全 文 ：中国生态农业学报 2010年 7月 第 18卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, July 2010, 18(4): 706−710


* “十一五”国家科技支撑计划项目(2008BADA4B03, 2006BAD05B08)和 IPNI(Jiangsu-10)项目资助
** 通讯作者: 张永春(1966~), 男, 研究员, 主要从事土壤质量研究及肥料研发工作。E-mail: yczhang66@sina.com
高秀美(1984~), 女, 硕士研究生, 主要从事土壤质量管理研究。E-mail: gaoxm1047@163.com
收稿日期: 2009-10-12 接受日期: 2010-01-25
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00706
蔬菜种植年限对土壤磷素吸附解吸特性的影响*
高秀美 1,2 汪吉东 1 张永春 1** 赵耕毛 2 刘兆普 2
许仙菊 1 宁运旺 1 胡永红 1
(1. 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所 南京 210014; 2. 南京农业大学资源与环境科学学院 南京 210095)
摘 要 为揭示不同种植年限土壤磷的固定和释放机制, 通过土壤磷的等温吸附、解吸试验研究种植年限分
别为 3~5年、15~20年、25~30年的黄棕壤 0~5 cm和 5~20 cm土层磷的吸附、解吸特性。结果表明: 土壤磷
的等温吸附曲线、吸附量−解吸量曲线分别与 Langmuir方程(R2为 0.872 8~0.843 6)、二次函数方程拟合良好(R2
为 0.954 5~0.997 0); 随蔬菜种植年限延长, 表层土壤磷最大吸附量(Qm)、磷最大缓冲容量(MBC)明显降低, 而
土壤磷吸附饱和度(DPS)和解吸率明显提高; 种植年限 15~20年、25~30年土壤磷的解吸率明显高于 3~5年土
壤。对表征土壤磷素吸附、解吸特性的主要因子如 MBC 及 DPS 等作相关分析发现, 无定形铁铝含量的变化
是影响土壤磷吸附解吸特性的主要因素。
关键词 土壤磷 吸附 解吸 磷吸附饱和度 解吸率
中图分类号: S154 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)04-0706-05
Effect of the number of years of vegetable cultivation on soil
phosphorus sorption-desorption characteristics
GAO Xiu-Mei1,2, WANG Ji-Dong1, ZHANG Yong-Chun1, ZHAO Geng-Mao2, LIU Zhao-Pu2,
XU Xian-Ju1, NING Yun-Wang1, HU Yong-Hong1
(1. Institute of Agricultural Resources and Environmental Sciences, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014,
China; 2. College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)
Abstract An experiment involving 3~5, 15~20 and 25~30 years continuous vegetable cultivation was carried out to determine
fixation and release mechanisms of soil phosphorus in cultivated yellow brown soils. Based on the results, phosphorus isothermal
adsorption and adsorption-desorption curves are respectively described by Langmuir equation and quadratic equation. With increas-
ing years of cultivation, the maximum phosphorus adsorption (Qm) and maximum buffer capacity (MBC) of surface soil decrease
significantly. However, degree of phosphorus saturation (DPS) and phosphorus desorption rate increase. Phosphorus desorption rates
in 15~20- and 25~30-year cultivated vegetable soils are significantly higher than that in the 3~5-year cultivated vegetable soils. Cor-
relation analysis for the main factors affecting soil phosphorous adsorption-desorption (e.g., MBC, DPS, etc.) reveals that soil amor-
phous Fe-Al content significantly affects soil phosphorus adsorption-desorption.
Key words Soil phosphorus, Adsorption, Desorption, Degree of phosphorus saturation, Desorption rate
(Received Oct. 12, 2009; accepted Jan. 25, 2010)
土壤对磷素的强烈吸附是土壤磷生物有效性低
的主要原因之一 [1], 解吸过程则是土壤磷素吸附的
逆反应, 它影响土壤中磷的形态转化和植物磷素营
养, 也制约着磷在土壤中的迁移及其环境效应, 从
环境科学的角度看, 磷素的解吸过程比吸附过程更
为重要[2]。国内外学者在土壤磷的吸附与解吸方面
取得一定进展 [3−8], 但关于不同种植年限对蔬菜地
土壤磷的吸附与解吸影响的研究还有待深入。本文
以蔬菜种植年限分别为 3~5 年、15~20 年、25~30
年的黄棕壤为研究对象, 对蔬菜地土壤磷素吸附解
第 4期 高秀美等: 蔬菜种植年限对土壤磷素吸附解吸特性的影响 707


吸特性进行了系统研究, 为探明不同种植年限蔬菜
地土壤磷素吸附解吸规律提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 供试土壤
供试土壤取自南京市雨花台区双闸镇 , 该地
区地势平坦, 年均降雨量 1 150 mm, 年平均气温
15.5 ℃, 排灌良好, 从 20 世纪 70 年代开始成为国
家大型蔬菜供应基地。土壤类型为江苏省典型的黄
棕壤, 母质为下蜀黄土。供试菜地均以种植叶菜类
蔬菜为主, 每年 4~5季, 以 15-15-15(N-P2O5-K2O)的
高浓度化肥为主, 施用量为 1 800 kg·hm−2, 并辅以
少量有机肥, 同时追施尿素 450~750 kg·hm−2。
选取种植年限为 3~5年、15~20年、25~30年的
蔬菜地土壤(各取 3 个样品, S 形混合取样), 用土钻
分层采取 0~5 cm、5~20 cm土壤, 采样时间为 2007
年 12月, 自然风干后分别过 0.84 mm、0.25 mm土
样筛供分析使用。
1.2 测定方法
土壤 pH、有机质、全磷、速效磷、速效钾、碳
酸钙以及无定形铝的测定参照鲁如坤 [9]的方法, 无
定形铁的测定采用邻啡罗琳比色法[10]。有机质、全
磷、无定形铁铝、碳酸钙测定土样过 0.25 mm筛, 其
他均过 0.84 mm筛。供试土壤基本理化性质见表 1。
土壤磷素等温吸附曲线测定: 称取过 0.84 mm
筛的风干土样 2.50 g 于 100 mL 塑料瓶中, 分别加
入 50 mL 用 0.01 mol·L−1KCl 配制的 KH2PO4溶液
(pH7.0), 磷加入量[mg·kg−1(土)]分别为 0、20、50、
100、200、400、600、800、1 000、1 980、2 970, 加
入 3滴氯仿, 以抑制微生物生长繁殖, 在 25±1 ℃下
恒温摇床上充分振荡 (200 r·min−1)24 h, 4 000
r·min−1离心 10 min, 无磷滤纸过滤, 滤液中的磷用
钼锑抗比色法测定, 绘制磷素等温吸附曲线[11]。
磷的解吸 : 弃去离心管中的上清液 , 先用 10
mL无水乙醇溶液悬浮洗涤 2遍, 再加入 50 mL 0.01
mol·L−1KC1溶液, 同上 25 ℃恒温振荡 24 h, 4 000
r·min−1离心 10 min, 测定磷的解吸量[12]。
根据土壤磷素等温吸附曲线 , 最大吸附磷量
(Qm)用 Langmuir方程 C/Q=C/Qm+1/KQm拟合获得。
C 为平衡虑液磷浓度(mg·L−1), Q 为土壤磷吸附量
(mg·kg−1), Qm是在一定温度条件下(通常为 25 ℃)
土壤磷素最大吸附量(mg·kg−1), K为与结合能有关
的常数。C/Q与 C呈直线关系, 而 1/Qm为此直线的
斜率, 可算出吸附特性的参数。
2 结果与分析
2.1 不同种植年限蔬菜地土壤磷素等温吸附特征
表 2 显示, 不同种植年限各处理 0~5 cm 层和
5~20 cm 层土壤磷吸附量与平衡滤液磷浓度符合
Langmuir 方程。方程中反映土壤对磷吸附能力强弱
的重要指标 K值(结合能常数)[13]表现为各处理 5~20
cm层都高于 0~5 cm层; 而不同蔬菜种植年限土壤K
值表现为 3~5 年处理最高, 明显高于 15~20 年和
25~30年处理, 后两者之间差异较小。同时反映土壤
胶体吸附位点多少的土壤磷素最大吸附量(Qm)也呈
与 K 值相同的变化趋势; 故土壤磷的最大缓冲容量
(MBC, K 与 Qm的乘积)[14]种植年限 3~5 年、15~20
年和 25~30年的 0~5 cm层分别为 51.55 mg·kg−1、
16.18 mg·kg−1、14.49 mg·k−1, 呈随种植年限的上
升而逐渐降低的趋势, 且 0~5 cm层明显低于对应的
5~20 cm 土层。对土壤无定形铁与 Qm作相关分析,
发现不同蔬菜种植年限处理 0~5 cm和 5~20 cm土壤
Qm 值与土壤无定形铁含量呈极显著正相关(相关系
数 0.909), 与邵兴华等[15]研究无定形氧化铁对土壤
磷吸附−解吸影响结果一致。
土壤磷吸附饱和度(DPS)[16]可作为土壤磷潜在
解吸能力的一个重要指标, 用来表征土壤磷的释放
潜力和流失风险[17−18]。相关研究显示当 DPS 超过
25%时 , 可显著增加地表水体和地下水中磷的浓
度[19−20]。本研究显示种植年限 3~5 年、15~20 年和
25~30 年的 0~5 cm 层土壤 DPS 分别为 15.18%、
16.69%、30.04%, 5~20 cm 层 DPS 分别为 5.85%、

表 1 供试土壤基本化学性质
Tab. 1 The basic chemical properties of the soil tested
种植年限
Cultivation
period (a)
采样深度
Sampling
depth (cm)
pH
(水浸 Water
extract)
有机质
Organic matter
(g·kg−1)
速效磷
Olsen-P
(mg·kg−1)
CaCO3
(g·kg−1)
无定形铁
Amorphous Fe
(g·kg−1)
无定形铁铝
Amorphous
Fe+Al (g·kg−1)
0~5 5.81±0.90A 21.69±4.31A 67.89±14.04A 14.38±2.65D 4.94±0.64A 5.05±0.65A 3~5

5~20 7.07±0.21A 20.84±0.48A 26.33±4.78B 22.50±6.19CD 5.42±0.33A 5.53±0.33A
0~5 6.54±0.19A 25.00±2.69A 70.33±0.58A 40.42±8.31AB 3.00±0.18B 3.14±0.19B 15~20

5~20 6.94±0.18A 22.20±3.27A 36.67±4.16B 52.79±2.19A 3.03±0.12B 3.13±0.12B
0~5 5.75±1.34A 24.70±2.27A 96.90±9.06A 22.08±1.91CD 2.44±0.42B 2.56±0.42B 25~30

5~20 5.94±0.28A 21.13±2.18A 71.33±22.48A 32.55±9.36BC 2.12±0.51B 2.26±0.55B
708 中国生态农业学报 2010 第 18卷


表 2 不同种植年限蔬菜地土壤磷素的吸附特性
Tab. 2 Phosphorus adsorption in vegetable soils with different cultivation years
种植年限
Cultiva-
tion pe-
riod (a)
采样深度
Sampling
depth
(cm)
C/Q=C/Qm+1/KQm R2 K
最大吸附磷量
Maximum phospho-
rus adsorption
(mg·kg−1)
最大缓冲容量
Maximum buffer
capacity (mg·kg−1)
磷吸附饱和度
Degree of phos-
phorus saturation
(%)
0~5 C/Q=0.001 8C+0.019 4 0.872 8** 0.092 8 555.56 51.55 15.18 3~5

5~20 C/Q=0.001 8C+0.003 5 0.928 0** 0.514 3 555.56 285.71 5.85
0~5 C/Q=0.002 8C+0.061 8 0.873 9** 0.045 3 357.14 16.18 19.69 15~20

5~20 C/Q=0.002 3C+0.017 2 0.914 3** 0.133 7 434.78 58.14 8.43
0~5 C/Q=0.003 1C+0.069 0 0.883 1** 0.044 9 322.58 14.49 30.04 25~30

5~20 C/Q=0.002 5C+0.016 3 0.943 6** 0.153 4 400.00 61.35 17.83

8.43%、17.83%, 均随蔬菜种植年限增加而提高, 且
种植年限 25~30年的 0~5 cm土壤 DPS均超过 25%。
2.2 不同种植年限蔬菜地土壤磷素解吸特性
图 1 是不同种植年限集约化蔬菜地土壤磷素的
吸附量与解吸量二次函数拟合曲线, 其拟合函数的
相关性(相关系数 0.977 0~0.998 5)优于一次线性函
数方程、指数方程。图 1 表明供试土壤磷的解吸曲
线均呈现随吸附量增加解吸量加速上升趋势。土壤
磷吸附量低于 200 mg·kg−1时, 种植年限 15~20 年
与 25~30 年处理土壤解吸量无差异, 随着土壤磷吸
附量的持续增加, 种植年限 15~20 年处理磷解吸量
逐渐小于 25~30 年处理, 但始终明显大于 3~5 年处
理。各处理 5~20 cm土层呈相同变化趋势。以上表
明在较低磷吸附量下, 种植年限 15~20 年和 25~30
年土壤对磷的解吸量差异不大, 而超过一定吸附量
(200~250 mg·kg−1)时, 不同种植年限土壤磷的缓冲
能力差异得到体现, 蔬菜种植年限越长, 土壤对磷
的缓冲能力越小。
2.3 不同种植年限蔬菜地土壤磷素解吸率
图 2表明种植年限 15~20年、25~30年的 0~5 cm
层和 5~20 cm层土壤磷素解吸率曲线均表现为先迅
速降低后缓慢升高的趋势, 表明种植年限 15~20 年
和 25~30 年土壤磷素吸附过程中存在低能级的物理
性吸附。而种植年限 3~5年处理, 0~5 cm层和 5~20
cm 层土壤磷的解吸率都明显低于 15~20 年、25~30
年对应层次土壤, 且其 0~5 cm层磷素解吸率呈稳定
趋势, 而 5~20 cm 层土壤解吸率呈上升趋势。各年
限处理, 0~5 cm土层解吸率明显高于 5~20 cm土层。
土壤磷的解吸率表征解吸量与吸附量的比值。以上
表明土壤磷的解吸率还可以反映土壤胶体对磷吸附
和解吸能力的强弱 , 当土壤磷素处于较低浓度时 ,
土壤对磷的吸附位点增多, 以吸附为主; 而当土壤
磷浓度较高时, 土壤对磷的作用主要表现为释放。
通过不同年限土壤磷素吸附解吸特性研究发现, 土
壤磷解吸率的高低可能与土壤对磷吸附饱和度和缓
冲能力有关。


图 1 不同种植年限蔬菜地土壤磷素吸附−解吸曲线
Fig. 1 Phosphorus sorption-desorption isotherms in vegetable soils with different cultivation years
第 4期 高秀美等: 蔬菜种植年限对土壤磷素吸附解吸特性的影响 709



图 2 不同种植年限蔬菜地土壤磷素解吸率曲线
Fig. 2 Phosphorus desorption rate isotherms in vegetable soils with different cultivation years

2.4 影响土壤磷素吸附解吸的各指标相关性分析
表 3显示土壤全磷(TP)与土壤 Qm、土壤 Olsen-P
与 MBC显著负相关, 土壤 TP、Olsen-P与 DPS显著
正相关。表明土壤磷素累积量越高, 土壤对磷的吸
附性能、缓冲容量明显降低, 土壤磷素解吸能力越
强。土壤 pH、有机质对土壤磷素吸附解吸特性的影
响比较复杂, 各位学者研究结果很不一致[3,21]。本研
究表明, 提高土壤 pH, 减少有机肥施用量, 能够增
大土壤磷素的缓冲容量。无定形铁铝含量能够影响
土壤磷素吸附位的多少, 表 3 显示无定形铁铝含量
与 Qm和 MBC 显著正相关, 土壤无定形铁铝含量越
多, 土壤对磷素吸附能力增强。

表 3 土壤磷素各指标相关关系
Tab. 3 The correlations between indicators of soil phosphorus (n=16)
pH OM CaCO3 Fe+Al Qm MBC DPS
TP −0.169 0.495 0.134 −0.684** −0.662** −0.552* 0.554*
Olsen-P −0.705** 0.531* −0.428 −0.511* −0.323 −0.663** 0.552*
pH −0.378 0.448 0.236 −0.096 0.363 −0.079
OM −0.059 −0.232 −0.202 −0.338 0.213
CaCO3 −0.362 −0.185 −0.103 −0.492
Fe+Al 0.582* 0.569* −0.180
Qm 0.168 −0.552*
*表示 P<5%显著相关, **表示 P<1%显著相关。* Correlation is significant at 0.05 level, ** Correlation is significant at 0.01 level. TP: 总磷
Total phosphorus; Olsen-P: 速效磷 Available phosphorus; OM: 有机质 Organic matter; Fe+Al: 无定形铁铝 Amorphous Fe+Al; Qm: 土壤磷素最
大吸附量 Maximum phosphorus adsorption; MBC: 土壤磷素最大缓冲容量 Maximum buffer capacity of phosphorus; DPS: 磷吸附饱和度 De-
gree of phosphorus saturation.

3 结论和讨论
土壤固液相之间磷的转化速率取决于磷酸根在
固相表面的固定、释放机制, 并制约着土壤的供磷
能力, 进而影响到植物对磷的吸收与利用[22]。影响
土壤磷素吸附解吸特性的因素很多, 国内外均有相
关研究[23−24]。本试验针对不同蔬菜种植年限对磷素
吸附解吸特性作了详细研究 , 不同种植年限蔬菜
地土壤磷素等温吸附、吸附量−解吸量曲线分别
与 Langmuir方程、二次函数方程拟合良好。国内外
学者对土壤磷的吸附曲线多用 Langmuir 方程拟
合 [2,4,25], 但吸附量-解吸量曲线拟合方程不同研究
者曲线拟合存在差异。如夏文建等[12]、张新明等[26]
分别用 S型曲线、指数方程描述土壤磷的吸附量-解
吸量曲线, 这可能与各试验土壤磷素含量和土壤对
磷的吸附具有较强缓冲能力存在差异有关, 而本试
验的土壤为黄棕壤, 其缓冲能力较强。
近年来, 蔬菜生产中盲目大量施用磷肥, 导致
土壤磷素大量积累现象严重。已有资料表明, 蔬菜
保护地土壤全磷、无机磷、有机磷、Olsen-P的平均
含量为一般耕地土壤的 2.7~14.0 倍[27]。本研究表明
随蔬菜种植年限延长, 土壤磷的累积量增加, 土壤
磷吸附饱和度增加。Beauchemin等[16]把土壤磷吸附
饱和度(DPS)作为土壤磷潜在解吸能力的一个重要
指标。本研究表明, 土壤磷吸附饱和度的提高和无
710 中国生态农业学报 2010 第 18卷


定形铁铝含量的变化能够显著影响不同蔬菜种植年
限黄棕壤磷的吸附解吸能力。有关土壤无定形铁铝
对土壤磷素吸附的影响早有研究。土壤组分中与磷
吸附呈正相关的是草酸可提取态铁和草酸可提取态
铝, Maguire等[28]认为草酸可提取态铁、铝可用来估
计长期土壤磷释放与其吸附能力有关。Shahandeh
等[29]也认为土壤中草酸可提取的铁氧化物数量越大,
磷吸附和磷释放的有效活性表面就越大。土壤磷吸
附饱和度的提高和无定形铁铝含量的变化可能是本
研究中土壤吸附解吸特性的主要影响因素。

致谢 南京市土壤肥料站和南京市雨花台区农林局
高豫汝站长等在样品采集中给予帮助, 谨表谢意！
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