保护地土壤中磷的吸附与解吸特性研究

作者: 李晶 白雨停 周雨锌 刘东旭 梁运江

保护地土壤中磷的吸附与解吸特性研究0

[摘 要] 为了解保护地土壤中磷素的吸附与解吸状况,采集暗棕壤上培育的典型保护地土壤,并测定保护地土壤中磷素的吸附量、解吸量。结果表明,磷素浓度较低时,保护地土壤对磷素的吸附率上升较快,但随加入磷的浓度增大,又逐渐趋于平缓;保护地土壤对磷素的吸附量与解吸量呈正相关;相较露地,应加大保护地的磷肥施加量,并注意不同肥料的合理配施,以促进土壤中磷素的活化。

[关键词] 磷;吸附;解吸;保护地;土壤

[中图分类号] S153.6 [文献标志码] B [文章编号]1674-7909(2022)21-129-4

0 引言

土壤中被吸附、固定的磷在一定条件下可向有效态磷方向转化[1]。研究土壤中磷的吸附与解吸特性,有助于提高人们对土壤与磷肥反应本质上的认识,便于种植户依据研究结果科学施用磷肥[2-3]。20世纪80年代以来,我国学者对不同类型土壤中磷的吸附与解吸特性开展了较多的研究,但是有关保护地土壤中磷的吸附和解吸研究较少[4-9]。笔者通过试验研究保护地土壤对磷的吸附特性和解吸特性,以期为保护地合理施用磷肥、优化生态环境提供理论依据及技术支持。

1 试验材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤于2015年5月在吉林省延边朝鲜族自治州龙井市塑料大棚内获取,当地土壤为暗棕壤,按照X形采样法采集土样,并分0~20 cm和20~40 cm两个土壤层次。保护地采样点编号设置为1~6,同时采集塑料大棚外侧露地土壤作为对照(编号为7),每个采样点取5个样点重复,共计70份土样。土样经过晾晒、研磨、装袋处理后待测。

1.2 测定方法

1.2.1  等温吸附试验。称取风干土样1 g置于离心管后,分别于磷素浓度为0、10、20、30、40、50、60、70、80、90 mg/L和100 mg/L的50 mL离心管中准确加入20 mL(介质为pH值为7的0.01 mol/L氯化钠)溶液后,加盖并振荡30 min,将离心管置于25 ℃恒温箱中平衡3 h,然后在4 000 r/min的离心机中离心处理10 min。通过测定上清液中的磷含量,得到平衡后溶液中磷的浓度,据此计算吸磷量X值。

1.2.2  等温解吸试验。称取风干土样1 g置于离心管,加入10 mL(介质为pH值为7的0.01 mol/L氯化钠)溶液,用玻璃棒充分搅拌均匀,离心10 min,倒出上清液,反复2次,洗去土样中游离的磷酸盐,然后加入0.01 mol/L氯化钠溶液20 mL,充分搅匀后振荡30 min,置于25 ℃恒温箱中平衡3 h,在4 000 r/min的离心机中离心处理10 min,上清液中的磷即为解吸磷。

2 试验结果与分析

2.1 保护地土壤磷素的吸附特性

2.1.1 0~20 cm土层保护地土壤磷素的吸附特性

2.1.1.1 0~20 cm土层保护地土壤磷素的吸附量。将各取样点0~20 cm土层土壤磷的等温吸附曲线分2组进行对比,绘制成图1。

由图1可知,在磷素浓度小于50 mg/kg时,随着磷素浓度的提高,土壤对磷素的吸附量增加趋势相似,个别土样对磷素的吸附量变化幅度很小;在磷素浓度大于50 mg/kg时,随着磷素浓度的提高,不同取样点土壤对磷素的吸附量表现出差异性,有的土壤对磷素的吸附量继续增加,有的土样后期则呈减少趋势。

2.1.1.2 0~20 cm土层保护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数。将各取样点0~20 cm土层磷的吸附率曲线分2组进行对比,绘制成图2。

由图2可知,0~20 cm土层的土壤对磷素的吸附率在-16%~4%,不同土壤对磷素的吸附率有很大差异,露地土壤对磷素的吸附率明显大于保护地土壤。在磷添加量小于50 mg/kg时,保护地土壤对磷素的吸附率随加入磷素浓度的提高均不断提高,其中露地的吸附率最高。在磷添加量大于50 mg/kg时,随着磷素浓度的提高,土壤对磷素的吸附率变化不再明显。这与梁成华等[10]的研究结果类似。

2.1.2 20~40 cm土层保护地土壤磷素的吸附特性

2.1.2.1 20~40 cm土层保护地土壤磷素的吸附量。将各取样点20~40 cm土层土壤对磷的等温吸附曲线分2组进行对比,绘制成图3。

由图3可知,在磷素浓度小于60 mg/kg时,供试土壤对磷的吸附特与0~20 cm土层在磷素浓度为0~50 mg/kg时的吸附特征基本一致。在磷素浓度大于60 mg/kg时,土壤对磷素的吸附量明显高于0~20 cm土层土壤在磷素浓度为50~100 mg/kg时对磷素的吸附量,呈逐渐上升趋势。

2.1.2.2 20~40 cm土层保护地土壤磷素的吸附率。将各取样点20~40 cm土层土壤对磷的吸附率曲线分2组进行对比,绘制成图4。

由图4可知,20~40 cm土层不同土壤对磷的吸附率在-6%~4%。其中,磷素浓度小于20 mg/kg时,土壤对磷素的吸附率明显增大,曲线斜率较大;磷素浓度大于20 mg/kg时,随着磷素浓度的增大,土壤对磷素的吸附率无明显变化,并且曲线斜率很小。

2.2 不同保护地土壤磷素的解吸特性

2.2.1 0~20 cm土层保护地土壤磷素的解吸特性。将各取样点0~20 cm土层土壤对磷的等温解吸曲线分为2组进行对比,绘制成图5。

由图5可知,0~20 cm土层中,露地土壤对磷素的解吸量普遍高于保护地土壤,但是其解吸特征一致,大致可以分为两个阶段。第一个阶段是快速解吸阶段(磷素浓度0~80 mg/kg)。在这个阶段中,随磷素浓度的增大,土壤对磷素的解吸量整体呈增加趋势。第二个阶段是缓慢解吸阶段(磷素浓度80~100 mg/kg)。这一阶段中,随着磷素浓度的增大,土壤对磷素的解吸量基本呈缓慢增加趋势,而且还将能级较低的共价键吸附的磷解吸下来[11]。

2.2.2 20~40 cm土层保护地土壤磷素的解吸特性。各取样点20~40 cm土层土壤对磷的等温解吸曲线分为2组进行对比,绘制成图6。

由图6可知,20~40 cm土层的土壤对磷素的解吸量大部分随加入磷量的增大而提高。在解吸特征上,20~40 cm土层与0~20 cm土层土壤的解吸特征基本一致,主要分为两个阶段。第一个阶段(磷素浓度0~80 mg/kg)为快速解吸区,随着磷素浓度的增大,土壤对磷素的解吸量整体呈增加趋势;第二阶段(磷素浓度80~100 mg/kg)为缓慢解吸区,随着磷素浓度的增大,土壤对磷素的解吸量变化不明显,保护地1、保护地4和露地土壤的解吸量甚至还有下降趋势。同时,在第一阶段,露地土壤对磷素的解吸量与保护地土壤的解吸量差异不大;在第二阶段,露地土壤对磷素的解吸量略大于保护地土壤的解吸量。

2.3 不同保护地土壤磷素的解吸量与吸附量之间的关系

以土壤对磷素的吸附量为横坐标、解吸量为纵坐标,将同一层次的所有土壤为一组,绘制点线图,结果见图7和图8。

根据方程拟合土壤对磷素的解吸量与吸附量,0~20 cm土层土壤对磷的吸附量和解吸量拟合方程为y=35.19+0.13x,20~40 cm土层土壤对磷的吸附量和解吸量的拟合方程为y=20.55+0.06x,以上拟合的直线相关系数均达到了极显著水平,且土壤对磷的吸附量与解吸量呈正相关。斜率b表示单位吸附量中的解吸量,b值越大,土壤对磷的吸附作用越弱,反之解吸作用越强[4]。对比图7和图8可知,0~20 cm土层的土壤对磷吸附作用较20~40 cm土层的土壤弱,但对磷的解吸作用强。

3 结论

随着加磷量的增加,保护地土壤对磷素的吸附量和解吸量逐渐增大,等温曲线可分为两个阶段;20~40 cm土层的保护地土壤的磷素吸附量高于0~20 cm土层的保护地土壤,但20~40 cm土层的保护地土壤对磷素的解吸量小于0~20 cm土层的保护地土壤;磷素浓度较低时,保护地土壤对磷素的吸附率曲线上升较快,但随着加入磷的浓度增大,又逐渐趋于平缓;保护地土壤对磷素的吸附量与解吸量呈正相关。保护地土壤对磷的吸附量和解吸量均低于露地,因此保护地应比露地加大磷肥施肥量,并注意不同肥料的合理配施,以促进土壤中磷素的活化。

参考文献:

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