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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12h土壤对P的吸附和解吸量增长迅速,随着时间的延长(48-144h),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48-144h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1.0mg/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6.49g/kg时,在水土比1到20范围内,土壤P解吸溶液浓度>1mg/L,土壤P素流失风险较大;当有机C含量增加到26.4g/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0.3mg/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(0.2mg/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。