保護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 梁運江

（1.延邊大學地理與海洋科學學院，吉林 琿春 133300；2.延邊大學農學院，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磷方向轉化［1］。研究土壤中磷的吸附與解吸特性，有助于提高人們對土壤與磷肥反應本質上的認識，便于種植戶依據研究結果科學施用磷肥［2-3］。20世紀80年代以來，我國學者對不同類型土壤中磷的吸附與解吸特性開展了較多的研究，但是有關保護地土壤中磷的吸附和解吸研究較少［4-9］。筆者通過試驗研究保護地土壤對磷的吸附特性和解吸特性，以期為保護地合理施用磷肥、優化生態環境提供理論依據及技術支持。

1 試驗材料與方法

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獲取，當地土壤為暗棕壤，按照X形采樣法采集土樣，并分0～20 cm和20～40 cm兩個土壤層次。保護地采樣點編號設置為1～6，同時采集塑料大棚外側露地土壤作為對照（編號為7），每個采樣點取5個樣點重復，共計70份土樣。土樣經過晾曬、研磨、裝袋處理后待測。

1.2 測定方法

1.2.1 等溫吸附試驗。稱取風干土樣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離心管中準確加入20 mL（介質為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的離心機中離心處理10 min。通過測定上清液中的磷含量，得到平衡后溶液中磷的濃度，據此計算吸磷量X值。

1.2.2 等溫解吸試驗。稱取風干土樣1 g置于離心管，加入10 mL（介質為pH值為7的0.01 mol/L氯化鈉）溶液，用玻璃棒充分攪拌均勻，離心10 min，倒出上清液，反復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，充分攪勻后振蕩30 min，置于25 ℃恒溫箱中平衡3 h，在4 000 r/min的離心機中離心處理10 min，上清液中的磷即為解吸磷。

2 試驗結果與分析

2.1 保護地土壤磷素的吸附特性

2.1.1 0～20 cm土層保護地土壤磷素的吸附特性

2.1.1.1 0～20 cm土層保護地土壤磷素的吸附量。將各取樣點0～20 cm土層土壤磷的等溫吸附曲線分2組進行對比，繪制成圖1。

由圖1可知，在磷素濃度小于50 mg/kg時，隨著磷素濃度的提高，土壤對磷素的吸附量增加趨勢相似，個別土樣對磷素的吸附量變化幅度很??；在磷素濃度大于50 mg/kg時，隨著磷素濃度的提高，不同取樣點土壤對磷素的吸附量表現出差異性，有的土壤對磷素的吸附量繼續增加，有的土樣后期則呈減少趨勢。

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數。將各取樣點0～20 cm土層磷的吸附率曲線分2組進行對比，繪制成圖2。

由圖2可知，0～20 cm土層的土壤對磷素的吸附率在-16%～4%，不同土壤對磷素的吸附率有很大差異，露地土壤對磷素的吸附率明顯大于保護地土壤。在磷添加量小于50 mg/kg時，保護地土壤對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，隨著磷素濃度的提高，土壤對磷素的吸附率變化不再明顯。這與梁成華等［10］的研究結果類似。

圖2 0～20 cm土層的土壤磷的吸附率曲線

2.1.2 20～40 cm土層保護地土壤磷素的吸附特性

2.1.2.1 20～40 cm土層保護地土壤磷素的吸附量。將各取樣點20～40 cm土層土壤對磷的等溫吸附曲線分2組進行對比，繪制成圖3。

由圖3可知，在磷素濃度小于60 mg/kg時，供試土壤對磷的吸附特與0～20 cm土層在磷素濃度為0～50 mg/kg時的吸附特征基本一致。在磷素濃度大于60 mg/kg時，土壤對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時對磷素的吸附量，呈逐漸上升趨勢。

圖3 20～40 cm土層土壤磷的等溫吸附曲線

2.1.2.2 20～40 cm土層保護地土壤磷素的吸附率。將各取樣點20～40 cm土層土壤對磷的吸附率曲線分2組進行對比，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土層不同土壤對磷的吸附率在-6%～4%。其中，磷素濃度小于20 mg/kg時，土壤對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，隨著磷素濃度的增大，土壤對磷素的吸附率無明顯變化，并且曲線斜率很小。

2.2 不同保護地土壤磷素的解吸特性

2.2.1 0～20 cm土層保護地土壤磷素的解吸特性。將各取樣點0～20 cm土層土壤對磷的等溫解吸曲線分為2組進行對比，繪制成圖5。

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

圖5 0～20 cm土層土壤磷的等溫解吸曲線

2.2.2 20～40 cm土層保護地土壤磷素的解吸特性。各取樣點20～40 cm土層土壤對磷的等溫解吸曲線分為2組進行對比，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，主要分為兩個階段。第一個階段（磷素濃度0～80 mg/kg）為快速解吸區，隨著磷素濃度的增大，土壤對磷素的解吸量整體呈增加趨勢；第二階段（磷素濃度80～100 mg/kg）為緩慢解吸區，隨著磷素濃度的增大，土壤對磷素的解吸量變化不明顯，保護地1、保護地4和露地土壤的解吸量甚至還有下降趨勢。同時，在第一階段，露地土壤對磷素的解吸量與保護地土壤的解吸量差異不大；在第二階段，露地土壤對磷素的解吸量略大于保護地土壤的解吸量。

2.3 不同保護地土壤磷素的解吸量與吸附量之間的關系

以土壤對磷素的吸附量為橫坐標、解吸量為縱坐標，將同一層次的所有土壤為一組，繪制點線圖，結果見圖7和圖8。

根據方程擬合土壤對磷素的解吸量與吸附量，0～20 cm土層土壤對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系數均達到了極顯著水平，且土壤對磷的吸附量與解吸量呈正相關。斜率b表示單位吸附量中的解吸量，b值越大，土壤對磷的吸附作用越弱，反之解吸作用越強［4］。對比圖7和圖8可知，0～20 cm土層的土壤對磷吸附作用較20～40 cm土層的土壤弱，但對磷的解吸作用強。

圖7 0～20 cm土層土壤磷的解吸量（y）與吸附量（x）之間的關系

圖8 20～40 cm土層土壤磷的解吸量（y）與吸附量（x）之間的關系

3 結論

隨著加磷量的增加，保護地土壤對磷素的吸附量和解吸量逐漸增大，等溫曲線可分為兩個階段；20～40 cm土層的保護地土壤的磷素吸附量高于0～20 cm土層的保護地土壤，但20～40 cm土層的保護地土壤對磷素的解吸量小于0～20 cm土層的保護地土壤；磷素濃度較低時，保護地土壤對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；保護地土壤對磷素的吸附量與解吸量呈正相關。保護地土壤對磷的吸附量和解吸量均低于露地，因此保護地應比露地加大磷肥施肥量，并注意不同肥料的合理配施，以促進土壤中磷素的活化。