模擬酸雨、磷肥對紅壤鐵氧化物及速效磷的影響

邵興華，林 弘，王艾平

(上饒師范學院 生命科學學院，江西上饒334001)

模擬酸雨、磷肥對紅壤鐵氧化物及速效磷的影響

邵興華，林 弘，王艾平

(上饒師范學院 生命科學學院，江西上饒334001)

為闡明酸雨、磷肥對鐵氧化物和速效磷的影響，進一步揭示鐵氧化物和磷的交互作用。以種植蔬菜5年，拋荒2年的旱地紅壤為研究對象，研究了施磷肥后經(jīng)不同強度和持續(xù)時間的模擬酸雨浸泡、速效磷、游離鐵氧化物、無定形鐵氧化物對模擬酸雨、磷肥的響應。結(jié)果表明：速效磷隨施磷量、酸化天數(shù)的增加而增加，磷肥對速效磷的影響大于酸對速效磷的影響；磷肥對游離鐵氧化物、無定形鐵氧化物的影響不顯著，不同強度酸作用下，土壤游離鐵氧化物表現(xiàn)為：9 d>3 d>15 d>6 d，無定形鐵氧化物表現(xiàn)為：6 d>15 d>9 d>3 d；酸化作用下游離鐵氧化物與無定形鐵氧化物存在此消彼長的關(guān)系，鐵氧化物形態(tài)的轉(zhuǎn)化影響磷的釋放，無定形鐵氧化物的釋放促使了磷的釋放。

模擬酸雨；游離鐵氧化物；無定形鐵氧化物；速效磷

鐵、鋁氧化物有很強的磷吸附能力，大部分施入土壤中的磷被固定，不能被當季作物所利用[1]。就酸化對土壤磷、鐵氧化物的影響及二者關(guān)系這個問題，國內(nèi)外學者開展了大量研究。徐華勤等[2]研究表明，一定強度(pH≥4.0)的酸雨脅迫能有效促進速效磷的釋放，pH<4.0時速效磷的釋放隨pH值的降低而受到抑制。然而，Liang X Q等[3]研究了pH1.4～9.9的溶液對土壤釋磷能力的影響，發(fā)現(xiàn)pH4.6～6.0時，磷的釋放量低于5.5 mg/kg土壤，當pH<4.6、pH>6.0時磷的釋放量增加，說明高的pH和低的pH均促進土壤中磷的移動，低的pH引起磷釋放量增加可能是由于與磷共存的無機礦物質(zhì)在酸的作用下溶解所致，高的pH引起磷的釋放是由于靜電排斥以及與磷共存的有機包被物的溶解所致。曾曙才等[4]發(fā)現(xiàn)pH2.0～7.0的模擬酸雨對赤紅壤磷淋失的影響有限，可能是酸雨致土壤酸度增加，使活性鐵和鋁氧化物溶解，土壤固磷能力增加，磷的移動性下降。然而，楊芳等[5]對紅壤地區(qū)土壤吸磷能力的研究表明，活性鐵對磷素吸附能力影響不顯著，pH值對紅壤旱地吸磷能力影響也不顯著。鐵的釋放與pH值有關(guān)，強酸性條件下，鐵的溶解增加，而且酸性條件下的強還原性環(huán)境更有利于土壤中不溶性鐵向可溶性鐵轉(zhuǎn)化，特別是無定形鐵氧化物隨酸化強度增加而增加，游離鐵氧化物量反而有所減少[6]。由此可見，學者們就pH值對磷、鐵氧化物的影響的研究結(jié)果并不完全一致。施肥對磷的影響很多學者進行了大量研究，結(jié)果基本一致，施肥增加土壤中速效磷量[7,8]。對于磷肥、酸脅迫同時存在情況下，速效磷、鐵氧化物的變化及相互關(guān)系的研究較少，現(xiàn)實中這二種情況常常同時存在。本研究以江西省上饒地區(qū)旱地紅壤為研究對象，分析不同磷肥用量、酸化強度和酸化時間對速效磷及鐵氧化物的影響，探討速效磷、鐵氧化物酸化、磷肥的響應，進一步揭示鐵氧化物、磷之間的交互關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 土壤準備與化學分析

供試土壤為普通旱地紅壤。取土時間為2014年6月，試驗取土點曾經(jīng)種植蔬菜5年，取樣時已拋荒2年。取土時用土鉆梅花形取樣(0～20 cm)，將所取10多個土樣帶回室內(nèi)混勻去掉枯枝落葉、碎石，自然風干過2mm篩備用。采用魯如坤[9]的方法測定土壤基本理化性質(zhì)，所有測定項目為3次重復的均值。土壤基本理化性質(zhì)：有機質(zhì)0.35 g/kg，pH(H2O)6.81，電導率75.8 μs/cm，粘粒493 g/ kg，CEC 10.4 cmol/kg，游離氧化鐵14.8 g/kg，無定形氧化鐵0.097 g/kg。

1.2 模擬酸雨的配制與試驗設計

首先配制0.1 mol/L H2SO4、0.1 mol/L HNO3原液，按照H2SO4、HNO3摩爾濃度比4∶1，用去離子水分別將酸原液逐步稀釋配制成pH3.6，pH4.5的模擬酸雨和pH5.6的對照溶液[10]，不同pH值酸液中其他離子的含量分別為：K+7.8 μmol/L；Na+20 μmol/L；Ca2+33 μmol/L；Mg2+5 μmol/L；NH4+43 μmol/L；Cl-20 μmol/L；F-8.3 μmol/L。

試驗設置了5個施肥處理(見表1)，分別為不施肥(CK)，無P肥(P0)，低P肥(P1)，中P肥(P2)，高P肥(P3)；N肥為尿素，P肥為磷酸二氫鉀，K肥為氯化鉀。除不施肥外，另外4個施肥處理N、K肥施用量均相同，因P肥為磷酸二氫鉀，在施P肥的同時會帶入K肥，扣除施磷肥帶入的鉀肥，因此K肥用量表現(xiàn)為施P肥越多，K肥用量越少。土肥混合均勻后，加適量蒸餾水使土壤含水量達80%田間持水量，于培養(yǎng)箱中恒溫25℃封口預培養(yǎng)15 d后自然風干，用于酸雨培養(yǎng)試驗。

稱取上述培養(yǎng)好的土壤30 g，加150 mL配制好的模擬酸雨溶液(液土比為5∶1)，連續(xù)培養(yǎng)3 d、6 d、9 d、15 d，每個處理重復3次。待培養(yǎng)結(jié)束后離心去上清液，離心后的土樣風干，過60目篩分別測定速效磷、無定形鐵氧化物、游離鐵氧化物。

土壤無定形鐵氧化物、游離態(tài)鐵氧化物的提取分別采用pH3.2草酸-草酸銨緩沖液，連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉法提取，不同形態(tài)鐵的測定均采用啉啡羅啉比色法，速效磷采用0.5 mol/L碳酸氫鈉提取法[9]。

表1 施肥處理

1.3 數(shù)理統(tǒng)計方法

試驗結(jié)果為3次重復的均值，用DPS軟件進行統(tǒng)計分析，不同處理間比較，采用Duncan法進行檢驗(P<0.05)，相關(guān)分析采用Person法。文中的圖用Origin Pro8.5軟件制作。

2 結(jié)果

2.1 速效磷的動態(tài)變化

隨磷肥施用量的增加，速效磷在波動中增加(圖1)。同一施肥處理，由pH3.6 、pH5.6酸化處理中可知，隨酸化天數(shù)增加，速效磷量增加。pH3.6時，P2、P3施肥處理的速效磷均顯著高于CK、P0、P1施肥處理的速效磷，同時P3處理速效磷顯著高于P2處理的速效磷；酸液酸化3 d的速效磷顯著低于9 d、15 d的，6 d的速效磷顯著低于15 d的。pH4.5時，酸化天數(shù)間速效磷量差異不顯著，P3施肥處理的速效磷顯著高于CK、P0、P1的速效磷。pH5.6時，磷肥對速效磷的影響與pH4.5時的情況相同，P3的速效磷顯著高于CK、P0、P1的速效磷；酸化3 d速效磷顯著低于6 d、15 d，酸化9 d的速效磷顯著低于15 d。

圖1 土壤速效磷的變化

2.2 游離氧化鐵的動態(tài)變化

土壤分別酸化3 d、6 d、9 d、15 d，不同強度酸(pH3.6、pH4.5、pH5.6)處理土壤后，各處理游離氧化鐵從高到低的變化規(guī)律是一致的(圖2)。經(jīng)不同pH值酸液酸化，土壤中游離氧化鐵的變化依次為：9 d>3 d>15 d>6 d。統(tǒng)計分析表明，pH3.6、pH4.5方面，不同施肥處理間游離鐵氧化物無顯著差異。pH3.6時，酸化3 d、9 d鐵氧化物無顯著差異，6 d、15 d游離鐵氧化物均顯著低于3 d、9 d、15 d顯著低于6 d；而pH4.5表現(xiàn)為6 d、15 d無顯著差異，而9 d顯著高于其他處理，3 d顯著高于6 d、15 d。pH5.6酸液酸化得到的土壤，P2施肥處理游離氧化鐵顯著高于P3處理和不施肥(CK)；酸化3 d、15 d游離氧化鐵無顯著差異，酸化6 d游離鐵氧化物顯著低于3 d、9 d、15 d，酸化9 d游離鐵氧化物顯著高于酸化3 d、6 d、15 d。

圖2 土壤游離氧化鐵的變化

2.3 無定形氧化鐵的動態(tài)變化

經(jīng)pH3.6、pH4.5、pH5.6酸液分別酸化3 d、6 d、9 d、15 d，土壤中無定形氧化鐵從高到低的變化次序依次為：6 d>15 d>9 d>3 d(圖3)。統(tǒng)計分析表明，用pH3.6酸液浸泡土壤后，P3施肥處理無定形鐵氧化鐵顯著高于CK(不施肥)，而P0、P1、P2處理間且分別與CK、P3處理均差異不顯著；酸化3 d無定形鐵氧化物顯著低于6 d、15 d，而酸化9 d與酸化3 d、15 d鐵氧化物間差異不顯著，酸化9 d與酸化6 d無定形鐵氧化物差異顯著。pH4.5酸液浸泡土壤，各施肥處理無顯著差異；酸化3 d無定形鐵氧化物顯著低于6 d。pH5.6酸液浸泡土壤與經(jīng)pH4.5酸液浸泡的土壤一樣，不同施肥處理間無定形氧化鐵無差異；酸化6 d無定形氧化鐵顯著高于9 d，其他酸化天數(shù)間差異不顯著。

圖3 土壤無定形氧化鐵的變化

2.4 鐵氧化物與速效磷的相關(guān)分析

相關(guān)性分析表明(見表2、表3)，酸化條件下游離氧化鐵、無定形氧化鐵呈顯著或極顯著負相關(guān)，速效磷與無定形氧化鐵正相關(guān)，而與游離氧化鐵負相關(guān)。在表3中只顯示了不同酸化天數(shù)CK，P0施肥處理下，游離氧化鐵(無定形氧化鐵)與速效磷的相關(guān)性，這二種施肥處理為沒有施磷肥的處理，從相關(guān)分析結(jié)果可以看出土壤中速效磷與二種形態(tài)氧化鐵的較一致的交互關(guān)系；P1、P2、P3這三種施肥處理分別為低P、中P、高P，施P肥后，二種鐵氧化物與速效磷的相關(guān)性受到磷肥的強烈影響，此時的相關(guān)系數(shù)不能正確反映二種形態(tài)鐵氧化物與速效P的關(guān)系，因此在表中沒有提到。

表2 不同酸化天數(shù)游離氧化鐵、無定形氧化鐵的相關(guān)系數(shù)

**0.01極顯著性水平，*0.05顯著性水平,以下同。

表3 不同酸化時間游離氧化鐵(無定形氧化鐵)與速效磷的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

土壤速效磷隨施磷量的增加而增加；土壤分別經(jīng)pH3.6、pH4.5、pH5.6酸雨酸化，均表現(xiàn)為酸雨浸泡時間增加，速效磷亦增加，pH值的變化對速效磷的影響處理間差異不顯著。土壤淹水時間增加，磷有效性提高，受兩種可能因素的影響，一是漬水后引起土壤pH升高，促使磷酸鹽的水解作用加強，從而提高其有效性；另一是漬水后由于土壤微生物和有機質(zhì)的作用，土壤氧化還原電位降低，使磷酸高鐵被還原，從而提高磷酸鐵的有效性。對于無定形的磷酸鐵化合物，由于土壤漬水后pH升高至pH6以上，就可能導致磷有效性的增加[11]。

鐵是淹水土壤中化學行為最易發(fā)生變化的元素之一。本試驗中所選土壤為旱地土壤，因此游離氧化鐵量遠遠高于無定形氧化鐵，不同pH值酸雨影響下，無定形鐵氧化物、游離鐵氧化物表現(xiàn)出了相反的變化趨勢，即在相同條件下無定形鐵氧化物增加，游離鐵氧化物則減少。郭杏妹等[6]對紅壤酸化過程中鐵鋁氧化物礦物形態(tài)變化的研究中發(fā)現(xiàn)，游離鐵氧化物隨酸雨浸泡時間的增加而緩慢下降；無定形鐵氧化物隨時間的增加變化不大，略微有所增大。總的看來，酸化時間對無定形鐵氧化物，游離鐵氧化物形態(tài)變化的影響作用最大，施肥和pH值變化對二種鐵氧化物形態(tài)變化的影響作用次于酸化天數(shù)對它們的影響。

酸化和氧化還原交替存在促使了游離氧化鐵、無定形氧化鐵間的相互轉(zhuǎn)化；無定形鐵氧化物的增加是以游離鐵氧化物的減少為代價，蔣柏藩[11]指出對于無定形的磷酸鐵化合物，由于土壤漬水后pH值升高至pH6以上，就有可能導致其有效性的增加，表現(xiàn)為無定形氧化鐵增加時，速效磷也隨之增加，由于漬水還原而形成的這種磷酸鹽的活性比晶形的磷酸鐵將有極顯著的提高，當土壤存在漬水還原情況時，無定形的磷酸鐵化合物可以作為一種有效磷源。本實驗只進行了短期內(nèi)酸化、磷肥對鐵氧化物、有效磷的影響研究，有必要對該過程進行長期地研究，實驗結(jié)果將更加有理論和實際價值。

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Effect of Simulated Acid Rain and Phosphorus Fertilizer on Iron Oxides and Available Phosphorus of Upland red Soil

SHAO Xing-hua, LIN Hong, WANG Ai-ping

(School of Life Science，Shangrao Normal University, Shangrao Jiangxi 334001, China)

In order to clarify the effect of acid rain and P fertilizer on iron oxide and P availability, and further disclose the interaction between iron oxide and P in the soil. The experiment was carried out using upland red soil. The soil which had grown vegetables for 5 years and been barren for 2 years was selected. Results shown available phosphorus increased with the increasing of phosphorus application and acidification days. Phosphorus application had a stronger influence on available phosphorus than acidification days. Phosphorus fertilizer had no significant effect on crystal iron oxide and amorphous iron oxide, and its influence was less than that of simulated acid rain solutions. After acidification, the amount of crystal iron oxide in the soil was 9 d>3 d>15 d>6 d，and amorphous iron oxide was 6 d>15 d>9 d>3 d. Two iron oxides had the relationship of this disappearing and that rising. The transformation of two iron oxides affected P availability. The release of amorphous iron oxide improved the release of available phosphorus.

imitated acid rain; crystal iron oxide; amorphous iron oxide; available phosphorus

2016-03-15

國家自然科學基金(41261074)；江西省教育廳基金(GJJ12605)

邵興華(1969-)，女，內(nèi)蒙集寧人，教授，博士，主要從事土壤、水環(huán)境方面的研究。E-mail:xinghuashao@126.com

S157.1

A

1004-2237(2016)03-0078-05

10.3969/j.issn.1004-2237.2016.03.017