賈學(xué)萍，張煥朝

（1.宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽宣城242000；2.南京林業(yè)大學(xué)森林資源與環(huán)境學(xué)院，南京210008）

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不同水稻土磷吸附特征在施肥預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

賈學(xué)萍1，2，張煥朝2*

（1.宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽宣城242000；2.南京林業(yè)大學(xué)森林資源與環(huán)境學(xué)院，南京210008）

摘要：研究選用了典型黃泥土、潮沙土和紅壤為基質(zhì)的水稻土作為研究對(duì)象，分析了三種土壤有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷吸附特征，吸附量大小表現(xiàn)為：有機(jī)磷>無(wú)機(jī)磷，紅壤>黃泥土>潮沙土。用數(shù)學(xué)方程模擬，langmuir方程較好擬合無(wú)機(jī)磷吸附；Temkin方程較好擬合有機(jī)磷吸附。對(duì)三種水稻土的施肥預(yù)測(cè)中，黃泥土、潮沙土、紅壤每畝中分別的施磷量為：0.93、0.55和1.08 kg

關(guān)鍵詞：有機(jī)磷；無(wú)機(jī)磷；吸附；施肥預(yù)測(cè)

磷是植物體內(nèi)很多物質(zhì)的組成成分，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，它以多種方式參與植物新陳代謝，在土壤—植物生態(tài)系統(tǒng)中存在不可代替的重要作用。為了增加作物產(chǎn)量和品質(zhì)，保持和提高土壤肥力，必須向土壤中施加磷肥。但施肥過(guò)程一般是按作物對(duì)氮元素的需求量計(jì)算的，這就沒(méi)辦法顧及到磷的用量，造成磷的施用量嚴(yán)重超過(guò)植物需求量，造成土壤的污染。

近年來(lái)，全國(guó)畜禽糞便年產(chǎn)生量逐年上升，已成為與生活污水、工業(yè)廢水相提并論的三大污染源之一，畜禽糞便中含有有機(jī)污染物、重金屬、激素等有害物質(zhì)，直接施入土壤，造成土壤和食品的嚴(yán)重污染。長(zhǎng)期大量使用有機(jī)肥，對(duì)土壤養(yǎng)分累積和湖泊、河流富營(yíng)養(yǎng)化的負(fù)面影響也引起了人們的關(guān)注，成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)之一。

水稻是我國(guó)重要的糧食作物，水稻土是具有特定屬性的土壤，它是經(jīng)過(guò)耕種熟化而長(zhǎng)期形成。目前，對(duì)水稻土吸附的研究也大都在無(wú)機(jī)磷領(lǐng)域，對(duì)有機(jī)磷的研究相對(duì)較少。

1　材料與方法

1.1研究材料

黃泥土水稻土采自江蘇省常熟市謝橋鎮(zhèn)明晶村，黃土狀母質(zhì)發(fā)育，普通鐵滲水耕人為土。

紅壤性水稻土采自江西省鷹潭市余江縣劉家站墾殖場(chǎng)三分場(chǎng)孫家，第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育水稻土。

潮沙土水稻土采自海安縣海安鎮(zhèn)丹鳳村，江湖沉積物發(fā)育的水稻土。

三種土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)見表1

表1　供試土壤基本性質(zhì)

植酸：環(huán)已六醇六磷酸，肌醇六磷酸，肌醇六磷酸鈣鎂鹽的是雞糞中有機(jī)磷的主要存在形態(tài)，肌醇六磷酸磷對(duì)水稻的營(yíng)養(yǎng)效果明顯優(yōu)于無(wú)機(jī)磷。

表2　植酸電離常數(shù)與成鹽pH

稱過(guò)20目的風(fēng)干土2. 50 g，裝入容量為100 mL的離心管中，分別加入KH2PO4溶液（以pH為7. 0的0. 01 mol·L-1KCl為溶劑）50 mL，磷濃度各為0，2，5，10，15，20，30，50，75 mg·L-1。向離心管中加入3滴氯仿，可以有效減弱微生物活性。密封，放入恒溫振蕩器中，振蕩20小時(shí)，溫度控制為25oC，振速維持在200 r·min- 1，以4 000 r·min-1速度離心15min，過(guò)濾，測(cè)上清液中磷的濃度，方法為鉬藍(lán)比色法，根據(jù)前后磷濃度差，可以算出無(wú)機(jī)磷的吸附量。有機(jī)磷的吸附試驗(yàn)方法與無(wú)機(jī)磷相同，兩個(gè)吸附試驗(yàn)都需要用HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH值為7左右。

2　結(jié)果與分析

2.1三種水稻土對(duì)無(wú)機(jī)-有機(jī)磷等溫吸附曲線

從圖1可以看出，三種土壤均表現(xiàn)相同的規(guī)律，磷的吸附量隨加入磷濃度的增加而增加。當(dāng)磷濃度較低時(shí)，即加磷量在約小于10-6時(shí)，磷的吸附量增加較快；加磷量大約為10～20×10-6時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)，吸附量增加速度放慢；繼續(xù)增加磷的加入量，吸附量增加的變化幅度相對(duì)較小，吸附趨于平緩狀態(tài)。這是因?yàn)樵跐舛鹊图尤肓讜r(shí)，土壤膠體對(duì)磷的吸附離飽和值比較遠(yuǎn)，吸附能力強(qiáng)，所以吸附較快，并且吸附率高。逐漸增加磷的加入量，離磷的飽和度越來(lái)越近，吸附能力降低，所以吸附速度變慢，并且吸附率低。

從三種土壤對(duì)磷的吸附曲線可以看出：無(wú)論對(duì)有機(jī)磷還是無(wú)機(jī)磷，均表現(xiàn)出吸附量紅壤＞黃泥土＞潮沙土，這是因?yàn)檫@三種土壤的特性不同，即土壤的粘粒含量及土壤的物理化學(xué)性質(zhì)不同。對(duì)于同種土壤比較不同磷源，在相同濃度下，三種土壤都表現(xiàn)出：土壤對(duì)有機(jī)磷的吸附量大于對(duì)無(wú)機(jī)磷的吸附量，這是因?yàn)椴煌牧自磁c土壤的相互作用能力不同。

圖1　三種水稻土中無(wú)機(jī)、有機(jī)磷的等溫吸附曲線

2.2水稻土對(duì)有機(jī)、無(wú)機(jī)磷等溫吸附的方程模擬

在研究吸附特性時(shí)，F(xiàn)reundlich方程，Temkin方程、和Langmuier方程應(yīng)用較廣，它們能夠很好的反應(yīng)物質(zhì)的吸附性能。從吸附參數(shù)可知，擬合系數(shù)r在三種方程中對(duì)于無(wú)機(jī)磷吸附擬合在0.931-0.991之間，有機(jī)磷吸附擬合在0.924～0.990之間，都達(dá)到了顯著相關(guān)，所以不管是對(duì)有機(jī)磷吸附還是對(duì)無(wú)機(jī)磷吸附，它們都能很好擬合，土壤對(duì)磷的最大吸附量均為紅壤＞黃泥土＞潮沙土，這主要由于紅壤粘粒含量較高，在吸附磷的過(guò)程中，結(jié)合能比較大的緣故。

比較三種模擬參數(shù)，在供試的三種土壤中，langmuir方程擬合無(wú)機(jī)磷吸附較好，Temkin方程擬合有機(jī)磷吸附較好。

表3　三種水稻土對(duì)無(wú)機(jī)磷吸附的等溫?cái)M合參數(shù)

表4　三種水稻土對(duì)有機(jī)磷吸附的等溫?cái)M合參數(shù)

2.3磷吸附對(duì)施肥量的影響

作物對(duì)不同元素的需求量不同，從而計(jì)算出施肥量，這是傳統(tǒng)的計(jì)算方法，隨著科技的進(jìn)步，此方法計(jì)算的用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還必須考慮到土壤的性質(zhì)。由于土壤對(duì)磷酸根離子的吸附性能，土壤中的磷酸根一部分被土壤吸附固定而不能被植物直接吸收利用。根據(jù)土壤吸附-解吸平衡時(shí)土壤溶液中磷的濃度確定施磷量，比較科學(xué)合理，土壤中可以達(dá)到最佳儲(chǔ)磷量，以保證植物正常的生長(zhǎng)需要，具有良好的指導(dǎo)意義。經(jīng)研究證明，當(dāng)土壤溶液中磷的濃度維持在0.2 mg·kg-1時(shí)，可以滿足水稻作物生長(zhǎng)需要，據(jù)此，計(jì)算各種水稻土最佳施肥量。

從圖2可以看出，對(duì)于無(wú)機(jī)磷，磷的加入量與平衡后溶液中磷濃度的相關(guān)系數(shù)R2在0.978 3～0.995 3之間，呈極顯著的相關(guān)性；對(duì)于有機(jī)磷，磷的加入量與平衡后溶液中磷濃度的相關(guān)系數(shù)R2在0.843 8～0.989 3之間，也呈明顯的相關(guān)性。由于有機(jī)磷的存在形態(tài)不易被植物吸收利用，所以，在施肥時(shí)一般情況下都以施磷酸鹽的形式來(lái)補(bǔ)充土壤中的磷。根據(jù)以上回歸方程，若使土壤平衡溶液中磷的濃度維持在0.2 mg·kg-1，要分別向紅壤、潮沙土、黃泥土中加入7.21，3.69和6.21 mg·kg-1的磷，按每畝15×104 kg土計(jì)算，每畝中分別的施磷量為：1.08、0.55和0.93 kg。

圖2　三種水稻土加磷量與平衡液濃度相關(guān)性

3　結(jié)論與討論

（1）三種水稻土對(duì)磷的吸附最大量均表現(xiàn)為：紅壤＞黃泥土＞潮沙土，有機(jī)磷＞無(wú)機(jī)磷。

（2）土壤對(duì)磷的吸附增加速率受溶液中磷的濃度的影響，低濃度增加快，高濃度增加慢。

（3）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，紅壤和黃泥土為基質(zhì)的水稻田，應(yīng)相應(yīng)增加磷的使用量，以滿足水稻生長(zhǎng)需要。

（4）潮沙土對(duì)磷的吸附能力較弱，磷易流失，造成地下水及周邊湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化，應(yīng)謹(jǐn)慎施肥，減少施肥量。

（5）有機(jī)肥成分復(fù)雜，對(duì)土壤性質(zhì)的影響較大，實(shí)驗(yàn)的深度和嚴(yán)謹(jǐn)性有待進(jìn)一步研究。

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【責(zé)任編輯：鄧軍文dengjunwen69@126.com】

Different paddy soil phosphorus adsorption characteristics to predict the application of fertilizer

JIA Xue-ping1，ZHANG Huan-chao2
（1. Xuancheng Vocational and Technical College，Xuancheng 242000，China；2. College of Forest Resources and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210008，China）

Abstract∶The study selects the typical yellow soil，chaosha soil and red soil for the matrix of paddy soil as the research object，analyses the three kinds of soil organic phosphorus and inorganic phosphorus adsorption characteristics. The amount of the adsorption performance shows∶organic phosphorus > inorganic phosphorus，red soil > yellow soil > chaosha soil. In terms of mathematical equations simulation，for inorganic phosphorus adsorption，Langmuir equation fits better；For organic phosphorus adsorption，Temkin equation fits good. In the prediction of three types of paddy soil fertilization，yellow soil，chaosha soil，red soil，respectively，the application of phosphoric fertilizer is 0.93，0.55，and 1.08 kg in per mu.

Key words∶organic phosphorus；inorganic phosphorus；adsorption；fertilization prediction

中圖分類號(hào)：S511

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-0171（2016）03-0038-04

收稿日期：2016-02-25

基金項(xiàng)目：中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目（KZCX3-SW-435）資助；安徽省教育廳教學(xué)研究項(xiàng)目（2013JYXM370）

作者簡(jiǎn)介：賈學(xué)萍（1977-），女，河南開封人，宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。

*通信作者：張煥朝（1965-），男，河南信陽(yáng)人，南京林業(yè)大學(xué)教授。