不同硫酸铝用量对苏打盐碱土磷素形态及吸附特性的影响_图文

第 39 卷第 5 期 2008 年 10 月

土壤通报 Chinese Journal of Soil Science

Vol . 39 , No. 5 Oct . , 2008

不同硫酸铝用量对苏打盐碱土磷素形态 及吸附特性的影响

李月芬 1, 杨有德 1,2, 赵兰坡 2*
( 1. 吉林大学 地球科学学院, 吉林 长春 130061; 2. 吉林农业大学 资源与环境学院, 吉林 长春 130118)

摘 要: 通过室内模拟盆栽改良试验, 研究了硫酸铝的改良效果及施用后对土壤中磷素营养状况的影响。硫酸铝配施 磷肥和氮肥对小麦的出苗和生长起着明显促进作用。无机磷分级及相关分析结果表明, 施加不同用量的硫酸铝后, 各级无 机磷平均含量的大小顺序为 Ca2- P > Ca8- P > Al- P > O- P > Fe- P > Ca10- P, 其中, Ca8- P 和 O- P 是 Ca2- P 的有效补充。磷的 吸 附 实 验 表 明 , 各 处 理 土 壤 磷 的 等 温 吸 附 曲 线 与 Langmuir 方 程 的 吻 合 程 度 最 好 , 其 相 关 程 度 达 极 显 著 水 平 。 根 据 简 单 Langmuir 方程, 将 C/x/m 对 C 作图, 得到的是具有一个折点的直线, 表明随着磷平衡浓度的不同, 土壤对磷的吸附存在 着 两 个不同能量水平的吸附点位。磷的解吸结果表明, 在磷平衡浓度较低的条件下, 土壤与磷的结合能力较强, 大多以固定态磷 的形式被吸附, 并且, 解吸也较困难; 随着磷平衡浓度的增加, 可交换磷所占的比例增加, 有较多的磷可被解吸下来。
关 键 词: 苏打盐碱土; 硫酸铝改良剂; 磷分级; 磷素形态; 磷的吸附; 磷的解吸

中图分类号: S153; S156.2 文献标识码: A 文章编号: 0564- 3945( 2008) 05- 1120- 06

吉林省的盐碱土属于温带半干旱草原苏打盐碱 土, 其主要盐分组成为 Na2CO3 及 NaHCO3, 含有少量的 硫酸盐和氯化物。苏打盐碱土由于具有很高的碱性和 极其不良的物理性质, 其自然肥力极其贫瘠[1], 尤其 是 磷 、钙 等 营 养 元 素 含 量 很 低[2]。 在 盐 碱 土 改 良 利 用 方 面, 国内外学者曾经做了大量工作。从 1989 年开始, 赵兰坡等用硫酸铝改良苏打盐碱土, 硫酸铝施入土壤 后, Al3+ 发 生 水 解 作 用 , 生 成 单 体 铝 或 多 聚 体 铝 , 产 生 大量的 H+, 中和土壤中的 OH- , 从而使土壤的 pH 值降 低, 并促进了土壤中碱土金属碳酸盐的溶解, 使交换 性 Ca2+、Mg2+ 等二价阳离子与 Na+ 产生交换作用, 降低 了土壤的碱化度; 同时单体铝或多聚体铝离子, 促进 了土壤胶体凝聚和微团聚体的形成, 从而改善了土壤 的结构性, 降低了土壤容重, 增加了土壤孔隙度和膨 胀度, 增强了土壤的渗透性能及持水能力, 提高了土 壤的保水保肥性能, 为盐分淋洗与作物生长创造了良 好 的 土 壤 环 境[3,4,5]。但 对 于 加 入 的 铝 离 子 和 土 壤 性 质 的 改善所引起的土壤养分含量和形态的变化, 以及这些 变化的机理, 尚缺乏相应配套研究。本研究的目的是 探讨强碱性苏打盐碱土施入化学改良剂硫酸铝后对 土壤磷素营养状况的影响, 以便为盐碱土的改良和磷 肥的合理施用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 采样地点、供试土壤及化学改良剂

采样地点位于吉林省前郭县套浩太乡碱巴拉村, 供试土壤为强碱性苏打盐碱土。化学改良剂为工业硫 酸铝, 主要成分为 Al(2 SO4) 3·XH2O。 1.2 室内模拟改良盆钵栽培试验
共设 10 个处理, 3 个重复。每盆装土为 500g, 硫酸 铝用量分别 为占土重的 0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、 0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%, 每 盆 加 重 过 磷 酸 钙 为 0.1087g( 相当于亩施 P2O5 15kg) , 每 500g 风干土中加 NH4NO3 0.2144g( 相当于亩施纯氮 22.5kg) 。将风干土 样与磷肥、氮 肥 和 改 良 剂 充 分 混 合 , 加 蒸 馏 水 至 田 间 持水量, 分别装于洗净干燥的塑料盆钵中, 然后选择 催芽后芽长基本 一致的小 麦种子进行 播种, 每盆 10 株, 适时浇水, 放于室内有阳光的窗台上培养。播种 3 天后, 开始测 出苗率、株 高 等 , 待 收 获 时 , 测 地 上 部 植 株干重、鲜重和根部干重、鲜重。 1.3 分析方法 1.3.1 土壤无机磷的分级 土壤无机磷的分级方法参 考蒋柏藩石灰性土壤无机磷分级测 定方法进行[6]。其 特点是:( 1) 将土壤无机磷部分的磷酸钙盐分成 3 级, 即 Ca2- P 型、Ca8- P 型和 Ca10- P 型;( 2) 用混合型 浸提 剂提取磷酸铁盐。 1.3.2 土壤磷的吸附与解吸等温线测定 磷吸附等温 线 测 定[7]: 称 取 通 过 20 目 筛 孔 的 风 干 土 样 1.0000g 置 于 50ml 塑料离心管中, 分别准确加入含磷量为 0、10、 20、30、40、50mg kg-1 的 0.01mol L-1 KCl ( pH=7) 溶 液

收稿日期: 2007- 06- 19 基金项目: 吉林省科技厅重点科技攻关项目( 98201- 04) 资助 作者简介: 李月芬( 1974- ) , 女, 山东青岛人, 讲师, 博士, 主要从事土壤生态环境研究。Tel: 0431- 88502127, E- mail: jluliyue@126.com 或者 yuefenyoude@163.com. * 通讯作者

5期

李月芬等: 不同硫酸铝用量对苏打盐碱土磷素形态及吸附特性的影响

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20ml, 为防止微生物活动, 每管加氯仿 3 滴, 加盖, 室温 下振荡 30 分钟, 置于 25℃恒温箱中平衡培养 6 天。此 间, 每天振荡 2 次( 间隔 12 小时) , 每次 30 分钟。培养 结束, 在 4000r min-1 离心机中离心 10min, 用钼锑抗比 色法测定上清液中的磷, 即得到平衡后溶液中磷的浓 度, 据此计算吸磷量 X 值( P mg kg-1 土) 。
解吸实验: 10ml 饱和 NaCl 溶液加入保留有土样的 离心管中, 用圆头玻璃棒充分搅拌土壤至完全均匀, 离 心 10min, 倒 出 上 清 液 , 反 复 2 次 , 以 洗 去 游 离 KH2PO4, 然 后 加 入 不 含 磷( pH=7) 的 0.01mol L KCl 溶 液 20ml, 充 分 搅 匀 后 振 荡 30min, 置 25℃恒 温 箱 中 平 衡 6 天, 此间每天振荡 2 次, 要求与吸附实验相同。最 后离心, 测定上清液中的磷, 即为解吸磷。
2 结果与讨论
2.1 硫酸铝配施磷肥和氮肥对旱田作物生育状况 的 影响
为了探讨硫酸铝改良剂对作物出苗的影响, 我们

进行了以小麦为指示作物的室内模拟改良盆钵栽培 试验, 并对小麦的出苗及生长情况进行了调查, 其结 果列于表 1。从表 1 可以看出, 硫酸铝改良剂对苏打盐 碱土上小麦出苗具有明显的促进作用。不施改良剂的 情况下, 小麦 播种第 四 天 出 苗 率 为 10%, 而 施 用 改 良 剂各处理的出苗率已达到 15%~75%; 播种第六天和 第八天后, 不施改良剂的处理其出苗率仅分别为 40% 和 60%, 而施 用 改 良 剂 各 处 理 的 出 苗 率 分 别 已 达 到 45%~95%和 70%~95%。另外, 从株高来看, 至播种 第 11 天 时 , 不 施 改 良 剂 的 处 理 的 麦 苗 株 高 仅 为 3.33cm, 到 第 19 天 时 , 因 土 壤 碱 性 过 强 , 麦 苗 全 部 死 亡, 而施用改良剂的各处理麦苗长势明显好于不施改 良剂处理的麦苗, 尤其是 0.4%处理的麦 苗至播种第 32 天时, 其株高已达到 21.8cm。试验结束时, 各处理的 植株地上部干重和鲜重在 0~0.4%之间有随着改良剂 用量的增加而增重的趋势, 以 0.4%处理最突出。而在 0.5%~0.8%之间, 却微 有 相 反 趋 势 , 但 明 显 高 于 不 施 改良剂的处理。

表 1 不同用量硫酸铝配施相同用量的磷、氮肥对苏打盐碱土小麦出苗及生长状况的影响 Table 1 Effect of different content of aluminum sulfate combined with P and N fertilizer

处理 Treatment

出苗率( %) Emergence rate
4th day 6th day 8th day 11th day

NPA- 0% 10 40

60

3.33

NPA- 0.1% 15 45

70

3.97

NPA- 0.2% 55 85

85

7.55

NPA- 0.3% 50 85

85

10.62

NPA- 0.4% 75 95

95

13.19

NPA- 0.5% 55 95

95

10.86

NPA- 0.6% 50 85

85

7.17

NPA- 0.7% 30 85

95

6.33

NPA- 0.8% 45 85

95

6.15

株高( cm) Crop height

19th

32nd

全部死亡 死亡 个别死亡 14.17 17.80 14.56 11.07 11.44 11.17

同上 同上 死亡 16.10 21.80 19.50 17.30 19.20 18.00

地上鲜重 Fresh weigth of
sheet 0.08 0.13 0.35 1.10 1.93 1.71 1.56 1.61 1.68

生物产量( g 盆 -1)

Crop yield

地上干重

根鲜重

根干重

Dry weigth of Fresh weigth of Dry weigth of

sheet

root

root

0.06

0.15

0.10

0.08

0.36

0.15

0.17

0.15

0.10

0.27

0.43

0.28

0.42

0.74

0.49

0.40

0.69

0.44

0.39

0.69

0.47

0.38

0.38

0.24

0.38

0.64

0.46

注: N: 代表相同用量的氮肥; P: 代表相同用量的磷肥; A: 代表硫酸铝改良剂; 0% ̄0.8%: 代表不同的硫酸铝用量。

2.2 硫酸铝改良剂对土壤磷素形态的影响 2.2.1 硫酸铝改良剂对土壤无机磷形态转化的影响 按蒋柏 藩 分 类 方 法[6], 土 壤 无 机 磷 可 分 为 Al- P、Fe- P、 O- P 和 Ca- p, 其 中 Ca- P 还 可 进 一 步 分 为 Ca2- P、 Ca8- P、Ca10- P。由表 2 可 见, 在施用一 定量磷肥条 件 下, 随硫酸铝改良剂用量的增加, 土壤各级形态磷含 量与无机磷总量有逐渐降低的趋势, 尤其是 Ca2- P 更 为明显, 产生的原因可能是供试作物( 小麦) 随着改良 剂用量增加, 生物产量越高, 因此带走的磷也增加。各 种形态磷的平均含量与不施用磷肥条件下各种形态 磷的平均含量相比, Ca2- P 增加了 288.3%, Ca8- P 增加 了 207.1%, Al- P 增加了 64.6%, Fe- P 增加了 21.45%,

O- P 减少了 32.4%, Ca10- P 增加了 7.4%, 各种无机 磷 总量增加了 17.87%。因此, 表 2 的各种形态磷平均含 量的变化顺序是 Ca2- P > Ca8- P > Al- P > O- P > Fe- P > Ca10- P。 2.2.2 各级磷组分之间及其与 Olsen- P 的相关分析 已 有 研 究 表 明 , Olsen 法 测 得 的 土 壤 有 效 磷 含 量 与 植 物吸磷量之间有极显著相关关系, 因此, 一般都将该 方法作为测定中性和石灰性土壤有效磷含量的测定 方法[8]。并且, 可根据各形态磷与 Olsen- P 的相关性来 判断各形态磷的有效性。
由表 3 可见, 在施用不同用量硫酸铝条件下, Ca2- P、Ca8- P 和 O- P 与 Olsen- P 皆 存 在 显 著 相 关 性 ,

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土壤通报

第 39 卷

表 2 不同用量硫酸铝配施相同用量磷肥和氮肥处理土壤的无机磷测定结果( mg kg-1) Table 2 The result of inorganic P in the soil with different content of aluminum sulfate combined with P and N fertilizer

处理 Treatment NPA- 0% NPA- 0.1% NPA- 0.2% NPA- 0.3% NPA- 0.4% NPA- 0.5% NPA- 0.6% NPA- 0.7% 平均值

Ca2- P

含量



49.32 22.41

48.84 21.00

47.35 1.55

43.07 21.78

39.63 20.89

30.06 17.23

26.27 16.06

21.15 14.62

38.21 19.44

Ca8- P

含量



27.12 12.32

41.30 17.76

31.45 14.32

27.44 13.87

21.06 11.10

20.27 11.62

18.45 11.28

14.38 9.94

5.18 12.78

Al- P

含量



31.75 14.43

40.13 17.25

32.46 14.78

35.99 18.20

34.18 18.02

39.19 22.46

41.12 25.14

36.49 25.22

36.41 19.44

Fe- P

含量



22.54 10.25

27.37 11.77

26.30 11.97

24.98 12.63

24.34 12.83

23.77 13.62

21.69 13.26

20.10 13.89

23.89 12.53

O- P

含量



42.85 19.47

28.86 12.41

35.84 16.31

25.68 12.98

28.84 15.20

24.85 14.24

18.69 11.43

11.68 8.07

27.16 13.76

Ca10- P

含量



46.52 21.14

46.10 19.82

46.29 21.07

40.63 20.54

41.63 21.95

36.36 20.84

37.35 22.83

40.90 28.27

41.97 22.08

合计 Total 220.10 232.60 219.69 197.79 189.68 174.50 163.57 144.70 163.75

Ca2- P 与 Ca8- P、O- P 之 间 存 在 极 显 著 相 关 , Ca8- P 与 Fe- P 存 在 极 显 著 相 关 性 , Ca2- P 与 Fe- P、Ca10- P 之 间 存在显著相关性, Ca8- P 与 Ca10- P 存在极显著相关性, 一 向 认 为 Ca10- P 是 无 效 态 的 无 机 磷 形 态 , 在 本 试 验 中, 其与 Olsen- P 之间呈显著相关。而 Al- P 与其它任

何 一 组 磷 皆 不 相 关 , Fe- P 和 O- P、Ca10- P、Olsen- P 不 相关, O- P 与 Ca10- P 不相关。由此可说明, 尽管在一定 的土壤中, 各形态磷的组成是相对稳定的, 即在某种

土壤中, 各形态磷之间保持着相对稳定的比例, 但在

改良剂硫酸铝加入以后, 各种形态磷的有效性发生了 很大的变化。据沈仁芳, 蒋柏藩等人的研究[9], 石 灰土

壤中无机磷组成与土壤肥力有密切关系, 其中 Ca2- P 和 Al- P 是最有效的, Ca8- P 和 Fe- P 是 迟效态的, O- P 是 微 溶 性 的 , 而 Ca10- P 是 无 效 的 。 以 往 的 研 究 认 为 O- P 在石灰 性土 壤 中 含 量 极 少 且 有 效 性 差[10], 也 有 研

究认为旱田中碱性土壤中的闭蓄态磷( O- P) 和 Ca10- P 对植物基本上是无效的[11]。本研究的结果则表明, 含有

相当数量 CaCO3 的苏打盐碱土经硫酸铝改良后, 微溶 态的 O- P 和无效态的 Ca10- P 在无机 磷总量中占 相当 的 比 例 , 其 有 效 性 仅 次 于 Ca2- P 和 Ca8- P ( O- P 对 Olsen- P 呈极显著相关, 而 Ca10- P 对 Olsen- P 呈显著相 关) 。因此, Ca10- P 和 O- P 在改良条件下也可作为潜在 磷源, 成为 Ca2- P 的有效补充。可见, O- P 由于其活性 相对较大, 在土壤磷素平衡中也起着重要的作用。

表 3 不 同 用 量 硫 酸 铝 处 理 土 壤 各 级 无 级 磷 及 其 与 Olsen- P 之 间的相关系数( n=8) Table 3 The relationship between inorganic P and olsen - p in soil with different content of aluminum sulfate(n=8)

形态 forms Ca2- P Ca8- P Al- P Fe- P O- P Ca10- P Olsen- P

Ca2- P

0.851** 0.495 0.769* 0.876** 0.793* 0.962**

Ca8- P

0.057 0.874** 0.587 0.714* 0.871**

Al- P

0.047 0.643 0.599 0.400

Fe- P

0.510 0.474 0.677

O- P

0.690 0.854**

Ca10- P

0.803*

2.3 硫酸铝对强碱性苏打盐碱土磷素吸附特性的影响

为了了解磷的吸附机制和定量分析土壤对磷的

吸附, 建立适当的模型加以说明是完全必要的[12]。迄今

为止, 比较常用的描述磷素等温吸附规律的方程主要

有 Langmuir、Freundlich、Temkin 方程[13,14,15,16]。这些方程

的基本表达式如下:

( 1) Langmuir 方程:

! = K1K2C

(1)

m 1+K1C

C =C + 1

(2)

x K2 K1K2



( 2) Freundlich 方程: ! =a×Cb

(3)





3) Temkin

方程:

! m

=k1ln(k2×C)

(4)

式中, ! 为单位土壤的磷素吸附量; C 为平衡溶液 m

中磷素浓度; K1 是因土壤性质而异的常数, 它代表土 壤对磷素结合能的大小; K2 为土壤对磷素的最大吸附 量( P μg g-1 土) ; a、b 为常数; K1、K2 为常数。
在进行磷的吸附实验的基础上, 分析了实验结果

与上述三种吸附模型的吻合性, 结果见表 4。各处理土

表 4 土壤的吸附实验值对三种吸附模式的适合性 Table 4 The adaptibility of adsorption value to the adsorption model

处理 Freundlich 方程 Langmuir 方程

Temkin 方程

Treatment log x/m=log a+b logC C/x/m=CS/k2+1/k1k2

x/m=A+B ln C

log a b r 回归方程

rAB r

CK

0.61 1.23 0.837 C/x/m=0.0052C+0.0072 0.998 29.17 47.84 0.944

NPA- 0% 0.46 1.40 0.899 C/x/m=0.0039 C+0.0178 0.977 3.29 63.92 0.994

NPA- 0.2% 0.54 1.40 0.878 C/x/m=0.0037 C+0.0114 0.989 11.22 71.02 0.991

NPA- 0.4% 0.96 1.23 0.765 C/x/m=0.0029 C+0.0049 0.995 56.47 87.25 0.952

NPA- 0.6% 1.09 1.23 0.737 C/x/m=0.0023 C+0.0049 0.989 69.07 108.38 0.958

r0.05=0.811; r0.01=0.917

壤的吸附曲线与三种吸附模式都很吻合, 除了处理 NPA- 0.4% 和 NPA- 0.6% 的 吸 附 曲 线 与 Freundlich 方

5期

李月芬等: 不同硫酸铝用量对苏打盐碱土磷素形态及吸附特性的影响

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程的相关性不显著外, 其余处理与这三种吸附模式皆

达到了显著或极显著相关, 且以 Langmuir 方程的相关

性为最好, Temkin 方程次之, Freundlich 方程较差。因

此, 选用 Langmuir 方程来描述各处理土壤的等温吸附

的规律。

由于 Langmuir 方程有多种表达形式, 根据不同的 表达式可得到不同的信息。如根据[2]式, 用 C/x/m 对 C

作图, 可以得到一条直线, 从直线上可获得最大吸附

量值( 斜率的倒数) 和结合能常数 K1( 斜率与截距的 比值) 。故方程[2]被称为“常 规”Langmuir 方程, 有时 也 称为简单 Langmuir 方程 。 [15,17] Langmuir 方程式 中的一 些参数可反映土壤的某些吸附特性。Holford( 1979) [18]

称 K1·K2 值为土壤对磷的吸附特性值, 作为土壤对磷 的吸持性的特征参数, 综合反映土壤吸持磷的强度因

素和容量因素, 故可作为一项判断土壤供磷特性的综

合指标。K1·K2 值大的土壤, 要维持相同供磷强度所需 的磷肥量或土壤有效磷贮量也相应大些; 当土壤间吸

附磷量相近, K1·K2 值大时, 其吸附的磷所处的能态较 低, 吸附的磷较易被作物吸收利用[19]。此外, 方程(1)还 可推导成另一种新的表达形式[17], 即:

!/m=K2- !/m/K1C

(5)

根据方程(5), 用 x/m 对 x/m/C 作图, 仍然可以得到一条

直线, 从直线上可直接获得最大吸附量 K2( y 轴截距) 和结合能常数( 斜率的倒数) 。因此, 方程(5)对应的曲 线被称为“Eadie- Hofstee”图[12,17]。

各土壤的磷素吸附量均随液相磷平衡浓度增大

而增加, 见图 1。在低浓度区, 吸附等温线斜率较大; 在

高浓度区则变得较为平缓。不同处理土壤之间曲线的

陡度有明显的差异。以硫酸铝添加量为 0.6%处理的吸

附磷量最大, 而 0%处理的吸附磷量最小。其规律是在

一定的平衡磷浓度条件下, 随着硫酸铝用量的增加吸

附磷量不断增大。可见, 硫酸铝用量对磷的吸附量的

大小有直接的影响。

500

400

300

200

100

NPA- 0.2%

NPA- 0.6%



30

40

根据 Langmuir 方程(2), 用 C/x/m 对 C 将图 1 直线 化后发现, 图 1 是具有一个折点的直线图( 见图 2) 。这 说明土壤对磷的吸附可能存在不同能量水平的吸附 点位, 而且每一个吸附点位皆可以用 Langmuir 方程来 描 述 , 根 据 方 程 (1) 可 以 写 出 两 种 表 面 能 情 况 下 的 Langmuir 方程 , [20,21,22] 即:
0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02

磷平衡浓度( P !g ml-1) 图 2 不同硫酸铝施用量对磷的 Langmuir 吸附等温线的影响 Fig.2 Effect of different content of aluminum sulfate on langmuir adsorption isotherms of P

C/x/m

!/m=K1IK2IC/(1+K1IC)+K1IIK2IIC/(1+K1IIC)

(6)

式中, Ⅰ和Ⅱ分 别 指Ⅰ区( 与 较 低 平 衡 磷 浓 度 相 对 应

的直线部 分) 和Ⅱ区( 与 较 高 平 衡 磷 浓 度 相 对 应 的 直

线部分) 。由方程(5)可以把方程(6)改为:

!/m=K2I- !/mI/K1IC+K2II- !/mII/K1IIC

(7)

式中, Ⅰ和Ⅱ的意义同上。

利 用 方 程(7)可 以 求 得Ⅰ区 和Ⅱ区 的 最 大 吸 附 量

和结合能常数, 进而评估磷素的吸附情况。将两个吸

附点位( Ⅰ区和Ⅱ区) 的结合能常数( K1I、K1II) 和最大吸 附 量( K2I、K2II) 列 于 表 5, 可 以 看 出 , 在 同 一 施 磷 水 平 下, 随着硫酸铝改良剂用量的增加, 总的最大吸附磷

量 ( K1I、K1II) 的 顺 序 是 : NPA- 0.6% > NPA- 0.4% > NPA- 0% > NPA- 0.2%。

表 5 不 同 用 量 硫 酸 铝 处 理 土 壤 的 两 种 表 面 能 情 况 下 Langmuir 方程的吸附特性 Table 5 The adsorption character of langmuir equation under two surface energy in soil with different content of aluminum sulfate

处理

Ⅰ区

K2Ⅰ

K1Ⅰ

NPA- 0 % 89.49 0.203

NPA- 0.2% 29.70 0.217

NPA- 0.4% 73.29 0.642

NPA- 0.6% 226.41 0.661

Ⅱ区

K2II

K1II

230.50 0.076

266.67 0.172

310.40 0.248 363.17 0.097

K2Ⅰ+ K2Ⅱ K2Ⅱ/ K2I K1Ⅰ/ K1Ⅱ
320.02 2.58 2.69 296.37 8.98 1.26 383.69 4.24 2.59 589.58 1.60 6.83

图 1 不同硫酸铝用量处理土壤磷的等温吸附曲线 Fig.1 The adsorption isotherms of P in soil with different content of aluminum sulfate

从表中数据还可以看出, 在同一施磷水平下, 不 施 硫酸铝的吸 附量高于 NPA- 0.2%处理的 吸 附 量 , 但 用量越多, 对磷的吸附能力就越强, 可见, 硫酸铝的用

1124

土壤通报

第 39 卷

解吸的磷占吸附磷的百分数( %)

解吸困难; 随着施磷量的增加, 吸磷表面的饱和度增
40

35

加, 可交换磷所占的比例增加, 在相同的条件下, 有较

30

多 磷 量 可 被 解 吸 下 来[23]。苏 打 盐 碱 土 在 施 加 硫 酸 铝 后 ,

25

对其吸附与解吸能力进行比较, 如表 6 所示。在施磷

20

级 别 为 10mg kg-1 时 , 55.45%~86.44%的 磷 被 土 壤 所

15

吸附, 经过解吸, 仅有 14.79%~24.35%的吸附磷 可以

10

被解吸下来。当施磷级别提高到 50mg kg-1 时, 吸附百




分数下降为 24.72%~43.24%, 而解吸百分数却增加为

30.29%~37.46%。

图 3 不同硫酸铝施用量处理土壤磷的等温解吸曲线 Fig.3 Desorption isotherms of P in soil with different content of alu- minum sulfate

量必须控制在一定的限度内, 根据实际测定结果所 知, 以 NPA- 0.3%为最好。这时, 既可以使磷在此状态 下充分发挥其有效性, 还可避免大量施用硫酸铝造成 浪费 , 真正 达到 社 会 效 益 、经 济 效 益 和 生 态 效 益 的 三 统一。 2.4 硫酸铝改良剂对强碱性苏打盐碱土磷素解吸 特 性的影响
苏打盐碱土在施用不同用量的硫酸铝改良剂后, 其解吸情况, 如图 3 所示。从图中可以看出, 吸磷多的 土壤解磷也较多。在施加一定用量磷肥的条件下, NPA- 0%与 NPA- 0.2%的解吸情况基本一 致, 解吸量

表 6 硫酸铝改良土壤吸附与解吸能力比较 Table 6 The ability of adsorption and desorption in soil amended by aluminum sulfate

施磷量 处理

吸附磷量 吸附百分数 解吸磷量

(mg kg-1) ( %)

(mg kg-1)

10mg kg-1 NPA- 0% NPA- 0.2% NPA- 0.4% NPA- 0.6%
50 mg kg-1 NPA- 0% NPA- 0.2% NPA- 0.4% NPA- 0.6%

110.89 122.51 165.13 172.88 247.19 250.29 333.59 432.39

55.45 61.26 82.57 86.44 24.72 25.03 33.36 43.24

25.19 29.84 29.06 25.57 91.83 93.76 123.21 130.96

解吸占吸附的 百分数( %) 22.72 24.35 17.6 14.79 37.15 37.46 36.94 30.29

稍高于 NPA- 0.4%和 NPA- 0.6%, 其规律为 NPA- 0% > NPA- 0.2% > NPA- 0.4% > NPA- 0.6%。这说明磷的解 吸与磷的吸附是相互联系的。
土壤吸附的磷在溶液浓度降低时能否重新进入 溶液, 即吸附反应的可逆性如何, 主要由磷酸根与土 壤 固 体 所 形 成 的 表 面 络 合 物 的 稳 定 性 所 决 定 的[23]。 本 试验中, 土壤吸附磷经过解吸过程以后解吸磷量占吸 附磷量的百分数最高可达到 37.46%, 可见吸附反应和 解吸反应不是完全可逆的。当施磷级别低时, 土壤吸 磷表面的饱和度低, 高能点位多, 与磷的结合能力强,

3 结论
( 1) 硫酸铝改良剂配施磷肥和氮肥对小麦的出苗 和生长有明显的促进作用, 改良剂用量在 0.4%时小麦 的长势最好。
( 2) 硫酸铝改良剂对土壤各级无机磷形态和转化 有很大影响。施加不同用量的硫酸铝改良剂后, 各种 形 态 无 机 磷 平 均 含 量 的 变 化 顺 序 为 Ca2- P > Ca8- P > Al- P > O- P > Fe- P > Ca10- P。其中, Ca8- P 和 O- P 是 Ca2- P 的有效补充, 而 Fe- P 和 Ca10- P 可作为 Ca2- P 的 缓效磷源。
( 3) 苏 打 盐 碱 土 对 磷 的 吸 附 曲 线 与 简 单 的 Langmuir 方程、Freundlich 方程 和 Temkin 方 程 都 很 吻 合, 相关系数均达到极显著水平。其中, 以简单的 Langmuir 等温吸附方程最为吻合。硫酸铝的施用可增 加土壤对磷的吸附量。
( 4) 在 磷 平 衡 浓 度 较 低 的 条 件 下 , 土 壤 与 磷 的 结 合能力较强, 大多以固定态磷的形式被吸附, 并且, 解 吸也较困难; 随着磷平衡浓度的增加, 可交换磷所占 的比例增加, 有较多的磷可被解吸下来。
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Effect of Aluminum Sulfate on the For ms and Adsor ption Pr oper ties of Phosphor us in Soda Saline- alkali Soil
LI Yue- fen1, YANG You- de1,2, ZHAO Lan- po2*
(1. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China; 2. College of Resources and Environmental Science, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)
Abstr act: Soil indoors mod el experiments were carried out to study effects of aluminum sulfate (Al2 (SO4)3) on effectiveness and forms of phosphorus. The results showed that different Al2 (SO4)3 amounts and the same amounts of phosphate fertilizer and nitrogen fertilizer could obviously promote emergence rate and growth of wheat. Fractions of inorganic phosphorus in improved soils were also studied. The results showed that the sequences of inorganic phosphorus content of soils improved by different Al2 (SO4) 3 amounts were followed Ca2- P > Ca8- P > Al- P > O- P > Fe- P > Ca10- P. Under different Al2(SO4)3 amounts condition, Ca8- P and O- P were the valid complement of Ca2- P. The results of phosphate adsorption showed that the adsorption isotherms were fitted well with Langmuir equation. According to the single Langmuir equation, a plot of C/x/m against C gave a linear relationship that was formed by a broken- line plot under phosphate fertilizer application condition, indicating that the presence of two population of sites that have a differing affinity. The experiment of desorption showed that in low equilibrium phosphorus concentration, phosphorus could be desorbed difficultly; while in high equilibrium phosphorus concentration, phosphorus could be desorbed easily. Key wor ds: Soda saline- alkali soils; Aluminum sulphate improver; Fraction of phosphorus; Forms of phosphorus; Phosphorus adsorption; Phosphorus desorption


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