全 文 ：中国生态农业学报 2012年 3月 第 20卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Mar. 2012, 20(3): 303−309


* 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(AA246023)资助
** 通讯作者: 邱慧珍 (1961—), 女, 博士, 教授, 研究方向为植物营养与营养生态学。E-mail: hzqiu@gsau.edu.cn
李亚娟(1981—), 女, 讲师, 博士研究生, 主要从事土壤与植物磷素营养方面的研究。E-mail: liyj@gsau.edu.cn
收稿日期: 2011-06-16 接受日期: 2011-09-02
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.00303
改性磷矿粉在石灰性土壤上的生物有效性
及其机理研究*
李亚娟1 杨翠红2 陈 博3,4 邱慧珍3,4**
(1. 甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/中−美草地畜牧业可持续发展研究中心 兰州 730070;
2. 广东省惠州市农业科学研究所 惠州 516023; 3. 甘肃省干旱生境作物学重点实验室 兰州 730070;
4. 甘肃农业大学资源与环境学院 兰州 730070)
摘 要 为缓解磷资源危机, 充分利用不适于化学加工的磷矿资源, 对磷矿采用活化技术开发利用, 由此生
产的改性磷肥已被证明在酸性土壤上有很高的生物有效性, 但在石灰性土壤上的研究还比较少。本文选择 4
种不同产地(云南昆明、四川德阳、四川绵竹和贵州开阳)的磷矿粉, 分别用有机活化剂和无机活化剂进行活化
处理, 制备改性磷矿粉, 并就其在石灰性土壤对苗期春小麦的生物有效性进行了盆栽试验。结果表明, 4 种磷
矿粉经活化处理后有效磷和水溶性磷含量均明显增加, 无机活化剂提高了有效磷的含量, 而有机活化剂对水
溶性磷的提高幅度较大。改性磷矿粉处理均不同程度提高了石灰性土壤上春小麦的生物量干重、植株吸磷量
和磷利用效率, 有机活化剂处理制备的改性磷矿粉对春小麦生长的促进作用更为明显。运用红外光谱谱学技
术对 4种磷矿粉及相应的 8种改性磷矿粉结构分析结果表明, 磷矿粉经改性后其结构发生了明显变化, H2PO4−
和 HPO42−的特征谱带明显增加, 增加的程度因磷矿粉的产地和活化剂种类不同而有差异。对磷矿粉化学成分
分析结果表明, 不同产地的磷矿粉其磷以及钙、铁、铝、镁等化学成分的含量差异较大, 活化剂对磷矿粉的活
化效果与磷矿粉本身的氧化物含量有关。在本试验条件下, 磷矿粉 (Ⅲ 四川绵竹)的活化效果相对最好, 与其氧化
镁含量最高、总氧化物含量最低有关。不同类型活化剂对磷矿粉的活化效果不同, 红外光谱分析结果表明, 无机活化
剂活化效果较好, 而土培试验结果表明有机活化剂的活化效果较好, 这一结果有待进一步的研究。
关键词 改性磷矿粉 活化剂 磷矿粉结构 化学组分 红外光谱 石灰性土壤 生物有效性 春小麦
中图分类号: S143.2+1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)03-0303-07
Bioavailability and mechanism of modified rock phosphate in calcareous soil
LI Ya-Juan1, YANG Cui-Hong2, CHEN Bo3,4, QIU Hui-Zhen3,4
(1. College of Patacultural Science, Gansu Agricultural University; Key Laboratory of Grassland Ecosystem, Ministry of Education;
Sino-U.S. Centers for Grazingland Ecosystem Sustainability, Lanzhou 730070, China; 2. Institute of Agricultural Science of Huizhou
City, Guangdong Province, Huizhou 516023, China; 3. Gansu Provincial Key Lab of Arid-land Crop Science, Lanzhou 730070, China;
4. College of Resources and Environmental Sciences, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)
Abstract Phosphorus is among the most plant essential nutrient elements. High yields and good qualities of crops are efficiently
promoted by the application of plenty soluble phosphorus fertilizers. Utilization efficiency of soluble phosphorus fertilizers, however,
remains generally low because of its unique chemical properties. This has posed a significant challenge for natural resources of
phosphorus and rock phosphate. Furthermore, the use of rock phosphate resources as high concentration phosphorus and compound
fertilizers was limited in China. It was therefore important to develop the most efficient utilization technique for the sustainable usage
of rock phosphate resource with meaningful economic benefits of phosphorus fertilizer incorporation. Rock phosphate activation to
release efficient, non-acid-driven phosphorus and utilizable byproducts in industries and agriculture was one such technique. Al-
though few current studies conducted in acid soils indicated high bioavailability of new phosphorus fertilizers derived from activated
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rock phosphorus (the so-called modified rock phosphate), less studied was conducted in calcareous soils. This paper explored the
availability of modified rock phosphate in calcareous soils of North China and the possible mechanisms of activation effects. The
findings of the study could enhance industrial production and application of modified rock phosphate in different soil conditions. In
this paper, rock phosphates from different producing areas [Kunming City of Yunnan Province (RPⅠ), Deyang City of Sichuan
Province (RPⅡ), Mianzhu City of Sichuan Province (RPⅢ), Kaiyang City of Guizhou Province (RPⅣ)] were activated by both
organic and inorganic activators to get modified rock phosphate. The P bioavailability of the modified rock phosphates in calcareous
soils were also tested for spring wheat in pot experiments. Compared with the rock phosphates, the results showed improvements in
available and soluble P in modified rock phosphates. Also while the use of inorganic activator improved available P, organic activator
largely improved soluble P. Modified rock phosphate improved dry matter content, and P uptake and utilization efficiency of spring
wheat in calcareous soils. Modifying rock phosphates with organic activator had more significant effect on spring wheat growth.
Measured structures using the Infrared Spectrogram (IS) technique showed significant changes in rock phosphate structures after
activation. Compared with normal rock phosphates, increased characteristic H2PO4− and HPO42− spectrograms were noted. The in-
creasing effects varied among rock phosphates producing areas and activator types. This indicated that activation promoted release of
available P in rock phosphates. Rock phosphates from different areas were different in chemical components such as phosphorus,
calcium, iron, aluminum and magnesium. Chemical measurements showed that activation effects were related with rock phosphate
oxide content. In the four rock phosphates, RPIII showed the best activation effect. MgO content of RPIII was the highest and total
oxide content was the lowest. This was the possible reason behind the best effect produced by RPIII — i.e., the higher MgO content
induced a higher solubility of rock phosphates. Different activators exhibited different activation effects even for the same rock
phosphate. Although IS structure measurement suggested that inorganic activator was better, soil plant experiments showed that or-
ganic activator was better. Due to these contrasting results, further studies were recommended in this direction.
Key words Modified rock phosphate, Activator, Rock phosphate structure, Chemical components, Infrared Spectrogram,
Calcareous soil, Bioavailability, Spring wheat
(Received Jun. 16, 2011; accepted Sep. 2, 2011)
磷是植物正常生长发育的必需营养元素之一 ,
而土壤中的绝大多数磷作物难以吸收利用, 因此每
年都要施入大量的可溶性磷肥来满足作物高产、优
质的需求。然而由于磷在土壤中特定的化学行为 ,
使得这些磷肥的当季作物利用率较低 [1], 这无疑加
大了磷资源的不断耗竭。我国磷矿资源虽丰富, 但
80%左右属中、低品位, 且品质差, 又受硫资源及资
金等因素的制约, 不宜用化学加工的方法生产高浓
度磷肥或复合肥[2−3]。因此, 开发磷资源高效利用技
术, 就成为一项紧迫的重大战略任务, 这对于磷矿
资源的可持续利用和提高磷矿业、磷肥企业的经济
效益, 均有深远意义。
对磷矿采用活化技术开发利用的原理是通过活
化剂的作用 , 促进磷矿释放磷 [4−7], 由此生产的改
性磷肥已证明有很高的生物有效性 [8−12], 更值得一
提的是目前所用活化剂多为工农业生产的废弃物
或副产品, 避免了磷矿生产水溶性磷肥过程中硫酸
的消耗 , 因此 , 磷矿粉的活化对于更好地利用资
源、保护环境和节能减排也具有重要意义。但在我
国北方石灰性土壤上对磷矿粉及改性磷矿粉的研
究甚少[13−15]。本研究以活化剂处理磷矿粉制备的改
性磷矿粉为磷源供给石灰性土壤上生长的春小麦 ,
通过春小麦的生长和对养分的吸收状况了解活化磷
矿粉在石灰性土壤上的生物有效性, 并通过对磷矿
粉活化前后结构和化学组分的分析了解其机理, 为
活化磷矿粉的工厂化生产及其在石灰性土壤上的应
用提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 供试磷矿粉及活化剂
选择 4种不同产地的磷矿粉(RPⅠ~Ⅳ), 分别用
有机活化剂 (organic activator, OA)和无机活化剂
(inorganic activator, IA)活化 , 制备改性磷矿粉
(modified rock phosphate, MRP), 得到有机改性磷矿
粉(OMRPⅠ~Ⅳ)4 种和无机改性磷矿粉(IMRPⅠ~
Ⅳ)4 种。有机和无机活化剂均由华南农业大学新型
肥料研究中心提供, 其中有机活化剂为造纸废液的
提取物, 其主要成分是木质素; 无机活化剂为高表
面活性矿物。4种磷矿粉的基本信息见表 1。
1.2 土培试验
土培试验共设 14 个处理: (1)对照, 不施磷肥
(CK); (2)过磷酸钙(SP); (3)磷矿粉Ⅰ(RPⅠ); (4)磷矿
粉Ⅰ+无机活化剂(IMRPⅠ); (5)磷矿粉Ⅰ+有机活化
剂(OMRPⅠ); (6)磷矿粉Ⅱ(RPⅡ); (7)磷矿粉Ⅱ+无
机活化剂 (IMRPⅡ ); (8)磷矿粉Ⅱ +有机活化剂
(OMRPⅡ); (9)磷矿粉Ⅲ(RPⅢ); (10)磷矿粉Ⅲ+无机
活化剂(IMRPⅢ); (11)磷矿粉Ⅲ+有机活化剂(OMRP
Ⅲ); (12)磷矿粉Ⅳ(RPⅣ); (13)磷矿粉Ⅳ+无机活化剂
(IMRPⅣ); (14)磷矿粉Ⅳ+有机活化剂(OMRPⅣ)。
第 3期 李亚娟等: 改性磷矿粉在石灰性土壤上的生物有效性及其机理研究 305


表 1 供试磷矿粉的产地、外观颜色以及磷含量
Table 1 Basic informations of rock phosphate used in the experiment
磷矿粉类型
Type of rock phosphate
产地
Producing area
外观颜色
Colour
全磷
Total P (P2O5%)
有效磷
Available P (P2O5%)
枸溶率
Rate of available P (%)
RPⅠ 云南昆明 Kunming City, Yunnan Province 土红色 Earth red 30.6 5.32 17.4
RPⅡ 四川德阳 Deyang City, Sichuan Province 深灰色 Deep gray 29.1 3.93 13.5
RPⅢ 四川绵竹 Mianzhu City, Sichuan Province 浅灰色 French grey 25.4 3.27 12.9
RPⅣ 贵州开阳 Kaiyang City, Guizhou Province 灰白色 Offwhite 32.6 5.79 17.8

改性磷矿粉的制备方法为: 无机活化剂按磷矿
粉实物量的 15%加入, 有机活化剂按磷矿粉实物量
的 5%加入, 然后在研钵中研磨 15 min, 后加水至湿
润, 自然晾干后即为试验用改性磷矿粉。
每个处理重复 6次, 随机区组排列。
每盆装风干土 2.0 kg。氮磷钾肥按 N︰P2O5︰
K2O=1︰1︰1施入, 所有处理均施氮肥 150 mg(N)·kg−1
土(尿素, N 46%)和钾肥 150 mg(K2O)·kg−1(土)(硫酸
钾 , K2O 50%)。磷矿粉及改性磷矿粉以过磷酸钙
(P2O5 16%)的实物量加入, 即每盆按相应的处理加
入 1.88 g 的磷矿粉或改性磷矿粉, 所有肥料于播种
前均匀混入供试土壤中。所用春小麦品种为“永良 4
号”, 3月 15号播种, 6月 20号收获。收获时齐土壤
剪下每盆中整个地上部植株, 装入牛皮纸袋, 立即
在 105 ℃下杀青, 65 ℃烘干后称取干重, 粉碎备用;
同时将盆中土壤装入尼龙网袋, 洗根, 洗出的根系
于 65 ℃烘干后称取干重。
供试土壤于播种前采自甘肃农业大学校园, 土壤
类型为灰钙土, 质地为砂壤土, 取耕层土壤, 过 3 mm
孔径筛子备用。基本性状为: 有机质 7.6 g·kg−1, 速效
磷 2.8 mg·kg−1, 速效钾 180 mg·kg−1, 碱解氮 34 mg·kg−1,
pH 8.20。
1.3 分析测试方法
重铬酸钾容量法测定土壤有机质, 碳酸氢钠浸
提−钼蓝比色法测定土壤速效磷 , 碱解扩散法测定
土壤碱解氮 , 醋酸铵−火焰光度计法测定土壤速效
钾, 电位法测定 pH(2.5︰1 水土比), 磷矿粉与改性
磷矿粉有效磷测定根据《土壤农化分析》(第 2 版)
磷矿粉中全磷及有效磷含量的测定方法进行[16]。
磷矿粉与改性磷矿粉水溶性磷测定：称取磷矿
粉或改性磷矿粉样品 1.00 g(过 20目筛)于 250 mL三
角瓶中, 加 100 mL 蒸馏水在振荡机上振荡 30 min
(振速 150~180 次·min−1), 用慢速定量无磷滤纸过滤,
然后把滤渣和滤纸放回三角瓶加100 mL水振荡30 min,
共重复 4 次 , 然后对滤液用无磷活性炭脱色处理,
吸取滤液用钼锑抗比色法测定滤液的含磷量。
植株样品用硫酸−双氧水消煮 , 钒钼黄比色法
测定植株中的磷含量。
吸磷量=植株干重×植株磷含量 , 磷利用效率=
植株干重/吸磷量。
4 种磷矿粉及 8 种改性磷矿粉的红外光谱分析在
中国科学院兰州化学物理研究所进行, 所用仪器为美
国尼高力公司 HP5890Ⅱ GC/Nexus870FTIR红外光谱
仪, KBr压片, 仪器基本参数为: 光谱范围: 400~4 000
cm−1, 波数精度: 0.001 cm−1, 最高分辨率: 0.1 cm−1。
磷矿粉氧化铁、氧化铝、氧化钙、氧化镁含量
的测定参照国标法(GB/T 1871—1995), 王水溶解样
品, EDTA容量法测定。
所有试验数据均采用 Excel 2003 和 SPSS 11.0
分析处理。
2 结果与分析
2.1 磷矿粉活化处理前后有效磷和水溶性磷的变化
对磷矿粉及改性磷矿粉的有效磷和水溶性磷含
量的测定结果表明, 与普通磷矿粉相比, 改性磷矿
粉的有效磷和水溶性磷含量明显增加(表 2)。

表 2 不同活化剂处理下供试磷矿粉活化前后有效磷和水溶性磷的变化
Table 2 Changes of available P and soluble P contents of rock phosphate (RP) before and after activation by different activators
有效磷 Available P [g(P2O5)·kg−1] 水溶性磷 Soluble P [mg(P)·kg−1] 磷矿粉类型
Type of rock
phosphate
磷矿粉
RP
磷矿粉+无机活化剂
RP + inorganic activator
磷矿粉+有机活化剂
RP + organic activator
磷矿粉
PR
磷矿粉+无机活化剂
RP + inorganic activator
磷矿粉+有机活化剂
RP + organic activator
RPⅠ 53.2c 65.8a 58.5b 31.1c 51.1b 134.8a
RPⅡ 39.3b 45.5a 42.8a 80.3c 99.8b 151.6a
RPⅢ 32.7c 38.7a 34.8b 36.8c 44.5b 89.4a
RPⅣ 57.9c 70.5a 66.0b 12.7c 17.4b 138.8a
表中同行数字后不同小写字母表示在 0.05水平差异显著 Values followed by different small letters mean significant difference at P < 0.05
level; 下同 The same below.

306 中国生态农业学报 2012 第 20卷


由表 2可以看出, 4种供试磷矿粉经活化处理后
有效磷和水溶性磷含量均明显增加。PRⅠ、PRⅡ、
PRⅢ、PRⅣ在加入无机活化剂后有效磷含量分别比
普通磷矿粉净增加 12.6 g·kg−1、6.2 g·kg−1、6.0 g·kg−1
和 12.6 g·kg−1, 增加了 23.92%、15.78%、16.22%和
21.93%, 加入有机活化剂后有效磷分别比普通磷矿
粉净增加 5.3 g·kg−1、3.5 g·kg−1、2.1 g·kg−1和 8.1 g·kg−1,
增加了 10.36%、7.63%、4.50%和 13.57%。
与普通磷矿粉相比, 加入有机活化剂后磷矿粉
的水溶性磷最高可增加 10 倍之多(PRⅣ), 最少也增
加至近 2 倍(PRⅡ), 而加入无机活化剂对水溶性磷
的增加幅度比有机活化剂小。加入无机活化剂后, 4
种改性磷矿粉的水溶性磷分别比普通磷矿粉净增加
20.0 mg·kg−1、19.5 mg·kg−1、7.7 mg·kg−1和 4.4 mg·kg−1,
分别增加了 64.37%、24.34%、20.88%和 36.88%; 而
加入有机活化剂后, 4种改性磷矿粉的水溶性磷分别
比普通磷矿粉净增加 103.7 mg·kg−1、71.3 mg·kg−1、
52.6 mg·kg−1和 126.1 mg·kg−1, 分别增加了 333.91%、
88.81%、42.63%和 992.26%。由以上结果可以看出
无机活化剂和有机活化剂对磷矿粉活化的方向不同,
无机活化剂提高了有效磷的含量, 而有机活化剂对
水溶性磷的提高幅度较大。
2.2 改性磷矿粉在石灰性土壤上对春小麦的盆栽
肥效试验结果
土培试验结果表明, 磷矿粉经过改性后, 在石
灰性土壤上可显著增加春小麦地上部和根系的生物
量, 提高植株的吸磷量和磷利用效率(表 3)。
由表 3 可以看出, 所有的磷矿粉以及改性磷矿
粉处理的地上部、根系生物量以及地上部吸磷量均
高于不施磷肥的 CK处理。与 RP处理相比, 几乎所
有的 IMRP和 OMRP处理均不同程度提高了春小麦
的地上部生物量干重; 而 OMRPⅢ和 OMRPⅣ处理
的地上部干重与 SP 处理相当, 分别相当于 SP 处理
的 94.3%和 98.0%, OMRPⅠ和 OMRPⅡ的地上部干
重也相当于 SP 处理的 87.1%和 81.3%; 对地上部生
物量的贡献表现为 OMRP处理优于 IMRP处理。所
有的磷矿粉以及改性磷矿粉处理的根系干重均高于
SP处理; 与 RP处理相比, IMRPⅡ、IMRPⅢ以及所
有的 OMRP处理均明显提高了春小麦的根系干重。
对总生物量的影响与地上部生物量的影响基本一致,
OMRPⅢ和 OMRPⅣ处理的总生物量已超过 SP处理,
但差异不显著。表明有机活化剂处理制备的改性磷
矿粉可显著促进春小麦的生长。
在本试验条件下, 所有的磷矿粉以及改性磷矿
粉处理春小麦地上部的吸磷量均显著低于 SP 处理,
与RPⅡ相比, 只有 IMRPⅡ和OMRPⅡ处理明显提高
了春小麦地上部的吸磷量; 但所有磷矿粉以及改性
磷矿粉处理春小麦地上部的磷利用效率均明显高于
SP 处理, 尤其是 4 个 OMRP 处理的磷利用效率所有
处理中最高, 表明有机活化剂处理制备的改性磷矿
粉可明显提高该品种春小麦的地上部磷利用效率。
2.3 改性磷矿粉的结构分析
4 种磷矿粉及其改性磷矿粉的红外光谱如图 1
所示。

表 3 不同磷矿粉及改性磷矿粉处理下春小麦的生物量、植株吸磷量和磷利用效率
Table 3 Biomass, P uptake and P utilization efficiency of spring wheat under different rock phosphate and modified rock phosphate treatments
生物量干重 Dry Biomass 处理
Treatment 地上部 Shoot (g) 根系 Root (g) 总生物量 Total biomass (g)
地上部吸磷量
P uptake of shoot (mg)
地上部磷利用效率
P utilization efficiency of shoot [g·mg−1(P)]
CK 2.72e 0.54d 3.26dc 2.91de 0.91bc
SP 5.60a 0.64bc 6.24a 7.11a 0.79c
RPⅠ 4.01d 0.67b 4.68c 3.37b 1.19c
IMRPⅠ 4.05d 0.72b 4.77c 3.12c 1.30b
OMRPⅠ 4.88b 0.85a 5.73b 2.83d 1.72a
RPⅡ 3.93d 0.66c 5.59b 2.71d 1.45a
IMRPⅡ 4.84b 0.84b 5.68b 6.05b 0.80c
OMRPⅡ 4.55bc 1.02a 5.57bc 3.19c 1.43a
RPⅢ 4.31c 0.76c 5.07c 3.84b 1.12b
IMRPⅢ 4.85b 0.86b 5.71b 3.06d 1.59a
OMRPⅢ 5.28a 1.05a 6.33a 3.12c 1.69a
RPⅣ 4.43c 0.80b 5.23b 5.71b 0.78c
IMRPⅣ 4.73b 0.81b 5.54b 5.49b 0.86c
OMRPⅣ 5.49a 0.90a 6.39a 4.45c 1.23a
CK: 对照, 不施磷肥 None phosphorus fertilizer; SP: 过磷酸钙 Calcium superphosphate; RPⅠ、RPⅡ、RPⅢ和 RPⅣ分别表示磷矿粉Ⅰ、
磷矿粉Ⅱ、磷矿粉Ⅲ和磷矿粉Ⅳ RPⅠ, RPⅡ, RPⅢ and RPⅣ indicate rock phosphateⅠ, Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ, respectively; IMRPⅠ、IMRPⅡ、IMRP
Ⅲ和 IMRPⅣ分别表示磷矿粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ+无机活化剂 IMRPⅠ, IMRPⅡ, IMRPⅢ and IMRPⅣ indicate modified rock phosphateⅠ, Ⅱ, Ⅲ and
Ⅳ with inorganic activator, respectively; OMRPⅠ、OMRPⅡ、OMRPⅢ和 OMRPⅣ分别表示磷矿粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ+有机活化剂 OMRPⅠ, OMRP
Ⅱ, OMRPⅢ and OMRPⅣ indicate modified rock phosphateⅠ, Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ with organic activator, respectively. 下同 The same below.
第 3期 李亚娟等: 改性磷矿粉在石灰性土壤上的生物有效性及其机理研究 307




图 1 4种磷矿粉及其改性磷矿粉的红外光谱
Fig. 1 Infrared spectrograms of four rock phosphates and corresponding modified rock phosphates
每个图中, 从上向下条谱带依次为普通磷矿粉、无机活化剂改性的磷矿粉和有机活化剂改性的磷矿粉。Three spectrograms in each figure from top
to bottom are for rock phosphate, inorganic activator-modified rock phosphate (IMRP), and organic activator-modified rock phosphate (OMRP), respectively.

从标准红外光谱图集中查到的 H2PO4−和 HPO42−
的特征谱带位置如下: H2PO4−的特征红外光谱谱带位
置(波数, cm−1)为 2 900~2 750、2 500~2 150、1 900~
1 600、1 410~1 200、1 150~1 040、1 000~ 950、920~830,
HPO42−的特征红外光谱谱带位置(波数, cm−1)为 2 350~
2 400、1 650、1 350、1 140、1 070、960、870、760[17]。
由图 1可以看出, 对于RP , Ⅰ 加入无机活化剂后,
在 H2PO4−的特征谱带位置范围内新出现了 2 515.56、
1 039.19, 在 HPO42−的特征谱带位置范围内新出现
了 1 634.88; 加入有机活化剂, 在 H2PO4−的特征谱带
位置范围内只出现了 1 602.23的加强谱带。
对于 RP , Ⅱ 加入无机活化剂使与 PO43−相关的
特征谱带 2 924.19消失, 出现了与 H2PO4−相关的特
征谱带 2 520.01, 加强了与 HPO42−相关的特征谱带
1 634.82; 而加入有机活化剂谱带与 RPⅡ的差异不
大, 没有出现 H2PO4−和 HPO42−的特征谱带。
对于 RPⅢ, 本身的谱带比较简单, 加入无机活
化剂后, 出现了与 H2PO4−相关的特征谱带 1 454.24、
881.37、864.68、729.11, 加入有机活化剂出现了与
H2PO4−相关的特征谱带 2 524.74、1 430.93、965.17。
对于 RP , Ⅳ 加入无机活化剂, 出现了与 HPO42−
相关的特征谱带 519.36, 加入有机活化剂, 出现了
H2PO4−相关的特征谱带 2 519.43。
由以上结果可以看出, 经无机、有机活化剂改
性后 , 改性磷矿粉均不同程度出现了 HPO42−和
H2PO4−相关的特征谱带, 表明活化剂促进了磷矿粉
中难溶性磷的溶解以及有效性。不同的磷矿粉结构变
化的程度, 以及不同活化剂使磷矿粉结构变化的程
度均有差异, 活化剂处理 RPⅢ后出现的 H2PO4−和
HPO42−的谱带最多, 经无机活化剂处理后改性磷矿
粉的 H2PO4−和 HPO42−的谱带比有机活化剂处理多。
2.4 磷矿粉的氧化物含量及其对活化效果的影响
磷矿粉是一个复杂的多元化合物, 主要成分是
P2O5和 CaO, 并含有少量的 Fe2O3、Al2O3、MgO、
SiO2 等, 因产地不同, 以上氧化物的含量存在较大
差异, 因此, 氧化物含量也是一种磷矿粉区别于另
一种磷矿粉的重要性状之一, 也会影响磷矿粉的利
用效果[18]。对供试 4种磷矿粉的 CaO、Fe2O3、Al2O3
和MgO进行了分析, 结果表明 4种磷矿粉的氧化物
含量明显不同(表 4)。
308 中国生态农业学报 2012 第 20卷


表 4 供试磷矿粉的氧化物含量
Table 4 Oxides contents of different rock phosphates %
磷矿粉类型 Type of rock phosphate P2O5 CaO Fe2O3 Al2O3 MgO CaO + Fe2O3+ Al2O3+ MgO
RPⅠ 30.6a 41.7b 1.26c 1.74c 0.32c 45.03c
RPⅡ 29.1b 40.3b 2.50b 2.99a 1.79b 47.60b
RPⅢ 25.4c 35.5c 3.41a 2.18b 2.11a 43.16d
RPⅣ 32.6a 49.0a 0.59d 0.49d 1.61b 51.72a
表中小写字母表示不同处理在 0.05水平上的差异显著性 Values followed by different small letters mean significant difference at 0.05 level.

由表 4可以看出, 4种供试磷矿粉的 CaO含量表
现为RPⅣ>RPⅠ>RPⅡ>RPⅢ, 这与 4种磷矿粉全磷
含量的顺序一致 , 这是因为磷矿粉的主要成分是
P2O5和 CaO, CaO含量与 PO43−的含量呈正相关。而
Fe2O3含量表现为 RPⅢ>RPⅡ>RPⅠ>RPⅣ, Al2O3含
量表现为 RPⅡ>RPⅢ>RPⅠ>RPⅣ, MgO 含量的顺
序是 RPⅢ>RPⅡ>RPⅣ>RPⅠ, 总氧化物的含量表
现为 RPⅣ>RPⅡ>RPⅠ>RPⅢ。可以看出, RPⅡ和
RPⅢ中 Fe2O3、Al2O3和MgO的含量较高, 表明 RPⅡ
和 RPⅢ中 Ca被 Fe、Al、Mg的置换程度高, RPⅢ中
表现更为突出。
进入磷矿粉晶格中的 Mg2+与磷矿粉晶格中的
CO3︰PO4 呈正相关, 而磷矿粉中 CO32−的分子数与
磷矿粉的溶解度呈正相关。因此, 由 MgO的含量可
以看出, 4种供试磷矿粉中, RPⅢ的溶解度最大, 但
其 PO43−含量应该最低, 这与全磷和有效磷的结果一
致。由红外光谱的结果可知, 无论有机还是无机活
化剂改性磷矿粉 , 对 RPⅢ的影响最大 , 即改性后
RPⅢ出现的 H2PO4−和 HPO42−峰最多。而氧化物的分
析结果表明, RPⅢ的 MgO含量最高, 总氧化物含量
最低。这一结果说明, 活化剂对磷矿粉的活化效果
可能与磷矿粉本身的氧化物含量有关, 总氧化物含
量低, MgO 含量最高可能活化效果好。这可能也正
是前面的土培试验中 RPⅢ品位低, 但活化效果却较
好的原因。
3 讨论与结论
我国磷矿粉在制造磷肥时主要是完全酸化, 但
国内外的很多学者认为这些磷矿粉可以作为磷肥或
者改性后可直接施用, 并且取得一定效果[19−24]。在
本试验条件下, 磷矿粉经有机、无机活化剂处理后
其有效磷和水溶性磷均显著提高, 对磷矿粉活化前
后的红外光谱分析结果表明, 活化后的磷矿粉均不
同程度出现了 H2PO4−和 HPO42−的特征红外光谱谱
带, 说明本试验用的处理方法能够促使磷矿粉中磷
的溶解以及释放。本研究中改性磷矿粉的制备没有
加硫酸, 这与国内外一些改性磷矿粉的制备方法有
不同。李淑仪等[25−26]的研究是直接处理, 没有加硫
酸; 吴平霄等[27]的研究在制备改性磷矿粉时加入了
硫酸; 还有些处理方法是直接给磷矿粉接种菌类或
者微生物发酵的产物[28−29]; 所有这些改性磷矿粉处
理方法的效果还在探索中。
本研究在石灰性土壤上的盆栽试验表明, 改性
磷矿粉处理均不同程度提高了春小麦的地上部和根
系生物量、植株磷利用效率, 虽然所有改性磷矿粉
处理均没有超过水溶性磷肥过磷酸钙, 但对地上部
生物量的效果最高可接近过磷酸钙处理, 这说明磷
矿粉经改性后显著提高了其生物有效性, 并且在石
灰性土壤上也可有比较理想的肥效, 这与笔者以前
的研究结果一致。冯兆滨等[30]的研究也表明改性磷
矿粉在石灰性土壤具有生物有效性。说明磷矿粉经
改性后在石灰性土壤上有较高的肥效。
不同类型磷矿粉的活化效果不同, 这可能与磷
矿粉中的氧化物含量 , 尤其是与氧化镁的含量有
关。研究结果表明, 氧化镁含量高, 总氧化物含量低
的磷矿粉活化效果较好[31−32], 这一结果还有待在更
多的磷矿粉上进行试验研究, 如若结论成立, 不仅
可使中低品位磷矿粉在农业生产中较好地发挥作用,
而且可以充分利用我国磷酸和磷肥工业中不宜利用
或脱镁成本过高的磷矿。我国低品位磷矿粉资源丰
富, 对低品位磷矿粉采用活化技术以提高其中的有
效磷含量是一种经济、有效的途径, 可有效利用我
国的磷矿资源。
不同类型活化剂对磷矿粉的活化效果不同, 红
外光谱分析结果表明无机活化剂活化后出现的
H2PO4−和 HPO42−特征红外光谱谱带较多, 有机活化
剂活化后出现的特征谱带较少。而土培试验的大多
数结果表明有机活化剂活化后的春小麦生物量、植
株吸磷量和磷利用效率较高。关于磷矿粉以及改性
磷矿化学有效性和生物有效性不一致的结果有待进
一步研究。
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