保護(hù)地土壤中磷的吸附與解吸特性研究

李 晶 白雨停 周雨鋅 劉東旭 梁運(yùn)江

（1.延邊大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，吉林 琿春 133300；2.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133002）

0 引言

土壤中被吸附、固定的磷在一定條件下可向有效態(tài)磷方向轉(zhuǎn)化［1］。研究土壤中磷的吸附與解吸特性，有助于提高人們對(duì)土壤與磷肥反應(yīng)本質(zhì)上的認(rèn)識(shí)，便于種植戶依據(jù)研究結(jié)果科學(xué)施用磷肥［2-3］。20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)不同類型土壤中磷的吸附與解吸特性開(kāi)展了較多的研究，但是有關(guān)保護(hù)地土壤中磷的吸附和解吸研究較少［4-9］。筆者通過(guò)試驗(yàn)研究保護(hù)地土壤對(duì)磷的吸附特性和解吸特性，以期為保護(hù)地合理施用磷肥、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)及技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤于2015年5月在吉林省延邊朝鮮族自治州龍井市塑料大棚內(nèi)獲取，當(dāng)?shù)赝寥罏榘底厝?，按照X形采樣法采集土樣，并分0～20 cm和20～40 cm兩個(gè)土壤層次。保護(hù)地采樣點(diǎn)編號(hào)設(shè)置為1～6，同時(shí)采集塑料大棚外側(cè)露地土壤作為對(duì)照（編號(hào)為7），每個(gè)采樣點(diǎn)取5個(gè)樣點(diǎn)重復(fù)，共計(jì)70份土樣。土樣經(jīng)過(guò)晾曬、研磨、裝袋處理后待測(cè)。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 等溫吸附試驗(yàn)。稱取風(fēng)干土樣1 g置于離心管后，分別于磷素濃度為0、10、20、30、40、50、60、70、80、90 mg/L和100 mg/L的50 mL離心管中準(zhǔn)確加入20 mL（介質(zhì)為pH值為7的0.01 mol/L氯化鈉）溶液后，加蓋并振蕩30 min，將離心管置于25 ℃恒溫箱中平衡3 h，然后在4 000 r/min的離心機(jī)中離心處理10 min。通過(guò)測(cè)定上清液中的磷含量，得到平衡后溶液中磷的濃度，據(jù)此計(jì)算吸磷量X值。

1.2.2 等溫解吸試驗(yàn)。稱取風(fēng)干土樣1 g置于離心管，加入10 mL（介質(zhì)為pH值為7的0.01 mol/L氯化鈉）溶液，用玻璃棒充分?jǐn)嚢杈鶆?，離心10 min，倒出上清液，反復(fù)2次，洗去土樣中游離的磷酸鹽，然后加入0.01 mol/L氯化鈉溶液20 mL，充分?jǐn)噭蚝笳袷?0 min，置于25 ℃恒溫箱中平衡3 h，在4 000 r/min的離心機(jī)中離心處理10 min，上清液中的磷即為解吸磷。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 保護(hù)地土壤磷素的吸附特性

2.1.1 0～20 cm土層保護(hù)地土壤磷素的吸附特性

2.1.1.1 0～20 cm土層保護(hù)地土壤磷素的吸附量。將各取樣點(diǎn)0～20 cm土層土壤磷的等溫吸附曲線分2組進(jìn)行對(duì)比，繪制成圖1。

由圖1可知，在磷素濃度小于50 mg/kg時(shí)，隨著磷素濃度的提高，土壤對(duì)磷素的吸附量增加趨勢(shì)相似，個(gè)別土樣對(duì)磷素的吸附量變化幅度很小；在磷素濃度大于50 mg/kg時(shí)，隨著磷素濃度的提高，不同取樣點(diǎn)土壤對(duì)磷素的吸附量表現(xiàn)出差異性，有的土壤對(duì)磷素的吸附量繼續(xù)增加，有的土樣后期則呈減少趨勢(shì)。

圖1 0～20 cm土層土壤磷的等溫吸附曲線

2.1.1.2 0～20 cm土層保護(hù)地土壤磷素的吸附率。磷的吸附率指磷的吸附量占添加磷量的百分?jǐn)?shù)。將各取樣點(diǎn)0～20 cm土層磷的吸附率曲線分2組進(jìn)行對(duì)比，繪制成圖2。

由圖2可知，0～20 cm土層的土壤對(duì)磷素的吸附率在-16%～4%，不同土壤對(duì)磷素的吸附率有很大差異，露地土壤對(duì)磷素的吸附率明顯大于保護(hù)地土壤。在磷添加量小于50 mg/kg時(shí)，保護(hù)地土壤對(duì)磷素的吸附率隨加入磷素濃度的提高均不斷提高，其中露地的吸附率最高。在磷添加量大于50 mg/kg時(shí)，隨著磷素濃度的提高，土壤對(duì)磷素的吸附率變化不再明顯。這與梁成華等［10］的研究結(jié)果類似。

圖2 0～20 cm土層的土壤磷的吸附率曲線

2.1.2 20～40 cm土層保護(hù)地土壤磷素的吸附特性

2.1.2.1 20～40 cm土層保護(hù)地土壤磷素的吸附量。將各取樣點(diǎn)20～40 cm土層土壤對(duì)磷的等溫吸附曲線分2組進(jìn)行對(duì)比，繪制成圖3。

由圖3可知，在磷素濃度小于60 mg/kg時(shí)，供試土壤對(duì)磷的吸附特與0～20 cm土層在磷素濃度為0～50 mg/kg時(shí)的吸附特征基本一致。在磷素濃度大于60 mg/kg時(shí)，土壤對(duì)磷素的吸附量明顯高于0～20 cm土層土壤在磷素濃度為50～100 mg/kg時(shí)對(duì)磷素的吸附量，呈逐漸上升趨勢(shì)。

圖3 20～40 cm土層土壤磷的等溫吸附曲線

2.1.2.2 20～40 cm土層保護(hù)地土壤磷素的吸附率。將各取樣點(diǎn)20～40 cm土層土壤對(duì)磷的吸附率曲線分2組進(jìn)行對(duì)比，繪制成圖4。

圖4 20～40 cm土層的土壤磷的吸附率曲線

由圖4可知，20～40 cm土層不同土壤對(duì)磷的吸附率在-6%～4%。其中，磷素濃度小于20 mg/kg時(shí)，土壤對(duì)磷素的吸附率明顯增大，曲線斜率較大；磷素濃度大于20 mg/kg時(shí)，隨著磷素濃度的增大，土壤對(duì)磷素的吸附率無(wú)明顯變化，并且曲線斜率很小。

2.2 不同保護(hù)地土壤磷素的解吸特性

2.2.1 0～20 cm土層保護(hù)地土壤磷素的解吸特性。將各取樣點(diǎn)0～20 cm土層土壤對(duì)磷的等溫解吸曲線分為2組進(jìn)行對(duì)比，繪制成圖5。

由圖5可知，0～20 cm土層中，露地土壤對(duì)磷素的解吸量普遍高于保護(hù)地土壤，但是其解吸特征一致，大致可以分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是快速解吸階段（磷素濃度0～80 mg/kg）。在這個(gè)階段中，隨磷素濃度的增大，土壤對(duì)磷素的解吸量整體呈增加趨勢(shì)。第二個(gè)階段是緩慢解吸階段（磷素濃度80～100 mg/kg）。這一階段中，隨著磷素濃度的增大，土壤對(duì)磷素的解吸量基本呈緩慢增加趨勢(shì)，而且還將能級(jí)較低的共價(jià)鍵吸附的磷解吸下來(lái)［11］。

圖5 0～20 cm土層土壤磷的等溫解吸曲線

2.2.2 20～40 cm土層保護(hù)地土壤磷素的解吸特性。各取樣點(diǎn)20～40 cm土層土壤對(duì)磷的等溫解吸曲線分為2組進(jìn)行對(duì)比，繪制成圖6。

圖6 20～40 cm土層土壤磷的等溫解吸曲線

由圖6可知，20～40 cm土層的土壤對(duì)磷素的解吸量大部分隨加入磷量的增大而提高。在解吸特征上，20～40 cm土層與0～20 cm土層土壤的解吸特征基本一致，主要分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段（磷素濃度0～80 mg/kg）為快速解吸區(qū)，隨著磷素濃度的增大，土壤對(duì)磷素的解吸量整體呈增加趨勢(shì)；第二階段（磷素濃度80～100 mg/kg）為緩慢解吸區(qū)，隨著磷素濃度的增大，土壤對(duì)磷素的解吸量變化不明顯，保護(hù)地1、保護(hù)地4和露地土壤的解吸量甚至還有下降趨勢(shì)。同時(shí)，在第一階段，露地土壤對(duì)磷素的解吸量與保護(hù)地土壤的解吸量差異不大；在第二階段，露地土壤對(duì)磷素的解吸量略大于保護(hù)地土壤的解吸量。

2.3 不同保護(hù)地土壤磷素的解吸量與吸附量之間的關(guān)系

以土壤對(duì)磷素的吸附量為橫坐標(biāo)、解吸量為縱坐標(biāo)，將同一層次的所有土壤為一組，繪制點(diǎn)線圖，結(jié)果見(jiàn)圖7和圖8。

根據(jù)方程擬合土壤對(duì)磷素的解吸量與吸附量，0～20 cm土層土壤對(duì)磷的吸附量和解吸量擬合方程為y=35.19+0.13x，20～40 cm土層土壤對(duì)磷的吸附量和解吸量的擬合方程為y=20.55+0.06x，以上擬合的直線相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了極顯著水平，且土壤對(duì)磷的吸附量與解吸量呈正相關(guān)。斜率b表示單位吸附量中的解吸量，b值越大，土壤對(duì)磷的吸附作用越弱，反之解吸作用越強(qiáng)［4］。對(duì)比圖7和圖8可知，0～20 cm土層的土壤對(duì)磷吸附作用較20～40 cm土層的土壤弱，但對(duì)磷的解吸作用強(qiáng)。

圖7 0～20 cm土層土壤磷的解吸量（y）與吸附量（x）之間的關(guān)系

圖8 20～40 cm土層土壤磷的解吸量（y）與吸附量（x）之間的關(guān)系

3 結(jié)論

隨著加磷量的增加，保護(hù)地土壤對(duì)磷素的吸附量和解吸量逐漸增大，等溫曲線可分為兩個(gè)階段；20～40 cm土層的保護(hù)地土壤的磷素吸附量高于0～20 cm土層的保護(hù)地土壤，但20～40 cm土層的保護(hù)地土壤對(duì)磷素的解吸量小于0～20 cm土層的保護(hù)地土壤；磷素濃度較低時(shí)，保護(hù)地土壤對(duì)磷素的吸附率曲線上升較快，但隨著加入磷的濃度增大，又逐漸趨于平緩；保護(hù)地土壤對(duì)磷素的吸附量與解吸量呈正相關(guān)。保護(hù)地土壤對(duì)磷的吸附量和解吸量均低于露地，因此保護(hù)地應(yīng)比露地加大磷肥施肥量，并注意不同肥料的合理配施，以促進(jìn)土壤中磷素的活化。