低分子量有机酸对土壤磷形态转化及有效性影响的研究

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磷是植物生长的必需大量营养元素之一。但是,土壤中大部分磷是以难溶态存在而难以被植物吸收利用。这导致在许多土壤上,磷成为限制植物生长的主要因子之一。研究表明,在土壤缺磷的环境胁迫下,磷高效植物可以通过增加低分子量有机酸的分泌来促进植物根际难溶态磷的活化。所以,探讨低分子量有机酸对植物根际土壤中磷素的活化效果和活化机制,一直是植物营养和土壤化学领域的重要研究课题。本文通过低分子量有机酸对土壤磷的浸提试验,研究了不同种类、浓度、pH以及不同浸提时间条件下,低分子量有机酸对不同土壤类型的磷活化的影响;模拟了自然条件下植物根系不断分泌低分子量有机酸对土壤磷的影响:采用低分子量有机酸对土壤持续淋溶,得到了有机酸对土壤磷释放的动态淋溶曲线;研究了低分子量有机酸对土壤各形态磷的影响,进而揭示了有机酸活化土壤磷的机理;本文通过培养试验研究了低分子量有机酸对微生物量磷和磷酸酶活性的影响,进一步得到低分子量有机酸对微生物量磷矿化的影响。主要的研究结论如下:  (1)在浸提试验中,低分子量有机酸的种类、浓度、pH、浸提时间不同,对不同土壤类型的磷活化的作用也不同。有机酸在低浓度水平下(1mmolL-1)对土壤磷、钙、镁的活化作用不大;随着浓度的升高(1~20mmolL-1),磷的活化量也增加,基本为柠檬酸>草酸>苹果酸>乙酸。在碱性土壤中,磷的活化量随有机酸浓度的增加(1~20mmolL-1)呈线性增长关系;而在微酸性土壤中,两者基本呈对数函数增长关系,这说明磷的活化受土壤pH的影响。除草酸外,柠檬酸、苹果酸和乙酸的浓度同钙和镁的释放呈显著地正相关的关系。低分子量有机酸的pH和作用时间亦对土壤中磷、钙、镁的活化有影响,但影响的程度要小于有机酸浓度的影响。在碱性环境下,随着有机酸pH的升高,磷、钙和镁的释放基本是呈下降趋势。另外,在有机酸的影响下,土壤磷在短时间内(2h内)快速活化,之后到50h内呈现动态变化直至平衡。并且在酸性环境中,磷释放的动态变化的幅度大于在碱性环境中。  (2)由动态淋溶试验得知,低分子量有机酸影响下,土壤磷的释放是一个动态过程,均呈现先升后降的趋势。高浓度的有机酸能明显促进土壤磷的释放。并且,高浓度的柠檬酸、苹果酸和乙酸(10mmolL-1)对土壤磷的释放总量的影响的区别不大;草酸(10mmolL-1)淋溶土壤时,磷的淋溶总量较其它三种有机酸低。从最大释磷量来看,柠檬酸(8.4mgkg-1)>苹果酸(5.4mgkg-1)>草酸(4.5mgkg-1)>乙酸(2.7mgkg-1)。有机酸的初始浓度降低后,土壤磷的释放总量和最大释磷量有显著地降低。用抛物线扩散方程较好的拟合了磷的动态释放曲线,得到的相对扩散系数R可知:低分子量有机酸提高了磷在土壤中的迁移速率,提高的能力大小为:柠檬酸>苹果酸>乙酸>草酸;并且低分子量有机酸的浓度越高,迁移速率也越大。  (3)低分子量有机酸(甲酸除外)和有机酸盐均可增加土壤中Resin-P的含量,而相应的NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi和NaOH-Po的含量有不用程度的降低。NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po含量的降低幅度要高于NaOH-Pi和NaOH-Po的含量。柠檬酸影响下,NaHCO3-Po和NaOH-Po的含量分别上升了41%和29%。对于有效性低的磷,有机酸和有机酸盐的活化能力都不高。只有Dil.HCl-Pt在柠檬酸和草酸的影响下有小幅度的降低;而柠檬酸盐和草酸盐则不能活化Dil.HCl-Pt;Con.HCl-Po在柠檬酸的影响下下降了62%。另外,在本研究中,低分子量有机酸和有机酸盐对无机磷的形态的影响要高于对有机磷形态的影响。  (4)在碱性土壤中有机酸和有机酸盐均能在短时间内增加土壤中微生物量磷的含量和磷酸酶的活性。并且,低浓度的低分子量有机酸更有助于土壤微生物量磷和磷酸酶活性的增加。在酸性土壤中,有机酸和有机酸盐在短时间内能使土壤中微生物量磷的含量增加,同样,低浓度的有机酸的影响要高于高浓度的有机酸。但是,对于磷酸酶活性的影响,只有低浓度的有机酸在短时间内能略微提高它的活性;土壤中添加高浓度的有机酸时,磷酸酶的活性反而呈降低的趋势。
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