不同水稻土对有机磷、无机磷吸附动力学研究

贾学萍

（福州职业技术学院，福建 福州 350108）

磷在地壳中存在广泛，含量丰富，是动植物生存必需的大量元素之一，它在生命活动中起着重要作用， 是植物体内各个组织的重要组成成分。同时，磷也参与了植物的代谢与循环，在植物成长的过程中，担任着重要角色，缺少了磷元素，农作物的优质高产不可能实现。 另外，磷元素的大量存在， 对植物的抗逆性也起到良好的作用，起到抗旱耐寒的作用。 对农林业生产而言，磷是重要的物质保证，同时，它也是不可再生资源，长期不施磷肥, 土壤严重缺磷, 致使作物成长期迟后、日增重减少,产量也随之显著下降[1]。 磷在土壤中以多种形态存在，一般而言，植物对磷的吸收与形态有关，一代磷酸盐MH2PO4＞二代磷酸盐MHPO4＞三代磷酸盐MPO4，每一种形态都影响着植物对磷元素的吸收，所以对磷形态转移的研究尤为重要[2]。

长期以来，我国农田中磷肥的使用量在逐年升高，传统的农业生产模式中，磷肥的使用主要是无机磷，植物的吸收形态较好，由于整个农业生产过程缺乏科学的指导，农民在施肥也都是按照往年的量想象施肥，不是根据作物的种类以及土壤中磷的具体含量作指导的，造成磷肥的过量使用，使无机状态的磷超过土壤负荷，形成土壤污染。随着科技的进步以及人类对生态农业以及绿色食品的需求的增加，为量改善土壤的物理及化学条件，提高土壤中有机质的含量，增加通透性，有机肥被大量使用，有机肥中磷的形态较为复杂，除含无机状态的磷外，有机磷也大量存在[3]。 有机肥的使用量传统都是用氮肥的使用量来计算，所以在满足氮肥适量的情况下，就很难兼顾到其他元素，一旦超过了作物的需求，由于土壤胶体的性质，磷元素就会在土壤基质中大量富集，形成“定时炸弹”[4]。

在农作物生长过程中，需要不断的补给植物需要的大量元素和微量元素，但是由于土壤的吸附性，对施入的元素起到了固定作用，很难被植物吸收利用，长期不同施肥处理影响土壤磷库和土壤性质的变化[5]，近年来，土壤中磷元素的研究越来越成为土壤化学工作者关注的重点话题，对磷吸附的研究，也就成了热点，但是对吸附-解吸原理的研究较多，对影响因素以及吸附动力学的研究显得不足，要想正确把握施肥量以及施肥的正确时间， 必须对磷的吸附动力学进行研究，本文用三种不同的水稻土研究吸附-解吸的量以及吸附动力学，为进一步施肥指导提供依据。

1 研究过程

1.1 土壤样品和磷的选择

1.1.1 土壤样品

本研究过程采用三种有明显地域差别的水稻土， 第一种为江苏省常熟市谢桥镇明晶村的黄泥土，它是由黄土状母质发育而成，简称黄泥土；第二种为江西省鹰潭市余江县刘家站垦殖场三分场的水稻土，它是由第四纪红色黏土发育而成，简称红田土； 第三种为江苏省海安县海安镇丹凤村的水稻土， 它是由长期冲积物发育而成， 简称潮沙土。 他们的理化性质如表1 所示。

表1 供试土壤理化性质Table1 Basic physical and chemical properties of soils used

1.1.2 植酸

实验所用的有机磷采用植酸作为磷源，植酸性质如表2 所示。

表2 植酸电离常数与成盐pHTable2 Phytic acid ionization constant and salinity pH

1.2 吸附-解吸模拟实验方法

1.2.1 土壤对无机磷吸附实验

在试验田分别采集土壤样品， 混合处理，先用氯仿熏蒸法进行灭菌处理，再自然风干，磨碎，选用20 目过筛， 称2.50 g 土壤样品装入100 ml离心管中, 向离心管中分别加含磷量为0、2、5、10、15、20、30、50，75 mg·L-1的 KH2PO4溶 液 50 ml，再加 3 滴氯仿再次灭菌,密封处理，在 25 ℃的恒温振荡器中震荡 20 小时, 振速为 200 r·min-1，离心 15min，速度为 4 000 r·min-1，过滤,用钼蓝比色法测上清液中磷的浓度,根据浓度差,计算土壤对无机磷的吸附量。

1.2.2 土壤对有机磷试剂-植酸吸附试验

土壤对有机磷的吸附实验采用的方法与无机磷相同，加入的磷源试剂为植酸溶液，溶液含磷 量 分 别 为 2.07，5.35，10.69，26.74，37.43，53.47 mg·L-1。 采用双酸（高氯酸和硝酸）高温消煮法测得重磷含量，减去土壤中无机磷含量，可以计算出上清液中有机磷的浓度，根据浓度差，得出土壤对有机磷的吸附量。

1.2.3 土壤对磷吸附动力学研究

供试土壤的处理方法如以上磷吸附实验，取2.5g 土壤，装入 100m 离心管中，配制 KH2PO4溶液，使溶液的含磷量为20mg·L-1，，配制溶剂用pH为 7.0 的 0.01 mol·L-1KCl 溶液， 向离心管中加入配制好的KH2PO4溶液50ml, 在25 ℃的恒温振荡器中震荡，分别于 5，15 min 及 0.5，1，3，5，8，12，16，24 h 取样检测，钼蓝比色法测上清液中磷的浓度，计算出不同时间点土壤对无机磷的吸附量。

土壤对有机磷吸附动力学实验采用与无机磷同样的方法，加入的试剂为植酸，有机磷的浓度为 25.0086 mol·L-1。

2 结果与分析

2.1 三种水稻土对两种形态磷的吸附特征

2.1.1 三种水稻土对无机磷吸附特征

从图1 可以看出： 三种水稻土均表现除对无机磷很强的吸附性， 黄泥土和红田土对无机磷吸附规律表现相近， 在加入无机磷的浓度为小于50mg.·L-1时，两种水稻土对磷吸附量相近，当加入无机磷溶度大于50mg·L-1红田土吸附量渐增，而黄泥土表现趋平；潮沙土对无机磷吸附能力较弱，在加入无机磷的浓度大于20mg·L-1时，曲线已经趋于平缓。 三种水稻土对无机磷最大吸附量表现为红田土＞黄泥土＞潮沙土， 由于三种土壤的理化性质不同，决定了它们对无机磷吸附强度不同[6]。

图1 三种水稻土对无机磷吸附特征曲线Fig.1 inorganic Phosphate adsorption isotherm curves of three paddy soils

2.1.2 三种水稻土对有机磷的吸附性

从图2 可知： 三种水稻土对有机磷吸附量为：红田土＞黄泥土＞潮沙土，红田土和黄泥土的吸附规律相近，潮沙土表现较弱，这与三种土壤的黏粒及氧化铁含量一致[7]。

图2 三种水稻土对植酸中有机磷吸附特征曲线Fig2 Organic Phosphate adsorption isotherm curves of three paddy soils

2.2 三种水稻土对有机、 无机磷的吸附动力学特征

2.2.1 三种水稻土对无机磷吸附动力学特征

从图3 可见，在连续震荡24h 后三种土壤吸附量分别为 225.35、216.61、103.98mg·kg-1, 前 30分钟分别表现为75%、75%、60%,以后逐渐减慢。在开始阶段，吸附增加快，曲线较陡，属快速吸附，后期属于慢性吸附，原因是介质中“活性点”减少和磷量减少。

图3 不同水稻土对无机磷吸附动力学曲线Fig. 3 Inorganic phosphorus adsorption kinetics curve of three Paddy soils

2.2.2 三水稻土对有机磷吸附动力学特征

从图4 可知，三种水稻土对有机磷的吸附动力学表现上，存在与对无机磷相似的规律。

图4 三种水稻土对有机磷吸附动力学曲线Fig4 Organic phosphorus adsorption kinetics curve of three Paddy soils

从图3、4 可见，三种不同性质的水稻土在同一实验条件下连续震荡24 小时后对介质中无机磷吸附量不同，这是因为土壤的性质不同，对磷的吸附能力不同引起的。 在时间为半个小时的吸附量都比较大，这是因为土壤中磷的吸附能力跟土壤中磷固化附浓度有关。 况且，在前半个小时内，磷的吸附速度增加较快，在后期的时间内，随着土壤中磷的固化浓度的增加，对磷吸附的速率逐渐放慢。三种水稻土无论对有机磷还是对无机磷，在吸附过程中，都表现出一个较为复杂的过程。

在对磷的吸附动力学研究结果分析中可以看出，三种水稻土对两种不同状态的磷（有机磷和无机磷）的吸附具有相似的吸附过程：相同的实验条件下，吸附实验的初期，三种土壤对磷的吸附量随时间的推移增加较快，特征曲线表现较陡，属于快吸附过程；随着吸附时间的递加，三种土壤对磷的吸附量逐渐减慢， 特征曲线趋于平缓，这主要是因为土壤表面可吸附磷的“活性点”减少及溶液中可被吸附的磷的减少，属于慢吸附过程。

相同时间进行比较，三种土壤对磷的吸附百分率也会不同，即不同土壤对磷的吸附速度也会呈现不相同的状态，引起这种现象的原因主要由于三种不同性质的水稻土中对磷具有吸附活性的物质含量不同， 主要是三种土壤种黏土矿物、铁锰铝的水合氧化物及有机物的含量不同，影响了土壤对磷的吸附能力。磷素的吸附和解吸特性对土壤磷素迁移及其环境效应具有重要影响,过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时间长短，以及最终的吸附量都因三种土壤的理化性质不同而不同， 很显然，黏性土壤对磷吸附快而多，沙质土壤对磷吸附慢而少，主要由于黏粒的表面积较大的缘故。 有机质含量越多，吸附能力越强，主要是有机质种官能团含量多，它能为物质的吸附提供更多的点位[9]。

3 结论与讨论

3．1 三种水稻对无机、有机磷吸附规律相近，均为红田土＞黄泥土＞潮沙土，这是由于三种土壤交替的理化性质， 尤其是黏粒含量的高低决定的。

3．2 有机肥里的有机磷的吸附受介质的影响，磷的吸附能力减弱，有机肥里有机质含量高，介质疏松多孔，吸附能力降低。

3．3 吸附动力学的研究， 无论是有机磷还是无机磷，均表现为前快后慢，在吸附的初期，吸附点相对较高，环境中磷的浓度也比较高，促进磷的吸附，随着时间的推移，吸附能力逐渐减弱。

3．4 磷吸附的研究， 对于环境检测以及不同土壤基质、 不同作物类型的施肥指导有重要意义，需进一步深入研究。