不同水稻土對有機磷、無機磷吸附動力學研究

賈學萍

（福州職業技術學院，福建 福州 350108）

磷在地殼中存在廣泛，含量豐富，是動植物生存必需的大量元素之一，它在生命活動中起著重要作用， 是植物體內各個組織的重要組成成分。同時，磷也參與了植物的代謝與循環，在植物成長的過程中，擔任著重要角色，缺少了磷元素，農作物的優質高產不可能實現。 另外，磷元素的大量存在， 對植物的抗逆性也起到良好的作用，起到抗旱耐寒的作用。 對農林業生產而言，磷是重要的物質保證，同時，它也是不可再生資源，長期不施磷肥, 土壤嚴重缺磷, 致使作物成長期遲后、日增重減少,產量也隨之顯著下降[1]。 磷在土壤中以多種形態存在，一般而言，植物對磷的吸收與形態有關，一代磷酸鹽MH2PO4＞二代磷酸鹽MHPO4＞三代磷酸鹽MPO4，每一種形態都影響著植物對磷元素的吸收，所以對磷形態轉移的研究尤為重要[2]。

長期以來，我國農田中磷肥的使用量在逐年升高，傳統的農業生產模式中，磷肥的使用主要是無機磷，植物的吸收形態較好，由于整個農業生產過程缺乏科學的指導，農民在施肥也都是按照往年的量想象施肥，不是根據作物的種類以及土壤中磷的具體含量作指導的，造成磷肥的過量使用，使無機狀態的磷超過土壤負荷，形成土壤污染。隨著科技的進步以及人類對生態農業以及綠色食品的需求的增加，為量改善土壤的物理及化學條件，提高土壤中有機質的含量，增加通透性，有機肥被大量使用，有機肥中磷的形態較為復雜，除含無機狀態的磷外，有機磷也大量存在[3]。 有機肥的使用量傳統都是用氮肥的使用量來計算，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，磷元素就會在土壤基質中大量富集，形成“定時炸彈”[4]。

在農作物生長過程中，需要不斷的補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，對施入的元素起到了固定作用，很難被植物吸收利用，長期不同施肥處理影響土壤磷庫和土壤性質的變化[5]，近年來，土壤中磷元素的研究越來越成為土壤化學工作者關注的重點話題，對磷吸附的研究，也就成了熱點，但是對吸附-解吸原理的研究較多，對影響因素以及吸附動力學的研究顯得不足，要想正確把握施肥量以及施肥的正確時間， 必須對磷的吸附動力學進行研究，本文用三種不同的水稻土研究吸附-解吸的量以及吸附動力學，為進一步施肥指導提供依據。

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明晶村的黃泥土，它是由黃土狀母質發育而成，簡稱黃泥土；第二種為江西省鷹潭市余江縣劉家站墾殖場三分場的水稻土，它是由第四紀紅色黏土發育而成，簡稱紅田土； 第三種為江蘇省海安縣海安鎮丹鳳村的水稻土， 它是由長期沖積物發育而成， 簡稱潮沙土。 他們的理化性質如表1 所示。

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

1.1.2 植酸

實驗所用的有機磷采用植酸作為磷源，植酸性質如表2 所示。

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

1.2 吸附-解吸模擬實驗方法

1.2.1 土壤對無機磷吸附實驗

在試驗田分別采集土壤樣品， 混合處理，先用氯仿熏蒸法進行滅菌處理，再自然風干，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, 振速為 200 r·min-1，離心 15min，速度為 4 000 r·min-1，過濾,用鉬藍比色法測上清液中磷的濃度,根據濃度差,計算土壤對無機磷的吸附量。

1.2.2 土壤對有機磷試劑-植酸吸附試驗

土壤對有機磷的吸附實驗采用的方法與無機磷相同，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）高溫消煮法測得重磷含量，減去土壤中無機磷含量，可以計算出上清液中有機磷的濃度，根據濃度差，得出土壤對有機磷的吸附量。

1.2.3 土壤對磷吸附動力學研究

供試土壤的處理方法如以上磷吸附實驗，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，鉬藍比色法測上清液中磷的濃度，計算出不同時間點土壤對無機磷的吸附量。

土壤對有機磷吸附動力學實驗采用與無機磷同樣的方法，加入的試劑為植酸，有機磷的濃度為 25.0086 mol·L-1。

2 結果與分析

2.1 三種水稻土對兩種形態磷的吸附特征

2.1.1 三種水稻土對無機磷吸附特征

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

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

2.1.2 三種水稻土對有機磷的吸附性

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

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

2.2 三種水稻土對有機、 無機磷的吸附動力學特征

2.2.1 三種水稻土對無機磷吸附動力學特征

從圖3 可見，在連續震蕩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，原因是介質中“活性點”減少和磷量減少。

圖3 不同水稻土對無機磷吸附動力學曲線Fig. 3 Inorganic phosphorus adsorption kinetics curve of three Paddy soils

2.2.2 三水稻土對有機磷吸附動力學特征

從圖4 可知，三種水稻土對有機磷的吸附動力學表現上，存在與對無機磷相似的規律。

圖4 三種水稻土對有機磷吸附動力學曲線Fig4 Organic phosphorus adsorption kinetics curve of three Paddy soils

從圖3、4 可見，三種不同性質的水稻土在同一實驗條件下連續震蕩24 小時后對介質中無機磷吸附量不同，這是因為土壤的性質不同，對磷的吸附能力不同引起的。 在時間為半個小時的吸附量都比較大，這是因為土壤中磷的吸附能力跟土壤中磷固化附濃度有關。 況且，在前半個小時內，磷的吸附速度增加較快，在后期的時間內，隨著土壤中磷的固化濃度的增加，對磷吸附的速率逐漸放慢。三種水稻土無論對有機磷還是對無機磷，在吸附過程中，都表現出一個較為復雜的過程。

在對磷的吸附動力學研究結果分析中可以看出，三種水稻土對兩種不同狀態的磷（有機磷和無機磷）的吸附具有相似的吸附過程：相同的實驗條件下，吸附實驗的初期，三種土壤對磷的吸附量隨時間的推移增加較快，特征曲線表現較陡，屬于快吸附過程；隨著吸附時間的遞加，三種土壤對磷的吸附量逐漸減慢， 特征曲線趨于平緩，這主要是因為土壤表面可吸附磷的“活性點”減少及溶液中可被吸附的磷的減少，屬于慢吸附過程。

相同時間進行比較，三種土壤對磷的吸附百分率也會不同，即不同土壤對磷的吸附速度也會呈現不相同的狀態，引起這種現象的原因主要由于三種不同性質的水稻土中對磷具有吸附活性的物質含量不同， 主要是三種土壤種黏土礦物、鐵錳鋁的水合氧化物及有機物的含量不同，影響了土壤對磷的吸附能力。磷素的吸附和解吸特性對土壤磷素遷移及其環境效應具有重要影響,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間長短，以及最終的吸附量都因三種土壤的理化性質不同而不同， 很顯然，黏性土壤對磷吸附快而多，沙質土壤對磷吸附慢而少，主要由于黏粒的表面積較大的緣故。 有機質含量越多，吸附能力越強，主要是有機質種官能團含量多，它能為物質的吸附提供更多的點位[9]。

3 結論與討論

3．1 三種水稻對無機、有機磷吸附規律相近，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， 尤其是黏粒含量的高低決定的。

3．2 有機肥里的有機磷的吸附受介質的影響，磷的吸附能力減弱，有機肥里有機質含量高，介質疏松多孔，吸附能力降低。

3．3 吸附動力學的研究， 無論是有機磷還是無機磷，均表現為前快后慢，在吸附的初期，吸附點相對較高，環境中磷的濃度也比較高，促進磷的吸附，隨著時間的推移，吸附能力逐漸減弱。

3．4 磷吸附的研究， 對于環境檢測以及不同土壤基質、 不同作物類型的施肥指導有重要意義，需進一步深入研究。