全 文 ：土壤中积累态磷的化学耗竭 3
郑春荣　陈怀满 3 3 　周东美　涂　从　钦绳武　顾益初
(中国科学院南京土壤研究所 ,南京 210008)
【摘要】　积累态 P 是指肥料 P 未被植物利用而积累于土壤中的那一部分 P 素. 本文用一次平衡法、流动
技术法和阴离子树脂膜等不同方法来研究土壤中积累态 P 的化学耗竭. 研究表明 ,解吸出的 P 量随时间
的增加而增加 ,P 解吸过程符合二级动力学方程 ,各处理中 P 的释放过程快慢程度是 PK > NPK > N K ,红
壤的释放量和释放速度均比潮土的要大且快. 解吸 P 量与土壤速效 P 和植物吸收 P 均有显著相关. 土壤
中积累态 P 最大表观利用率为总 P 量的 45 %左右.
关键词 　积累态磷 　化学耗竭 　土壤
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 05 - 0559 - 05 　中图分类号 　S153 　文献标识码 　A
Chemical depletion of cumulative phosphorus in soils. ZHEN G Chunrong , CHEN Huaiman , ZHOU Dongmei ,
TU Cong , Q IN Shengwu , GU Yichu ( Institute of Soil Science , Chinese Academy of Sciences , N anjing
210008) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (5) :559～563.
Cumulative phosphorus was defined as the phosphorus which was unavailable for plants and accumulated in soils
fertilizer application. In this paper , chemical depletion of cumulative phosphorus in soils was studied by methods
of batch equilibrium , kinetic , and anionic exchange resin membrane. The results showed that desorption amount
of cumulative P increased with time increasing , and the desorption process was consonant with second2order ki2
netic equation. Release rate of P in different treatments was in order of PK > NPK > N K. The amount and rate
of P released from red soil were higher than those of Fluvio2aquic soil. Desorbed P was significantly correlated
with soil available P and P uptake by Plant . The maximum utilization of cumulative P in soils was about 45 % of
total phosphorus.
Key words 　Cumulative phosphorus , Chemical depletion , Soil.
3 国家自然科学基金重大资助项目 (39790100) .3 3 通讯联系人.
2000 - 06 - 20 收稿 ,2001 - 03 - 26 接受.
1 　引 　　言
近年来 ,人们对于 P 在环境中的行为十分关
注.这不仅是因为 P 在作物产量和品质方面是不可
缺少的元素 ,而且对环境质量方面有重要影响. 磷肥
的利用率受土壤性质、作物类型、磷肥种类和用量等
多种因素的影响 ,当季的利用率一般在 10 %～
25 %.而只要土壤 P 素平衡处于有盈余的情况下 ,
土壤全 P 就会积累[6 ] . 英国耕地表层中的 P 有一半
以上是长期施磷肥而积累的 ,日本自明治维新至
1985 年积累在土壤中的 P 已达 400mg·kg - 1 ,而我
国自施用磷肥以来至 1992 年积累在土壤中的 P 可
能有 15 ×106t [6 ] . 因此 ,可以认为 ,磷肥施入土壤后
大部分以对作物当季无效的状态而积累在土壤中 ,
这是一种潜在的 P 素资源. 所谓积累态 P 就是指肥
料 P 未被植物利用而积累于土壤中的那一部分 P
素. 但土壤中的这部分 P 能被植物利用多少 ,目前
并不很清楚 ,弄清这一问题 ,无论在植物营养学或环
境科学方面均具有重要的理论和实践意义.
积累态 P 利用率的核心问题是土壤中这部分 P
的有 效 性 , 有 关 评 价 P 的 有 效 性 的 方 法 颇
多[1 ,2 ,5 ,6 ,8 ,9 ,11～13 ,15 ,16 ] ,本文采用化学耗竭法对土
壤中积累态 P 的表观利用率进行了研究 ,获得了一
些初步结果.
2 　材料与方法
211 　供试土壤来源和性质
供试土壤分别采自江西鹰潭和河南封丘 ,在田间状态下
人工模拟培育 8～9 年的 3 个含积累态 P 量高、中、低等级的
酸性红壤 ( R) 和石灰性潮土 ( C) . 其处理分别为不施磷肥
(N K) 、不施 N 肥 ( PK)和 N、P、K肥均施 (NPK) ,以下分别简
称为 RN K、RPK 和 RNPK 和 CN K、CPK、CNPK 处理. 由于
N K、PK处理分别缺 P、或缺 N ,所以田间作物生长极差 ,8～
9 年间作物从田间吸取的 N、P、K养分很少 ,而 NPK处理由
于养分平衡供应 ,作物生长正常 ,故而从田间吸收的养分比
较多[10 ] . 因此 ,人为的造成 (培育)了积累态 P 含量为高、中、
低 3 个等级的土壤样本 ,而这些样本构成了本研究的初始标
本 ,其基本性质见表 1. 为了比较的方便 ,红壤和潮土均采用
NaHCO3耗竭法 ,因为该法无论是酸性红壤或石灰性潮土均
应 用 生 态 学 报 　2002 年 5 月 　第 13 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2002 ,13 (5)∶559～563
表 1 　供试土壤基本性质
Table 1 Main properties of soils used in the experiment
土壤
Soil
处理
Treatment
p H OM
(g·kg - 1)
CEC
(cmol + ·kg - 1)
全 N
Total N
(g·kg - 1)
全 P
Total P
(g·kg - 1)
速效 P
Available P
(mg·kg - 1)
全 K
Total K
(g·kg - 1)
红壤 原土 [7 ] 4. 60 - - 0. 37 0. 27 3. 7 11. 2
Red soil N K 4. 77 6. 69 11. 9 0. 49 0. 24 0. 97 10. 7
PK 6. 95 9. 73 13. 9 0. 64 0. 72 46. 1 11. 0
NPK 6. 24 11. 0 14. 5 0. 77 0. 67 37. 7 10. 9
潮土 原土 [10 ] 8. 65 5. 83 - 0. 45 0. 50 1. 93 18. 6
Fluvio2aguic N K 8. 24 7. 63 9. 17 0. 49 0. 48 1. 32 19. 3
soil PK 8. 43 8. 87 10. 8 0. 63 0. 67 21. 8 20. 1
NPK 8. 34 10. 9 13. 6 0. 71 0. 60 7. 22 19. 7
可用作有效态 P 的指标 [14 ] .
212 　测定方法
21211 一次平衡法 　称取 2 g 经 0. 84 mm 筛孔 (20 目) 的风
干土于 80ml 离心管中 ,加入 40ml 0. 5mol·L - 1 NaHCO3 (p H
8. 3)溶液 ,25 ℃恒温振荡 30min ,离心分离 ,取出上层清液并
过滤 ,如此反复进行 ,直至 P 的提出量较少. 用钼锑抗比色法
测定提取液中的 P(700nm ,2cm 比色皿) .
21212 流动技术法 　实验装置参见文献[4 ] . 称取 0. 5g 经
0. 25mm 筛孔 (60 目) 的风干土于流动柱中 ,用 0. 5mol·L - 1
NaHCO3 (p H 8. 3)溶液作解吸液 , 蠕动泵溶液的流速调节为
0. 3ml·min - 1 , 25 ℃恒温 , 前 4h 每隔 10min ,以后每隔 20min
收集流出液 ,称重法计算流出液的体积 , 溶液转入 25ml 容
量瓶中 , 用钼锑抗比色法测定流出液中的 P (700nm ,2cm 比
色皿) .
21213 阴离子树脂膜法 　阴离子膜 (聚乙烯异相阴离子膜 ,
上海化工厂生产 ) 裁成 3cm ×3cm , 用酒精浸洗 2h , 用
015mol·L - 1 NaHCO3 浸泡 2～3d , 每天更换 1 次 NaHCO3 溶
液 , 洗净后放入蒸馏水中备用.
称取 1. 00g 经 0. 25mm 筛孔 (60 目) 的土放入 3cm ×
3cm 有机玻璃盒内 , 均匀铺平 ,上面压一片 3cm ×3cm 阴离
子膜 ,每隔 24h 取下 ,并换一片新膜 ,如此反复 ,直到测出 P
较少. 将膜用 0. 05mol·L - 1 H2 SO4 5ml 浸提 2h , 溶液转入
25ml 容量瓶中 , 用钼锑抗比色法测定提取液中的 P(700nm ,
2cm 比色皿) .
3 　结果与分析
311 　一次平衡法研究土壤中积累态 P
用一次平衡法连续提取来进行土壤中积累态 P
的耗竭试验 ,土壤中 P 的提取量随时间的变化曲线
见图 1. 土壤中 P 的累积提取量随时间的增加而增
加 ,提取量随时间的变化曲线 (图 1) 似乎没有一个
明显的拐点 ,到 400min 以后 ,潮土的 3 种处理和红
壤的 N K处理中 P 的提取曲线逐渐趋向平坦 ,但红
壤中 P K和 NP K处理仍有上升的趋势 ,而且提取的
量远远高于其它 4 个处理 ,其提取量的大小顺序为
RP K> RNP K > CP K > CNP K > RN K > CN K. 从潮
土和红壤的 P 解吸量占总 P 量的百分数来看 ,施 P
者均大于未施 P 者 ,红壤 P K、NP K处理的解吸率是
N K的 4～10 倍. 潮土是 2～10 倍 ,其倍数随着时间
增加逐渐降低 ;而红壤的解吸率又高于潮土 ,红壤
N K、P K、NP K 各处理分别是潮土的 2. 1、2. 1、4. 1
倍 ,说明了在实验条件下 ,红壤比潮土易释放出 P.
图 1 　P 的累积提取量随时间的变化
Fig. 1 Change of cumulative P amount with time.
Ⅰ1RN K , Ⅱ1RPK , Ⅲ1RNPK , Ⅳ1CN K , Ⅴ1CPK , Ⅵ1CNPK. 下同
The same below.
　　在解吸过程中 ,第 1 次提取的 P 解吸率为
0130 %～5. 45 % ,5 次后为 1. 00 %～17. 6 % ,10 次
后为 1. 79 %～26. 9 % ;20 次后为 3. 15 %～32. 7 %
(表 2) . 土2水界面的 P 不断地进入溶液相 ,形成浓
度梯度 ,土壤粒子中的 P 不断地向界面扩散 ,但由
于扩散速度的限制 ,实验中所能达到的仅是相对平
衡 ,要将土壤中的 P 全部提取出 ,需要一个相当的
时间过程 ,因此可用动力学方程的拟合来求出最大
的解吸量. 本研究表明 ,二级动力学速率方程对 P
的解吸动力学有良好的拟合性. 其拟合参数见表 3 ,
由表 3 可见方程拟合的相关系数均 > 0. 99 ,表明 P
的解吸过程可用二级动力学方程来拟合. 由 t1/ 2 (半
解吸期 ,即最大解吸量解吸一半时所需的时间)可以
看出 P 的释放过程的快慢程度在 2 种土壤中均是
P K > NP K > N K ,红壤的释放量和释放速度均比潮
土的要大且快 ,红壤 N K、P K、NP K各处理的最大解
吸量 (解吸速度 ) 分别是潮土的 1. 4 ( 1. 4 ) 、2. 7
(1. 6) 、5. 0 (1. 2) 倍. 缺 P 土壤本身含 P 少 ,释放过
065 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
程很慢 ,N K处理比 P K处理在红壤中要慢 7 倍 ,而
在潮土中要慢 8 倍 ,说明了施加的肥料 P 较原有的
P 易释放. 土壤间和各处理间 P 的释放量与速率之
间的差异可能与土壤性质、P 在土壤中的扩散速率
和形态有关.
　　用一次平衡法连续提取所得 P 的累积提取量
与土壤总 P 量的相关性不显著 ,但与土壤中的速效
P 含量的相关性呈极显著相关 ( P < 0. 01) ,与植物吸
收 P 之间亦有极显著的相关性 (表 4) . 用一次平衡
法进行化学耗竭比生物耗竭提取的 P 量要高 ,11 次
植物吸收总 P 量占 20 次提取的总 P 量的 35. 6 %～
50. 4 % (表 2) . 二级动力学速率方程拟合求出的最
大解吸量占土壤总 P 量的 8. 37 %～45. 5 % ,这些结
果说明供试土壤中的积累态P的最大利用率约为
表 2 　实测解吸量与二级动力学方程拟合的平衡解吸量占总 P量的百分数
Table 2 Comparison of desorption amount and that predicted by second order kinetic equation ( % of total P in soil)
红壤 Red soil
N K PK NPK
潮土 Fluvio2aquic soil
N K PK NPK
一次平衡法 (30min ,1 次) 0. 54 5. 45 4. 92 0. 30 3. 25 1. 18
Bath method(150min ,5 次) 2. 18 17. 7 16. 8 1. 00 8. 96 4. 20
　　　　　(300min ,10 次) 3. 97 26. 9 25. 9 1. 79 12. 6 6. 25
　　　　　(600min ,20 次) 7. 02 32. 7 31. 8 3. 15 14. 7 7. 58
二级动力学方程拟合 24. 1 45. 5 45. 2 8. 37 18. 0 10. 1
Second order kinetic equation
流动技术法 8. 98 14. 0 14. 2 4. 23 12. 2 9. 87
Flow technic (600min)
二级动力学方程拟合 14. 8 14. 9 16. 2 9. 01 14. 8 15. 7
Second order kinetic equation
阴膜树脂法 1. 76 1. 68 1. 35 0. 90 1. 63 1. 11
Resin membrane method(336h)
二级动力学方程拟合 4. 37 2. 59 2. 22 2. 20 2. 65 1. 97
Second order kinetic equation
植物吸收 (11 次) 2. 50 16. 00 15. 10 1. 16 7. 41 3. 48
P uptake by plant
植物吸收 P/ 一次平衡法提取 P( %) 35. 6 48. 8 47. 4 36. 8 50. 4 45. 9
总 P 量的 45 %左右.
312 　流动技术法研究土壤中积累态 P
流动技术法是动力学研究法中一个常用的方
法. P 的解吸量、流出液浓度随时间的变化曲线见图
2、3. 从图中可看出 ,累积解吸出的 P 量随时间的增
加而增加 ,流出液中 P 的浓度随时间的增加逐渐降
低 ,在前 150min 以内 ,解吸速度较快 ,150min 以后
的解吸速度逐渐变慢 ,到 600min 时解吸量仍未达到
平衡而有上升的趋势. 600min 时的解吸量占总量的
4. 23 %～14. 2 % ,用二级动力学方程拟合的平衡解
吸量占总 P 量的 9. 01 %～16. 2 %(表 2) ,变化幅度
比一次平衡法小. P 的解吸过程亦符合二级动力学
方程 ,相关系数除 RP K 处理外 ( 0. 98) ,其余均在
0199 以上. 解吸量的大小、P 的释放过程快慢程度
顺序与一次平衡法的相同 (图 3、表 3) ,其释放速度
( t1/ 2) 在 N K 处理中比 P K 处理时 ,红壤要慢 5. 7
倍 ,潮土要慢 4. 2 倍. 解吸量与土壤中全 P 与速效 P
均有相关性 ,与植物吸收量相关性呈极显著 (表 4) .
这些结果表明 ,同一次平衡法一样 ,施加的 P 比土
壤中原有的 P 容易释放出来 ,红壤比潮土易释放出
P. 但红壤的 P K、NP K处理中解吸出的 P 量占总 P
的百分数比一次平衡法要小得多 ,比植物吸收的还
要低 ,表明用本法预测土壤中积累态 P 的最大利用
率有一定的局限性.
图 2 　流出液 P 浓度随时间的变化 (流动技术法)
Fig. 2 Change of effluent P concentration with time (flow technic) .
313 　阴离子树脂膜法研究土壤中积累态 P
阴离子树脂膜法能提取土壤中的有效养分 ,反
映土壤中的有效态[3 ] . 在本法中 ,用 NaHCO3 饱和
的阴离子膜提取土壤的速效 P ,提取出的有效 P 量
较小 ,提取量随着时间的增加而增加 ,达平衡需要一
个很长的时间 (图 4) . 各处理间解吸顺序为 RP K >
CP K > RNP K > CNP K > RN K = CN K , RNP K 与
CP K的顺序与一次平衡法及流动技术法中顺序颠
倒 ,并且 RN K与 CN K几乎重合. 336h 解吸量占总
量的 0. 90 %～1. 76 % ,二级动力学方程拟合的平衡
解吸量占总P量的1. 97 %～4. 35 % ,在各处理土壤
1655 期 　　　　　　　　　　　　　　　　郑春荣等 :土壤中积累态磷的化学耗竭 　　　　　　　　
图 3 　土壤中 P 解吸的动力学曲线 (流动技术法)
Fig. 3 Kinetics curves of P desorbed from soil (flow technic)
中的变化幅度比前述两个方法均小. P 的解吸过程
符合二级动力学方程 ,相关系数均在 0199 以上. P
的释放过程快慢程度的顺序与上述 2 种方法相同
(表 3) ,释放速度 (t1/ 2)在 N K处理中比 P K处理时 ,
红壤要慢 2. 6 倍 ,潮土中要慢 2. 3 倍. 解吸量与土壤
中全 P 与速效 P 均有相关性 ,与提取 P 和动力学法
解吸 P 之间亦有相关性 ,与植物吸收 P 相关性呈显
著 (表 4) . 树脂提取的量远比一次平衡法和流动技
术法要小. 从测定有效态来看 ,此法有很大的潜力 ,
但作为土壤中积累态 P 的化学耗竭试验 ,由于接触
面较小 ,下层土壤中的 P 扩散较慢 ,解吸出的 P 量
比较低 ,过程太长.
表 3 　二级动力学速率方程参数
Table 3 Fitting parameters of second order kinetic equation
一次平衡法 Bath method
Xm R n
流动技术法 Flow technic
Xm R n
阴膜树脂法 Resin membrane method
Xm R n
R N K 57. 5 0. 9990 21 35. 3 0. 9979 43 10. 4 0. 9981 14
PK 328 0. 9979 26 107. 2 0. 9834 45 18. 7 0. 9939 14
NPK 304 0. 9979 26 109. 3 0. 9926 43 15. 0 0. 9975 14
C N K 40. 1 0. 9972 21 43. 1 0. 9986 42 10. 5 0. 9986 14
PK 120 0. 9967 21 99. 4 0. 9909 43 17. 8 0. 9969 14
NPK 60. 9 0. 9969 21 94. 2 0. 9993 45 11. 8 0. 9949 14
k2 ×104 t 1/ 2 k2 ×104 t 1/ 2 k2 ×104 t 1/ 2
R N K 0. 1153 1509 0. 6748 420 1. 870 512
PK 0. 1410 216 1. 2723 73 2. 700 198
NPK 0. 1407 234 0. 8137 112 2. 860 233
C N K 0. 2370 1052 0. 3482 666 1. 890 502
PK 0. 6320 131 0. 6439 156 2. 570 219
NPK 0. 8526 193 0. 2913 364 2. 910 291
二级动力学速率方程 : X = X mt/ [ t + 1/ ( K2 X m) ] ; X : 时间为 t 时的解吸量 ; X m :平衡解吸量 ; k2 :二级动力学速率常数 , t 1/ 2 = 1/ k2 X m .
图 4 　土壤中 P 的解吸动力学曲线 (阴膜法)
Fig. 4 Kinetics curves of P desorbed from soil ( resin membrane
method) .
表 4 　解吸 P与土壤中全 P、速效 P之间的相关性
Table 4 Correlation among desorption P, available P and total P in soil
方法
Method
全 P
Total P
速效 P
Available
P
植物吸收 P
Uptake P
by plant
一次平衡法
Bath
method
流动技术法
Flow
technic
一次平衡法 0. 731 0. 990 3 3 0. 990 3 3 1
Bath method
流动技术法 0. 885 3 0. 935 3 3 0. 945 3 3 0. 903 3 1
Flow technic
阴膜树脂法 0. 851 3 0. 893 3 0. 890 3 0. 822 3 0. 943 3 3
Resin membrane method
4 　结 　　论
用一次平衡法、流动技术法和阴离子树脂膜法
等不同方法研究了土壤中积累态 P 的化学耗竭. 结
果表明 ,解吸出的 P 量随时间的增加而增加 ,P 的解
吸过程符合二级动力学方程 , P 的释放过程快慢程
度是 P K > NP K > N K ,红壤的释放量和释放速度均
比潮土的要大且快. 解吸 P 量与土壤速效 P 和植物
吸收 P 均有显著相关性 ,一次平衡法优于其余 2 种
方法. 供试土壤中积累态 P 的最大表观利用率约为
45 % ,用一次平衡法连续提取进行土壤中积累态 P
的化学耗竭试验能得到较满意的结果.
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《农业生态学》新书介绍
　　由中国生态学会副理事长、华南农业大学热带亚热带生态研究所所长骆世明教授主编的普通高等教育
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态工程着重介绍比较实用的农业生态系统评价、分析和设计方法. 该教材注重吸收最新的有关农业生态学的
研究进展和研究热点 ,例如全球变化、可持续发展、生物多样性、中国生态农业发展、化感作用、分子生态学、
景观生态学、资源经济学、环境经济学等内容. 教材的最后还列举了农业生态学一些常用的实验和实习 ,有关
生态农业的一些幻灯片和录象资料以及一些常用的能流、物流参数和计算机程序. 该教材可供农学、土化、气
象、农经、环保等专业的学生作为教材使用 ,也可作为教师、科研人员的教学参考书或工具书. 出版社、各新华
书店等有售.
(华南农业大学热带亚热带生态研究所 510642 　蔡昆争)
3655 期 　　　　　　　　　　　　　　　　郑春荣等 :土壤中积累态磷的化学耗竭