賈學(xué)萍

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350108）

磷在地殼中存在廣泛，含量豐富，是動(dòng)植物生存必需的大量元素之一，它在生命活動(dòng)中起著重要作用， 是植物體內(nèi)各個(gè)組織的重要組成成分。同時(shí)，磷也參與了植物的代謝與循環(huán)，在植物成長(zhǎng)的過程中，擔(dān)任著重要角色，缺少了磷元素，農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)不可能實(shí)現(xiàn)。 另外，磷元素的大量存在， 對(duì)植物的抗逆性也起到良好的作用，起到抗旱耐寒的作用。 對(duì)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)而言，磷是重要的物質(zhì)保證，同時(shí)，它也是不可再生資源，長(zhǎng)期不施磷肥, 土壤嚴(yán)重缺磷, 致使作物成長(zhǎng)期遲后、日增重減少,產(chǎn)量也隨之顯著下降[1]。 磷在土壤中以多種形態(tài)存在，一般而言，植物對(duì)磷的吸收與形態(tài)有關(guān)，一代磷酸鹽MH2PO4＞二代磷酸鹽MHPO4＞三代磷酸鹽MPO4，每一種形態(tài)都影響著植物對(duì)磷元素的吸收，所以對(duì)磷形態(tài)轉(zhuǎn)移的研究尤為重要[2]。

長(zhǎng)期以來，我國(guó)農(nóng)田中磷肥的使用量在逐年升高，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式中，磷肥的使用主要是無機(jī)磷，植物的吸收形態(tài)較好，由于整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程缺乏科學(xué)的指導(dǎo)，農(nóng)民在施肥也都是按照往年的量想象施肥，不是根據(jù)作物的種類以及土壤中磷的具體含量作指導(dǎo)的，造成磷肥的過量使用，使無機(jī)狀態(tài)的磷超過土壤負(fù)荷，形成土壤污染。隨著科技的進(jìn)步以及人類對(duì)生態(tài)農(nóng)業(yè)以及綠色食品的需求的增加，為量改善土壤的物理及化學(xué)條件，提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，增加通透性，有機(jī)肥被大量使用，有機(jī)肥中磷的形態(tài)較為復(fù)雜，除含無機(jī)狀態(tài)的磷外，有機(jī)磷也大量存在[3]。 有機(jī)肥的使用量傳統(tǒng)都是用氮肥的使用量來計(jì)算，所以在滿足氮肥適量的情況下，就很難兼顧到其他元素，一旦超過了作物的需求，由于土壤膠體的性質(zhì)，磷元素就會(huì)在土壤基質(zhì)中大量富集，形成“定時(shí)炸彈”[4]。

在農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中，需要不斷的補(bǔ)給植物需要的大量元素和微量元素，但是由于土壤的吸附性，對(duì)施入的元素起到了固定作用，很難被植物吸收利用，長(zhǎng)期不同施肥處理影響土壤磷庫(kù)和土壤性質(zhì)的變化[5]，近年來，土壤中磷元素的研究越來越成為土壤化學(xué)工作者關(guān)注的重點(diǎn)話題，對(duì)磷吸附的研究，也就成了熱點(diǎn)，但是對(duì)吸附-解吸原理的研究較多，對(duì)影響因素以及吸附動(dòng)力學(xué)的研究顯得不足，要想正確把握施肥量以及施肥的正確時(shí)間， 必須對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，本文用三種不同的水稻土研究吸附-解吸的量以及吸附動(dòng)力學(xué)，為進(jìn)一步施肥指導(dǎo)提供依據(jù)。

1 研究過程

1.1 土壤樣品和磷的選擇

1.1.1 土壤樣品

本研究過程采用三種有明顯地域差別的水稻土， 第一種為江蘇省常熟市謝橋鎮(zhèn)明晶村的黃泥土，它是由黃土狀母質(zhì)發(fā)育而成，簡(jiǎn)稱黃泥土；第二種為江西省鷹潭市余江縣劉家站墾殖場(chǎng)三分場(chǎng)的水稻土，它是由第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育而成，簡(jiǎn)稱紅田土； 第三種為江蘇省海安縣海安鎮(zhèn)丹鳳村的水稻土， 它是由長(zhǎng)期沖積物發(fā)育而成， 簡(jiǎn)稱潮沙土。 他們的理化性質(zhì)如表1 所示。

表1 供試土壤理化性質(zhì)Table1 Basic physical and chemical properties of soils used

1.1.2 植酸

實(shí)驗(yàn)所用的有機(jī)磷采用植酸作為磷源，植酸性質(zhì)如表2 所示。

表2 植酸電離常數(shù)與成鹽pHTable2 Phytic acid ionization constant and salinity pH

1.2 吸附-解吸模擬實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 土壤對(duì)無機(jī)磷吸附實(shí)驗(yàn)

在試驗(yàn)田分別采集土壤樣品， 混合處理，先用氯仿熏蒸法進(jìn)行滅菌處理，再自然風(fēng)干，磨碎，選用20 目過篩， 稱2.50 g 土壤樣品裝入100 ml離心管中, 向離心管中分別加含磷量為0、2、5、10、15、20、30、50，75 mg·L-1的 KH2PO4溶 液 50 ml，再加 3 滴氯仿再次滅菌,密封處理，在 25 ℃的恒溫振蕩器中震蕩 20 小時(shí), 振速為 200 r·min-1，離心 15min，速度為 4 000 r·min-1，過濾,用鉬藍(lán)比色法測(cè)上清液中磷的濃度,根據(jù)濃度差,計(jì)算土壤對(duì)無機(jī)磷的吸附量。

1.2.2 土壤對(duì)有機(jī)磷試劑-植酸吸附試驗(yàn)

土壤對(duì)有機(jī)磷的吸附實(shí)驗(yàn)采用的方法與無機(jī)磷相同，加入的磷源試劑為植酸溶液，溶液含磷 量 分 別 為 2.07，5.35，10.69，26.74，37.43，53.47 mg·L-1。 采用雙酸（高氯酸和硝酸）高溫消煮法測(cè)得重磷含量，減去土壤中無機(jī)磷含量，可以計(jì)算出上清液中有機(jī)磷的濃度，根據(jù)濃度差，得出土壤對(duì)有機(jī)磷的吸附量。

1.2.3 土壤對(duì)磷吸附動(dòng)力學(xué)研究

供試土壤的處理方法如以上磷吸附實(shí)驗(yàn)，取2.5g 土壤，裝入 100m 離心管中，配制 KH2PO4溶液，使溶液的含磷量為20mg·L-1，，配制溶劑用pH為 7.0 的 0.01 mol·L-1KCl 溶液， 向離心管中加入配制好的KH2PO4溶液50ml, 在25 ℃的恒溫振蕩器中震蕩，分別于 5，15 min 及 0.5，1，3，5，8，12，16，24 h 取樣檢測(cè)，鉬藍(lán)比色法測(cè)上清液中磷的濃度，計(jì)算出不同時(shí)間點(diǎn)土壤對(duì)無機(jī)磷的吸附量。

土壤對(duì)有機(jī)磷吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)采用與無機(jī)磷同樣的方法，加入的試劑為植酸，有機(jī)磷的濃度為 25.0086 mol·L-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種水稻土對(duì)兩種形態(tài)磷的吸附特征

2.1.1 三種水稻土對(duì)無機(jī)磷吸附特征

從圖1 可以看出： 三種水稻土均表現(xiàn)除對(duì)無機(jī)磷很強(qiáng)的吸附性， 黃泥土和紅田土對(duì)無機(jī)磷吸附規(guī)律表現(xiàn)相近， 在加入無機(jī)磷的濃度為小于50mg.·L-1時(shí)，兩種水稻土對(duì)磷吸附量相近，當(dāng)加入無機(jī)磷溶度大于50mg·L-1紅田土吸附量漸增，而黃泥土表現(xiàn)趨平；潮沙土對(duì)無機(jī)磷吸附能力較弱，在加入無機(jī)磷的濃度大于20mg·L-1時(shí)，曲線已經(jīng)趨于平緩。 三種水稻土對(duì)無機(jī)磷最大吸附量表現(xiàn)為紅田土＞黃泥土＞潮沙土， 由于三種土壤的理化性質(zhì)不同，決定了它們對(duì)無機(jī)磷吸附強(qiáng)度不同[6]。

圖1 三種水稻土對(duì)無機(jī)磷吸附特征曲線Fig.1 inorganic Phosphate adsorption isotherm curves of three paddy soils

2.1.2 三種水稻土對(duì)有機(jī)磷的吸附性

從圖2 可知： 三種水稻土對(duì)有機(jī)磷吸附量為：紅田土＞黃泥土＞潮沙土，紅田土和黃泥土的吸附規(guī)律相近，潮沙土表現(xiàn)較弱，這與三種土壤的黏粒及氧化鐵含量一致[7]。

圖2 三種水稻土對(duì)植酸中有機(jī)磷吸附特征曲線Fig2 Organic Phosphate adsorption isotherm curves of three paddy soils

2.2 三種水稻土對(duì)有機(jī)、 無機(jī)磷的吸附動(dòng)力學(xué)特征

2.2.1 三種水稻土對(duì)無機(jī)磷吸附動(dòng)力學(xué)特征

從圖3 可見，在連續(xù)震蕩24h 后三種土壤吸附量分別為 225.35、216.61、103.98mg·kg-1, 前 30分鐘分別表現(xiàn)為75%、75%、60%,以后逐漸減慢。在開始階段，吸附增加快，曲線較陡，屬快速吸附，后期屬于慢性吸附，原因是介質(zhì)中“活性點(diǎn)”減少和磷量減少。

圖3 不同水稻土對(duì)無機(jī)磷吸附動(dòng)力學(xué)曲線Fig. 3 Inorganic phosphorus adsorption kinetics curve of three Paddy soils

2.2.2 三水稻土對(duì)有機(jī)磷吸附動(dòng)力學(xué)特征

從圖4 可知，三種水稻土對(duì)有機(jī)磷的吸附動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)上，存在與對(duì)無機(jī)磷相似的規(guī)律。

圖4 三種水稻土對(duì)有機(jī)磷吸附動(dòng)力學(xué)曲線Fig4 Organic phosphorus adsorption kinetics curve of three Paddy soils

從圖3、4 可見，三種不同性質(zhì)的水稻土在同一實(shí)驗(yàn)條件下連續(xù)震蕩24 小時(shí)后對(duì)介質(zhì)中無機(jī)磷吸附量不同，這是因?yàn)橥寥赖男再|(zhì)不同，對(duì)磷的吸附能力不同引起的。 在時(shí)間為半個(gè)小時(shí)的吸附量都比較大，這是因?yàn)橥寥乐辛椎奈侥芰Ω寥乐辛坠袒綕舛扔嘘P(guān)。 況且，在前半個(gè)小時(shí)內(nèi)，磷的吸附速度增加較快，在后期的時(shí)間內(nèi)，隨著土壤中磷的固化濃度的增加，對(duì)磷吸附的速率逐漸放慢。三種水稻土無論對(duì)有機(jī)磷還是對(duì)無機(jī)磷，在吸附過程中，都表現(xiàn)出一個(gè)較為復(fù)雜的過程。

在對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果分析中可以看出，三種水稻土對(duì)兩種不同狀態(tài)的磷（有機(jī)磷和無機(jī)磷）的吸附具有相似的吸附過程：相同的實(shí)驗(yàn)條件下，吸附實(shí)驗(yàn)的初期，三種土壤對(duì)磷的吸附量隨時(shí)間的推移增加較快，特征曲線表現(xiàn)較陡，屬于快吸附過程；隨著吸附時(shí)間的遞加，三種土壤對(duì)磷的吸附量逐漸減慢， 特征曲線趨于平緩，這主要是因?yàn)橥寥辣砻婵晌搅椎摹盎钚渣c(diǎn)”減少及溶液中可被吸附的磷的減少，屬于慢吸附過程。

相同時(shí)間進(jìn)行比較，三種土壤對(duì)磷的吸附百分率也會(huì)不同，即不同土壤對(duì)磷的吸附速度也會(huì)呈現(xiàn)不相同的狀態(tài)，引起這種現(xiàn)象的原因主要由于三種不同性質(zhì)的水稻土中對(duì)磷具有吸附活性的物質(zhì)含量不同， 主要是三種土壤種黏土礦物、鐵錳鋁的水合氧化物及有機(jī)物的含量不同，影響了土壤對(duì)磷的吸附能力。磷素的吸附和解吸特性對(duì)土壤磷素遷移及其環(huán)境效應(yīng)具有重要影響,過量磷肥施入易造成土壤磷素固定和流失[8],快速吸附和慢速吸附的時(shí)間長(zhǎng)短，以及最終的吸附量都因三種土壤的理化性質(zhì)不同而不同， 很顯然，黏性土壤對(duì)磷吸附快而多，沙質(zhì)土壤對(duì)磷吸附慢而少，主要由于黏粒的表面積較大的緣故。 有機(jī)質(zhì)含量越多，吸附能力越強(qiáng)，主要是有機(jī)質(zhì)種官能團(tuán)含量多，它能為物質(zhì)的吸附提供更多的點(diǎn)位[9]。

3 結(jié)論與討論

3．1 三種水稻對(duì)無機(jī)、有機(jī)磷吸附規(guī)律相近，均為紅田土＞黃泥土＞潮沙土，這是由于三種土壤交替的理化性質(zhì)， 尤其是黏粒含量的高低決定的。

3．2 有機(jī)肥里的有機(jī)磷的吸附受介質(zhì)的影響，磷的吸附能力減弱，有機(jī)肥里有機(jī)質(zhì)含量高，介質(zhì)疏松多孔，吸附能力降低。

3．3 吸附動(dòng)力學(xué)的研究， 無論是有機(jī)磷還是無機(jī)磷，均表現(xiàn)為前快后慢，在吸附的初期，吸附點(diǎn)相對(duì)較高，環(huán)境中磷的濃度也比較高，促進(jìn)磷的吸附，隨著時(shí)間的推移，吸附能力逐漸減弱。

3．4 磷吸附的研究， 對(duì)于環(huán)境檢測(cè)以及不同土壤基質(zhì)、 不同作物類型的施肥指導(dǎo)有重要意義，需進(jìn)一步深入研究。