不同生物质炭对棕壤中磷素吸附解吸的影响

为了减少土壤磷素流失,提高磷肥利用效率,探究不同生物炭对棕壤中磷素吸附解吸行为的影响规律,以水稻秸秆、玉米秸秆和花生壳为原材料,利用限氧升温炭化法制备生物炭,通过批量吸附实验研究了生物炭种类和生物炭添加量对棕壤磷吸附解吸的影响。结果表明：水稻秸秆生物炭在添加量为0.4%时显著提高棕壤对磷的吸附量,花生壳生物炭和玉米秸秆生物炭则显著降低棕壤对磷的吸附量；等温吸附曲线表明,不同生物炭均未改变等温吸附曲线的变化趋势,均可用Langmuir方程和 Freundlich 方程进行描述(R²>0.93),其中 Langmuir 方程拟合效果更好,不同处理对磷的理论吸附量大小顺序为：水稻秸秆生物炭+棕壤>棕壤>花生壳生物炭+棕壤>玉米秸秆生物炭+棕壤；吸附动力学实验表明,不同生物炭均未改变磷吸附动力学曲线的变化趋势,在所有动力学模型中,准二级动力学模型最适合描述土壤对磷的吸附行为(R²>0.99),其次为准一级动力模型(R²>0.99)和Elovich动力学模型(R²>0.88)；三种生物炭均显著促进棕壤对磷的解吸,当生物炭添加量为≥0.2%时,水稻秸秆生物炭、玉米秸秆生物炭和花生壳生物炭,分别可提高棕壤对磷的解析率50%、70%和90%以上。由此可见,不同生物炭可提高棕壤对磷素的供应和利用,水稻秸秆生物炭在减少棕壤磷素流失、保护生态环境方面具有更大的应用价值。     

磁处理棕壤对磷吸附-解吸特性的影响

探讨了磁处理棕壤对磷吸附-解吸的影响,结果表明:外加磁场处理棕壤后磷的吸附量降低,促进了磷的解吸。棕壤不同粒级磁化后(0.002~0.005mm除外)吸附量基本都减少,而<0.002mm粒级和0.005~0.01mm粒级对吸附量减少起主要作用。     

冻融作用对棕壤磷素吸附-解吸特性的影响

以棕壤为研究对象,采用室内模拟冻融环境的方法,研究土壤磷素吸附-解吸行为,采用Langumuir、Freundlich和Temkin方程对吸附过程进行拟合分析,定量研究冻融作用对土壤磷素吸附机制的影响,同时建立土壤磷素解吸量与吸附量关系方程,进一步探讨冻融土壤磷吸附-解吸特性。结果表明,冻融条件下棕壤对磷的吸附规律一致,吸附量均随着平衡溶液中磷浓度增加而逐渐增大,与未冻融土壤相比,冻融后土壤磷等温吸附曲线变得平缓。冻融条件下磷等温吸附曲线用Langmuir方程拟合相关性最好。土壤磷素解吸量与相应最大吸附量符合线性相关。冻融后土壤磷固定吸附量低于未冻融土壤,即冻融过程促进土壤磷素释放,增加了土壤磷流失风险。多次冻融循环对土壤磷吸附-解吸行为影响更为强烈。     

草酸/草酸盐对森林暗棕壤的磷释放效应

模拟森林凋落物淋洗液中的草酸/草酸盐浓度范围,设计了不同浓度草酸/草酸盐溶液一次性浸提和多次连续浸提系列实验,其中的草酸(阴离子)载荷量为0~200 mmol kg-1。结果表明,草酸能显著促进暗棕壤A1层(腐殖质层)磷的释放,土壤磷溶出量随草酸溶液浓度升高而线性增加;但对B层土壤磷的释放效应相对较弱,草酸浓度低于5mmol L-1时B层磷的释放不明显。pH 5.16草酸钠溶液比相同浓度的草酸溶液具有更高的解磷效率,在设置二者浓度为0.5~20.0 mmol L-1时,前者的解磷量是后者的1.51~2.98倍,推断草酸盐溶液或凋落物淋洗液中草酸(盐)类物质促进暗棕壤磷释放的主要机理在于草酸阴离子(C2O42-)配位反应。草酸盐对暗棕壤磷的释放效应具有一定累加性,土壤磷释放量主要由草酸阴离子累积载荷量决定,而与其加入方式(多次或一次性)关系不大;当以pH5.16草酸钠溶液加入时,土壤磷释放量Y(mgkg-1)与草酸阴离子累积载荷量X(mmol kg-1)间的回归方程为Y=-0.000 4X2 0.176 6X 0.425 3,R2=0.990 2。仅以凋落物层溶出的草酸(阴离子)量进行估计,由此增加的A1层土壤磷释放量达2.40 kg hm-2a-1,大约相当于中龄林年吸收磷量的1/3~1/5,因此其实际作用是不可忽视的。     

土壤有机质对汞在棕壤中吸附-解吸行为的影响

对去除有机质前后汞(Ⅱ)在棕壤中吸附—解吸行为进行了分析。结果表明,有机质对棕壤汞的吸附贡献很大。去除有机质后,棕壤对汞(Ⅱ)的吸附率由95.62%~93.18%下降到62.8%~56.70%,解吸率则由2.39%~7.47%提高到2.65%~11.23%。Freundlich方程,Langmuir方程,Henry模型以及Temkin方程均能较好地描述去除有机质前后棕壤对汞的等温吸附过程。动力学方程拟合结果表明,棕壤去除有机质后,对汞(Ⅱ)的吸附—解吸速率均降低,其中Elovich方程和双常数方程拟合效果最优,均达到极显著相关关系(R0.708)。     

改性沸石对Zn2+的吸附特性研究

通过间歇震荡平衡法研究了天然沸石及3种改性沸石对Zn2+的吸附特性。研究结果表明,沸石、改性沸石对Zn2+的等温吸附曲线符合Langmuir方程、Freundlich方程、Temkin方程,其中Freundlich方程的拟合性最好,相关系数在0.988～0.999之间。沸石及改性沸石对Zn2+吸附量大小顺序依次为铵改性沸石>钾改性沸石>镁改性沸石>天然沸石。该规律与改性阳离子价数、离子水合半径密切相关。     

有机质对棕壤表面电荷及NH4+吸附解吸的影响

土壤胶体带有表面电荷，对阳离子和阴离子的吸附与解吸都受电荷性质的制约。土壤表面电荷中的可变电荷易受环境条件的影响，使人们有可能用某些措施调节环境条件，以改变可变电荷的数量，使之影响土壤的性质。由于电荷特性对土壤的分散、絮凝、膨胀和收缩，以及离子在土壤中的移动和有机无机复合体的形成等一系列性质有重要意义，从而使土壤电荷性质的研究倍受关注。     

紫色土K+吸附解吸动力学研究

从国家紫色土肥力与肥料效益监测基地定位试验上 ,在第 10年水稻收获后从 0～ 30cm土层采取土壤样品 ,研究土壤K 吸附、解吸动力学过程。结果表明 ,不同施肥处理土壤K 吸附、解吸反应分别在2 4～ 32min和 4 6～ 6 4min达到平衡 ,吸附、解吸平衡量分别为 14 1～ 19 2cmolkg-1和 11 6～ 17 5cmolkg-1。相关分析说明 ,土壤阳离子交换量 (CEC)及粘粒含量是影响吸附平衡时间、吸附平衡量的重要因素 ;CEC、交换钾量是影响解吸平衡时间、解吸平衡量的重要因素。由此可见 ,长期不同施肥对土壤CEC、粘粒及交换钾量产生影响 ,从而影响了紫色土K 吸附、解吸平衡时间及吸附、解吸平衡量。平衡前钾离子的吸附、解吸速度及吸附、解吸率与反应时间lnt间存在良好的线性关系。其中反应速度直线和解吸率直线的斜率、初始反应速度及初始吸附率均与CEC、粘粒含量密切相关。Elovich方程和一级扩散方程分别为描述紫色土K 吸附、解吸反应的最优与最差模型 ,指数方程和抛物线扩散方程拟合性介于Elovich方程和一级扩散方程之间。由此可见 ,紫色土K 吸附、解吸过程不是一个单纯的过程 ,而是一个包括土体膨胀、吸附位活化、表面扩散等诸多因素的复杂过程。     

柠檬酸/柠檬酸盐对暗棕壤磷的释放效应及机制

模拟森林凋落物淋洗液中柠檬酸/柠檬酸盐浓度范围,设计了不同浓度柠檬酸/柠檬酸盐一次性和多次连续浸提系列实验,柠檬酸(阴离子)载荷量为0~200 mmol/kg。结果表明,柠檬酸/柠檬酸盐显著促进A1层暗棕壤磷的活化释放,磷释放量随浓度升高大致呈线性增加,但B层释放效应较弱。pH5.16柠檬酸盐解磷效率高于同浓度柠檬酸,因此推断,凋落物中柠檬酸(盐)促进暗棕壤磷释放的主要机理在于柠檬酸阴离子反应。柠檬酸盐对暗棕壤磷的释放具有一定的累加性,磷释放量主要由柠檬酸阴离子累积载荷量决定,而与其加入方式关系不大;柠檬酸盐加入时,磷释放量Y(mg/kg)与柠檬酸阴离子累积载荷量X(mmol/kg)间回归方程为Y=-0.0011X2 0.5187X-0.1391,R2=0.9980。仅以凋落物层溶出柠檬酸量进行估计,由此增加的A1层暗棕壤磷释放量为0.32 kg/(hm2.a),约相当于中龄林年吸收磷量的1/23~1/36,其实际作用不可忽视。     

不同pH下黄棕壤镉的吸附-解吸特征

对黄棕壤在pH2 7不同浓度下Cd2 的吸附与解吸进行了测定。结果表明,Cd2 吸附量随平衡液中Cd2 浓度增加而增大,两者关系较好地符合Langmuir吸附方程。根据吸附等温线参数与pH的相关方程,得到镉吸附等温线的pH依存模式,如Langmuir方程为:C/X=69 334e-1 7183pH (5 5793pH-3 0383)·C。式中,X为土壤Cd2 吸附量(mg/kg),C为平衡液中Cd2 之浓度(mg/L)。解吸Cd2 的数量随pH升高和吸附Cd2 的数量增加而增加,但解吸Cd2 占吸附Cd2 的比例随pH升高而降低,在pH3 7下,黄棕壤解吸Cd2 的比例为42%～95%,平均为75%,说明黄棕壤Cd2 以非专性吸附为主,吸附Cd2 的有效性高。     

长期不同施肥对黄壤磷素吸附–解吸特性的影响

[目的]磷吸附–解吸特性对土壤磷素有效性和环境流失风险有重要影响.研究长期不同施肥对黄壤旱地磷吸附–解吸特性的影响,可为黄壤区合理施用磷肥提供理论依据.[方法]供试黄壤肥力长期定位试验位于贵阳,始于1995年.设有对照(CK)、施氮钾肥(NK)、施氮磷钾肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机肥化肥配施(MNPK)5个处理...     

玉米秸秆还田及施磷量对黑土磷吸附与解吸特性的影响

以探究松嫩平原玉米连作条件下,秸秆还田与施磷量互作对黑土磷吸附与解吸特性的影响为目的。该试验采取二因素裂区试验设计,主因素为玉米秸秆还田方式,分别为秸秆不还田(S0)、秸秆翻埋还田(S1)和秸秆焚烧还田(S2);副因素为施磷水平,分别为0(P0)、34.50(P1)、69(P2)、103.50(P3)kg/hm~2(P_2O_5)。结果表明:1)Langmuir等温吸附方程最适合拟合黑土对磷的吸附特征。2)秸秆还田与施磷量均显著影响黑土对磷的吸附与解吸特性,且两者互作效应显著。在相同秸秆还田方式下,随着施磷量的增加,土壤对磷的吸附能力均逐渐降低,而土壤中磷的解吸量和解吸率均逐渐增加,其中以S0条件下差异最大,S2条件下次之,S1条件下差异最小。在相同施磷水平下,与S0处理相比,S1和S2均能降低土壤对磷的吸附能力,增加土壤中磷的解吸量和解吸率,其中以不施磷肥(P0)处理下差异最大,而在施高磷(P3)处理下差异不显著,此外,S1与S2在各施磷水平下差异均不显著。3)不同施磷处理下的标准需磷量(standardPrequirement,SPR)为71.02～91.67 kg/hm~2,其中以S1P2处理的SPR(73.58 kg/hm~2)与P2施磷水平(69 kg/hm~2)最相近,是松嫩平原黑土区较为适宜的施磷方式。     

长期施肥条件下石灰性潮土磷的吸附解吸特征

采用Langmuir方程、Freundlich方程及其扩展形式对长期施肥土壤磷的吸附和解吸特征进行了研究。结果表明,双面Langmuir方程和三种Freundlich方程能较好描述石灰性潮土壤对磷的吸附,方程决定系数r2均接近0.99。长期施用有机肥能减少土壤对磷的吸附,表现在土壤对磷的理论最大吸附量（Qm）降低以及吸附结合能常数K值下降。与长期施用化肥相比,长期施用有机肥土壤新吸附的磷也更容易解吸,土壤磷的解吸率从化肥处理的15%左右提高到20%以上。钾肥的施用增大了石灰性潮土对磷的吸附容量,磷的吸附结合能明显提高,意味着化肥钾的施用可能导致土壤磷向作物难利用方向转化,但有机肥与钾肥配合施用,钾肥的这种不良作用得到明显的改善。     

有机质含量对石灰性黄潮土和砂姜黑土磷吸附–解吸特性的影响

通过往土壤中添加不同量小麦秸秆,经好气培养1年后,获得不同有机质含量梯度的系列土壤,研究有机质含量对石灰性黄潮土和砂姜黑土磷（P）相关吸附参数和不同水土比下解吸溶液P浓度的影响。结果表明,Langmuir方程能够较好地拟合不同有机质含量的两种土壤对P的等温吸附曲线,拟合度均达到显著（P 0.05）或极显著（P 0.01）水平。黄潮土和砂姜黑土P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解吸溶液浓度与有机碳含量间均呈显著或极显著的二次抛物线关系。抛物线拐点之前,随有机质含量的提高,P的吸附能力增强,解吸能力降低;拐点之后,吸附能力降低,解吸能力增强。各水土比条件下,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。随有机质含量的提高,土壤P植物有效性和P流失风险呈先降低后增强的抛物线趋势;土壤供P缓冲能力则先增强后降低。砂姜黑土Xm、K、MBC均明显高于黄潮土,DPS明显低于黄潮土;且其抛物线拐点滞后,拐点横坐标有机碳含量明显高于黄潮土。不同有机质含量的解吸曲线较黄潮土排列紧密;砂姜黑土黏粒含量、碳酸钙含量明显高于黄潮土,全P和Olsen-P含量明显低于黄潮土,这可能是影响两种石灰性土壤P吸附–解吸特性差别的主要原因。     

长期施肥对白浆土磷吸附与解吸的影响

对白浆土在长期施肥条件下磷的吸附与解吸进行了研究。试验结果表明，供试白浆土磷的等温吸附曲线符合langmuir方程，在低磷浓度下其吸磷能力较强，随着磷浓度的增大，吸磷能力减弱。在不同施肥处理中，CK处理的最大吸附量（Xm）最大，OM处理最小，各处理吸附常数（K）值变化较小，均在0．2左右，而Xm变化较大；不同施肥处理总的解吸趋势是一致的，即解吸量随着浓度的增加而增加，而后逐步趋于平稳。施有机肥的处理土壤吸附磷能力降低，但解吸磷能力增强；长期不施肥土壤固磷能力增强。     

含硅熔渣对磷的吸附与解吸特征研究

采用平衡法研究了含硅熔渣对磷的吸附与解吸特性。结果表明,熔渣对磷的吸附量随着加入液磷浓度的增加而增加,但增加速率逐渐减缓。然而,随着磷吸附量的增加,吸附态磷解吸率逐渐减小,且不同类型熔渣由于化学组成不同吸附与解吸能力也不同。与水溶液相比,尿素、氯化钾和尿素+氯化钾处理能明显降低熔渣对磷的吸附,同时增加吸附态磷解吸率,其中以尿素影响作用更大。熔渣粒径越小,对磷的吸附越强,而对吸附态磷的解吸越弱。Langmuir和Freundlich方程能很好地拟合吸附曲线,其r值都达到了极显著水平;方程参数K、MBC、a、b值都能很好地反映吸附特征。因此,利用含硅熔渣作为硅肥改良土壤或者生产含硅多元复肥,应考虑熔渣对磷的固定作用及其影响因素。     

沸石不同粒径组成对NH_4~+-N、H_2PO_4~--P和K~+吸附-解吸的影响

为了对沸石不同用途进行准确选材,实现其高效利用,研究了天然斜发沸石的6种粒径对NH_4~+-N、H_2PO_4~--P和K~+吸附、解吸的影响。结果表明:对沸石吸附和解吸3种离子,不同粒径间数值差异显著,表现规律也不同。NH_4~+-N的吸附量和解吸量分别相差4.31倍和4.93倍;K~+分别相差7.89倍和81.77倍。随粒径变小,沸石对NH_4~+-N和K~+的吸附与解吸量均呈先升高后降低的趋势,对H_2PO_4~--P的吸附量呈负值到较低正值的变化,解吸量为0。对3种离子的最大吸附量分别为8 354.62、74.33和2 722.25 mg/kg,最大解吸量分别为7 423.29、0和875.70 mg/kg。在NH_4~+-N和K~+的吸附方面,适宜选择粒径为40μm的天然沸石;而对H_2PO_4~--P,各粒径的天然沸石效果均不适宜,需要进行改性处理后应用。     

不同磷浓度对土壤吸附锌特性的影响

通过等温吸附试验,研究了不同磷浓度条件下水、旱田两种土壤吸附锌的规律,结果表明:在本试验条件下,以Freundlich方程拟合土壤对锌的吸附等温线的效果最好;不同磷浓度条件下,同一土壤的吸附等温线方程参数k和n均没有显著的变化;不同磷浓度对土壤吸附锌的量没有显著影响。因此,磷锌拮抗的原因可能不是施磷加强了土壤对锌的吸附作用。     

三种铁氧化物的磷吸附解吸特性以及与磷吸附饱和度的关系

采用三种人工合成铁氧化物(针铁矿、赤铁矿和水铁矿)比较了结晶态和无定形铁氧化物对磷的吸附—解吸特性以及与磷吸附饱和度的关系。结果表明,三种铁氧化物的磷吸附特性均可用Langumir方程来描述,相关系数均大于0.9,达到极显著水平。从磷最大吸附量(Qm)、吸附反应常数(K)和最大缓冲容量(MBC)三项吸附参数综合考虑,水铁矿(无定形)对磷的吸附无论在容量还是强度方面均比结晶态铁氧化物针铁矿和赤铁矿大得多。水铁矿吸附的磷比针铁矿和赤铁矿所吸附的磷更难解吸;水铁矿的大量活性表面并没有表现出增加磷释放的作用。磷吸附饱和度有望作为评价土壤或铁氧化物磷吸附—解吸的强度和容量因子的一个综合指标。