重度蘇打鹽堿土壤磷的吸附解吸特征

重度蘇打鹽堿土壤磷的吸附解吸特征摘要：為探明東北地區(qū)重度蘇打鹽堿土對(duì)磷的吸附特性，以期為鹽堿地開發(fā)利用及磷的合理施用提供一定參考，采用Langmuir模型方程對(duì)土壤磷的吸附與解吸特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明:Langmuir方程可以較好地?cái)M合土壤磷的吸附特征，擬合方程為C7Q=。.。。。2C+0.0014（R2=0.9022）。土壤對(duì)磷的吸附親和力常數(shù)（K）為0.143，磷最大吸附量（Qm）為5000mg/kg，磷最大緩沖容量（MBC）為714.286mg/kg，磷吸附飽和度（DPS）為0.258%。土壤磷解吸量整體上隨著土壤磷吸附量的增大而呈增加的趨勢(shì)。土壤磷的解吸率在加入磷濃度小于70mg/L時(shí)，隨著加入磷濃度的增加呈持續(xù)降低的趨勢(shì)，由0.92%降低到0.48%;在加入磷濃度大于70mg/L時(shí)，隨著加入磷濃度的增加呈持續(xù)升高的趨勢(shì)，由0.48%升高到0.61%。綜合來看，重度蘇打鹽堿土壤磷的吸附能力較強(qiáng)、解吸能力較弱，加入的磷被土壤強(qiáng)烈吸附固定。關(guān)鍵詞：重度蘇打鹽堿土;Langmuir模型方程；土壤磷；吸附；解吸磷元素是作物生長(zhǎng)過程中所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，是生命體內(nèi)核酸、核蛋白、磷脂和多種酶的主要成分［1］，與蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞分裂、細(xì)胞生長(zhǎng)等密切相關(guān)。作物缺磷將影響光合作用、呼吸作用及生物體化合物的合成與代謝等過程［2v3］o作物可以直接利用的磷是有效態(tài)磷，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中向土壤中施入水溶性的磷肥是緩解土壤缺乏有效態(tài)磷的主要措施之一，然而施入的水溶性磷絕大部分因土壤強(qiáng)烈的吸附固定作用而變成無效態(tài)磷回，導(dǎo)致作物難以吸收利用，造成嚴(yán)重浪費(fèi)。磷吸附與解吸是土壤磷的主要化學(xué)行為之一，影響土壤溶液磷的濃度及其有效性凱一般采用磷的等溫吸附曲線研究土壤對(duì)磷的吸附和解吸行為，在等溫條件下用模型方程對(duì)實(shí)測(cè)等溫吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合回，以進(jìn)一步推導(dǎo)出能夠反映土壤磷吸附特征的關(guān)鍵參數(shù)。多年來，前人對(duì)土壤中磷的吸附與解吸特性做了許多研究工作［7v8］，而關(guān)于東北地區(qū)重度蘇打鹽堿土磷的吸附與解吸特征的研究較少。東北地區(qū)重度蘇打鹽堿土是重要的土壤資源，采用Langmuir模型方程研究重度蘇打鹽堿土磷的吸附與解吸特征，旨在為蘇打鹽堿地的開發(fā)利用及磷的合理施用提供一定參考。1材料與方法1.1研究材料土壤為東北松嫩平原大慶地區(qū)重度蘇打鹽堿土，供試土壤的基本理化性質(zhì)見表1。1.2研究方法土壤基本性質(zhì)的測(cè)定采集的土壤經(jīng)自然風(fēng)干后研磨，過2mm篩后備用。土壤基本性質(zhì)的測(cè)定按照鮑士旦的《土壤農(nóng)化分析（第三版）》回，用IS139pH計(jì)（土水比為1：2.5）測(cè)定土壤的pH,應(yīng)用DDS-307電導(dǎo)率儀（土水比為1：5）測(cè)定土壤的EC,采用重g酸鉀-硫酸外加熱法測(cè)定土壤的有機(jī)質(zhì),采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤的堿解氮，采用碳酸氫鈉-分光光度計(jì)法測(cè)定土壤的有效磷，采用乙酸k浸提-火焰光度計(jì)法表1土壤基本理化性質(zhì)pH電導(dǎo)率（！S/cm）有機(jī)質(zhì)（g/kg）堿解氮（mg/kg）有效磷（mg/kg）速效鉀（mg/kg）11.3135011.4109.212.9191.3測(cè)定土壤的速效鉀。土壤磷的等溫吸附稱取過2mm篩的自然風(fēng)干土1.0g放入50mL離心管中，分別加入10、20、30、40、50、60、70、80、90、100mg/LKH2PO4溶液（用0.01mol/LKC1溶液配制，pH=7.0）30mL,重復(fù)3次，同時(shí)加入氯仿2滴以抑制微生物活動(dòng)，置于25!恒溫振蕩器中以200r/min速度振蕩24h,振蕩結(jié)束再以4000r/min的速度離心10min，取上清液用車目鐐抗比色法測(cè)定磷濃度為平衡液磷濃度，利用差減原理計(jì)算出土壤吸附磷量。土壤磷的等溫解吸待吸附試驗(yàn)完成后傾倒出上清液，加入飽和的NaCl溶液20mL,充分搖勻，離心5min（4000r/min），棄掉上清液，重復(fù)2次，以便清洗掉殘留的磷酸鹽。分別向每個(gè)離心管中加入0.01mol/LKC1溶液30mL，加氯仿2滴，置于25°C恒溫振蕩器中以200r/min的速度振蕩24h，振蕩結(jié)束再以4000r/min速度離心10min，取上清液用車目鐐抗比色法測(cè)定磷濃度為土壤解吸磷量。1.3計(jì)算方法Langmuir模型［10°:C/Q=C/Q+1!（KxQ） （1）式中：L為平衡液的磷濃度（mg/L）,Q為土壤磷的吸附量（mg/kg）,Qm為磷最大吸附量（mg/kg）,K為吸附親和力常數(shù)。C/pQC成直線線性關(guān)系，1/Q是直線的斜率，1/（KxQm）是直線的截距。TOC\o"1-5"\h\z土壤磷最大緩沖容量（MBC）=KxQm （2）式中：MBC的單位為mg/kgo土壤磷吸附飽和度（DPS）=（有效磷含量/Qm）x100% （3）土壤磷解吸率（DR）=（解吸磷量/吸附磷量）x100% （4）1.4數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)利用Excel2016進(jìn)行整理、分析與繪圖。2結(jié)果與分析2.1土壤磷的等溫吸附特征土壤磷的等溫吸附特征曲線如圖1所示，土壤磷吸附量整體上隨著平衡液磷濃度的增大而呈增加的趨勢(shì)。平衡液磷濃度小于2mg/L時(shí)，土壤磷的等溫吸附曲線走勢(shì)較陡峭、斜率較大,表明土壤磷吸附量不斷增加且吸附速度較快；平衡液磷濃度大于2mg/L時(shí)，土壤磷的等溫吸附曲線走勢(shì)略微變緩、斜率略微變小，表明土壤磷吸附量仍然保持持續(xù)增加的趨勢(shì),但吸附速度減慢。在試驗(yàn)中磷加入量達(dá)到最大量時(shí)，土壤對(duì)磷的吸附仍未達(dá)到飽和狀態(tài)。土壤磷的等溫吸附參數(shù)采用Langmuir模型方程擬合土壤磷的等溫吸附曲線變化特征及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表2所示，得到擬合方程為C/Q=0.0002C+0.0014,決定系數(shù)W2為0.9022,可以看出Langmuir模型方程可以較好地?cái)M合土壤磷的吸附特征。土壤對(duì)磷的吸附親和力常數(shù)K為0.143,磷最大吸附量Qm為5000mg/kg，磷最大緩沖容量MBC為714.286mg/kg,磷吸附飽和度DPS為0.258%。土壤磷的等溫解吸特征土壤磷的等溫解吸特征曲線如圖2所示，土壤磷解吸量整體上隨土壤磷吸附量的增大而呈增加的趨勢(shì)。磷吸附量小于1000mg/kg時(shí)，土壤磷的等溫解吸曲線走勢(shì)較陡峭、但斜率逐漸變小，可見磷解吸量增加但解吸速度逐漸變慢;磷吸附量在1000~2000mg/kg時(shí)，土壤磷的等溫解吸曲線走勢(shì)趨于平緩;磷吸附量大于2000mg/kg時(shí),土壤磷的等溫解吸曲線走勢(shì)較陡峭、斜率逐漸變大，可見磷解吸量增加且解吸速度逐漸變快。表2土壤磷Langmuir吸附方程及相關(guān)參數(shù)材料Langmuir方程KQm(mg/kg)MBC(mg/kg)DPS(%)土壤C/Q=0.0002C+0.00140.90220.1435000714.2860.258500 1000 1500 2000 2500 3000土壤磷吸附量(mg/kg)圖2土壤磷的解吸曲線土壤磷的等溫解吸率土壤磷的等溫解吸率的變化結(jié)果如圖3所示。土壤磷的解吸率在加入磷濃度小于70mg/L時(shí)，隨著加入磷濃度的增加呈持續(xù)降低的趨勢(shì),由0.92%降低到0.48%;在加入磷濃度大于70mg/L時(shí),隨著加入磷濃度的增加呈持續(xù)升高的趨勢(shì),由0.48%升高到0.61%。低,是土壤吸附磷的強(qiáng)度因素；磷最大吸附量仇反映了土壤膠體吸附點(diǎn)位的多少，是土壤吸附磷的容量因素［13］o強(qiáng)度因素和容量因素共同決定了土壤磷最大緩沖容量MBC,該值越大，表明土壤吸附固定磷的能力越強(qiáng)。土壤磷吸附飽和度DPS是判斷土壤磷流失風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)指標(biāo)［14］。該值越小，表明土壤磷流失風(fēng)險(xiǎn)越小,土壤對(duì)磷的吸附能力越大.土壤磷解吸是土壤磷被釋放到土壤溶液中的過程，是吸附的逆向過程。然而土壤中的吸附態(tài)磷并不能全部被重新解吸，研究中土壤磷的解吸率最高不足1%。其原因可能是吸附磷形成了環(huán)狀結(jié)構(gòu)而不能被解吸，也可能是由于吸附態(tài)磷通過擴(kuò)散作用進(jìn)入了鐵鋁氧化物的深層而失去了解吸能力回。綜上所述，重度蘇打鹽堿土壤磷的吸附能力較強(qiáng)、解吸能力較弱，加入的磷被土壤強(qiáng)烈吸附固定。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)采取有效措施降低土壤對(duì)磷的吸附，以提高磷的有效利用率。3結(jié)論與討論磷在土壤中總是處于被土壤膠體吸附與解吸的動(dòng)態(tài)變化過程中，等溫吸附曲線較好地描述了在恒定溫度條件下磷被土