摘要 磷素是植物生長必需的三大營養(yǎng)元素之一，在植物生長發(fā)育過程中對植物的產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響。綜述了農(nóng)田土壤對磷的吸附和解吸機(jī)制等方面的研究進(jìn)展，分析土壤對磷的吸附和解吸影響因素，包括土壤類型、土地利用方式、施肥水平和土壤理化性質(zhì)，旨在為實(shí)際生產(chǎn)中磷肥的合理施用、高效利用和防止環(huán)境污染提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞磷吸附;磷解吸;農(nóng)田土壤

中圖分類號S153文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2019）01-0004-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.002

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

基金項目“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2016YFD0200401）。

作者簡介楊燕玲（1995—），女，河北邢臺人，碩士研究生，研究方向：北方葡萄提質(zhì)增效。

收稿日期2018-08-21

磷素是植物生長必需的三大營養(yǎng)元素之一，植物體內(nèi)所需要的磷主要是從土壤磷庫和磷肥中獲得，其供給的豐缺可直接影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。近年來，隨著農(nóng)田施磷水平的逐漸增加，農(nóng)田非點(diǎn)源磷對環(huán)境污染的威脅日漸凸顯[1]。當(dāng)前，隨著工業(yè)的發(fā)展，施入土壤的磷肥增加迅速，大大超出了植物生長所需，然而植物對這部分施入土壤中的磷肥當(dāng)季利用率很低[2]，這是因?yàn)槭┤朕r(nóng)田的磷肥在進(jìn)入土壤后，會產(chǎn)生一系列的反應(yīng)，比如化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)，但大多是物理化學(xué)反應(yīng)，這個過程中造成很多磷肥生成難溶性甚至不溶性的磷酸鹽，同時還會被土壤或礦物顆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儲備，導(dǎo)致植物無法利用[3]。了解農(nóng)田土壤中磷吸附和解吸的特性，不僅可為合理施用磷肥提供理論依據(jù)，而且對提高磷素的利用效率有重要意義。為此，針對農(nóng)田土壤對磷的吸附和解吸特性進(jìn)行綜述，以期為優(yōu)化農(nóng)田的施肥模式、提高磷肥的利用效率提供參考。

1土壤對磷的吸附與解吸機(jī)制

土壤對離子的吸附作用指的是溶液中的溶質(zhì)（離子或分子）在土壤固相與液相交界面處的富集現(xiàn)象，它也是指土壤固相與液相交界面附近溶液擴(kuò)散層部分的離子濃度與自由溶液中離子濃度的差值[4]。從微觀的角度來看，吸附現(xiàn)象應(yīng)該是膠體表面與擴(kuò)散層之間的離子濃度的差異，但一般所稱的吸附現(xiàn)象多是宏觀分析，它包括整個擴(kuò)散雙電層在內(nèi)的部分與自由離子濃度的差異。土壤吸附的反方向則為土壤對養(yǎng)分的解吸過程[5]。

土壤液相和固相中的磷素處于一個動態(tài)平衡的過程，因此磷的吸附和解吸也是一個可逆的過程，二者有著密切的關(guān)系。張新明等[6]研究廣東省酸性水稻土，結(jié)果表明，在同一供試水稻土的磷，它的解吸量與相應(yīng)的吸附量呈現(xiàn)極顯著的指數(shù)關(guān)系，并且與相應(yīng)的平衡溶液的濃度呈極顯著的線性關(guān)系。其研究還表明，在同一起始磷溶液濃度的條件下，供試土壤磷解吸量與相應(yīng)最大磷吸附量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，并且同一起始濃度下磷解吸量與相應(yīng)磷吸附飽和度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。

1.1土壤對磷的吸附機(jī)制

Bhatti等[7]研究表明，根據(jù)土壤中釋放的OH-與吸附的磷酸根的摩爾比可以得出，磷主要通過配位體交換而被吸附。夏漢平等[8]研究土壤對磷吸附的幾種可能機(jī)制。目前主要為廣大學(xué)者接受的是以下2種機(jī)制：專性吸附和非專性吸附。

專性吸附是指以H2PO4-為配位體，與土壤固相表面-OH或-H2O發(fā)生配位體交換而保持在土壤膠體表面的過程[9]。其具體的反應(yīng)機(jī)理如下：首先，H2PO4-與活性鐵鋁的OH-進(jìn)行配位交換，并釋放出OH-，形成單鍵吸附;其次，被吸附的磷酸根中的另一個OH-，脫質(zhì)子化釋放出一個H+;最后，進(jìn)行第2次配位體交換，進(jìn)一步釋放出OH-形成六邊形結(jié)構(gòu)的雙鍵吸附[10]。

非專性吸附是指由帶正電荷的土壤膠體通過靜電引力的吸附，其發(fā)生在膠體的擴(kuò)散層，與氧化物配位殼之間為1～2個水分子所隔，鍵合弱，易解吸或水洗出。凡體系的pH低于膠體電荷零點(diǎn)時，均可發(fā)生這一吸附[5]。

1.2土壤對磷的解吸機(jī)制

土壤中磷的解吸過程被認(rèn)為是吸附的逆向過程，也是比吸附更加重要的過程，因?yàn)樗粌H僅涉及到土壤吸附磷的再利用和提高土壤中磷的有效性，同時也涉及環(huán)境方面的問題[11]。當(dāng)然解吸過程并不是完全可逆的，被土壤吸附的磷素只是部分從膠體上被解吸到土壤溶液中[12]。了解解吸機(jī)制和了解吸附機(jī)制同等重要，原因在于解吸的快慢和多少直接關(guān)系到磷素從固相補(bǔ)給到液相的快慢和緩沖能力大小，進(jìn)而影響磷素對植物的有效性[13]。大量研究表明，磷酸鹽的解吸機(jī)制一般分為擴(kuò)散、競爭和溶解3種。Kuo等[14]

利用粒子交換樹脂的方法研究土壤中磷的解吸時發(fā)現(xiàn)它的解吸速率主要由磷酸根離子在樹脂粒子之間的擴(kuò)散控制，而不是受化學(xué)反應(yīng)影響。Singh等[15]證明亞硒酸根能與磷和硫酸根離子競爭土壤中的吸附點(diǎn)位，從而加速吸附磷的解吸。

2土壤磷吸附解吸的影響因素

影響土壤對磷吸附解吸的因素有很多，很多學(xué)者也對此進(jìn)行了深入的研究，主要影響因素包括土壤類型和質(zhì)地、土地利用方式、施肥水平、土壤中的鐵鋁氧化物、土壤溫度、土壤pH等。

2.1土壤類型

大量研究表明土壤對磷的吸附解吸過程受土壤類型的影響。夏瑤等[16]研究表明，水稻土吸附磷的最大量與黏粒含量呈正相關(guān)。宮春艷等[17]采用等溫吸附法研究紅壤和褐土中磷素的吸附特性，并分析磷吸附后鎘離子的吸附—解吸特征，發(fā)現(xiàn)在外源磷濃度0～64 mg/L范圍內(nèi)，紅壤對磷的最大吸附量及吸附反應(yīng)常數(shù)（K）均高于褐土。曹志洪等[18]研究黃土性土壤及作為對照的中性水稻土和酸性紅壤對磷的吸附與解吸特性，發(fā)現(xiàn)與酸性紅壤相比，黃土性土壤是一種弱吸磷能力的土壤，但是其對吸附磷的解吸能力很強(qiáng)。

2.2土地利用方式

秦勝金等[19]研究閩江流域土壤對磷的吸附解吸特征，發(fā)現(xiàn)蔬菜地土壤的吸附率遠(yuǎn)低于其他土壤，而水田和林地土壤的吸附能力略強(qiáng)，并且土壤吸附能力越弱對磷的解吸能力越強(qiáng)，不同利用方式土壤磷的解析率表現(xiàn)為菜地>水田和林地>旱地、茶園和果園。肖懿等[20]在對丘陵區(qū)紫色土堆磷的吸附解吸特征的研究中發(fā)現(xiàn)，石灰性林地土壤對磷素吸附容量最大，中性農(nóng)地和林地的土壤次之，酸性土壤最低。楊小燕等[21]研究表明，落葉松人工林土壤吸附磷量和磷的吸附率均高于未經(jīng)開墾的黑土。邱亞群等[22]研究認(rèn)為，旱地對磷的吸附無論在強(qiáng)度還是容量方面均大于同母質(zhì)的水田土壤，而解吸率隨著吸附量的增加而增大，其大小為旱地<水田，并且不同利用方式土壤磷吸附解吸特性差別較大。

2.3施肥水平

趙慶雷等[23]研究認(rèn)為長期有機(jī)物循環(huán)配施化肥顯著降低0～20 cm土壤磷的吸附量，無肥基礎(chǔ)上的有機(jī)物循環(huán)利用效果次之，單施化肥無明顯效果。各施肥模式對20～40 cm土壤磷的吸附特性影響較小。賀春鳳等[24]研究表明，施加秸稈的改良材料可以顯著地提高砂質(zhì)土壤對磷的吸附效率，同時降低解吸率，可以顯著地增加吸附常數(shù)（K）和最大緩沖容量（MBC），減小磷的最大吸附量（Xm）。羅敏等[25]研究不同肥力地婁土的顆粒分布以及不同顆粒對磷素的吸附和解吸規(guī)律，發(fā)現(xiàn)高肥力的地婁土中中等大小的土壤顆粒增多，會使磷的吸附量有所減少，但會使磷的解吸量增大。

2.4土壤理化性質(zhì)

2.4.1土壤中的鐵鋁氧化物。

鐵鋁氧化物是廣泛存在于中性和酸性土壤中的礦物，赤鐵礦、針鐵礦以及無定形的氫氧化鐵都具有納米尺度，而且比表面積都很大，具有很強(qiáng)的吸附能力。更重要的是鐵氧化物在土壤中的含量高，具有較高的活性，它的形態(tài)會隨著環(huán)境的改變而轉(zhuǎn)變[11]。Young等[26]認(rèn)為淹水條件下，土壤中的三價鐵氧化物會被還原為二價鐵氧化物，使其吸附能力降低。王慧等[27]研究發(fā)現(xiàn)，氧化鐵—胡敏酸復(fù)合物的形成能夠增強(qiáng)對磷的吸附能力，并且針鐵礦復(fù)合物的吸附能力比赤鐵礦復(fù)合物的吸附能力大，均為多層吸附過程。謝晶晶等[28]研究認(rèn)為，無定形氫氧化鐵、合成氧化鐵黃、針鐵礦和赤鐵礦對磷的吸附符合Freundlich等溫方程，其中無定形氫氧化鐵對磷酸根的吸附能力最強(qiáng)，其次是氧化鐵黃和針鐵礦，赤鐵礦的吸附能力最差。

2.4.2其他理化性質(zhì)。

陳波浪等[29]研究不同質(zhì)地棉田土壤對磷素吸附解吸的影響，發(fā)現(xiàn)磷吸持指數(shù)（PSI）、土壤最大緩沖容量（MBC）和吸附量均隨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、解吸率和標(biāo)準(zhǔn)需磷量（SPR）呈下降趨勢，即砂壤土>壤土>黏土。陳亞東等[30]研究表明，氧化還原條件會對土壤磷的吸附解吸產(chǎn)生影響，淹水還原條件下，濕地土壤對磷的最大吸附量和解吸率比淹水前分別降低了9.5%和16.3%，吸附解吸平衡濃度升高，平均增加158.8%。

3展望

迄今為止，學(xué)者們已經(jīng)在土壤對磷的吸附解吸特征方面進(jìn)行了大量的研究，但是卻對磷的吸附解吸特征與磷有效化系數(shù)的關(guān)系方面的研究很少，對特定地區(qū)該方面的研究更少。土壤磷活化系數(shù)（PAC）是有效磷與全磷的比值，它可以很好地表征土壤中磷素有效性，PAC越高，表示全磷轉(zhuǎn)化率就越高，這對于研究有效磷效率具有重要意義，也可以從某個側(cè)面反映土壤磷素的有效性。此外，還應(yīng)該加強(qiáng)長期定位研究對土壤磷素吸附解吸特征的影響。長期定位研究有很多優(yōu)點(diǎn)，也更具代表性，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供更好的依據(jù)。

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