全 文 ：收稿日期：!""#$%!$!" 接受日期：!""&$"’$!(
基金项目：浙江省科技计划项目（!"")*’’"#%）资助。
作者简介：章明奎（%+#)—），男，博士，教授，从事土壤与环境方面的研究。,-.："/&%$(#+)#"&#，01234.：2567389: 6;<= -><= ?8
动物粪液中可溶性磷在土壤中的吸附和迁移特性研究
章明奎，郑顺安，王丽平
（浙江大学环境与资源学院资源科学系，浙江杭州 ’%""!+）
摘要：农田土壤施用动物粪肥引入了大量的可溶性有机物、有机磷和无机磷，了解这些可溶性物质在土壤中的相对
移动性及它们之间的相互作用有助于指导农田养分管理。本研究从粪液中分离获得含水溶性无机磷、有机磷和有
机物（碳）的溶液，选择了具不同质地和有机质含量的 )个土壤（含高量有机质的黄筋泥、含低量有机质的黄筋泥、
淡涂泥和清水沙），应用等温吸附和土柱模拟淋洗方法研究了可溶性有机碳、无机磷和有机磷共存条件下，粪液中
可溶性有机态磷和无机态磷在土壤中的吸附和迁移特性。吸附试验表明，可溶性有机物（碳）的存在大大降低了土
壤对有机态磷和无机态磷的吸附，表明施用液态有机肥比施用化肥具有更大的磷流失风险。供试土壤对无机态磷
的吸附强度高于有机态磷，但对二者的吸附量大小为：黄筋泥 @淡涂泥 @清水沙；并与粘粒含量、氧化铁含量呈正
相关。有机质较高的土壤对有机磷的吸附明显低于有机质低的土壤。淋洗试验表明，在供试土壤中，这 ’种可溶
性物质在土壤中吸持（包括生物吸持）的顺序为：可溶性无机磷 @可溶性有机碳 @可溶性有机磷，有机态磷比无机
态磷更易在土壤中迁移。
关键词：动物粪液；可溶性有机质；可溶性无机磷；可溶性有机磷；吸附；迁移
中图分类号：A%/(B! 文献标识码：C 文章编号：%""($/"/D（!""(）"%$""++$"&
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植物营养与肥料学报 !""(，%)（%）：++ $ %"/
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农田养分流失使地表水体中氮、磷浓度增加，促
进水体富营养化已引起人们广泛的关注［345］。从地
表流失的可溶性磷除无机态磷外，还有有机态磷，它
们的相对比例可因土壤类型、施肥方式和管理措施
等的不同有较大的变化［647］。长期施用有机肥或灌
溉粪液的土壤流失的磷中有较高比例的有机态
磷［8］。有机肥或粪液中同时包含大量的无机态磷、
有机态磷和可溶性有机碳，它们主要以阴离子形式
存在；当有机肥或粪液施入土壤后，土壤对这些阴
离子的吸附可发生竞争作用。由于阴离子在土壤中
的可溶性和移动性与它们同土壤的作用程度有关，
因此，土壤对不同阴离子吸附作用的差异会直接影
响它们在土壤中的迁移行为［94:］。长期以来，人们
对无机磷与土壤之间的作用已进行了较为深入的研
究。近年来，有关土壤对有机磷的吸附、无机磷与有
机磷及可溶性有机碳之间的竞争吸附也引起了关
注［3;43<］。研究发现，小分子量有机酸、可溶性有机
质和有机磷的存在可影响土壤无机磷的吸附，但影
响程度因有机酸种类、浓度和土壤条件的不同有较
大的变化［3;，35，3<］。有机酸对土壤磷吸附的影响因
有机酸类型不同有较大的差异，对土壤磷吸附量表
现为三元酸 = 二元酸 =一元酸［3<］。有机磷与无机
磷的竞争吸附因有机磷种类不同有较大的差异，土
壤对正磷酸的吸附作用高于脱氧核糖核酸
（>?@）［36］，但低于三磷酸腺苷（@AB）和六磷酸肌醇
等有机磷［3C］。
目前对有机物与磷之间或无机磷与有机磷之间
在土壤中的竞争吸附研究主要选用了单一的纯化合
物（有机酸或有机磷）作为研究材料，但这些物质在
土壤中不少浓度很低或不存在。而粪肥是农业土壤
中可溶性有机物的主要来源，当土壤施用有机肥或
粪液时，土壤中局部区域的可溶性有机物浓度可以
达到较高的水平。由施用粪肥 D粪液引入土壤中的
可溶性有机碳与磷之间的浓度常可相差 5!6个数
量级，并且土壤中磷和有机物的浓度具有同步变化
的特性（即当粪液中磷浓度较高时，可溶性有机物的
浓度也常较高），这与一般的研究条件有所不同。进
入土壤中的磷既可被土壤吸附而固定，也可从土壤
中淋溶损失，二者之间存在着密切关系。土壤对磷
的固定作用越强，磷从土壤中淋溶损失的可能性越
小；反之，磷不易被土壤固定，容易发生迁移，从土
壤中淋失。本研究从粪液中分离含水溶性无机磷、
有机磷和有机物的溶液，选择了含高有机质的黄筋
泥、含低有机质的黄筋泥、淡涂泥和清水沙 <个代表
性土壤，应用等温吸附和土柱模拟淋洗方法研究了
在可溶性无机磷、有机磷和有机碳共存条件下，有机
态磷和无机态磷在土壤中的吸附和迁移特性。以期
为农田养分管理提供科学依据。
) 材料与方法
)*) 供试土壤
供试土壤共 <个，均为耕层土样，土壤类型包括
黄筋泥、淡涂泥和清水沙等 6个土属。不同土壤类
型之间粘粒含量、氧化铁含量和有机质含量有较大
的差异；而黄筋泥 3与黄筋泥 5的主要区别是前者
有机质含量明显低于后者，其它性质相似。供试土
壤基本性质见表 3。
表 ) 供试土壤及基本性质
+,-." ) /,(01 2&%2"&30"( %4 35" 3"(3"’ (%0.(
土号
E,"!
?,F
土壤
E,"! 采样地点
G,/&0",’
1H
粘粒 I!&J
（ K ;L;;5 ((）
有机质
MN
游离铁
O)** O*
全磷
A,0&! B M!+*’PB
（(. D Q.）
亚类 E$RP.),$1 土属 E,"! .*’$+ （. D Q.）
E3 红壤
S*% +,"!
黄筋泥 3
T$&0*)’&)J )*% /!&J 3
衢州
T$U2,$
CLC 6:6 9L6 59L5 ;L<6 E5 红壤
S*% +,"!
黄筋泥 5
T$&0*)’&)J )*% /!&J 5
衢州
T$U2,$
CL7 693 56L< 5:L7 ;L<7 8L6
E6 灰潮土
O!$-",P&#$"/ +,"!
淡涂泥
>*+&!0*% ($%%J 1,!%*) +,"!
杭州
H&’.U2,$
8L6 368 38L6 3CL9 ;LC6 33L<
E< 灰潮土
O!$-",P&#$"/ +,"!
清水沙
O!$-",P+&’% )"%.* +,"!
富阳
O$J&’.
7L6 <7 33L8 8L< ;L56 7L9
;;3 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 3<卷
!"# 粪液中可溶性物质的分离
粪液样取自某一规模化养殖场，样品带回实验
室冷藏（!!"#）备用。可溶性物质的分离方法如
下：取适量的粪液样在大容量离心机中离心进行固
液分离，上清液先用定量滤纸过滤，然后过 $%"&!’
的滤膜，滤出液在 "#下低温保存。经测定，备用液
中可溶性有机碳（()*）浓度为 !"+, ’- . /，可溶性有
机磷（()0）浓度为 !&%1 ’- . /，无机磷（(20）浓度为
"3%& ’- . /；电导率为 !%"3 ’4 . 5’；溶液中金属阳离
子主要为 *6和 76，*6 8 76 比例约为 ! 8 9%&，无机阴
离子主要为 *:。而未经离心和过滤的原始粪液样
中总磷含量为 ,3+ ’- . /，说明粪液中磷主要以颗粒
态存在。
吸附试验前，用与以上分离获得的粪液样相同
电导率（!%"3 ’4 . 5’）的 *6*:9 ;76*:混合溶液（*6*:9
和 76*:分子比为 ! 89%&）稀释以上分离液，配制成可
溶性有机碳（()*）浓度分别为 $、!"+%,、9<3%"、
3++%1、"<$、$ 和 !"+, ’- . /，有机磷（()0）浓度分别
为 $、!%&1、3%!+、3%<&、&%9,、!$%&3和 !&%1$ ’- . /，和
无机磷（(20）浓度分别为 $、"%3&、1%,$、!$%11、!"%&$、
9<%$$和 "3%&$ ’- . /的 ,个不同浓度梯度的系列溶
液。
!"$ 等温吸附试验
磷等温吸附试验分为二组，第一组的磷源为以
上由粪液配制的系列溶液；第二组的磷源为用
=>90)"配置的溶液。吸附试验方法如下：
第一组试验：每类土壤各称取 & -共 ,份于 !$$
’/的离心管中，分别加入以上 ,个含 ()*、()0和
(20不同浓度梯度的溶液 &$ ’/，同时加入 3 滴氯
仿，以抑制微生物的活动。在 9&#下间歇振荡 "1
?，过滤后分别测定平衡溶液中 ()0和 (20的浓度，
并分别根据试验前后 ()0和 (20浓度的变化，计算
土壤对 ()0和 (20的吸附量。
第二组试验：每类土壤各称取 & -共 ,份于 !$$
’/的离心管中，分别加入含 0 量各为 $、&、!$、!&、
3$、+$ 和 !$$ ’- . / 的 $%$! ’@: . / *6*:9 溶液（0 用
=>90)"配制）&$ ’/，同时加入 3 滴氯仿，以抑制微
生物的活动。在 9&#下间歇振荡 "1 ?，过滤后用钼
兰比色法测定平衡溶液中磷的浓度，根据试验前后
磷浓度的变化，计算土壤对 0的吸附量。
!"% 淋洗试验
淋洗试验在直径为 & 5’，高为 !& 5’的玻璃淋
洗管中进行。每一淋洗管装入 !$ 5’高的土壤，容
重为 !%3$ - . 5’3（接近田间状况），每一淋洗管中装
土量约 9&& -，9次重复。采用分离的粪液用去离子
水（A> ,）稀释 &倍后配制的溶液进行模拟连续淋洗
（淋洗液中 ()*、()0和 (20浓度分别为 9<3%"、3%!+
和 1%,$ ’- . /）。为了防止微生物的影响，淋洗液中
含 !$ ’’@: . / 7673。淋洗试验开始时，把淋洗管下
端浸于一盛去离子水的培养皿上，使水分通过毛细
管进入土壤并接近饱和，然后悬放在室温下培养 9
B。采用连续淋洗的方法，持续淋洗液由一加液器自
动从淋洗管上端加入，加入速度控制在 $%& ’/ . ’CD
左右；每一土柱淋洗液总用量约 ,&$ ’/，时间约为
9" ?。淋洗时淋洗管放置 &$$ ’/高型烧杯，收集淋
出液，每 &$ ’/ 取样一次，每个土柱各收集 !& 个
（次）样品。淋出液过 $%"&!’的滤膜后，分别测定
()*、()0和 (20浓度。
可溶性有机碳（()*）用可溶性碳分析仪（4?CE
’6BFG H)* ID6:JFKL）测定；(20用钼兰比色法直接测
定，溶液样经过硫酸钾消化后用钼兰比色法测定总
磷，总磷与 (20的差值为 ()0［!9］。土壤 A>值、有机
质、粘粒、氧化铁含量、全磷和速效磷用常规方法测
定［!+］。
# 结果与讨论
#"! 土壤对磷的吸附
图 !表明，用化学试剂为磷源的传统方法获得
的土壤对磷的等温吸附曲线中，土壤对磷的吸附量
随平衡溶液中磷浓度的增加而持续增加。当平衡溶
液中磷浓度较低时，土壤对磷的吸附随平衡溶液磷
浓度的提高呈明显的增加；但当平衡溶液中磷浓度
较高时，土壤对磷的吸附量随平衡溶液中磷浓度增
加的变化幅度相对较小，吸附趋向平缓。用粪液作
为磷源时，无机磷（(20）或有机磷（()0）的吸附量随
平衡液中无机磷（或有机磷）浓度的变化与用纯化学
试剂为磷源的磷吸附曲线不同。当平衡溶液中磷浓
度较低时，无机磷（(20）或有机磷（()0）的吸附量均
随平衡浓度中无机磷（或有机磷）浓度的增加而增
加；当进一步增加平衡溶液中无机磷（或有机磷）浓
度时，吸附量却下降。图 !还看出，在平衡溶液磷浓
度相同的条件下，用粪液作为磷源时，无机磷（(20）
和有机磷（()0）的吸附量都明显低于用化学试剂作
为磷源时土壤对磷的吸附量。这可能是以粪液作为
磷源时，()0和 (20共存，二者发生了竞争吸附，因
而被土壤吸附的磷量都有所降低；而且溶液中存在
大量的 ()*，争夺了土壤中磷的吸附位，削弱了土
壤对 (20和 ()0的吸附。
!$!!期 章明奎，等：动物粪液中可溶性磷在土壤中的吸附和迁移特性研究
从吸附曲线的变化趋势来看，当平衡液中磷浓度
较低时，土壤对 !"#和 !$#的吸附量均随平衡溶液中
磷浓度的增加而增加；但当平衡液中磷浓度较高时，无
论是 !"#还是 !$#，土壤对它们的吸附量都呈下降的
趋势，明显不同于 %#曲线。这可能是由于当平衡溶液
中 !$#和 !"#浓度较高时，溶液中同时也包含了高浓
度的 !$%，抑制了土壤对 !"#和 !$#的吸附。
图 ! 不同磷源对土壤吸附无机态磷和有机态磷的影响
"#$%! &’’()*+ ,’ - +,./)( ,0 *1( 23+,/4*#,0 ,’ #0,/$20#) 203 ,/$20#) - 56 *1( +,#7+
（%#—以化学试剂 &’($)为磷源 *++,-./0-12 13 &’($) /4 # 4156.7；!$#和 !"#分别代表以粪液为磷源时的可溶性有机磷和无机磷 8-95-: /2-;/,
;/2567<:76-=7: :-441,=7: 16>/2-. +?14+?1654 /2: -216>/2-. +?14+?1654@ AB、A(、AC、A)分别为低有机质含量黄筋泥 D5/0762/6E 67: .,/E F-0? ,1F $G，高有机
质含量黄筋泥 D5/0762/6E 67: .,/E F-0? ?->? $G，淡涂泥 !74/,07: ;5::E +1,:76 41-,，清水沙 H,5=-1<4/2: 6-:>7 41-,）
在相同的平衡浓度下，)种土壤对 !$#的吸附
量均明显低于对 !"# 的吸附量（图 B）。同时，吸附
平衡溶液中 !"#与 !$#的浓度比（!"# I !$#）也显示
出土壤对 !"#具有优先吸附（表 (）。吸附试验中，
当粪液配制的磷溶液的初始 !"# I !$#比值为 (JKL，
它们与土壤作用后，溶液中的 !"# I !$#比值均呈下
降趋势。平衡液中 !"# I !$# 比越低，说明土壤对
!"#的优先吸附越明显。其中，黄筋泥对 !"# 的优
先吸附比淡涂泥和清水沙明显，而淡涂泥又比清水
沙明显。这一结果表明，对磷吸附能力越强的土壤
对 !"#的优先吸附也越明显。而有机质含量高的黄
筋泥 (比有机质含量低的黄筋泥 B对 !"#的优先吸
附明显，可能与黄筋泥 (本身包含较高的可溶性有
机物质从而抑制了有机态磷的吸附有关。无论是无
机磷还是有机磷，土壤对磷的吸附量都是黄筋泥 M
淡涂泥 M清水沙，这与土壤中粘粒含量和氧化铁含
量的变化一致。
表 8 等温吸附平衡液中 9:- ; 9<-的比值
=257( 8 >2*#, ,’ 9:- ; 9<- #0 #+,*1(/? 23+,/4*#,0
(@.#7#5/#.? +,7.*#,0
初始 !"#
"2-0-/, !"#
（;> I 8）
初始 !$#
"2-0-/, !$#
（;> I 8）
!"# I !$#的比值
N/0-1 13 !"# I !$#
AB A( AC A)
)JCL BJLO BJBO PJ)C PJQK (JKL
OJKP CJBQ BJBO PJL( BJ(C (JL)
BPJOO CJRL BJPC PJL( BJC) (JL(
B)JLP LJ(K PJO) PJLB BJLR (JL)
(RJPP BPJLC PJKC PJQ( (J(C (JQL
)CJLP BLJOP BJQC BJCK (J)Q (JQK
(PB 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 B)卷
!"! #$%和 #&%在土壤中的淋失
图 !为 !" #内粪液稀释液中 $%&、$’(和 $%(
在 "个土壤中的迁移淋失随淋洗时间的变化。由于
淋洗试验前土壤经去离子水饱和处理，因此淋洗试
验初期获得的 "!) 次样（总体积约为 !**! !)*
+,，相当于 - 个土柱的孔隙体积）主要来自被去离
子水饱和的土壤溶液，其 $%&、$’(和 $%(浓度主要
受供试土壤中有机质和磷状况的影响，但它们的
$%&、$’(和 $%(的浓度均较低。第 )个样品后，淋
出液中 $%&、$’(和 $%(均逐渐增加。从第 "至第 .
个样品中 $%&、$’(和 $%&的浓度变化可知，$%(的
浓度增加幅度最快，而 $’(的变化幅度相对较小，这
说明供试土壤对 $’(的吸持（包括土壤微生物的生
物固持）强度大大超过了 $%(。但无论是 $%&、
$%(，还是 $’(，它们的浓度均随时间增加而增加，表
明了由于土壤中不断加入 $%&、$%(和 $’(，使土柱
中的土壤逐渐被 $%&、$%(和 $’(等饱和，吸附作用
渐渐减弱。
图 ! #$%、#&%和 #$’在不同土壤中的淋出浓度随时间的变化
()*+! ’,-./-0120),-3 ,4 #$%，#&% 2-5 #$’ )- 6/2.720/3 41,8 5)44/1/-0 3,)63 23 2 49-.0),- ,4 0)8/
表 /中第 "至第 -)个淋出液样中 $’( 0 $%(和
$%& 0$%(的比值均明显低于初始溶液中 $’( 0 $%(
（!1.)）和 $%& 0 $%(（2!13)）的比值，说明土壤对 $’(
和 $%&的相对吸持作用高于 $%(。但不同土壤对
$%&、$%(和 $’(的吸持能力有较大的差异，吸持能
力为 4- 5 4! 5 4/ 5 4"（图 !），其中，砂质土壤（清水
沙）对 $’(、$%&和 $%(的吸持能力明显低于其它 /
个土壤。
表 : 不同土柱淋出液中 #&% ; #$%和 #$’; #$%
<2=6/ : >20),3 ,4 #&% ; #$%和 #$’; #$% )- 07/ 6/2.720/3 41,8 4,91 3,)63
淋洗液 $’( 0 $%( $%& 0 $%(
,678#796 4- 4! 4/ 4" 4- 4! 4/ 4"
- --13! -:1)! !1-/ !1": :3-31-3 -:)!-1." )3:12: )!-1."
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/*--期 章明奎，等：动物粪液中可溶性磷在土壤中的吸附和迁移特性研究
由粪液引入的无机态磷和有机态磷既可通过一
般的化学作用被土壤固定，也可通过生物作用被土
壤微生物固定。另外，在淋洗过程中，有机态磷还可
能发生部分水解，转变为无机态磷。但由于本试验
淋洗时间较短，因水解而发生转变的有机态磷的比
例不高。试验中淋出液磷的组成是以上过程综合作
用的结果，这与田间实际情况较为相似。
! 讨论
土壤中磷素的化学行为不仅影响土壤中磷的生
物有效性，也会影响磷素的地球化学循环，因此有关
磷的吸附、固定及其与土壤组分、施肥和环境的关系
研究一直深受人们的重视。由于不同形态的磷素的
化学性质有很大的差别，因此不同形态的磷在土壤
中的吸附、迁移特性也可有较大的差异。以往的研
究已表明，低分子量有机酸的存在可影响土壤对磷
的吸附与解吸特性［!"，!#，$%］；有机酸降低土壤对磷吸
附效应随着有机酸浓度和有机酸与磷浓度比的增加
而增加［$!］；长期施用磷肥导致土壤磷素积累可降
低土壤对磷的吸附容量［!&］；施用有机肥料可活化
土壤中的磷素［$$］。本研究的结果表明，由于粪液中
同时包含高浓度的有机碳、有机磷和无机磷，土壤对
由粪液引入的无机磷和有机磷的吸附特性与一般吸
附试验获得的结果不同。大量的可溶性有机碳存在
明显降低了土壤对粪液中有机态磷和无机态磷的吸
附，这在一定程度上增加了磷的流失风险。与无机
化肥相比，投入有机肥将更有助于土壤磷由”汇”向”
源”的转变，这一方面增加了土壤中的生物有效磷，
另一方面也增加了土壤磷素的淋失风险。与以化学
磷源作为土壤磷的吸附源相比，施用粪液处理土壤
对磷素的吸附量明显减少，这可能与有机肥中可溶
性有机物质包被土壤磷素的吸附点［!’(!#］，有机肥中
的有机酸分子对无机磷的活化作用或者竞争吸附点
以及阻止溶液中磷素沉淀等多种因素有关［!&($%］。
本研究结果与某些文献［!)］报道的土壤对无机磷的
吸附低于有机磷的结果不同，"个土壤对无机磷的
吸附均明显高于有机态磷，这可能与粪液中实际存
在的有机磷与纯化学有机磷不同及粪液中还存在大
量可溶性有机物有关。
" 结论
粪液中可溶性有机物（碳）的存在可大大降低土
壤对粪液中有机态磷和无机态磷的吸附，增加了粪
肥中磷的流失风险。土壤对粪液中有机磷和无机磷
的吸附量与粘粒含量、氧化铁含量呈正相关，吸附
量由大而小均为：黄筋泥 *淡涂泥 *清水沙。土壤
对粪液中磷的吸附强度为无机态磷高于有机态磷，
这在有机质高的土壤中尤为明显。供试土壤对粪液
中可溶性物质的吸持优先次序为可溶性无机磷 *可
溶性有机碳 *可溶性有机磷，有机态磷比无机态磷
更易在土壤中迁移。
参 考 文 献：
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