全 文 ：中国生态农业学报 2012年 9月 第 20卷 第 9期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sep. 2012, 20(9): 1119−1126


* 中国热带农业科学院橡胶研究所基本科研业务费(1630022011019)和海南省自然科学基金项目(310095)资助
** 通讯作者: 郭海超(1981—), 男, 副研究员, 主要从事作物养分管理与土壤肥料化学方面研究。E-mail: haichaoguo@126.com
周杰(1986—), 男, 硕士研究生, 主要从事热带植物营养诊断与施肥研究。E-mail: zwyyzd@yahoo.cn
收稿日期: 2012-04-16 接受日期: 2012-05-31
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.01119
磷矿粉在橡胶园不同母质砖红壤中溶解特性研究*
周 杰1,2 郭海超2** 罗雪华2 王文斌2 吴小平2
(1. 海南大学农学院 儋州 571737; 2. 中国热带农业科学院橡胶研究所 儋州 571737)
摘 要 研究表明大多数热带地区酸性土壤上施用磷矿粉能取得与水溶性磷肥相当的肥效。目前橡胶树等热
带作物施肥实践中长期施用水溶性磷肥, 磷矿粉在热带胶园土壤中的应用研究较少。为此, 本文通过室内培养
试验研究了采自云南昆阳磷矿(KPR)和江西吴村磷矿(WPR)2 种品位磷矿粉在砂页岩、花岗岩、片麻岩、浅海
沉积物和玄武岩等 5 种母质发育的 10 个胶园砖红壤中的溶解特性和有效性动态变化。结果表明: 2 种磷矿粉
在 10个砖红壤上的溶解量均随着培养时间的延长不断增加。对 2种磷矿粉在砖红壤中的溶解动力学过程模拟
效果最好的是 Elovich方程, 其次是 Langmuir方程, Mitscherlich方程模拟效果最差。2种磷矿粉在玄武岩发育
砖红壤上平均最大溶解量分别是砂页岩发育砖红壤、花岗岩发育砖红壤、片麻岩发育砖红壤和浅海沉积物发
育砖红壤的 2.16倍、1.73倍、2.49倍和 2.39倍。2种磷矿粉在 10个土壤中最大溶解量均与土壤有机质含量、
水解性总酸、游离态氧化铁含量和 CEC呈显著性正相关, 溶解速率均与土壤水解性总酸、游离氧化铁和 CEC
呈显著正相关关系。经逐步回归发现: 土壤游离氧化铁含量可能是决定磷矿粉在砖红壤中最大溶解量的第 1
因素, 土壤磷吸附常数 K值和 CEC则可能分别是影响 KPR和 WPR在砖红壤中溶解速度的第 1因素。2种磷
矿粉施用后所有土壤有效磷含量均出现不同程度的增加, 但不同土壤、不同培养时间有效磷增加量存在差异。
本研究显示, 将磷矿粉优先施用在玄武岩发育砖红壤可能会取得相对较好的效果; 与 KPR 相比, WPR 作为中
低品位磷矿粉也可能同样有效。
关键词 磷矿粉 砖红壤 溶解特性 溶解动力学 土壤特性 土壤有效磷
中图分类号: S143.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)09-1119-08
Dissolution characteristics of phosphate rocks in latosols with
different parent materials in rubber plantations
ZHOU Jie1,2, GUO Hai-Chao2, LUO Xue-Hua2, WANG Wen-Bin2, WU Xiao-Ping2
(1. College of Agronomy, Hainan University, Danzhou 571737, China; 2. Rubber Research Institute, Chinese
Academy of Tropical Agricultural Sciences, Danzhou 571737, China)
Abstract Latosols are very acidic, often extremely deficient in phosphorus (P) and have strong P sorption capacity. The state of P
in latosols is one of the main limiting factors of growth and yield of rubber trees. Several studies have suggested that phosphate rocks
(PR) could be as effective as water soluble phosphate fertilizers in increasing plant yield and improving soil P content in tropical
regions. Although water soluble P is the mainly P fertilizer used for improving the state of nitrites in rubber trees, rational use of PR
has not been intensively researched. PR application proved promising particularly in tropical plantations and organic agriculture in
China. This research simulated and assessed dissolution and availability extents and rates of two PR forms in different latosols from
five parent materials. The research also identified major soil factors controlling PR dissolution and availability in tropical soils. The
results provided useful information on rational application of PR in tropical crops in China. Thus the dissolution and availability
characteristics of two PR forms [Kunyang phosphate rocks (KPR) from Yunnan Province and Wucun phosphate rocks (WPR) from
Jiangxi Province] were investigated in laboratory incubation of ten rubber plantation latosols with different parent materials. PR was
added to tropical soils at rates of 0 mg(P)·kg−1 (control) and 500 mg(P)·kg−1. The soil-PR mixtures were placed in plastic containers
and incubated at moisture content of ≈60% soil water-holding capacity, 25 and for 35 days. Results showed that dissolution of two ℃
1120 中国生态农业学报 2012 第 20卷


forms of PR increased in all the soils with increasing incubation period. The two PR dissolution kinetics in ten types of latosols were
best described by the Elovich equation, followed by Langmuir equation. The Mitscherlich equation did not suitably describe PR
dissolution in latosols. Average maximum dissolution potentials of the two PRs in latosols from basalt were 2.16, 1.73, 2.49 and 2.39
times of latosols from sand shale, granite, gneiss and nerite, respectively. Maximum dissolutions of the two PRs in latosols were
positive correlated with soil organic matter, soil total hydrolytic acidity, free iron oxide content and cation exchange capacity (CEC).
Dissolution rates of the two PRs in latosols were positive correlated with soil total hydrolytic acidity, free iron oxide content and CEC.
Stepwise multiple regression indicated that soil free iron oxide content was the soil factor with the most significant control over
maximum dissolutions of the two PRs. CEC and soil adsorption parameter (K) were respectively the soil factors with the most effect
on KPR and WPR dissolution rates in latosols. Soil available P increased after PR application, but the increment was different for the
various soils and sampling periods throughout the incubation process. This study thus indicated that better effect was obtainable when
PR was applied first in latosols from basalt. Compared with KPR, it was possible for low grade WPR to have the same effect
regarding increasing soil available P in latosols.
Key words Phosphate rock, Latosol, Dissolution characteristics, Dissolution kinetics, Soil characteristics, Soil available
phosphorus
(Received Apr. 16, 2012; accepted May 31, 2012)
研究表明在大多数热带地区酸性土壤上施用磷
矿粉能够取得与水溶性磷肥相当的肥效[1]。我国磷
矿资源丰富, 但以中低品位磷矿为主; 由于中低品
位的磷矿选矿难度大, 往往难以酸化制造化学磷肥,
而研究表明磷矿粉在酸性土壤上施用的供磷能力一
般都在中等以上[2]。因地制宜地在酸性土壤中施用
磷矿粉对推进矿产资源综合利用和实现农业可持续
发展具有重要意义[3−4]。
益于磷矿粉溶解的土壤条件有 : 低土壤 pH
(<5.5)、低土壤溶液钙离子浓度、低土壤磷素水平和
高土壤有机质含量[5]。砖红壤是海南省的主要土壤
类型, 占全省土壤总面积的 64%, 是海南省发展热
带经济作物特别是橡胶的主要土壤。砖红壤多呈强
酸性, 且近年来土壤 pH 仍表现出下降趋势[6], 较低
的土壤 pH为施用磷矿粉提供了很好的前景。世界主
要植胶国之一—— 马来西亚自 20 世纪 50 年代便将
磷矿粉广泛应用到橡胶、油棕、胡椒和可可种植中,
并建立了直接施用磷矿粉的标准, 并将磷矿粉作为
复合肥的配方成分进行施用[7]。印度尼西亚也主要
将磷矿粉施用在橡胶、油棕、咖啡树、可可和茶树
等林木上, 其年磷矿粉施用量为 5万~10万 t[8]。我国
自 20世纪 50年代中期至 60年代初期也在广东省高
州市团结农场、广东省徐闻县五一农场、海南省儋州
市西庆农场、海南省保亭县育种站等国营垦殖场的橡
胶树种植中开展了磷矿粉肥效试验, 当时所施用的
磷矿粉为江苏锦屏磷矿粉, 这种磷矿粉是变质岩型
的磷矿, 也是国内磷矿中直接施用效果最差的磷矿
之一[2,9], 此后磷矿粉肥效试验未能在热区胶园持续进
行。目前橡胶树等施肥生产实践中基本以施用水溶性
磷肥为主, 磷矿粉在胶园砖红壤中的应用研究较少。
除磷矿粉自身的理化性质和细度外, 土壤性质
也影响磷矿粉的溶解及肥效。影响磷矿粉溶解性及
有效性的主要土壤因素有: 土壤 pH、土壤交换性钙
离子含量、土壤质地、土壤最大磷吸附量和土壤有
机质含量[5]。海南省胶园砖红壤主要成土母质有花
岗岩、玄武岩、浅海沉积物、变质岩和砂质岩, 并
分别发育成硅铝砖红壤、铁质砖红壤、硅质砖红壤、
铁铝质砖红壤[10]。成土母质和发育程度的不同会引
起土壤理化性质的差异, 并最终可能使磷矿粉溶解
性、有效性及肥效产生差异。因此, 本文采用室内
培养试验系统研究了两种不同品位磷矿粉在不同母
质胶园砖红壤中溶解性和有效性动态变化规律, 以
期揭示影响磷矿粉在砖红壤上溶解和有效性的土壤
因素, 可为磷矿粉在热带砖红壤上橡胶树等热带作
物种植上的因地制宜利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试土壤
砂页岩、花岗岩、片麻岩、浅海沉积物和玄武
岩等 5 种代表性母质发育的砖红壤分别采自海南省
白沙农场、阳江农场、儋州两院农场、加来农场和
红华农场。供试土壤为以第 1 代胶园为主、第 2 代
胶园为辅的海南省橡胶林地表层(0~20 cm)土壤, 橡
胶林下覆盖杂草主要有蔓生莠竹和铺地黍等。以林
段为单位(约 0.67 hm2), 在每个林段株行间按 S形选
取 10个采样点, 每个点采集约 3 kg土壤, 将同一林
段所有采样点土壤混匀后取适量样品; 共采集砂页
岩母质发育砖红壤 1个, 花岗岩发育砖红壤 3个, 片
麻岩发育砖红壤 2 个, 浅海沉积物发育砖红壤 2 个,
玄武岩发育砖红壤 2个, 共计 10个土壤样品。土壤
经风干后磨碎过 2 mm筛, 充分混匀, 备用。土壤基
本理化性质按常规方法测定 [11], 等温吸附曲线按
Nair等[12]方法测定, 采用 Langmuir方程计算磷最大
吸附量 Xm和磷吸附常数 K, 测定结果详见表 1。
第 9期 周 杰等: 磷矿粉在橡胶园不同母质砖红壤中溶解特性研究 1121


表 1 供试土壤基本理化性质
Table 1 Physicochemical properties of experimental soil
有机质
SOM
游离氧化铁
Free iron
oxide
Bray2提取
态磷 Bray2
extractable P
Xm K
交换性酸
Exchangeable
acidity
水解性总酸
Hydrolytic
total acidity
交换性钙
Exchangeable
Ca
交换性镁
Exchangeable
Mg
阳离子
交换量
CEC
土样编号
Soil sam-
ple code
成土母质
Parent material
pH
g·kg−1 mg·kg−1 cmol·kg−1
1 砂页岩 Sand shale 4.64 19.68 14.10 26.33 573.86 0.07 2.56 6.38 0.29 0.12 6.91
2 花岗岩 Granite 4.37 15.68 9.69 53.29 393.64 0.15 2.33 6.94 0.12 0.04 7.18
3 花岗岩 Granite 4.27 18.40 12.27 9.24 386.15 0.24 3.00 6.84 0.11 0.07 7.16
4 花岗岩 Granite 4.37 10.41 14.29 2.19 403.21 0.23 2.74 5.56 0.12 0.02 5.76
5 片麻岩 Gneiss 4.49 10.70 17.87 6.69 346.56 0.21 1.84 5.07 0.10 0.03 5.29
6 片麻岩 Gneiss 4.41 17.71 15.75 49.99 302.62 0.18 2.14 6.18 0.37 0.09 6.77
7 浅海沉积物
Neritic sediment
4.53 14.94 8.52 16.91 701.94 0.10 1.91 4.90 0.07 0.03 5.05
8 浅海沉积物
Neritic sediment
4.49 14.26 10.06 3.57 332.24 4.21 2.00 5.33 0.03 0.03 5.44
9 玄武岩 Basalt 4.22 25.04 53.75 2.45 636.82 2.21 2.44 8.70 0.09 0.07 8.92
10 玄武岩 Basalt 4.39 27.17 54.52 9.66 742.27 4.98 2.86 9.72 0.18 0.06 10.02
SOM: soil organic matter; CEC: cation exchange capacity. 下同 The same below.

1.2 供试磷矿粉
磷矿石分别采自云南昆阳磷矿(KPR)和江西省
吴村磷矿(WPR)。所有磷矿石均磨碎过 100目筛, 基
本性质采用常规方法测定[11], 同时对磷矿粉进行 X
衍射分析, 试验分子式按 McClellan 和 Lehr 的方法
确定[13]。KPR 和 WPR 两种磷矿粉 pH(固︰水=1︰5)
分别为 7.00 和 8.40, 全磷分别为 138.5 g(P)·kg−1和
62.3 g(P)·kg−1, 枸 溶 率 分 别 为 21% 和 29%,
CO32−/PO43− 均 为 0.091, 试 验 分 子 式 分 别 为
Ca9.83Na0.12Mg0.05(PO4)5.50(CO3)0.50F2.20和 Ca9.50Na0.102
Mg0.04(PO4)5.50(CO3)0.50F2.20。
1.3 磷矿粉在砖红壤中的溶解和有效性试验
供试土壤经风干、磨碎过 2 mm筛后, 添加磷矿
粉于土壤中, KPR 和 WPR 在土壤中的加入量均为
500 mg(P)·kg−1, 充分混匀, 并设不施磷矿粉对照。
采用室内恒温培养试验, 培养周期设计为 35 d, 培
养期间使土壤含水量保持 60%最大持水量, 温度控
制在 25 ℃, 分别于培养后 1 d、4 d、7 d、14 d、21 d、
28 d、35 d后取样, 分别按下述方法测定磷矿粉溶解
量和磷矿粉施用后土壤有效磷变化, 重复 3次。
1.3.1 磷矿粉在土壤中的溶解量
以施磷矿粉土壤比对照土壤 0.5 mol·L−1 NaOH
提取态磷量的增加量来表征磷矿粉在土壤中的溶解
量[14−15]。具体为 1.00 g土壤用 NaCl/TEA溶液预洗
后加 100 mL 0.5 mol·L−1NaOH溶液在 25 ℃条件下振
荡16 h, 过滤后采用钼锑抗比色法测定滤液中磷浓度。
1.3.2 土壤有效磷的测定
土壤有效磷的测定参照 Saggar 等[16]方法采用
BDH阴阳离子树脂膜(阳离子树脂为 VWR BDH55165
2U, 阴离子树脂为 VWR BDH 55164 2S)提取土壤树
脂态磷。具体为使用前用 NaHCO3溶液饱和树脂膜,
每次培养结束后, 1.00 g土壤中加入 2张阳离子树脂
膜(单张规格为 31.25 mm×25 mm)和 2张阴离子树脂
膜(单张规格为 31.25 mm×25 mm), 并加入 30 mL去
离子水于 25 ℃条件下振荡提取 16 h。振荡结束后,
取出树脂膜, 先用去离子水洗去树脂膜表面附着的
杂质, 用 50 mL 0.5 mol·L−1 HCl 溶液振荡洗脱 90
min。过滤洗脱液采用钼锑抗比色法测定磷浓度。
1.4 数据分析
数据采用 Microsoft Excel 2007 处理 , 采用
SigmaPlot 10.0进行曲线模拟, 采用 SPSS 16.0进行
Pearson相关性分析和逐步回归分析。
2 结果与分析
2.1 磷矿粉在砖红壤中的溶解
从图 1 可以看出, 2 种磷矿粉在 10 个土壤中的
溶解量基本随培养时间的延长不断增加, 但不同时
间和不同母质砖红壤溶解量间存在差异。培养结束
后, KPR在 10个土壤上的溶解量范围是 20.36~94.91
mg·kg−1, WPR在 10个土壤上的溶解量范围是 28.89~
91.96 mg·kg−1。培养结束时 2 种磷矿粉在玄武岩发
育砖红壤的溶解量明显高于其他母质发育砖红壤。
在 SigmaPlot软件中, 将磷矿粉在土壤中的溶解
量与对应时间用 Mitscherlich 方程 Ct=a(1−e−bt)、
Elovich 方程 Ct=(1/β)ln(αβ)+(1/β)lnt 和 Langmuir 方
程 t/q=a+bt 进行拟合, 得到磷矿粉溶解动力学方程
及相关参数见表 2。其中 Ct 为时间 t 时磷矿粉在土
壤中的溶解量(mg·kg−1), t为反应时间(d), a、b、α、β
为常数。检验模型对数据拟合程度通常用相关系数
(r)、实测值与拟合值的标准误(SE)来判定, r越大、
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图 1 两种磷矿粉在不同母质砖红壤上溶解量的动态变化
Fig. 1 Dynamic changes of P released from two phosphate rocks in latosols with different parent materials
KPR和 WPR分别是采自云南省昆阳和江西省吴村的磷矿石, 图中误差线为平均值的标准误, 下同。KPR and WPR indicate phosphate
rocks sampled from Kunyang of Yunnan Province and Wucun of Jiangxi Province, respectively. Vertical bars in the figure indicate standard errors of
means. The same below.

表 2 磷矿粉在砖红壤中溶解动态的方程模拟
Table 2 Simulation of kinetic equations for describing phosphate rock dissolution in latosols
Mitscherlich方程
Mitscherlich equation Ct=a(1−e−bt)
Elovich方程
Elovich equation Ct=(1/β)ln(αβ)+(1/β)lnt
Langmuir方程
Langmuir equation t/q=a+bt
土样编号
Soil sample
code
磷矿粉
Phosphate
rock r2 SE r2 SE r2 SE
KPR 0.844** 5.09 0.835** 5.23 0.849** 5.01 1
WPR 0.708* 4.75 0.883** 3.01 0.827** 3.66
KPR 0.717* 5.74 0.680* 6.11 0.716* 5.75 2
WPR 0.868** 3.56 0.945** 2.30 0.922** 2.74
KPR 0.919** 5.22 0.861** 6.85 0.930** 4.85 3
WPR 0.640* 3.37 0.902** 1.76 0.828** 2.33
KPR 0.648* 7.46 0.908** 3.82 0.835** 5.11 4
WPR 0.741* 4.62 0.742* 4.61 0.773** 4.33
KPR 0.885** 3.36 0.913** 2.93 0.950** 2.20 5
WPR 0.579 5.71 0.898** 3.22 0.672* 5.78
KPR 0.576* 4.04 0.731* 3.21 0.636* 3.74 6
WPR 0.412 6.95 0.696* 5.00 0.566 5.97
KPR 0.641* 5.33 0.929** 2.37 0.810** 3.87 7
WPR 0.297 4.95 0.806** 2.60 0.537 4.02
KPR 0.811** 3.48 0.859** 3.00 0.913** 2.36 8
WPR 0.554 2.83 0.766** 2.05 0.720* 2.24
KPR 0.778** 11.02 0.976** 3.65 0.905** 7.19 9
WPR 0.836** 6.61 0.959** 3.30 0.960** 3.25
KPR 0.601* 7.80 0.971** 2.10 0.839** 4.96 10
WPR 0.889** 6.80 0.969** 3.60 0.980** 2.87
*和**分别表示相关性达 5%和 1%显著水平, SE表示标准误, r2表示确定性系数, 下同。** and * mean significant correlation at 0.01 and
0.05 levels, respectively. SE means standard error; r2 means coefficient of determination. The same below.

第 9期 周 杰等: 磷矿粉在橡胶园不同母质砖红壤中溶解特性研究 1123


SE越小, 拟合程度越好, 反之拟合程度越差。从表 2
可以看出, 整体上 2种磷矿粉在 10个土壤样品上的
溶解动态采用 Elovich 方程模拟效果最好, 模拟相
关性均达到极显著或显著水平, 其次为 Langmuir方
程, Mitscherlich 方程不太适宜拟合砖红壤, 特别是
在片麻岩和浅海沉积物发育砖红壤上磷矿粉的溶解
动态。
通过 Langmuir 方程对 2 种磷矿粉在 10 个砖红
壤土样中溶解性进行拟合得出: KPR 和 WPR 在 10
个砖红壤上的最大溶解量范围分别为 24.27~96.60
mg·kg−1和 29.85~92.12 mg·kg−1(表 3)。KPR 在砂页
岩、花岗岩、片麻岩、浅海沉积物、玄武岩等发育
砖红壤上平均最大溶解量分别为 48.98 mg·kg−1、
58.43 mg·kg−1、34.94 mg·kg−1、39.74 mg·kg−1和 91.98
mg·kg−1; WPR在砂页岩、花岗岩、片麻岩、浅海沉
积物、玄武岩等发育砖红壤上平均最大溶解量分别
为 33.98 mg·kg−1、44.93 mg·kg−1、36.96 mg·kg−1、35.13
mg·kg−1和 87.11 mg·kg−1。
2.2 磷矿粉最大溶解量、溶解速度与土壤性质的相
关关系
通过相关分析, 发现 2种磷矿粉在 10个砖红壤
土样上最大溶解量均与土壤有机质含量、水解性总
酸、游离态氧化铁含量和 CEC呈极显著或显著性正
相关(表 4)。Elovich方程中 α、β是与磷矿粉溶解速
度相关的常数, α值越大或 β值越小往往表示磷矿粉
的溶解速度越大[17]。2 种磷矿粉在砖红壤中的溶解
速度均与土壤水解性总酸、游离氧化铁含量和 CEC
呈显著或极显著正相关关系(表 4)。
2.3 磷矿粉施用后砖红壤有效磷的变化
用施磷矿粉处理与不施磷矿粉处理土壤树脂态
磷之差来表示施用磷矿粉后土壤有效磷的增加量。
从图 2 可以看出, 2 种磷矿粉施用后 10 个土样的有
效磷含量均有不同程度的增加, 但随培养时间的变
化比较复杂。从图 2a可以看出, 施用 KPR后, 土壤
1~10 有效磷增加量的变化范围分别是 9.10~11.66
mg·kg−1、8.59~12.85 mg·kg−1、11.06~23.18 mg·kg−1、
16.42~22.85 mg·kg−1、15.21~18.69 mg·kg−1、6.83~
13.42 mg·kg−1、9.81~14.77 mg·kg−1、14.47~20.24
mg·kg−1、18.13~24.16 mg·kg−1和 15.83~22.27 mg·kg−1。
培养试验结束时, KPR施用使砂页岩、花岗岩、片麻
岩、浅海沉积物和玄武岩 5 种母质发育砖红壤有效
磷分别平均增加 11.48 mg·kg−1、17.18 mg·kg−1、12.93
mg·kg−1、14.93 mg·kg−1和 21.73 mg·kg−1。从图 2b可以
看出, 施用 WPR 后, 土壤 1~10 有效磷增加量的

表 3 磷矿粉在砖红壤中溶解动态模拟参数
Table 3 Simulation parameters of various kinetic models for describing phosphate rock dissolution in latosols
KPR WPR 土样编号
Soil sample code α β PM α β PM
1 24.966 0.117 48.98 46.928 0.167 33.98
2 20.066 0.162 39.18 12.288 0.099 46.03
3 17.867 0.081 76.66 1 002.501 0.259 34.05
4 263.166 0.115 59.44 3 422.127 0.177 54.72
5 169.330 0.146 45.60 210.624 0.156 44.06
6 35.496 0.260 24.27 35.664 0.197 29.85
7 76.389 0.161 38.03 884.990 0.260 32.93
8 410.202 0.187 41.45 125 435.648 0.373 37.33
9 136.204 0.060 96.60 467.086 0.087 82.09
10 7 274.417 0.114 87.36 297.711 0.069 92.12
α和 β为与磷矿粉溶解速度相关的常数, PM为根据 Langmuir方程模拟出的磷矿粉的最大溶解量, 下同。α and β are constants related with
phosphate rock dissolution rate. PM is potential maximum dissolution of phosphate rock according to Langmuir equation. The same below.

表 4 磷矿粉在砖红壤中溶解量及参数与土壤性质的相关关系
Table 4 Correlation coefficients (r) between phosphate rock dissolution kinetic parameters and soil properties
磷矿粉
Phosphate
rock
模拟参数
Simulation
parameter
pH
土壤有机
质 SOM
游离氧化
铁 Free
iron oxide
Bray2提取态
磷 Bray2
extractable P
Xm K
交换性酸
Exchangeable
acidity
水解性总酸
Hydrolytic
total acidity
交换性钙
Exchangeable
Ca
交换性镁
Exchangeable
Mg
阳离子
交换量
CEC
KPR α −0.076 0.604 0.665* −0.187 0.542 0.725* 0.397 0.687* 0.077 0.011 0.672*
β 0.401 −0.369 −0.477 0.612 −0.477 −0.109 −0.611 −0.468 0.409 −0.050 −0.430
PM −0.621 0.661* 0.797** −0.598 0.522 0.451 0.671* 0.767** −0.276 0.105 0.732*
WPR α 0.198 −0.212 −0.224 −0.277 −0.322 0.548 −0.321 −0.281 −0.403 −0.298 −0.315
β 0.307 −0.481 −0.645* −0.205 −0.403 0.006 −0.325 −0.674* −0.281 −0.222 −0.683*
PM −0.489 0.646* 0.930** −0.383 0.576 0.634* 0.404 0.826** −0.174 −0.079 0.785**

1124 中国生态农业学报 2012 第 20卷




图 2 两种磷矿粉施用后不同母质砖红壤上有效磷增加量的动态变化
Fig. 2 Dynamic changes of increment of soil available P in latosols with different parent materials after two phosphate rock applications

变化范围分别是 8.92~12.77 mg·kg−1、10.09~14.42
mg·kg−1、12.29~14.77 mg·kg−1、16.14~20.93 mg·kg−1、
14.25~22.08 mg·kg−1、5.14~13.88 mg·kg−1、10.30~
18.04 mg·kg−1、14.69~18.04 mg·kg−1、18.82~27.19
mg·kg−1和 15.79~24.17 mg·kg−1。整个培养试验结束
时, WPR 施用使砂页岩、花岗岩、片麻岩、浅海沉
积物和玄武岩 5 种母质发育砖红壤有效磷分别平均
增加 9.77 mg·kg−1、13.74 mg·kg−1、11.06 mg·kg−1、
13.23 mg·kg−1和 19.06 mg·kg−1。2种磷矿粉在玄武岩
发育砖红壤土壤有效磷增加量显著高于其他 4 种母
质砖红壤, 而其他 4 种母质土壤有效磷增加量之间
差异不显著。
通过相关性分析发现, 培养 35 d后, KPR施用
后土壤有效磷增加量与土壤 Bray2 提取态磷含量呈
显著性负相关(r2=0.503 6, n=10, P=0.022), WPR施
用后土壤有效磷增加量与土壤 Bray2 提取态磷含量
呈极显著的负相关(r2=0.593 1, n=10, P=0.009)。
3 讨论
为了定量描述磷矿粉在砖红壤中的溶解过程 ,
建立或引用动力学模型显得非常必要。目前用来描
述磷矿粉在土壤中溶解量与时间关系的动力学模型
主要有: Mitscherlich方程、Elovich方程和 Langmuir
方程[14,17−19]。本研究发现磷矿粉在 5 种母质砖红壤
上的溶解动态采用 Elovich方程模拟效果最好, 其次
是 Langmuir方程, Mitscherlich方程模拟效果最差。
除 pH、交换性钙含量、质地、磷最大吸附量和
有机质含量等土壤性质外, 磷矿粉自身理化性质的
差异也会影响其在土壤中的溶解特性[5]。本文采用
的 2种磷矿粉中, KPR的全磷含量更高, 但枸溶率低
于 WPR。通过 t 检验, 本文发现 2 种磷矿粉在同一
个土壤上的最大溶解量间差异不显著。研究表明 ,
CO32−对 PO43−的置换对磷灰石性质有着非常重要的
影响 , 磷灰石结构中碳酸盐替代磷酸盐程度越高 ,
磷矿的溶解性往往也越强[2,5]。而本研究中所用的 2
种磷矿粉 CO32−/PO43−比相当, 最终可能引起同一土
壤上两种磷矿粉溶解性间差异不明显。
对受多个因素影响的变量, 且各因素间又存在
线性相关时, 仅根据简单的相关分析并不能完全揭
示各因素对变量的影响, 采用逐步回归能更深入揭
示磷矿粉溶解量、溶解速度与土壤各理化性质的内
在因果关系[20−21]。通过逐步回归(设定在 a=0.05 水
平引入变量和 a=0.10水平剔除变量的临界值), 结果
列于表 5; 其中 R2 为决定系数, 其取值范围为 0~1,
含义是自变量所能解释的方差在总方差中所占的百
分比, 决定系数越大表明该因素所起的作用越大[22]。
可以看出, 土壤游离氧化铁含量对磷矿粉溶解的影
响作用是正面的, 其可以分别解释64%KPR和86%WPR
溶解变化(表 5中的模型 1和模型 4), 土壤游离氧化
铁含量可能是决定磷矿粉在砖红壤最大溶解量即溶
第 9期 周 杰等: 磷矿粉在橡胶园不同母质砖红壤中溶解特性研究 1125



表 5 土壤性质与磷矿粉最大溶解量和溶解速度之间的逐步回归模型
Table 5 Stepwise regression models for predicting parameters of phosphate rock dissolution based on soil properties
逐步回归模型 Stepwise regression model R2 SE P
(1)YKPR=33.22+1.07×FeDCB 0.635 15.19 0.006
(2) YKPR=0.86×FeDCB+26.02×Exch. acidity−24.35 0.811 11.68 0.003
(3) YKPR=0.84×FeDCB+29.59×Exch. acidity−82.44×Exch. Ca−20.23 0.941 7.05 0.000
(4) YWPR=24.65+1.14×FeDCB 0.864 8.47 0.000
(5) YWPR=33.37+1.20×FeDCB−178.92×Exch. Mg 0.932 6.41 0.000
(6) αKPR=873.11×K−255.56 0.526 1 653.02 0.018
(7) βWPR=0.46−0.04×CEC 0.466 0.07 0.030
YKPR、YWPR分别表示 KPR和 WPR的最大溶解量; FeDCB: 土壤游离氧化铁含量; Exch. acidity: 土壤交换性酸; Exch. Ca: 土壤交换性钙含
量; Exch. Mg: 土壤交换性镁含量; αKPR: 与 KPR溶解速度相关的常数; K: 土壤磷吸附常数; βWPR: 与 WPR溶解速度相关的常数。YKPR, YWPR:
mean potential maximum dissolution of KPR and WPR; FeDCB: soil free iron oxide content; Exch. acidity: soil exchangeable acidity; Exch. Ca: soil
exchangeable Ca content; Exch. Mg: soil exchangeable Mg content; αKPR: constant related with KPR dissolution rate; K: soil P sorption constant; βWPR:
constant related with WPR dissolution rate.

解程度的第 1 因素。玄武岩发育砖红壤上磷矿粉的
平均最大溶解量分别是砂页岩发育砖红壤、花岗岩
发育砖红壤、片麻岩发育砖红壤和浅海沉积物发育
砖红壤上溶解量的 2.16倍、1.73倍、2.49倍和 2.39
倍。这主要可能因为玄武岩发育砖红壤游离氧化铁
含量显著高于其他母质砖红壤, 不同于其他岩石(尤
其如花岗岩酸性岩和砂页岩、浅海沉积物等沉积岩),
玄武岩为基性岩, 其主要矿物组成为斜长石、辉石、
橄榄石、正长石、磁铁矿和钛铁矿, 缺乏难风化的云
母类和石英矿物, 经强度富铁铝化与高度生物富集
的成土过程, 土壤中游离氧化铁的含量较高[23−24]。通
过逐步回归同时发现: 土壤磷吸附常数 K 值可能是
影响 KPR 在土壤中溶解速度的第 1 因素(表 5 中的
模型 6), 而WPR在土壤中的溶解速度主要受阳离子
交换量的影响(表 5中的模型 7)。
磷矿粉在土壤中当量的溶解并不意味着土壤有
效磷当量的提高, 从磷矿粉上溶解的磷酸盐易于被
土壤中的铁铝等氧化物吸持或被土壤铁、铝固
定[19,25]。离子交换树脂膜能在不破坏土壤的情况下
提取土壤中的养分, 其与植物根系从土壤中吸收养
分离子的方式类似, 研究表明树脂提取态磷往往能
很好地表征磷矿粉加入土壤后有效磷的变化情
况[16,26]。本研究发现: 培养 35 d后 2种磷矿粉施用
后 10 个土壤有效磷增加量占溶解量的百分比平均
值为 32.25, 即平均 67.75%磷矿粉溶解后不能被树
脂膜所提取。相关研究表明, 由于土壤溶液中磷浓
度往往较低(一般在 0.05~0.5 mg·L−1 之间), 而土壤
中植物有效磷含量的高低差异对磷矿粉溶解的影响
是有限的[27−28]。本研究中 2 种磷矿粉在供试砖红壤
上最大溶解量与土壤 Bray2提取态磷含量呈负相关,
但未达到显著性水平, 此发现再次印证了上述观点。
但本研究同时发现, 磷矿粉施用后土壤有效磷的增
加幅度均与土壤 Bray2 提取态磷含量呈显著或极显
著负相关, 即土壤中植物有效磷含量越高, 磷矿粉施
用后土壤有效磷增加幅度越小, 这可能因为虽然土
壤植物有效磷含量水平对磷矿粉溶解量的影响有限,
但高土壤植物有效磷含量往往意味着土壤上磷的吸
附点位较多地被磷酸根饱和[2], 土壤中磷吸附点位的
高饱和率可能会在一定程度上削弱磷矿粉的溶解 ,
并因此对磷矿粉在土壤中的有效性产生影响。
4 结论
本研究结果显示, 磷矿粉在不同母质砖红壤上
的最大溶解量即溶解程度可能主要受土壤游离氧化
铁含量的影响, 溶解速度即溶解快慢可能主要受土
壤磷吸附性能或土壤阳离子交换量的影响。玄武岩发
育砖红壤经强度富铁铝化与高度生物富集的成土过
程, 土壤中的游离氧化铁含量较高, 优先将磷矿粉施
用在玄武岩发育砖红壤可能会取得良好效果 ; 与
KPR 相比, WPR 作为中低品位磷矿粉也可能同样有
效; 但均需通过进一步盆栽或大田试验进行验证。
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