磷酸盐氧同位素技术在土壤磷循环中的应用

磷是土壤生态系统中的重要组成元素,开展土壤磷循环研究对提高磷肥利用效率和降低磷的生态环境风险具有重要意义。磷酸盐氧同位素技术已经被证明是一种示踪环境中磷生物地球化学行为的有效方法。本文系统综述了磷酸盐氧同位素技术的研究进展和未来发展方向。详细介绍了磷酸盐氧同位素的技术原理、样品处理和测定方法;阐述了无机磷和有机磷的氧同位素特征及时空分布特征;从评估土壤磷微生物利用状况和示踪土壤磷循环两个方面探讨了磷酸盐氧同位素技术在土壤磷循环研究中的应用前景,分析了磷来源、环境条件、生物活动和样品前处理过程对土壤磷酸盐氧同位素特征的影响,最后展望了该技术未来的研究方向。以期为磷酸盐氧同位素技术在土壤学和环境科学领域的发展和应用提供新的视角和科学指导。     

盐酸提取的土壤无机磷酸盐中氧同位素分析

【目的】 磷酸盐中的P—O键在自然条件下稳定。磷酸盐中最重和最轻氧同位素 (18O和16O) 的比值,即δ18O-P,可以表征生态系统中磷的转化。由盐酸提取的土壤无机磷 (HCl-Pi) 难以被作物直接吸收利用,但在根系分泌物和土壤微生物的作用下,可转化为有效形态。建立δ18O-P测定方法可以为示踪土壤中HCl-Pi的循环、转化过程提供基础。 【方法】 本文选择潮土和黑土长期定位试验中NK (不施磷肥)、NPK (施用无机磷肥)、NPKM (施用无机磷肥 + 粪肥)、NPKS (NPK + 秸秆还田) 4个施肥处理土样,按照土壤磷化学分级方法逐级浸提,收集1 mol/L HCl浸提液,通过磷钼酸铵沉淀、磷酸铵镁沉淀等过程分离纯化其中磷酸盐,获得磷酸银沉淀,利用元素分析仪稳定性同位素比例质谱仪测定氧同位素组成δ18O-P值。 【结果】 磷酸盐经过分离纯化沉淀3个关键过程,回收率均达到92%以上,损失较少,未出现氧同位素分馏。X射线衍射仪和氧含量测定表明,实验获取磷酸银样品纯度较高。潮土与黑土各处理中HCl-Pi的δ18O-P值分别为17.21‰ 和17.90‰ (NK)、17.25‰ 和17.61‰ (NPK)、17.62‰和17.87‰ (NPKM)、17.95‰ 和17.70‰ (NPKS),4个施肥处理之间土壤δ18O-P值无显著差异。 【结论】 本研究建立盐酸提取土壤磷酸盐中氧同位素分析测定方法,可为农田土壤中磷的循环转化及其溯源研究提供技术支撑。      

石灰性土壤与磷酸盐的反应及吸持态磷的同位素交换性

本文研究了种石灰性土壤（Ｌｏｕ土）与磷酸盐的反应动态过程，短期反应的等温吸附研究表明，在低磷浓度下，以吸附反应机制为主，吸持态磷的同位素交换性随着吸持量的增加而增加；在高磷浓度下，以形成磷酸盐的沉淀反应机制为主，吸持态磷的同位素交换性随着反应时间的延长和吸持量磷数量的增加而了降低。认为在低施磷水平下，土壤中铁，铝氧化物对磷的吸持起重要作用。本文还探讨了在长期（２６０天）恒温恒湿培养过程中，土壤可溶     

磷酸盐在土壤中吸附与解吸研究进展

就国内外有关磷酸盐在土壤中的吸附与解吸的研究进行了简要的综述，重点是关于磷酸盐的吸附研究；包括磷酸盐在土壤中吸附的数学模拟，土壤吸附磷酸盐的机制、影响磷酸盐吸附的土壤组分、磷酸盐在土壤中解吸及其与吸附的关系以及有机无机土壤改良剂对磷酸盐吸附的影响，并提出了有待进一步研究的问题。     

根－土界面区域磷酸盐的分布和移动: Ⅱ. 土壤水分含量和磷酸盐施用量的影响

The phosphate in the soil-root interface zone under various soil water contents and application rates of phosphate was still of depletion distribution which could be described by a power function in the form of C/Co= ax^b(C/Co is the relative content of fertilized phosphate in a distance from the root surface x, a and b are the regression constants). The depletion rate of phosphate in soil near the root surface was higher and the depletion range was narrower under lower soil moisture. On the contrary, at higher soil water content the depletion range was wider, generally. The application rate of phosphate led to the greater depletion intensity of phosphorus was higher in the heavier texture soils. In general, the depletion intensity in the soils, which decreased with increasing clay content or increasing buffering power of soil, decreased in the order as loessal soil and black lou soil > lou soil > yellow cinnamon soil when 50 or 100 mg of phosphorus were applied in the form of KH₂PO₄. This result indicated that the phosphate distribution and its movement in the soil-root interface zone closely related with the buffering capacity of soil.     

利用氮、氧稳定同位素识别地下水硝酸盐污染源研究进展

氮污染特别是地下水硝酸盐污染已成为一个相当普遍而重要的环境问题。地下水硝酸盐污染与人类健康和环境安全密切相关。为控制地下水硝酸盐污染,最根本的解决办法就是找到硝酸盐的来源,减少硝态氮向地下水的输送。由于不同来源的硝酸盐具有不同的氮、氧同位素组成,人们利用NO3-中δ15N和δ18O开展了硝酸盐污染源识别研究。本文综述了利用氮、氧同位素识别地下水硝酸盐污染源及定量硝酸盐污染源输入的研究进展及目前存在的问题,并提出几个值得重视的研究方向。     

基于同位素标记和连续提取法研究磷基材料对土壤铅的钝化行为

通过同位素标记手段,并结合Tessier连续提取法,研究贝壳粉、磷酸氢二铵、羟基磷灰石以及这3种磷基材料的复合钝化剂对土壤Pb的钝化行为及其作用机理.结果发现,土壤中所有Pb形态都可被外加的富集206Pb同位素标记,但其中残渣态Pb较难与富集同位素交换,表明残渣态Pb在土壤中稳定性较强.添加磷基钝化剂(除羟基磷灰石外)...     

石灰和磷酸盐结合稳定石灰性重金属污染土壤的研究

为了探讨磷酸盐和石灰对重金属污染土壤的稳定效果,采用铅冶炼污染石灰性土壤(镉、铜、铅和锌全量分别为4.12、81.0、455和115 mg·kg-1)、设置磷酸盐和3个不同石灰用量及磷酸盐和石灰同时施用及间隔15 d施用的处理,培养后测定土壤性质。结果表明,两种添加剂间隔15 d施用且石灰用量为250和500 mg·kg-1时,土壤pH和磷有效性均高于同时施用处理。两种添加剂间隔15 d施用时,土壤镉有效性显著低于二者同时施用时(P<0.05,低6.63%～11.82%)、土壤锌有效性显著高于同时加入的处理(P<0.05,高17.64%～28.39%)。两种添加剂的不同施用方式对土壤铅和铜的有效性影响较小。石灰用量为1000 mg·kg-1且两种添加剂间隔15 d施用时,土壤镉和铅有效性最低。以上说明,对于石灰性镉污染土壤,磷酸盐和石灰的施用方式对土壤镉的稳定效果存在重要影响。     

稳定同位素示踪土壤中重金属环境行为的研究进展

随随着以多接收器电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）为代表的高精度质谱分析技术的革命性突破,稳定同位素的研究取得了跨越式发展。重金属稳定同位素成为了示踪土壤环境介质中重金属地球化学循环的有效工具,在识别污染来源、解析关键过程、跟踪环境行为等方面展现出极大的应用潜力。从同位素基本概念出发,系统介绍了利用重金属稳定同位素示踪土壤环境重金属污染的来源与归趋、土壤-植物体系重金属元素的迁移转化以及金属纳米颗粒的环境过程等方面的研究进展,并进一步总结了氧化还原、沉淀溶解、吸附解吸、络合反应、生物作用等影响重金属稳定同位素分馏的相关机制,最后针对当前应用和研究现状,提出了拓展稳定同位素示踪重金属环境行为的潜在研究方向和研究内容,对土壤重金属污染防治及修复具有重要的指导意义。     

Effect of phosphate rock, lime and cellulose on soil microbial biomass in acidic forest soil and its significance in carbon cycling

Phosphate rock (PR), limestone, coal combustion by-product (CCBP) high in Ca and high organic manures are potential amendments for increasing agricultural production in the acidic soils of the Appalachian region. The objective of this study was to examine effects of PR, CCBP and cellulose addition on soil microbial biomass in an acidic soil based on the measurement of soil microbial biomass P (P _mic) and on the mineralization of organic matter. Application of PR alone or in combination with CCBP increased P _mic. The P _mic was far less when the soil received PR in combination with limestone than with PR application alone or PR in combination with CCBP. Either CCBP or limestone application alone considerably decreased P _mic in the soil due to reduced P solubility. Cellulose addition alone did not increase P _mic, but P _mic was significantly increased when the soil was amended with cellulose in combination with PR. The decomposition of added cellulose was very slow in the soil without PR amendment. However, mineralization of both native organic matter and added cellulose was enhanced by PR application. Mineralization of organic matter was less when the soil was amended with PR in combination with high rates of CCBP (> 2.5%) because PR dissolution varied inversely with amount of CCBP addition. Overall, CCBP had no detrimental effect on soil microbial biomass at low application rates, although, like limestone, CCBP at a high rate may decrease P _mic in P-deficient soils through its influence on increased soil pH and decreased P bioavailability in the soil. Application of PR to an acidic soil considerably enhanced the microbial activity, thereby promoting the cycling of carbon and other nutrients. Received: 11 December 1995     

石灰性土壤中解磷优势菌的筛选研究

从石灰性土壤作物根际土样筛选出2株具有较强解P能力的优势菌株“B2”和“B67”,平板培养溶P圈D/d值分别为5.1和3·8,液体摇床培养过程中产生苹果酸、丙二酸、草酸和乳酸等多种有机酸,产酸总量分别为对照的28·25和19.78倍,pH分别较对照下降2.3和1.1,将“B2”和“B67”的培养液分别接种到4个不同地区土壤中恒温恒湿培养20d后测定结果表明,所有土壤中速效磷含量均有所提高,且接种“B2”处理分别为对照的2.64、3.04、1.71和2.20倍,接种“B67”处理分别为对照的2.12、1.90、1.35和1.78倍,且发现其溶P效果和土壤磷酸酶活性与有效活菌数变化趋势基本一致。     

土壤调理剂的研究和应用进展

综述了土壤调理剂的研究和应用进展。土壤调理剂目前尚无统一定义,且存在不同的分类方法,其主要功能包括改良土壤质地与结构、提高土壤保水供水能力、调节土壤酸碱度、改良盐碱土、改善土壤的养分供应状况、修复重金属污染土壤等。在土壤改良过程中,针对不同土壤障碍问题有针对性地选择土壤调理剂将达到较好的改良效果。然而,土壤调理剂在推广应用中也暴露出一系列问题,包括潜在的环境风险、功能定位和认识问题、产品质量良莠不齐、包装标识混乱等,因此亟待建立一套完善的土壤调理剂科学评价体系。     

施磷肥对红小豆吸磷及产量的影响

试验研究了潮土区不同施P肥量对红小豆含P量及产量的影响。结果表明，在土壤有效磷含量为9mg/kg条件下P肥对红小豆增产效果达极显著水平，施纯P 68.8kg/hm²时产量最高。红小豆全生育期含P量呈单峰曲线，花后10 d左右达最大。结荚鼓粒期及成熟期含P量与产量呈显著正相关关系，相关系数分别为0.9375和0.7863。各生育阶段的适宜含P量始花前为4.0mg/g，始花期至花后20 d为4.4～4.8mg/g，花后20 d后为3.9～3.5mg/g。产量(Y)与吸P量(x)间的关系为二次曲线，其决定系数为0.9823，施P量与吸P量间呈极显著正相关关系，相关系数为0.9644。     

Oxygen exchange with water alters the oxygen isotopic signature of nitrate in soil ecosystems

Combined oxygen (O) and nitrogen (N) stable isotope analyses are commonly used in the source determination of nitrate . The source and fate of are studied based on distinct O and N isotopic signatures (δ¹⁸O and δ¹⁵N) of various sources and isotopic effects during transformation processes, which differ between sources like fertilizer, atmospheric deposition, and microbial production (nitrification). Isotopic fractionation during production and consumption of further affects the δ¹⁸O and δ¹⁵N signal. Regarding the δ¹⁸O in particular, biochemical O exchange between O from and H₂O is implicitly assumed not to affect the δ¹⁸O signature of . This study aimed to test this assumption in soil-based systems. In a short (24 h) incubation experiment, soils were treated with artificially ¹⁸O and ¹⁵N enriched . Production of from nitrification during the incubation would affect both the ¹⁸O and the ¹⁵N enrichment. Oxygen exchange could therefore be studied by examining the change in ¹⁸O relative to the ¹⁵N. In two out of the three soils, we found that the imposed ¹⁸O enrichment of the declined relatively more than the imposed enrichment. This implies that O exchange indeed affected the O isotopic signature of , which has important implications for source determination studies. We suggest that O exchange between and H₂O should be taken into consideration when interpreting the O isotopic signature to study the origin and fate of in ecosystems.     

磷酸一钙施用模式对水稻有效性及土壤中有效磷分布的影响

利用温室盆栽试验研究了磷酸一钙不同施用模式对水稻的有效性及土壤中有效磷(P)分布的影响,并提出了水田中P肥的施用模式。结果表明:P肥撒施时,表层水中总P浓度最高,达4.8mg/L,而其他施肥模式下表层水中总P浓度可满足GB3838-2002Ⅲ类水水质要求;混施可为水稻提供立体的吸收空间,有效性高;沟施时,肥料P主要集中在施肥带上下约3cm的范围内;在水田中,施用P肥时应优先考虑混施,若土壤中P素有效性相对较高,应尽量在旱作时施用。     

红壤基质组分对磷吸持指数的影响

在红壤旱地肥料长期定位试验(始于1988年)中,选取了无机肥试验区的NPK、NP、NK、PK,有机无机配施试验区的CK、CK+猪厩肥(BM)及CK+花生秸秆(SR)等7个施肥处理土壤,测定了土壤磷吸持指数(Phosphate sorption index,PSI),分析了PSI与红壤最大吸磷量(Xm)的相关关系,讨论了土壤pH、有机质、黏粒、铁铝氧化物及无机磷酸盐等基质组分对PSI的影响。结果表明:长期施磷或配施有机肥均可显著降低红壤PSI值,随着土壤pH的升高、有机质及铁结合态磷酸盐(Fe-P)含量的增加,红壤PSI显著降低;土壤游离铁铝氧化物及黏粒含量越高,PSI也越大。PSI与Xm呈显著线性相关关系(Xm=0.5PSI+412.8,n=15,r=0.967**,p<0.01),因此,可以用PSI替代Xm来表征土壤固磷能力,亦可由PSI的大小来推断土壤磷的供磷能力。     

黄土旱塬黑垆土长期肥料试验土壤磷素和磷肥效率的演变特征

依托甘肃平凉定位试验(1979年—),分析长期不同施肥下土壤磷素和磷肥效率的演变特征,为黄土旱塬雨养农田合理施用磷肥提供参考。试验包括6个处理:不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配合(NP)、秸秆还田加氮和隔年施磷(SNP)、单施农家肥(M)和农家肥加氮磷(MNP),种植制度为4年冬小麦-2年春玉米的一年1熟轮作制。结果表明,试验进行38年后,长期无磷投入(CK、N)处理耕层土壤全磷和Olsen-P含量及磷活化系数比试验开始时下降,而施磷处理(NP、SNP、M和MNP)土壤全磷分别增加22.8%、14.0%、38.6%和56.1%,Olsen-P相应提高99.1%、48.4%、206.4%和375.6%,磷活化系数分别是开始时的1.7倍、1.3倍、2.2倍和3.1倍。随试验年限延长,CK处理耕层土壤全磷基本不变;N和SNP耕层土壤全磷呈下降趋势,每年下降速率为1.9 mg·kg~(-1)和2.6 mg·kg~(-1);NP、M和MNP处理呈增加趋势,每年增加速率分别为1.2 mg·kg~(-1)、1.9 mg·kg~(-1)和2.8 mg·kg~(-1)。CK和N处理Olsen-P呈下降趋势,年下降速率分别为0.03 mg·kg~(-1)和0.09 mg·kg~(-1);NP、SNP、M和MNP处理土壤Olsen-P呈增加趋势,年增量分别为0.29 mg·kg~(-1)、0.24 mg·kg~(-1)、0.46 mg·kg~(-1)和0.89 mg·kg~(-1)。作物产量与耕层土壤Olsen-P含量呈极显著正相关(小麦R~2=0.116 9,n=132;玉米R~2=0.332 4,n=54)。施磷处理(NP、SNP、M和MNP)玉米的磷肥回收率、利用率和农学效率大于小麦,而生理效率小麦大于玉米;各处理磷肥效率4个指标的大小顺序均为SNPNPMNPM,玉米磷肥效率的4个指标都随试验年限延长而提高。M较MNP处理P投入减少了14.2%,小麦、玉米磷素效率降低14.3%~69.5%、0.8%~75.5%。总之,有机无机结合是黄土旱塬区培肥地力、提高作物产量和资源利用效率的施肥措施。     

磷肥杂质对土壤生态环境的影响

阐述了磷肥中有毒有害成分重金属镉(Cd)、放射性元素和三氯乙醛对土壤生态环境的影响,论述了施用磷肥对土壤和作物产品重金属含量的影响;讨论了土壤、作物和肥料Cd含量标准的制定;指出一般农田短期内不存在Cd污染,但对长期大量施用磷肥的地区和特定作物(如根叶类蔬菜)施用磷肥须谨慎.在现有施肥水平下,磷肥中放射性杂质不会导致土壤放射性污染.废酸磷肥中的三氯乙醛含量必须控制在作物临界剂量以下,并应采取适当施肥方法.