磷酸盐对旱地红壤微团聚体的分散-凝聚作用研究

论文总字数：10145字

目 录

摘要： 1

引言 3

1 材料与方法 4

1.1土壤样品的采集与制备 4

1.2土壤微团聚体悬液的制备 4

1.3测试指标与方法 4

2 结果与讨论 4

2.1供试土壤基本理化性质 4

2.2不同浓度磷酸盐对红壤微团聚体悬液浊度的影响 5

2.3不同浓度磷酸盐对红壤微团聚体悬液pH的影响 6

2.4不同浓度磷酸盐对红壤微团聚体悬液电导率的影响 7

2.5红壤微团聚体悬液中磷酸盐浓度的变化 9

3讨论 10

4 结论 10

参考文献 10

致谢 12

磷酸盐对旱地红壤微团聚体的分散-凝聚作用初探

马世杰

, China

Abstract: Long-term application of P fertilizer can significantly improve the aggregation structure in upland red soil, generally regard as it due to the increase of organic matter and the change of biological active substance. But the effect of phosphate on the surface electrochemical characteristics of soil particles was neglected. Therefore, the red soil under the eroded land, broad leaved forest and pine forest were chose to get the micro-aggregates (lt;0.25 mm). The pH, electric conductivity and turbidity of micro-aggregates solution with different phosphate concentration were determined along with quiescent time.Our research found that the phenomenon of dispersion-flocculation of soil micro-aggregates solution appeared with the increase of phosphate added concentration and the quiescent time. Macro-aggregate solution pH decreased with the increase of added phosphate concentration, but the electrical conductivity of soil micro-aggregates solution increased. The change trend of turbidity was "low - high - low". The suspension pH no obvious changed with time. The electric conductivity no obvious changed at low added phosphate concentration, but increased with time at high added phosphate concentration.

Key words: Phosphate; red soil; micro-aggregate; dispersion- flocculation

引言

红壤是中国南方亚热带地区重要的粮食与经济作物生产基地，是典型的可变电荷土壤，常年受亚热带高温多雨的气候条件影响，与国际土壤系统分类中的老成土相当^[1]。红壤壤具有高度风化，脱硅富铝化程度高，氧化铁、铝含量丰富、继承性肥力较低、固磷能力强等特点^[2]。土壤团聚体则是良好土壤结构维护与恢复的重要物质基础与基本单元，其粒径组成、稳定性大小及其微结构特征对土壤水分运移、养分循环和微生物活动等具有重要意义^[3]。团聚体稳定性遭到破坏后，土壤颗粒尤其是胶体级别的颗粒会随着流水携带氮、磷等营养物质进入环境，并引发土壤退化和水体富营养化，而磷酸盐可使土壤颗粒表面带负电荷，影响着土壤大小团聚体的形成与稳定调控着土壤磷素力的提高与水分的有效供应，红壤施用磷肥是土壤团聚结构培育、土壤可持续使用与管理中重要的方面，是提高红壤保水能力、确保以团聚体为载体的养料有效供应及为微生物提供充足通风条件等各种其它重要土壤功能发挥的重要农艺措施。

有研究表明，磷肥的长期施用虽然可显著提高红壤中粒径gt; 0.25 mm大团聚体的数量，但却极易导致土壤结构稳定性降低，土壤lt;0.25 mm微团聚体数量显著增多^[4]。有研究认为施磷可以显著促进酸性土壤团聚结构的形成^[5]，也有研究认为磷酸盐吸附量达到一定数量时，即土壤颗粒表面正电荷被磷酸根中和变为零时，继续吸附的磷酸盐将使土壤颗粒表面带有净负电荷，从而增大土壤颗粒间的排斥力、使土壤颗粒分散、胶体移动性增强、团聚结构破坏^[6]。Shanmuganathan和Oades(1983)，Lima(2000)、Lagaly和Ziesmer(2003)等人的研究已经发现磷酸盐吸附能够增加土壤的负电荷密度从而影响絮凝-分散现象^[7]。Celi等(2000)发现施肥点附近高磷酸盐添加粒子能引起氧化物表面附近扩散层压缩，由于静电斥力减少而导致增加磷酸盐吸附^[8]。因此，探明不同浓度的磷酸盐对红壤微团聚体的分散-凝聚作用，对防止水土流失以及因胶体浸出导致磷损失防控具有重要的科学价值。因此，本文以侵蚀地红壤、阔叶林红壤及马尾松林红壤为研究对象，观察添加不同浓度的磷酸盐溶液后，红壤微团聚体悬液的pH值、电导率及浑浊度变化，初步探讨了磷酸盐对红壤微团聚体的分散-凝聚作用。

1 材料与方法

1.1土壤样品的采集与制备

在江西省鹰潭农田生态系统国家野外研究站(北纬28°04′~28°37′，东经116°41′~117°09′) 外随机选取由第四纪红黏土发育形成的自然侵蚀地、马尾松林、混交林等3种土地利用方式下的旱地红壤。每个样地设置5 m × 5 m的样方，然后在样方采取表层(0-15 cm)土壤样本10~15点，混合均匀后用四分法1 kg左右土壤带回室内，风干，磨细，保存备用。

1.2土壤微团聚体悬液的制备

称取过2-mm筛的风干土壤20克，其6份，分别加入0，50，100，200，400，600 mg P L^-1的磷酸盐溶液1000 mL，室温下浸泡30分钟后，用0.25 mm的筛子将gt; 0.25mm的团聚体收集、烘干、称重、备用。将lt;0.25mm团聚体溶液置于烧杯中，制成悬浮液，并静置观察1，2，3，4，5个小时后悬液的pH值、电导率、浑浊度及溶液中磷的含量。

1.3测试指标与方法

土壤微团聚体悬液的pH值采用电位法测定；土壤微团聚体悬液电导率采用Alalis CD510 精密电导仪测定；土壤微团聚体悬液中磷的含量采用钼锑抗比色法测定；土壤微团聚体悬液透光度采用751分光光度计测定。

2 结果与讨论

2.1供试土壤基本理化性质

从表1可以看出，试验所选择的三种利用方式下的红壤pH值均小于5.0，是典型的酸性土壤，pH值大小变化依次为侵蚀地红壤(pH=4.63) gt; 阔叶林地红壤(pH=4.18) gt; 马尾松林红壤(pH=4.14)。土壤有机质的含量大小依次为混交林地红壤(18.1 g kg^-1)gt;马尾松林红壤(10.8 g kg^-1)gt;侵蚀地红壤(4.29 g kg^-1)。可见，混交林红地更利于土壤有机质的累积，而侵蚀地红壤由于长期表层土壤流失且无植物生长，导致了土壤有机质含量极低。对于土壤全磷来说，侵蚀地红壤(113 mg kg^-1)gt;混交林地红壤(93.5 mg kg^-1)gt;马尾松林地红壤(53 mg kg^-1)。

表1 供试土壤pH值、有机质及全磷含量

2.2不同浓度磷酸盐对红壤微团聚体悬液透光度的影响

浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度，它不仅与悬浮物的含量有关，而且还与水中杂质的成分、颗粒大小、形状及其表面的反射性能有关。在本实验中，我们将通过溶液的透光度值大小来判断土壤微团聚体的分散-凝聚现象。实验发现（图1），侵蚀地红壤微团聚体颗粒在不同浓度的磷酸盐溶液中的沉降速度明显不同，在磷酸盐浓度较高的条件下，侵蚀地红壤微团聚体悬液的沉降速率明显低于不加磷酸盐的悬液，这表明加入磷酸盐后侵蚀地红壤微团聚体呈分散状态，此时透光度值明显降低。

图1 不同磷酸盐浓度的侵蚀地红壤微团聚体悬液沉降图

当磷酸盐浓度为50 mg P L^-1时，侵蚀地红壤微团体悬液的透光度值最低（9.8%），表明侵蚀地红壤微团聚体颗粒受磷酸盐浓度影响较大，分散现象明显，随后，透光度值增大；当溶液磷酸盐浓度达400 mg P L^-1时，透光度值达到最大值（39.2%），然后又呈现下降趋势。其中，溶液磷酸盐浓度为50-400 mg P L^-1时，磷酸盐浓度每增加100 mg P L^-1，悬液透光度值下降速率为0.084；磷酸盐浓度为400-600 mg P L^-1时，磷酸盐浓度每增加100 mg P L^-1，悬液浊度下降速率为0.072。而混交林及马尾松林红壤微团聚体悬液透光度变化不明显，这可能与有机质较多相关，阻碍了颗粒的分散絮凝所致。

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