应用生态学报2002年5月第13卷第5期 CHINESE JOURNAl OF APPLIED ECOLOGY,May 2002,13(5):559~563 土壤中积累态磷的化学耗竭 郑春荣 陈怀满一 周东美(中国科学院南京土壤研究所,南京210008) 涂 从钦绳武 顾益初 【摘要】积累态P是指肥料P未被植物利用而积累于土壤中的那一部分P素本文用一次平衡法、流动 技术法和阴离子树脂膜等不同方法来研究土壤中积累态P的化学耗蝎研究表明,解吸出的P量随时间 的增加而增加,P解吸过程符台二级动力学方程,各处理中P的释放过程快慢程度是PK>NPK>NK,红 壤的释放量和释放速度均比潮土的要大且快解吸P量与土壤速效P和植物吸收P均有显著相关土壤 中积累态P最大表观利用率为总P量的45%左右 美键词积累态磷化学耗蝎土壤 文章编号1001—9332(20O2)05—0559—05中圈分类号S153文献标识码A Chemical depletion of cumulative phosphorus in soils.ZHENG Chunrong,CHEN HuaJman,ZHOU Dongnnei, TU Cong,QIN Shengwu,GU Yichu(Institute ofSoil&ience,Chinese Aa ̄tany of&iences,Nawing 210008)一( 抽J ApN Eco/,2002,13(5):559—563 Cumulativ phosphorus was defined as the phosphoros which was unavailahis for plants and accumulated in,50isl l'ertilizer application In this paper,chemical depletion of cumulative phosphorus in soils WEtS studied by methods f batoch equilibrium.kjnetic,and anionic exchange resin membrane The results showed that de ̄orption amount of cumulative P increased with time increasing.and the desorption process was consonant with second—order kl一 ㈣ti equation Release rate of P in diHerent tmeatme ̄tts wBts in order of PK>NPK>NK.The amount and rate of P released from red soil total phosphorus. Key words Cumulative phmphorus.Chemical depletion,Soil higher than those of Fluvio-aquic soil.Desorbed P was significantly correlated with soil avai]able P and P uptake by Plant The maximum utilization of cumu[ative P in soils was abeut 45%of 1引 言 的有效性,有关评价P的有效性的方法颇 多 , , ・ ~ , ・ 1,本文采用化学耗竭法对土 壤中积累态P的表观利用率进行了研究,获得了一 些初步结果. 近年来 人们对于P在环境中的行为十分关 注 这不仅是因为P在作物产量和品质方面是不可 缺少的元素,而且对环境质量方面有重要影响.磷肥 的利用率受土壤性质、作物类型、磷肥种类和用量等 多种因素的影响,当季的利用率一般在10%~ 2材料与方法 2.1 0t-试土壤来源和性质 供试土壤分别采自江西鹰潭和河南封丘,在田问状态下 人工模拟培育8~9年的3个含积累态P量高、中、低等级的 酸性红壤(R)和石灰性潮土(C)其处理分别为不施磷肥 (NK)、不施N肥(PK)和N、P、K肥均施(NPK),以下分别简 称为RNK、RPK和RNPK和CNK、CPK、CNPK处理.由于 NK、PK处理分别缺P、或缺N,所以田间作物生长极差,8~ 25%.而只要土壤P素平衡处于有盈余的情况下, 土壤全P就会积累 英国耕地表层中的P有一半 以上是长期施磷肥而积累的,日本自明治维新至 1985年积累在土壤中的P已达400mg・kg~,而我 国自施用磷肥以来至1992年积累在土壤中的P可 能有15 x 10。t 因此,可以认为,磷肥施人土壤后 大部分以对作物当季无效的状态而积累在土壤中, 这是一种潜在的P素资源.所谓积累态P就是指肥 料P未被植物利用而积累于土壤中的那一部分P 素.但土壤中的这部分P能被植物利用多少,目前 并不很清楚 弄清这一问题,无论在植物营养学或环 9年间作物从田间吸取的N、P、K养分很少 而NPK处理由 于养分平衡供应,作物生长正常,故而从田间吸收的养分比 较多 因此,人为的造成(培育)了积累态P含量为高、中、 低3个等级的土壤样本.而这些样本构成了本研究的初始标 本 其基本性质见表1为了比较的方便.红壤和潮土均采用 NaHc0 耗蝎法,因为该法无论是酸性红壤或石灰性潮土均 -国家自然科学基盒重大资助项目(39790100) -*通讯联系凡 境科学方面均具有重要的理论和实践意义. 积累态P利用率的核心问题是土壤中这部分P 2000—06—20收j弃.2001—03—26接受 维普资讯 http://www.cqvip.com
560 应用生态学报 l3卷 可用作有效态P的指标” . 2.2测定方法 2 2 1 改平衡法称取2 g经0 84mm筛孔(20目)的风 干土于80ml离心管中,加入40ml 0 5mo]‘I 。。NaHCO3(pH 8 3)溶液,25'(3恒温振荡30rain,离心分离,取出上层清液并 过滤,如此反复进行,直至P的提出量较少.用铝锑抗比色法 测定提取液中的P(7DOnm,2cm比色皿) 2.2.2流动技术法 实验装置参见文献 标取0.5g经 0.25mm筛孔(60目)的风干土于流动柱中,用0 5mol-L。。 NaHCO3(pH 8 3)溶液作解吸液.蠕动泵溶液的流速调节为 0 3ml・min-。.25'(3恒温,前4h每隔10min,以后每隔20min 收集流出液,标重法计算流出液的体积,溶液转入25ml容 量瓶中,用铝锑抗比色法测定流出液中的P(700nm,2cm比 色皿) 2.2.3明离子树脂膜法 阴离子膜(聚己烯异相阴离子膜, 上海化工厂生产)裁成3cm×3cm,用酒精浸洗2h,用 0.5mol-L。。NaHCo3浸泡2~3d,每天更换1次NaHCO3溶 液,洗净后故人蒸馏水中备用 称取1 DOg经0.25mm筛孔(60目)的土故人3cm× 3cm有机玻璃盒内.均匀铺平,上面压一片3em×3em明离 子膜,每隔24h取下,并换一片新膜.如此反复,直到测出P 较少.将膜用0 05mol-l SO4 5ml浸提2h.溶液转入 25m]容量瓶中,用钼锑抗比色法测定提取液中的P(700am. 2cm比色皿) 3结果与分析 3.1一次平衡法研究土壤中积累态P 用一次平衡法连续提取来进行土壤中积累态P 的耗竭试验,土壤中P的提取量随时问的变化曲线 见图1.土壤中P的累积提取量随时间的增加而增 加.提取量随时间的变化曲线(图1)似乎役有一个 明显的拐点,到400min以后,潮土的3种处理和红 壤的NK处理中P的提取曲线逐渐趋向平坦,但红 壤中PK和NPK处理仍有上升的趋势.而且提取的 量远远高于其它4个处理,其提取量的大小顺序为 RPK>RNPK>CPK>CNPK>RNK>CNK.从潮 土和红壤的P解吸量占总P量的百分数来看,施P 者均大于未施P者.红壤PK、NPK处理的解吸率是 NK的4~10倍潮土是2~l0倍,其倍数随着时间 增加逐渐降低;而红壤的解吸率又高于潮土,红壤 NK、PK、NPK各处理分别是潮土的2.1、2.1、4 1 倍,说明了在实验条件下,红壤比潮土易释放出P. 删 , £ 吕r 吕r 0 1∞ 2∞ 300 400 500 60o 7(30 吲可Time 雷1 P的累积提取量瓶时间的变化 Fig.1 Change of cumulative P a…t with time I RNK.11 RPK,Ⅲ.RNPK,ⅣCNK,V.CPK.ⅥCNPK下同 The…below 在解吸过程中,第1次提取的P解吸率为 0.30%~5.45%,5次后为1∞%~17.6%.10次 后为1 79%~26 9%;20次后为3.15%~32.7% (表2).土+水界面的P不断地进入溶液相,形成浓 度梯度.土壤粒子中的P不断地向界面扩散,但由 于扩散速度的限制,实验中所能达到的仅是相对平 衡,要将土壤中的P全部提取出.需要一个相当的 时间过程.因此可用动力学方程的拟舍来求出最大 的解吸量.本研究表明.二级动力学速率方程对P 的解吸动力学有良好的拟合性.其拟合参数见表3, 由表3可见方程拟合的相关系数均>0.99,表明P 的解吸过程可用二级动力学方程来拟合.由f1,2(半 解吸期,即最大解吸量解吸一半时所需的时问)可以 看出P的释放过程的快慢程度在2种土壤中均是 PK>NPK>NK,红壤的释放量和释放速度均比潮 土的要大且快,红壤NK、PK、NPK各处理的最大解 吸量(解吸速度)分别是潮土的1 4(1.4)、2.7 (1.6)、5.0(1.2)倍.缺P土壤本身含P少,释放过 维普资讯 http://www.cqvip.com
5期 郑春荣等:土壤中积累态磷的化学耗竭 程很慢,NK处理比PK处理在红壤中要慢7倍,而 在潮土中要慢8倍,说明了施加的肥料P较原有的 P易释放.土壤间和各处理间P的释放量与速率之 间的差异可能与土壤性质、P在土壤中的扩散速率 和形态有关. P含量的相关性呈极显著相关(P<0.01),与植物吸 收P之间亦有极显著的相关性(表4).用一次平衡 法进行化学耗竭比生物耗竭提取的P量要高,11次 植物吸收总P量占20次提取的总P量的35 6%一 50.4%(表2) 二级动力学速率方程拟合求出的最 大解吸量占土壤总P量的8 37%--45.5%,这些结 用一次平衡法连续提取所得P的累积提取量 与土壤总P量的相关性不显著,但与土壤中的速效 果说明供试土壤中的积累态P的最大利用率约为 表2实测解吸量与二级动力学方程拟台的平衡解吸■占总P■的百分数 Table 2 Comparison of desorptlou amouut and that predictetl by second Ol ̄er kinetic equation I%of total P in sol 总P量的45%左右 率有一定的局限性 3.2流动技术法研究土壤中积累态P 流动技术法是动力学研究法中一个常用的方 法P的解吸量、流出液浓度随时间的变化曲线见图 2、3.从图中可看出,累积解吸出的P量随时间的增 ; 。 。 加而增加,流出液中P的浓度随时间的增加逐渐降 低,在前150min以内.解吸速度较快.150rain以后 的解吸速度逐渐变慢,到600min时解吸量仍未达到 平衡而有上升的趋势600min时的解吸量占总量的 4.23%~14 2%,用二级动力学方程拟合的平衡解 吸量占总P量的9 01%一16 2%(表2),变化幅度 。 5u to。 1 u 20'3 2 伽 ∞ 时闻1iae( n) 比一次平衡法小.P的解吸过程亦符合二级动力学 Fig.2 Change of effluent P…围2流出谴P浓度随时问的变化(流动技木法) mn 1。n with time(flow t ̄hnlc) 方程,相关系数除RPK处理外(0.98),其余均在 0.99以上.解吸量的大小、P的释放过程快慢程度 顺序与一次平衡法的相同(图3、表3),其释放速度 (tl/2)在NK处理中比PK处理时,红壤要慢5 7 倍,潮土要慢4.2倍.解吸量与土壤中全P与速效P 均有相关性,与植物吸收量相关性呈极显著(表4). 这些结果表明,同一次平衡法一样,施加的P比土 壤中原有的P容易释放出来.红壤比潮土易释放出 P.但红壤的PK、NPK处理中解吸出的P量占总P 的百分数比一次平衡法要小得多,比植物吸收的还 要低,表明用本法预测土壤中积累态P的最大利用 3.3阴离子树脂膜法研究土壤中积累态P 阴离子树脂膜法能提取土壤中的有效养分,反 映土壤中的有效态 J.在本法中,用NaHCO3饱和 的阴离子膜提取土壤的速效P,提取出的有效P量 较小,提取量随着时间的增加而增加。达平衡需要一 个很长的时间(图4).各处理问解吸顺序为RPK> CPK>RNPK>CNPK>RNK=CNK,RNPK与 CPK的顺序与一次平衡法及流动技术法中顺序颠 倒.并且RNK与CNK几乎重合.336h解吸量占总 量的0 90%~1.76%,二级动力学方程拟合的平衡 解吸量占总P量的1.97%~4 35%,在各处理土壤 维普资讯 http://www.cqvip.com
应用生态学报 13卷 中的变化幅度比前述两个方法均小.P的解吸过程 { i 二 ∞ ∞ 如 0 i 0 100 2。0 300 400 500 600 700 时间Time in】 围3土壤中P解暇的动力学曲线(流动拄术法) ]Fig.3 Kinetics…es of P de ̄rbed from soil(flow t ̄htifc) 符合二级动力学方程,相关系数均在0.99以上.P 的释放过程快慢程度的顺序与上述2种方法相同 (表3),释放速度( l,2)在NK处理中比PK处理时, 红壤要慢2.6倍,潮土中要慢2.3倍.解吸量与土壤 中全P与速效P均有相关性,与提取P和动力学法 解吸P之间亦有相关性,与植物吸收P相关性呈显 著(表4).树脂提取的量远比一次平衡法和流动技 术法要小.从测定有效态来看,此法有很大的潜力, 但作为土壤中积累态P的化学耗竭试验,由于接触 面较小.下层土壤中的P扩散较慢.解吸出的P量 比较低,过程太长. 寰3二级动力学速率方程参数 Table 3 FittingⅧete of second orikl-Idneti ̄equation 二级动力学速率方程:X=X#/[t+l/( 2X )];X:时问为t时的解吸量;X :平衡解暇量; 2:-- ̄x动力学连辜常敷.tt, ̄2=I/k2X 4结 论 §; 二 ; i o 50 1oo 15o 200 2000 300 300 用一次平衡法、流动技术法和阴离子树脂膜法 等不同方法研究了土壤中积累态P的化学耗竭.结 果表明,解吸出的P量随时问的增加而增加,P的解 吸过程符合二级动力学方程,P的释放过程快慢程 度是PK>NPK>NK.红壤的释放量和释放速度均 比潮土的要大且快解吸P量与土壤速效P和植物 吸收P均有显著相关性.一次平衡法优于其余2种 时.]Time in)日 圈4土壤中P的解吸动力学曲线(明膜法) Fig.4 Kinetics㈣of P de,Joted fhrom soil(一n membrane method) 方法.供试土壤中积累态P的最大表观利用率约为 45%,用一次平衡法连续提取进行土壤中积累态P 的化学耗竭试验能得到较满意的结果. 参考文献 1 Borle F.Catalan Z Castillo C, 1990 TraD. ̄actlccLs 14‘Inter- 裹4解暇P与土壤中全P、砖效P之间的相关性 Tsble 4 Cecrelalion among de,aorptiou P,available P and total P In soil natic ̄l CD・1gr∞l92~l97 Soll Science.Kyoto,Japan,August, ̄o]umeⅡ 2 m RI Gil sF 1995 Lalx ̄itory study of plw ̄phete desorprion kineticsin soils ofGalicia(N W Spait ̄)Co ̄F/l Ana1 26:2023—2040 &--/Plant 3 Hua L(华珞),FanY-K(范业宽),LiuQ-Y(刘全义)1992.De— terminad ̄'l of elenl ̄lllt forms by eh ̄ihlottirlg in the fieId for rail- 维普资讯 http://www.cqvip.com
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