模拟酸雨、磷肥对红壤铁氧化物及速效磷的影响

邵兴华，林 弘，王艾平

(上饶师范学院 生命科学学院，江西上饶334001)

模拟酸雨、磷肥对红壤铁氧化物及速效磷的影响

邵兴华，林 弘，王艾平

(上饶师范学院 生命科学学院，江西上饶334001)

为阐明酸雨、磷肥对铁氧化物和速效磷的影响，进一步揭示铁氧化物和磷的交互作用。以种植蔬菜5年，抛荒2年的旱地红壤为研究对象，研究了施磷肥后经不同强度和持续时间的模拟酸雨浸泡、速效磷、游离铁氧化物、无定形铁氧化物对模拟酸雨、磷肥的响应。结果表明：速效磷随施磷量、酸化天数的增加而增加，磷肥对速效磷的影响大于酸对速效磷的影响；磷肥对游离铁氧化物、无定形铁氧化物的影响不显著，不同强度酸作用下，土壤游离铁氧化物表现为：9 d>3 d>15 d>6 d，无定形铁氧化物表现为：6 d>15 d>9 d>3 d；酸化作用下游离铁氧化物与无定形铁氧化物存在此消彼长的关系，铁氧化物形态的转化影响磷的释放，无定形铁氧化物的释放促使了磷的释放。

模拟酸雨；游离铁氧化物；无定形铁氧化物；速效磷

铁、铝氧化物有很强的磷吸附能力，大部分施入土壤中的磷被固定，不能被当季作物所利用[1]。就酸化对土壤磷、铁氧化物的影响及二者关系这个问题，国内外学者开展了大量研究。徐华勤等[2]研究表明，一定强度(pH≥4.0)的酸雨胁迫能有效促进速效磷的释放，pH<4.0时速效磷的释放随pH值的降低而受到抑制。然而，Liang X Q等[3]研究了pH1.4～9.9的溶液对土壤释磷能力的影响，发现pH4.6～6.0时，磷的释放量低于5.5 mg/kg土壤，当pH<4.6、pH>6.0时磷的释放量增加，说明高的pH和低的pH均促进土壤中磷的移动，低的pH引起磷释放量增加可能是由于与磷共存的无机矿物质在酸的作用下溶解所致，高的pH引起磷的释放是由于静电排斥以及与磷共存的有机包被物的溶解所致。曾曙才等[4]发现pH2.0～7.0的模拟酸雨对赤红壤磷淋失的影响有限，可能是酸雨致土壤酸度增加，使活性铁和铝氧化物溶解，土壤固磷能力增加，磷的移动性下降。然而，杨芳等[5]对红壤地区土壤吸磷能力的研究表明，活性铁对磷素吸附能力影响不显著，pH值对红壤旱地吸磷能力影响也不显著。铁的释放与pH值有关，强酸性条件下，铁的溶解增加，而且酸性条件下的强还原性环境更有利于土壤中不溶性铁向可溶性铁转化，特别是无定形铁氧化物随酸化强度增加而增加，游离铁氧化物量反而有所减少[6]。由此可见，学者们就pH值对磷、铁氧化物的影响的研究结果并不完全一致。施肥对磷的影响很多学者进行了大量研究，结果基本一致，施肥增加土壤中速效磷量[7,8]。对于磷肥、酸胁迫同时存在情况下，速效磷、铁氧化物的变化及相互关系的研究较少，现实中这二种情况常常同时存在。本研究以江西省上饶地区旱地红壤为研究对象，分析不同磷肥用量、酸化强度和酸化时间对速效磷及铁氧化物的影响，探讨速效磷、铁氧化物酸化、磷肥的响应，进一步揭示铁氧化物、磷之间的交互关系。

1 材料与方法

1.1 土壤准备与化学分析

供试土壤为普通旱地红壤。取土时间为2014年6月，试验取土点曾经种植蔬菜5年，取样时已抛荒2年。取土时用土钻梅花形取样(0～20 cm)，将所取10多个土样带回室内混匀去掉枯枝落叶、碎石，自然风干过2mm筛备用。采用鲁如坤[9]的方法测定土壤基本理化性质，所有测定项目为3次重复的均值。土壤基本理化性质：有机质0.35 g/kg，pH(H2O)6.81，电导率75.8 μs/cm，粘粒493 g/ kg，CEC 10.4 cmol/kg，游离氧化铁14.8 g/kg，无定形氧化铁0.097 g/kg。

1.2 模拟酸雨的配制与试验设计

首先配制0.1 mol/L H2SO4、0.1 mol/L HNO3原液，按照H2SO4、HNO3摩尔浓度比4∶1，用去离子水分别将酸原液逐步稀释配制成pH3.6，pH4.5的模拟酸雨和pH5.6的对照溶液[10]，不同pH值酸液中其他离子的含量分别为：K+7.8 μmol/L；Na+20 μmol/L；Ca2+33 μmol/L；Mg2+5 μmol/L；NH4+43 μmol/L；Cl-20 μmol/L；F-8.3 μmol/L。

试验设置了5个施肥处理(见表1)，分别为不施肥(CK)，无P肥(P0)，低P肥(P1)，中P肥(P2)，高P肥(P3)；N肥为尿素，P肥为磷酸二氢钾，K肥为氯化钾。除不施肥外，另外4个施肥处理N、K肥施用量均相同，因P肥为磷酸二氢钾，在施P肥的同时会带入K肥，扣除施磷肥带入的钾肥，因此K肥用量表现为施P肥越多，K肥用量越少。土肥混合均匀后，加适量蒸馏水使土壤含水量达80%田间持水量，于培养箱中恒温25℃封口预培养15 d后自然风干，用于酸雨培养试验。

称取上述培养好的土壤30 g，加150 mL配制好的模拟酸雨溶液(液土比为5∶1)，连续培养3 d、6 d、9 d、15 d，每个处理重复3次。待培养结束后离心去上清液，离心后的土样风干，过60目筛分别测定速效磷、无定形铁氧化物、游离铁氧化物。

土壤无定形铁氧化物、游离态铁氧化物的提取分别采用pH3.2草酸-草酸铵缓冲液，连二亚硫酸钠-柠檬酸钠法提取，不同形态铁的测定均采用啉啡罗啉比色法，速效磷采用0.5 mol/L碳酸氢钠提取法[9]。

表1 施肥处理

1.3 数理统计方法

试验结果为3次重复的均值，用DPS软件进行统计分析，不同处理间比较，采用Duncan法进行检验(P<0.05)，相关分析采用Person法。文中的图用Origin Pro8.5软件制作。

2 结果

2.1 速效磷的动态变化

随磷肥施用量的增加，速效磷在波动中增加(图1)。同一施肥处理，由pH3.6 、pH5.6酸化处理中可知，随酸化天数增加，速效磷量增加。pH3.6时，P2、P3施肥处理的速效磷均显著高于CK、P0、P1施肥处理的速效磷，同时P3处理速效磷显著高于P2处理的速效磷；酸液酸化3 d的速效磷显著低于9 d、15 d的，6 d的速效磷显著低于15 d的。pH4.5时，酸化天数间速效磷量差异不显著，P3施肥处理的速效磷显著高于CK、P0、P1的速效磷。pH5.6时，磷肥对速效磷的影响与pH4.5时的情况相同，P3的速效磷显著高于CK、P0、P1的速效磷；酸化3 d速效磷显著低于6 d、15 d，酸化9 d的速效磷显著低于15 d。

图1 土壤速效磷的变化

2.2 游离氧化铁的动态变化

土壤分别酸化3 d、6 d、9 d、15 d，不同强度酸(pH3.6、pH4.5、pH5.6)处理土壤后，各处理游离氧化铁从高到低的变化规律是一致的(图2)。经不同pH值酸液酸化，土壤中游离氧化铁的变化依次为：9 d>3 d>15 d>6 d。统计分析表明，pH3.6、pH4.5方面，不同施肥处理间游离铁氧化物无显著差异。pH3.6时，酸化3 d、9 d铁氧化物无显著差异，6 d、15 d游离铁氧化物均显著低于3 d、9 d、15 d显著低于6 d；而pH4.5表现为6 d、15 d无显著差异，而9 d显著高于其他处理，3 d显著高于6 d、15 d。pH5.6酸液酸化得到的土壤，P2施肥处理游离氧化铁显著高于P3处理和不施肥(CK)；酸化3 d、15 d游离氧化铁无显著差异，酸化6 d游离铁氧化物显著低于3 d、9 d、15 d，酸化9 d游离铁氧化物显著高于酸化3 d、6 d、15 d。

图2 土壤游离氧化铁的变化

2.3 无定形氧化铁的动态变化

经pH3.6、pH4.5、pH5.6酸液分别酸化3 d、6 d、9 d、15 d，土壤中无定形氧化铁从高到低的变化次序依次为：6 d>15 d>9 d>3 d(图3)。统计分析表明，用pH3.6酸液浸泡土壤后，P3施肥处理无定形铁氧化铁显著高于CK(不施肥)，而P0、P1、P2处理间且分别与CK、P3处理均差异不显著；酸化3 d无定形铁氧化物显著低于6 d、15 d，而酸化9 d与酸化3 d、15 d铁氧化物间差异不显著，酸化9 d与酸化6 d无定形铁氧化物差异显著。pH4.5酸液浸泡土壤，各施肥处理无显著差异；酸化3 d无定形铁氧化物显著低于6 d。pH5.6酸液浸泡土壤与经pH4.5酸液浸泡的土壤一样，不同施肥处理间无定形氧化铁无差异；酸化6 d无定形氧化铁显著高于9 d，其他酸化天数间差异不显著。

图3 土壤无定形氧化铁的变化

2.4 铁氧化物与速效磷的相关分析

相关性分析表明(见表2、表3)，酸化条件下游离氧化铁、无定形氧化铁呈显著或极显著负相关，速效磷与无定形氧化铁正相关，而与游离氧化铁负相关。在表3中只显示了不同酸化天数CK，P0施肥处理下，游离氧化铁(无定形氧化铁)与速效磷的相关性，这二种施肥处理为没有施磷肥的处理，从相关分析结果可以看出土壤中速效磷与二种形态氧化铁的较一致的交互关系；P1、P2、P3这三种施肥处理分别为低P、中P、高P，施P肥后，二种铁氧化物与速效磷的相关性受到磷肥的强烈影响，此时的相关系数不能正确反映二种形态铁氧化物与速效P的关系，因此在表中没有提到。

表2 不同酸化天数游离氧化铁、无定形氧化铁的相关系数

**0.01极显著性水平，*0.05显著性水平,以下同。

表3 不同酸化时间游离氧化铁(无定形氧化铁)与速效磷的相关系数

3 讨论与结论

土壤速效磷随施磷量的增加而增加；土壤分别经pH3.6、pH4.5、pH5.6酸雨酸化，均表现为酸雨浸泡时间增加，速效磷亦增加，pH值的变化对速效磷的影响处理间差异不显著。土壤淹水时间增加，磷有效性提高，受两种可能因素的影响，一是渍水后引起土壤pH升高，促使磷酸盐的水解作用加强，从而提高其有效性；另一是渍水后由于土壤微生物和有机质的作用，土壤氧化还原电位降低，使磷酸高铁被还原，从而提高磷酸铁的有效性。对于无定形的磷酸铁化合物，由于土壤渍水后pH升高至pH6以上，就可能导致磷有效性的增加[11]。

铁是淹水土壤中化学行为最易发生变化的元素之一。本试验中所选土壤为旱地土壤，因此游离氧化铁量远远高于无定形氧化铁，不同pH值酸雨影响下，无定形铁氧化物、游离铁氧化物表现出了相反的变化趋势，即在相同条件下无定形铁氧化物增加，游离铁氧化物则减少。郭杏妹等[6]对红壤酸化过程中铁铝氧化物矿物形态变化的研究中发现，游离铁氧化物随酸雨浸泡时间的增加而缓慢下降；无定形铁氧化物随时间的增加变化不大，略微有所增大。总的看来，酸化时间对无定形铁氧化物，游离铁氧化物形态变化的影响作用最大，施肥和pH值变化对二种铁氧化物形态变化的影响作用次于酸化天数对它们的影响。

酸化和氧化还原交替存在促使了游离氧化铁、无定形氧化铁间的相互转化；无定形铁氧化物的增加是以游离铁氧化物的减少为代价，蒋柏藩[11]指出对于无定形的磷酸铁化合物，由于土壤渍水后pH值升高至pH6以上，就有可能导致其有效性的增加，表现为无定形氧化铁增加时，速效磷也随之增加，由于渍水还原而形成的这种磷酸盐的活性比晶形的磷酸铁将有极显著的提高，当土壤存在渍水还原情况时，无定形的磷酸铁化合物可以作为一种有效磷源。本实验只进行了短期内酸化、磷肥对铁氧化物、有效磷的影响研究，有必要对该过程进行长期地研究，实验结果将更加有理论和实际价值。

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Effect of Simulated Acid Rain and Phosphorus Fertilizer on Iron Oxides and Available Phosphorus of Upland red Soil

SHAO Xing-hua, LIN Hong, WANG Ai-ping

(School of Life Science，Shangrao Normal University, Shangrao Jiangxi 334001, China)

In order to clarify the effect of acid rain and P fertilizer on iron oxide and P availability, and further disclose the interaction between iron oxide and P in the soil. The experiment was carried out using upland red soil. The soil which had grown vegetables for 5 years and been barren for 2 years was selected. Results shown available phosphorus increased with the increasing of phosphorus application and acidification days. Phosphorus application had a stronger influence on available phosphorus than acidification days. Phosphorus fertilizer had no significant effect on crystal iron oxide and amorphous iron oxide, and its influence was less than that of simulated acid rain solutions. After acidification, the amount of crystal iron oxide in the soil was 9 d>3 d>15 d>6 d，and amorphous iron oxide was 6 d>15 d>9 d>3 d. Two iron oxides had the relationship of this disappearing and that rising. The transformation of two iron oxides affected P availability. The release of amorphous iron oxide improved the release of available phosphorus.

imitated acid rain; crystal iron oxide; amorphous iron oxide; available phosphorus

2016-03-15

国家自然科学基金(41261074)；江西省教育厅基金(GJJ12605)

邵兴华(1969-)，女，内蒙集宁人，教授，博士，主要从事土壤、水环境方面的研究。E-mail:xinghuashao@126.com

S157.1

A

1004-2237(2016)03-0078-05

10.3969/j.issn.1004-2237.2016.03.017