[硕士论文] 有机质含量对土壤P吸附-解吸特性的影响 [复制链接]

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硕士论文-有机质含量对土壤P吸附-解吸特性的影响，共99页，67056字

摘 要

通过往石灰性黄潮土和砂姜黑土中添加不同量小麦秸秆粉，在 35℃条件下好气培养

1 年后，获得不同有机质含量梯度的两个土壤系列，研究了有机质含量对两种土壤磷（P）

吸附和解吸特性的影响，主要结果如下：

1．两种土壤对 P 的吸附率均随土壤有机 C 含量提高而呈现出先增加后降低的抛物

线变化趋势，与之相应，P 解吸率随土壤有机 C 含量提高而呈现出先降低后增加的抛物

线变化趋势。两种土壤 P 等温吸附热力学过程可分别用 Tempkin、Freundlich 和 Langmuir

方程进行拟合。但对于黄潮土，采用 Tempkin 方程进行拟合的效果最好，而对于砂姜黑

土，采用 Freundlich 方程拟合精度最高。黄潮土和砂姜黑土对 P 的最大吸附量(Xm)、

吸附结合能常数(K)、最大缓冲容量(MBC)、吸附饱和度(DPS)，及相同水土比下 P 解

吸浓度与有机 C 含量之间均呈出显著或极显著的二次抛物线关系。且对于每种土壤系

列，相同水土比下，P 解吸溶液浓度与 Xm、K、MBC 呈显著或极显著负相关，与 DPS

呈显著或极显著正相关。综上，在抛物线出现拐点之前，随土壤有机质含量的提高，土

壤对 P 的吸附能力增强，解吸能力降低，缓冲能力增强；在拐点出现之后，土壤对 P 的

吸附能力降低，解吸能力增强，缓冲性能降低。

2．两种土壤P吸附和解吸反应动力学曲线具有共性，即：前12 h土壤对P的吸附和

解吸量增长迅速，随着时间的延长(48-144 h)，曲线趋于平缓，吸附量和解吸量增加缓

慢，并逐渐达到平衡。因此，吸附和解吸均存在明显的快、慢两个过程。Elovich、双常

数、一级动力学和抛物线扩散四种动力学方程均能较好地拟合黄潮土和砂姜黑土对P的

吸附动态反应。Elovich、一级动力学、指数三种动力学方程可较好地拟合黄潮土和砂姜

黑土对P的解吸动态反应，其中一级动力学方程的拟合情况最佳。黄潮土和砂姜黑土在

48-144 h期间（尤其吸附和解吸反应接近平衡时）的P吸附和解吸动态反应随有机C含量

的提高呈显著或极显著的抛物线变化趋势，说明有机C含量对此阶段的P吸附-解吸影响

显著。

3．随有机C含量的提高，砂姜黑土P最大吸附量、吸附结合能常数、最大缓冲容量

均明显高于黄潮土，而其吸附饱和度低于黄潮土。这主要受两种土壤自身黏粒、CaCO3、

全P和速效P含量差别的影响。砂姜黑土相同水土比下，不同有机C含量的解吸P溶液差异

程度较小，而黄潮土的存在明显差异，说明有机C含量对黄潮土P吸附-解吸特性的影响

作用和调控能力强于砂姜黑土。

4．有机C含量对黄潮土有较好的影响作用和调控能力。黄潮土溶液浓度达到土壤P

素径流损失临界值1.0 mg/L时的P素需求量Pl随有机C含量的提高呈显著的先降低后增加

的抛物线变化趋势，此时，抛物线出现拐点前，随有机C含量的增加，土壤P迁移的环境

限制用量增加，土壤P迁移风险降低。黄潮土解吸曲线中，未添加秸秆处理的黄潮土有

机C含量为6.49 g/kg时，在水土比1到20范围内，土壤P解吸溶液浓度﹥1 mg/L，土壤P素

流失风险较大；当有机C含量增加到26.4 g/kg，土壤P吸附强度达到最大，解吸能力最弱，

随水土比的增大，土壤P解吸溶液浓度基本维持在0.3 mg/L，此时，土壤P素缓冲能力得

到增强，既可满足多数作物对土壤P素有效性的需求（0.2 mg/L），同时降低了P素流失

的风险。

5．黄潮土和砂姜黑土抛物线出现拐点前有机 C 含量的增加，引起 P 最大吸附量、

吸附结合能常数、最大缓冲容量的增加和吸附饱和度的降低，导致 P 解吸率的降低，尤

其是 P 最大缓冲容量的增加能够使土壤中的 P 素得到有效持续的释放，对土壤 P 素利用

率的提高和土壤 P 迁移损失风险的降低具有重要作用。

关键词：土壤有机质；磷；吸附；解吸；石灰性黄潮土；石灰性砂姜黑土；麦秸



目录

摘 要................I

ABSTRACT.III

1 前 言........... 1

1.1 立题依据及意义 ....... 1

1.2 文献综述 . 1

1.2.1 土壤中磷的吸附与解吸行为及其生态学意义....... 1

1.2.1.1 土壤中磷素的吸附与解吸行为（过程）........ 1

1.2.1.2 土壤磷吸附-解吸对植物磷营养的影响........ 13

1.2.1.3 土壤磷吸附-解吸对水体环境的影响............ 14

1.2.2 影响土壤磷吸附与解吸特性的因素... 15

1.2.3 有机质对土壤磷吸附与解吸特性的影响机理..... 17

1.2.4 影响有机质对土壤磷吸附与解吸特性作用的因素............... 20

1.2.5 问题与展望 ...... 22

2 材料与方法................. 25

2.1 供试土壤类型及其理化特性 ... 25

2.2 土壤有机质的培育 . 25

2.2.1 有机物料的选择及其基本性质........... 25

2.2.2 土壤有机物料添加量的确定及其依据................. 25

2.2.3 土壤有机质培育方法......... 26

2.2.4 培育结束后土壤有机质含量梯度的确定及其理化特性....... 26

2.3 土壤和麦秸理化特性测定方法 ................. 27

2.3.1 土壤基础理化性质的测定. 27

2.3.2 麦秸基础理化性质的测定. 27

2.4 土壤 P 吸附-解吸实验程序与结果分析方法 ............. 27

2.4.1 土壤 P 的等温吸附热力学. 27

2.4.2 土壤 P 的等温解吸热力学. 28

2.4.3 土壤 P 的等温吸附动力学. 28

2.4.4 土壤 P 的等温解吸动力学. 29

2.4.5 不同水土比下土壤 P 的解吸............... 29

2.5 试验数据处理 ......... 29

3 结果与分析................. 30

3.1 土壤 P 的吸附特征. 30

3.1.1 土壤 P 等温吸附曲线的绘制 .............. 30

3.1.1.1 各添加 P 溶液浓度下黄潮土和砂姜黑土平衡溶液 P 浓度.............. 30

3.1.1.2 各添加 P 溶液浓度下黄潮土和砂姜黑土的吸 P 量 ....... 30

3.1.1.3 黄潮土和砂姜黑土 P 吸附百分数 ................. 31

3.1.1.4 黄潮土和砂姜黑土 P 吸附百分数与有机 C 含量之间的关系 ......... 32

3.1.1.5 黄潮土和砂姜黑土 P 等温吸附曲线 ............. 33

3.1.2 土壤 P 等温吸附曲线与 Langmuir、Freundlich 和 Tempkin 方程的拟合................ 35

3.1.2.1 黄潮土和砂姜黑土等温吸附曲线与 langmuir 方程的拟合 ............. 35

3.1.2.2 黄潮土和砂姜黑土 P 等温吸附曲线与 Freundlich 方程的拟合 ...... 38

3.1.2.3 黄潮土和砂姜黑土 P 等温吸附曲线与 Tempkin 方程的拟合.......... 39

3.1.2.4 黄潮土和砂姜黑土 P 等温吸附曲线与上述三种方程的拟合情况比较分析.... 40

3.1.3 土壤 P 推荐需要量（Preq）和环境限制用量(Pl)的预测 ...... 41

3.1.4 土壤 P 吸附的动态过程 .... 43

3.1.4.1 不同时段土壤的吸 P 量 ............... 43

3.1.4.2 土壤 P 吸附动态曲线与 Elovich 方程、双常数方程、抛物线扩散方程和一级动力学方程的拟合 ...... 44

3.1.4.3 不同时段土壤 P 吸附量与有机 C 含量之间的关系 ....... 49

3.1.5 土壤 P 的吸附特征参数 .... 50

3.1.5.1 土壤 P 最大吸附量 ..... 51

3.1.5.2 土壤 P 吸附亲合力常数 ............... 52

3.1.5.3 土壤 P 最大缓冲容量 . 53

3.1.5.4 土壤 P 吸附饱和度 ..... 53

3.2 土壤 P 的解吸特征. 54

3.2.1 土壤 P 的解吸热力学 ........ 54

3.2.1.1 黄潮土和砂姜黑土解吸 P 量 ....... 54

3.2.1.2 土壤吸附 P 量与解吸 P 量之间的关系 ......... 55

3.2.1.3 土壤 P 解吸率与 P 吸附量之间的关系 ......... 55

3.2.1.4 土壤 P 解吸率与有机 C 含量之间的关系..... 57

3.2.2 土壤 P 的解吸动力学 ........ 57

3.2.2.1 不同时段土壤的解吸 P 量 ........... 57

3.2.2.2 土壤 P 解吸动态曲线与 Elovich 方程、指数方程的拟合 ............... 58

3.2.2.3 不同时段土壤 P 解吸量与有机 C 含量之间的关系 ....... 62

3.2.3 不同水土比下土壤 P 的解吸 .............. 64

4 讨 论......... 68

4.1 两种土壤 P 吸附-解吸特性的比较 ........... 68

4.2 有机质含量对土壤 P 吸附-解吸特性的影响力及其机制 ........... 69

4.3 有机质含量对土壤 P 吸附-解吸特性影响的生态学意义 ........... 71

5 全文结论与创新.......... 73

5.1 主要结论 ................. 73

5.2 创新点... 74

参考文献....... 75

致 谢............. 83

攻读硕士期间发表文章. 84

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