不同水稻土磷吸附特征在施肥预测中的应用

贾学萍，张焕朝

（1.宣城职业技术学院，安徽宣城242000；2.南京林业大学森林资源与环境学院，南京210008）



不同水稻土磷吸附特征在施肥预测中的应用

贾学萍1，2，张焕朝2*

（1.宣城职业技术学院，安徽宣城242000；2.南京林业大学森林资源与环境学院，南京210008）

摘要：研究选用了典型黄泥土、潮沙土和红壤为基质的水稻土作为研究对象，分析了三种土壤有机磷和无机磷吸附特征，吸附量大小表现为：有机磷>无机磷，红壤>黄泥土>潮沙土。用数学方程模拟，langmuir方程较好拟合无机磷吸附；Temkin方程较好拟合有机磷吸附。对三种水稻土的施肥预测中，黄泥土、潮沙土、红壤每亩中分别的施磷量为：0.93、0.55和1.08 kg

关键词：有机磷；无机磷；吸附；施肥预测

磷是植物体内很多物质的组成成分，在植物生长过程中，它以多种方式参与植物新陈代谢，在土壤—植物生态系统中存在不可代替的重要作用。为了增加作物产量和品质，保持和提高土壤肥力，必须向土壤中施加磷肥。但施肥过程一般是按作物对氮元素的需求量计算的，这就没办法顾及到磷的用量，造成磷的施用量严重超过植物需求量，造成土壤的污染。

近年来，全国畜禽粪便年产生量逐年上升，已成为与生活污水、工业废水相提并论的三大污染源之一，畜禽粪便中含有有机污染物、重金属、激素等有害物质，直接施入土壤，造成土壤和食品的严重污染。长期大量使用有机肥，对土壤养分累积和湖泊、河流富营养化的负面影响也引起了人们的关注，成为国内外研究热点之一。

水稻是我国重要的粮食作物，水稻土是具有特定属性的土壤，它是经过耕种熟化而长期形成。目前，对水稻土吸附的研究也大都在无机磷领域，对有机磷的研究相对较少。

1　材料与方法

1.1研究材料

黄泥土水稻土采自江苏省常熟市谢桥镇明晶村，黄土状母质发育，普通铁渗水耕人为土。

红壤性水稻土采自江西省鹰潭市余江县刘家站垦殖场三分场孙家，第四纪红色粘土发育水稻土。

潮沙土水稻土采自海安县海安镇丹凤村，江湖沉积物发育的水稻土。

三种土壤理化性质数据见表1

表1　供试土壤基本性质

植酸：环已六醇六磷酸，肌醇六磷酸，肌醇六磷酸钙镁盐的是鸡粪中有机磷的主要存在形态，肌醇六磷酸磷对水稻的营养效果明显优于无机磷。

表2　植酸电离常数与成盐pH

称过20目的风干土2. 50 g，装入容量为100 mL的离心管中，分别加入KH2PO4溶液（以pH为7. 0的0. 01 mol·L-1KCl为溶剂）50 mL，磷浓度各为0，2，5，10，15，20，30，50，75 mg·L-1。向离心管中加入3滴氯仿，可以有效减弱微生物活性。密封，放入恒温振荡器中，振荡20小时，温度控制为25oC，振速维持在200 r·min- 1，以4 000 r·min-1速度离心15min，过滤，测上清液中磷的浓度，方法为钼蓝比色法，根据前后磷浓度差，可以算出无机磷的吸附量。有机磷的吸附试验方法与无机磷相同，两个吸附试验都需要用HCl和NaOH调节pH值为7左右。

2　结果与分析

2.1三种水稻土对无机-有机磷等温吸附曲线

从图1可以看出，三种土壤均表现相同的规律，磷的吸附量随加入磷浓度的增加而增加。当磷浓度较低时，即加磷量在约小于10-6时，磷的吸附量增加较快；加磷量大约为10～20×10-6时，出现一个拐点，吸附量增加速度放慢；继续增加磷的加入量，吸附量增加的变化幅度相对较小，吸附趋于平缓状态。这是因为在浓度低加入磷时，土壤胶体对磷的吸附离饱和值比较远，吸附能力强，所以吸附较快，并且吸附率高。逐渐增加磷的加入量，离磷的饱和度越来越近，吸附能力降低，所以吸附速度变慢，并且吸附率低。

从三种土壤对磷的吸附曲线可以看出：无论对有机磷还是无机磷，均表现出吸附量红壤＞黄泥土＞潮沙土，这是因为这三种土壤的特性不同，即土壤的粘粒含量及土壤的物理化学性质不同。对于同种土壤比较不同磷源，在相同浓度下，三种土壤都表现出：土壤对有机磷的吸附量大于对无机磷的吸附量，这是因为不同的磷源与土壤的相互作用能力不同。

图1　三种水稻土中无机、有机磷的等温吸附曲线

2.2水稻土对有机、无机磷等温吸附的方程模拟

在研究吸附特性时，Freundlich方程，Temkin方程、和Langmuier方程应用较广，它们能够很好的反应物质的吸附性能。从吸附参数可知，拟合系数r在三种方程中对于无机磷吸附拟合在0.931-0.991之间，有机磷吸附拟合在0.924～0.990之间，都达到了显著相关，所以不管是对有机磷吸附还是对无机磷吸附，它们都能很好拟合，土壤对磷的最大吸附量均为红壤＞黄泥土＞潮沙土，这主要由于红壤粘粒含量较高，在吸附磷的过程中，结合能比较大的缘故。

比较三种模拟参数，在供试的三种土壤中，langmuir方程拟合无机磷吸附较好，Temkin方程拟合有机磷吸附较好。

表3　三种水稻土对无机磷吸附的等温拟合参数

表4　三种水稻土对有机磷吸附的等温拟合参数

2.3磷吸附对施肥量的影响

作物对不同元素的需求量不同，从而计算出施肥量，这是传统的计算方法，随着科技的进步，此方法计算的用量远远不够，还必须考虑到土壤的性质。由于土壤对磷酸根离子的吸附性能，土壤中的磷酸根一部分被土壤吸附固定而不能被植物直接吸收利用。根据土壤吸附-解吸平衡时土壤溶液中磷的浓度确定施磷量，比较科学合理，土壤中可以达到最佳储磷量，以保证植物正常的生长需要，具有良好的指导意义。经研究证明，当土壤溶液中磷的浓度维持在0.2 mg·kg-1时，可以满足水稻作物生长需要，据此，计算各种水稻土最佳施肥量。

从图2可以看出，对于无机磷，磷的加入量与平衡后溶液中磷浓度的相关系数R2在0.978 3～0.995 3之间，呈极显著的相关性；对于有机磷，磷的加入量与平衡后溶液中磷浓度的相关系数R2在0.843 8～0.989 3之间，也呈明显的相关性。由于有机磷的存在形态不易被植物吸收利用，所以，在施肥时一般情况下都以施磷酸盐的形式来补充土壤中的磷。根据以上回归方程，若使土壤平衡溶液中磷的浓度维持在0.2 mg·kg-1，要分别向红壤、潮沙土、黄泥土中加入7.21，3.69和6.21 mg·kg-1的磷，按每亩15×104 kg土计算，每亩中分别的施磷量为：1.08、0.55和0.93 kg。

图2　三种水稻土加磷量与平衡液浓度相关性

3　结论与讨论

（1）三种水稻土对磷的吸附最大量均表现为：红壤＞黄泥土＞潮沙土，有机磷＞无机磷。

（2）土壤对磷的吸附增加速率受溶液中磷的浓度的影响，低浓度增加快，高浓度增加慢。

（3）在农业生产过程中，红壤和黄泥土为基质的水稻田，应相应增加磷的使用量，以满足水稻生长需要。

（4）潮沙土对磷的吸附能力较弱，磷易流失，造成地下水及周边湖泊的富营养化，应谨慎施肥，减少施肥量。

（5）有机肥成分复杂，对土壤性质的影响较大，实验的深度和严谨性有待进一步研究。

参考文献：

［1］CARPENTER S R，CARACO N F，CORRELL D L，et al. AN Sharpley，and VH mith. Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen［J］. Ecol. Appl.，1998（8）∶559-568.

［2］GODLINSKI F，LEINWEBER P，MEISSNER R，et al. Phosphorus status of soil and leaching losses∶results from operating and dismantled lysimeters after 15 experiment years［J］. Nutri. Cycling and Agroecosyst，2004（68）∶47-57.

［3］Schroeder PD，DE Radcliffe and ML Cabrera. Rainfall timing and poultry litter application rate effects on phosphorus loss in surface runoff［J］. Environ. Qual.，2004（33）∶2201-2209.

［4］曹志洪.施肥与水体环境质量-论施肥对环境的影响［J］.土壤，2003（35）∶353-362.

［5］纪雄辉，郑圣先，刘强，等.施用有机肥对长江中游地区双季稻田磷素径流损失及水稻产量的影响［J］.湖南农业大学学报，2006，32（3）∶283-287.

［6］谢学俭，沈其荣，冉炜，等.淹水条件下水稻田中磷的淋溶研究［J］.土壤，2003，35（6）∶506-509.

［7］周全来，赵牧秋，鲁彩艳，等.磷在稻田土壤中的淋溶和迁移模拟研究［J］.土壤，2006，38（6）∶734-739.

［8］贾学萍，刘勤，张焕朝.不同水稻土对无机磷吸附影响因素的研究［J］.河南科技学院学报，2015，43（4）∶7-13.

［9］赵庆雷，吴修，袁守江，等.长期不同施肥模式下稻田土壤磷吸附与解吸的动态研究［J］.草业学报，2014，23（1）∶113-22.

【责任编辑：邓军文dengjunwen69@126.com】

Different paddy soil phosphorus adsorption characteristics to predict the application of fertilizer

JIA Xue-ping1，ZHANG Huan-chao2
（1. Xuancheng Vocational and Technical College，Xuancheng 242000，China；2. College of Forest Resources and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210008，China）

Abstract∶The study selects the typical yellow soil，chaosha soil and red soil for the matrix of paddy soil as the research object，analyses the three kinds of soil organic phosphorus and inorganic phosphorus adsorption characteristics. The amount of the adsorption performance shows∶organic phosphorus > inorganic phosphorus，red soil > yellow soil > chaosha soil. In terms of mathematical equations simulation，for inorganic phosphorus adsorption，Langmuir equation fits better；For organic phosphorus adsorption，Temkin equation fits good. In the prediction of three types of paddy soil fertilization，yellow soil，chaosha soil，red soil，respectively，the application of phosphoric fertilizer is 0.93，0.55，and 1.08 kg in per mu.

Key words∶organic phosphorus；inorganic phosphorus；adsorption；fertilization prediction

中图分类号：S511

文献标志码：A

文章编号：1008-0171（2016）03-0038-04

收稿日期：2016-02-25

基金项目：中国科学院知识创新工程项目（KZCX3-SW-435）资助；安徽省教育厅教学研究项目（2013JYXM370）

作者简介：贾学萍（1977-），女，河南开封人，宣城职业技术学院讲师。

*通信作者：张焕朝（1965-），男，河南信阳人，南京林业大学教授。