個(gè)粒徑中的磷素含量明顯提高，其它粒徑土壤顆粒中磷素變化不明顯。4 土壤顆粒由大到小，磷的吸附量明顯升高。與土壤原樣相比，<0.25mm和0.251mm兩個(gè)粒徑的顆粒對(duì)磷的吸附量、最大吸附量以及吸附強(qiáng)度均高于土壤原樣的，而12mm 、25mm 和>5mm土壤顆粒對(duì)磷的吸附量、最大吸附量以及吸附強(qiáng)度則小于土壤原樣的。隨著加入磷濃度增加，磷的解吸率逐漸增加。不同大小土壤顆粒間磷的解析率不同，土壤顆粒粒徑越小，磷的解吸率越低；反之，則相反。參考文獻(xiàn)1

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19、 of the particles Luo Min，Wang Xudong College of resource and environment， Northwest A and F University， Yangling， Shanxi 712100） （ Abstract The particles of lou soil with different fertility were fractionated by dry sieving and phosphorus absorption and desorption of the particles and bulk soil wer

20、e studied. Of all particles in lou soil, the particles with diameter of 0.251mm, 25mm or more than 5mm were the main fractions. As the fertility improved, the particles with diameter of 0.251mm, 12mm increased. With soil particles size increase, the phosphorus concentration in the particles decrease

21、d. Soil with high fertility increased the phosphorus concentration in particles of 0.251mm and 12mm by 40% and 43% compared to the same size particles from soil with low fertility. Phosphorus adsorption increased with soil particle size decrease. Soil particles with diameter of <0.25mm and 0.251mm had higher phosphorus adsorption capacity th