农田土壤对磷的吸附和解吸特性研究进展

摘要 磷素是植物生长必需的三大营养元素之一，在植物生长发育过程中对植物的产量和品质有重要影响。综述了农田土壤对磷的吸附和解吸机制等方面的研究进展，分析土壤對磷的吸附和解吸影响因素，包括土壤类型、土地利用方式、施肥水平和土壤理化性质，旨在为实际生产中磷肥的合理施用、高效利用和防止环境污染提供依据。

关键词磷吸附;磷解吸;农田土壤

中图分类号S153文献标识码A文章编号0517-6611（2019）01-0004-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.002

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

基金项目“十三五”国家重点研发计划项目（2016YFD0200401）。

作者简介杨燕玲（1995—），女，河北邢台人，硕士研究生，研究方向：北方葡萄提质增效。

收稿日期2018-08-21

磷素是植物生长必需的三大营养元素之一，植物体内所需要的磷主要是从土壤磷库和磷肥中获得，其供给的丰缺可直接影响农作物的产量和品质。近年来，随着农田施磷水平的逐渐增加，农田非点源磷对环境污染的威胁日渐凸显[1]。当前，随着工业的发展，施入土壤的磷肥增加迅速，大大超出了植物生长所需，然而植物对这部分施入土壤中的磷肥当季利用率很低[2]，这是因为施入农田的磷肥在进入土壤后，会产生一系列的反应，比如化学、生物化学反应，但大多是物理化学反应，这个过程中造成很多磷肥生成难溶性甚至不溶性的磷酸盐，同时还会被土壤或矿物颗粒吸附或者微生物等固持，施入土壤中的磷素大部分被土壤储备，导致植物无法利用[3]。了解农田土壤中磷吸附和解吸的特性，不仅可为合理施用磷肥提供理论依据，而且对提高磷素的利用效率有重要意义。为此，针对农田土壤对磷的吸附和解吸特性进行综述，以期为优化农田的施肥模式、提高磷肥的利用效率提供参考。

1土壤对磷的吸附与解吸机制

土壤对离子的吸附作用指的是溶液中的溶质（离子或分子）在土壤固相与液相交界面处的富集现象，它也是指土壤固相与液相交界面附近溶液扩散层部分的离子浓度与自由溶液中离子浓度的差值[4]。从微观的角度来看，吸附现象应该是胶体表面与扩散层之间的离子浓度的差异，但一般所称的吸附现象多是宏观分析，它包括整个扩散双电层在内的部分与自由离子浓度的差异。土壤吸附的反方向则为土壤对养分的解吸过程[5]。

土壤液相和固相中的磷素处于一个动态平衡的过程，因此磷的吸附和解吸也是一个可逆的过程，二者有着密切的关系。张新明等[6]研究广东省酸性水稻土，结果表明，在同一供试水稻土的磷，它的解吸量与相应的吸附量呈现极显著的指数关系，并且与相应的平衡溶液的浓度呈极显著的线性关系。其研究还表明，在同一起始磷溶液浓度的条件下，供试土壤磷解吸量与相应最大磷吸附量呈现显著负相关，并且同一起始浓度下磷解吸量与相应磷吸附饱和度呈现显著正相关。

1.1土壤对磷的吸附机制

Bhatti等[7]研究表明，根据土壤中释放的OH-与吸附的磷酸根的摩尔比可以得出，磷主要通过配位体交换而被吸附。夏汉平等[8]研究土壤对磷吸附的几种可能机制。目前主要为广大学者接受的是以下2种机制：专性吸附和非专性吸附。

专性吸附是指以H2PO4-为配位体，与土壤固相表面-OH或-H2O发生配位体交换而保持在土壤胶体表面的过程[9]。其具体的反应机理如下：首先，H2PO4-与活性铁铝的OH-进行配位交换，并释放出OH-，形成单键吸附;其次，被吸附的磷酸根中的另一个OH-，脱质子化释放出一个H+;最后，进行第2次配位体交换，进一步释放出OH-形成六边形结构的双键吸附[10]。

非专性吸附是指由带正电荷的土壤胶体通过静电引力的吸附，其发生在胶体的扩散层，与氧化物配位壳之间为1～2个水分子所隔，键合弱，易解吸或水洗出。凡体系的pH低于胶体电荷零点时，均可发生这一吸附[5]。

1.2土壤对磷的解吸机制

土壤中磷的解吸过程被认为是吸附的逆向过程，也是比吸附更加重要的过程，因为它不仅仅涉及到土壤吸附磷的再利用和提高土壤中磷的有效性，同时也涉及环境方面的问题[11]。当然解吸过程并不是完全可逆的，被土壤吸附的磷素只是部分从胶体上被解吸到土壤溶液中[12]。了解解吸机制和了解吸附机制同等重要，原因在于解吸的快慢和多少直接关系到磷素从固相补给到液相的快慢和缓冲能力大小，进而影响磷素对植物的有效性[13]。大量研究表明，磷酸盐的解吸机制一般分为扩散、竞争和溶解3种。Kuo等[14]

利用粒子交换树脂的方法研究土壤中磷的解吸时发现它的解吸速率主要由磷酸根离子在树脂粒子之间的扩散控制，而不是受化学反应影响。Singh等[15]证明亚硒酸根能与磷和硫酸根离子竞争土壤中的吸附点位，从而加速吸附磷的解吸。

2土壤磷吸附解吸的影响因素

影响土壤对磷吸附解吸的因素有很多，很多学者也对此进行了深入的研究，主要影响因素包括土壤类型和质地、土地利用方式、施肥水平、土壤中的铁铝氧化物、土壤温度、土壤pH等。

2.1土壤类型

大量研究表明土壤对磷的吸附解吸过程受土壤类型的影响。夏瑶等[16]研究表明，水稻土吸附磷的最大量与黏粒含量呈正相关。宫春艳等[17]采用等温吸附法研究红壤和褐土中磷素的吸附特性，并分析磷吸附后镉离子的吸附—解吸特征，发现在外源磷浓度0～64 mg/L范围内，红壤对磷的最大吸附量及吸附反应常数（K）均高于褐土。曹志洪等[18]研究黄土性土壤及作为对照的中性水稻土和酸性红壤对磷的吸附与解吸特性，发现与酸性红壤相比，黄土性土壤是一种弱吸磷能力的土壤，但是其对吸附磷的解吸能力很强。

2.2土地利用方式

秦胜金等[19]研究闽江流域土壤对磷的吸附解吸特征，发现蔬菜地土壤的吸附率远低于其他土壤，而水田和林地土壤的吸附能力略强，并且土壤吸附能力越弱对磷的解吸能力越强，不同利用方式土壤磷的解析率表现为菜地>水田和林地>旱地、茶园和果园。肖懿等[20]在对丘陵区紫色土堆磷的吸附解吸特征的研究中发现，石灰性林地土壤对磷素吸附容量最大，中性农地和林地的土壤次之，酸性土壤最低。杨小燕等[21]研究表明，落叶松人工林土壤吸附磷量和磷的吸附率均高于未经开垦的黑土。邱亚群等[22]研究认为，旱地对磷的吸附无论在强度还是容量方面均大于同母质的水田土壤，而解吸率随着吸附量的增加而增大，其大小为旱地<水田，并且不同利用方式土壤磷吸附解吸特性差别较大。

2.3施肥水平

赵庆雷等[23]研究认为长期有机物循环配施化肥显著降低0～20 cm土壤磷的吸附量，无肥基础上的有机物循环利用效果次之，单施化肥无明显效果。各施肥模式对20～40 cm土壤磷的吸附特性影响较小。贺春凤等[24]研究表明，施加秸秆的改良材料可以显著地提高砂质土壤对磷的吸附效率，同时降低解吸率，可以显著地增加吸附常数（K）和最大缓冲容量（MBC），减小磷的最大吸附量（Xm）。罗敏等[25]研究不同肥力地娄土的颗粒分布以及不同颗粒对磷素的吸附和解吸规律，发现高肥力的地娄土中中等大小的土壤颗粒增多，会使磷的吸附量有所减少，但会使磷的解吸量增大。

2.4土壤理化性质

2.4.1土壤中的铁铝氧化物。

铁铝氧化物是广泛存在于中性和酸性土壤中的矿物，赤铁矿、针铁矿以及无定形的氢氧化铁都具有纳米尺度，而且比表面积都很大，具有很强的吸附能力。更重要的是铁氧化物在土壤中的含量高，具有较高的活性，它的形态会随着环境的改变而转变[11]。Young等[26]认为淹水条件下，土壤中的三价铁氧化物会被还原为二价铁氧化物，使其吸附能力降低。王慧等[27]研究发现，氧化铁—胡敏酸复合物的形成能够增强对磷的吸附能力，并且针铁矿复合物的吸附能力比赤铁矿复合物的吸附能力大，均为多层吸附过程。谢晶晶等[28]研究认为，无定形氢氧化铁、合成氧化铁黄、针铁矿和赤铁矿对磷的吸附符合Freundlich等温方程，其中无定形氢氧化铁对磷酸根的吸附能力最强，其次是氧化铁黄和针铁矿，赤铁矿的吸附能力最差。

2.4.2其他理化性质。

陈波浪等[29]研究不同质地棉田土壤对磷素吸附解吸的影响，发现磷吸持指数（PSI）、土壤最大缓冲容量（MBC）和吸附量均随黏粒含量的增加而增大，即黏土>壤土>砂壤土，而易解吸磷（RDP）、解吸量、解吸率和标准需磷量（SPR）呈下降趋势，即砂壤土>壤土>黏土。陈亚东等[30]研究表明，氧化还原条件会对土壤磷的吸附解吸产生影响，淹水还原条件下，湿地土壤对磷的最大吸附量和解吸率比淹水前分别降低了9.5%和16.3%，吸附解吸平衡浓度升高，平均增加158.8%。

3展望

迄今为止，学者们已经在土壤对磷的吸附解吸特征方面进行了大量的研究，但是却对磷的吸附解吸特征与磷有效化系数的关系方面的研究很少，对特定地区该方面的研究更少。土壤磷活化系数（PAC）是有效磷与全磷的比值，它可以很好地表征土壤中磷素有效性，PAC越高，表示全磷转化率就越高，这对于研究有效磷效率具有重要意义，也可以从某个侧面反映土壤磷素的有效性。此外，还应该加强长期定位研究对土壤磷素吸附解吸特征的影响。长期定位研究有很多优点，也更具代表性，为农业的可持续发展提供更好的依据。

参考文献

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