代銀分，李永梅，范茂攀，王自林，楊廣容 *

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201； 2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 龍潤普洱茶學(xué)院，云南 昆明 650201)

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不同原料生物炭對磷的吸附-解吸能力及其對土壤磷吸附解析的影響

代銀分1，李永梅1，范茂攀2，王自林2，楊廣容2 *

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201； 2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 龍潤普洱茶學(xué)院，云南 昆明 650201)

摘要：土壤作為磷的臨時(shí)養(yǎng)分庫，其對磷的吸附解吸能力既制約磷肥的有效性又影響土壤磷的流失，為合理利用農(nóng)業(yè)廢棄物，增強(qiáng)農(nóng)田土壤對磷的固儲力，減輕農(nóng)田土壤磷素流失的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，我們對水葫蘆、竹子、秸稈、核桃殼、松針(農(nóng)業(yè)廢棄物)炭化后對KH2PO4吸附-解吸模擬性研究，從中選取綜合固磷能力較強(qiáng)的生物炭(秸稈)與土壤按0%(對照)、0.1%、0.2%、0.5%不同比例(質(zhì)量比)添加，了解生物炭添加對土壤磷吸附-解吸能力的影響。結(jié)果表明：5種生物炭對磷的等溫吸附(Langmuir方程擬合)的最大吸附量高低順次為：水葫蘆(2 906.98 mg·kg-1)> 秸稈 (2 702.70 mg·kg-1)> 竹子 (2 469.14 mg·kg-1)> 松針(2 217.29 mg·kg-1)>核桃殼(2 336.45 mg·kg-1)，5種生物炭對吸附磷的解吸力，隨著解吸次數(shù)增加吸附磷的解吸力增加，尤其前4次，磷的解吸很迅速，達(dá)0.52 ～ 1.90 mg·L-1；秸稈生物炭添加能增強(qiáng)土壤對磷的吸附，不同比例的增強(qiáng)效果為：0.5%>0.2% > 0.1% > 0，但是，秸稈生物炭添加對土壤磷的解吸能力沒有顯著影響。5種生物炭中水葫蘆生物炭對磷吸附能力最強(qiáng)，其次是秸稈生物炭，但是由于水葫蘆生物炭生產(chǎn)率很低(僅約為 0.79% )，秸稈生物炭不僅生產(chǎn)率高(約為2.79%)有較強(qiáng)的吸附能力，按0.5%添加到土壤中能較好地提高土壤對磷的吸附性能。

關(guān)鍵詞：生物炭；土壤；磷；吸附；解吸

磷(P，Phosphorus)既是作物生長不可缺少的營養(yǎng)元素，也是湖泊水體富營養(yǎng)化的主要限制因子[1～3]。作物對磷肥的利用率很低，通常情況下，當(dāng)季作物只有5%～15%，加上后效一般也不超過25%，所以約占施肥總量75%～90%的磷滯留在土壤中[4]。徐明崗等[5]通過施肥量及水肥溫相互作用對磷擴(kuò)散的影響研究表明：長期而過量地施用磷肥，常導(dǎo)致農(nóng)田耕層土壤處于富磷狀態(tài)，從而可通過徑流等途徑加速磷向水體遷移，農(nóng)田土壤磷素富集業(yè)已成為我國地表水體質(zhì)量的最大威脅。張乃明等[6]研究表明，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染已構(gòu)成當(dāng)今世界水質(zhì)惡化的第一大威脅，特別是農(nóng)田土壤地表徑流磷輸出是導(dǎo)致河流、湖泊水質(zhì)富營養(yǎng)化的主要原因。段永蕙等[7]研究表明非點(diǎn)源磷入湖污染負(fù)荷貢獻(xiàn)率已超過50%，農(nóng)村面源污染占30%～60%，農(nóng)田磷流失占農(nóng)村面源磷流失的93%。

大量研究表明，農(nóng)田土壤磷的流失程度取決于降雨情況、施肥狀況、坡度、作物覆蓋度、土壤條件及人為管理措施等多種因素[8]。然而，農(nóng)業(yè)面源污染治理主要從源頭控制、流失路徑截?cái)嘁约拔廴镜氐男迯?fù)，其中，污染物源頭的控制作為最有效的防治措施，不但能夠?qū)崿F(xiàn)污染物的最小量輸出，而且可以在一定程度上起到控制污染范圍的作用[9]。生物炭(Biochar)是農(nóng)林廢棄物等材料在缺氧或無氧條件下熱解產(chǎn)生的一類含碳量豐富、紋理細(xì)膩的多孔狀材料[10，11]。農(nóng)田土壤生物炭添加不僅解決農(nóng)業(yè)廢棄物不合理處置和環(huán)境污染問題，而且為大面積秸稈還田、增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤結(jié)構(gòu)、減輕水土流失對生態(tài)環(huán)境的污染具有重要意義[12]。武玉等[13]研究認(rèn)為，生物炭輸入土壤中可以增加有效磷的含量，還能通過吸附和解吸來改變磷的循環(huán)和有效性，Soinne等[14]研究則發(fā)現(xiàn)生物炭誘發(fā)土壤特性的變化，有利于土壤侵蝕控制，減少農(nóng)田磷的損失，Wang等[15]研究也表明：家禽垃圾生物炭應(yīng)用在土壤中能減少磷的徑流損失和減少對水環(huán)境的負(fù)面影響。然而，以往的研究多集中在生物炭的應(yīng)用效果，有關(guān)生物炭的特性，生物炭使用后與土壤的相互作用，對土壤特性的影響鮮有報(bào)道。本文就不同原料生物質(zhì)炭及其添加入土壤后對磷的吸附-解吸能力進(jìn)行對比性研究，以期為農(nóng)田土壤合理施用生物炭提高作物對土壤磷素利用效率，減少農(nóng)田磷素流失對水體富營養(yǎng)化的貢獻(xiàn)率提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1生物炭的制備

以云南農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見廢棄物竹子、松針、水葫蘆、秸稈、核桃殼為原料，在70 ℃下烘干后粉碎過0.5 mm的篩，然后分別放入鐵盒蓋上蓋子放馬弗爐里恒溫(400 ℃)熱解1 h[16]，冷卻后取出備用。經(jīng)測定5種生物炭的得率及基本性質(zhì)如表1，其中pH檢測方法為玻璃電極法，全氮(TN)為半微量凱氏法，全磷(TP)為釩鉬黃比色法，全鉀(TK)為火焰光度計(jì)法[17]。

表1　不同生物炭的基本性質(zhì)

1.2供試土樣

供試土壤為0～30 cm 土層山原紅壤，取樣于2014年的10月12日進(jìn)行，土樣當(dāng)天帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，然后過孔徑為2 mm的篩用于土壤指標(biāo)測定。土壤指標(biāo)均按照鮑士旦[17]的方法測定：pH檢測方法為玻璃電極法，全氮(TN)為半微量凱氏法，有機(jī)質(zhì)(COM)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法；全磷(TP)為NaOH熔融—鉬銻抗比色法，有效磷(Olsen-P)含量采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，土壤基本性質(zhì)見表2。

表2　供試土壤的基本性質(zhì)

1.3不同生物炭對磷的等溫吸附實(shí)驗(yàn)

分別稱取0.3 g的竹炭、松針炭、水葫蘆炭、秸稈炭、核桃殼生物炭各9分，分別放入50 mL的離心管中，然后依次加入濃度梯度為0、5、15、25、50、100、150、200、250、500 mg·L-1的KH2PO4溶液30 mL，同時(shí)加入3滴氯仿以抑制微生物的活動。將試樣橫放固定于恒溫為(25±1) ℃下，并以200 r·min-1的轉(zhuǎn)速連續(xù)震蕩12 h后高速離心過濾，取上清液，采用水中磷含量測定上清液中磷的濃度Ce，計(jì)算生物炭對磷酸鹽的吸附量Ge/mg·kg-1，每種生物炭的吸附實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次[18,19]。

Ge =(Co-Ce)V/w

式中：Co為初始磷酸鹽濃度/mg·L-1；Ce為過濾后溶液中磷酸鹽濃度/mg·L-1；V為溶液體積/L；w為生物炭用量/kg。

不同原料生物炭對磷的等溫吸附采用Langmuir方程擬合[19,20]。其中，Langmuir方程為：

式中：Ce為平衡溶液中磷的濃度/mg·L-1；q為生物炭的磷吸附量/mg·kg-1；K為表面吸附系數(shù)/L·mg-1；Qmax為生物炭的磷最大吸附量/mg·kg-1。

1.4不同生物炭吸附磷的解吸實(shí)驗(yàn)

將1.3中經(jīng)過500 mg·L-1KH2PO4吸附實(shí)驗(yàn)的生物炭，用50 mL的蒸餾水分多次洗滌轉(zhuǎn)移至200 mL的三角瓶中，在(25±1) ℃下，200 r·min-1往復(fù)震蕩30 min，高速離心后用抽濾機(jī)抽濾出上清液，測定上清液中的磷含量，每種生物炭連續(xù)進(jìn)行上述8次解吸浸提，累計(jì)每一次浸提液中磷的含量作為吸附磷的總解吸量。

1.5秸稈生物炭添加比例對土壤磷等溫吸附能力的影響

選取秸稈生物炭，分別按生物炭與土壤質(zhì)量(3 g)比的0、0.1%、0.2%、0.5%混合，每一配比分別稱取 9份，放入250 mL三角瓶中，依次加入濃度梯度為0、5、15、25、50、100、150、200、250 mg·L-1的KH2PO4溶液(溶解液為0.01 mol·L-1CaCl2)100 mL，同時(shí)加入2～3滴氯仿抑制微生物活性，每一濃度重復(fù)3次。將試樣在(25±1) ℃恒溫下，以200 r·min-1的轉(zhuǎn)速連續(xù)震蕩12 h后高速離心過濾，取上清液并測定其中的磷含量，利用1.3中的公式計(jì)算物料對磷酸鹽的吸附量。

1.6添加不同比例生物炭的土壤吸附磷的解吸實(shí)驗(yàn)

將1.5中經(jīng)過250 mL·L-1的KH2PO4吸附實(shí)驗(yàn)的土壤和秸稈生物炭混合試樣，用100 mL的0.01 mol·L-1CaCl2溶液多次洗滌轉(zhuǎn)移至250 mL的三角瓶中，在(25±1) ℃恒溫下，以200 r·min-1往復(fù)震蕩30 min，在4 000 r·min-1下離心10 min，取上清液測定磷含量，連續(xù)進(jìn)行上述8次解吸浸提，累計(jì)每一次浸提液中磷的含量作為混合試樣吸附磷的總解吸量。

2結(jié)果與分析

2.1不同生物炭對磷的等溫吸附能力比較研究

以生物炭在不同磷濃度吸附下的平衡液濃度為橫坐標(biāo)，磷的吸附量為縱坐標(biāo)作圖，獲得不同生物炭對磷的等溫吸附曲線如圖1，結(jié)果表明：不同生物炭對磷的吸附量均呈現(xiàn)出隨添加磷溶液濃度的增加而增強(qiáng)；5種生物炭對磷的吸附能力高低依次為：水葫蘆>秸稈>竹子>松針>核桃殼。同時(shí)，通過Langmuir方程擬合各種生物炭的磷等溫吸附如表3，結(jié)果表明：水葫蘆生物炭對磷的吸附性能最好，其磷的最大吸附量參數(shù)Qmax高達(dá)2 906.98 mg·kg-1，其次為秸稈(2 702.70 mg·kg-1)>竹子(2 469.14 mg·kg-1)>松針(2 336.45 mg·kg-1)>核桃殼(2 217.29 mg·kg-1)；5種生物炭的磷最大緩沖容量(Maximum buffer capacity，MBC)是綜合的反映生物炭對磷吸附強(qiáng)度因素和容量因素，能很好地反映生物炭的吸附性能的參數(shù)，MBC越大其對磷的吸附性越好，表3中水葫蘆的MBC為48.46，比其它生物炭的高出近10倍，說明水葫蘆對磷的吸附能力最強(qiáng)。表3中的磷吸附參數(shù)含義均與圖1表達(dá)結(jié)果相吻合，并且方程回歸系數(shù)R2均在0.91～0.97之間，達(dá)到極顯著相關(guān)水平，進(jìn)一步說明Langmuir方程適用于本研究中生物炭對磷的等溫吸附性能擬合。

圖1　不同生物炭對磷的吸附能力比較Fig.1　Compare with the phosphorus sorption ability of different biochars

表3　Langmuir方程擬合的5種生物炭的磷等溫吸附參數(shù)

注：***表示回歸系數(shù)顯著程度達(dá)到0.1%水平(r2=0.76(P<0.001)，n=10.)

Note:***Regression coefficient significantly was 0.1% level(r2=0.76(P<0.001)，n=10.)

2.2不同生物炭的磷解吸能力

圖2是高濃度磷溶液吸附后的生物炭連續(xù)進(jìn)行8次吸附磷的解吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從中可以看出隨解吸次數(shù)的增加，生物炭解吸磷的濃度(即解吸量)隨之下降，但第一次到第二次的下降趨勢很快，第1次浸提后解吸磷濃度分別為：水葫蘆(29.82 mg·L-1)、秸稈(25.62 mg·L-1)、竹子(17.49 mg·L-1)、松針(19.68 mg·L-1)、核桃殼(22.88 mg·L-1)，第二次解吸浸提是磷的濃度分別下降了40%、89%、76%、90%、84%，到第4～8次及以后的解吸浸提磷的濃度趨于平衡，第8次解吸，浸提液磷的濃度幾乎趨于零。表明前4次，磷的解吸很迅速，到第8次，能解吸的吸附磷基本被解吸完畢。計(jì)算5種生物炭經(jīng)過8次連續(xù)浸提解吸磷累計(jì)總量分別為：水葫蘆(0.19 mg·kg-1)> 松針(0.078 mg·kg-1)> 竹子(0.069 mg·kg-1)、核桃殼(0.069 mg·kg-1)> 秸稈(0.059 mg·kg-1)，水葫蘆對吸附磷的解吸能力明顯高于其它4種生物炭。

圖2　5種生物炭吸附磷的解吸能力比較Fig.2　Compare with the phosphorus desorption ability of five different biochars

2.3秸稈生物炭添加對土壤磷等溫吸附能力的影響

根據(jù)上述5種生物炭對磷吸附-解吸能力對比研究，選取對磷綜合固儲能力較強(qiáng)和炭化得率高的秸稈生物炭添加于土壤，進(jìn)一步研究生物炭添加及其比例對農(nóng)田土壤磷吸附能力的影響。圖3和表4是按2.1分析方法處理的秸稈生物炭添加的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖3表明，首先，隨著生物炭與土壤配比的增加，其對磷的吸附性逐漸增強(qiáng)；其次，在添加的磷濃度為0～25 mg·L-1時(shí)，4種處理對磷的吸附量差距較小，當(dāng)添加的磷濃度增加至50～100 mg·L-1時(shí)，隨著添加磷濃度的增加，4種處理

圖3　不同秸稈生物炭添加比例對土壤磷等溫吸附能力的影響Fig.3　The effects of different proportions of straw biochar amended to soil on phosphorus isothermal adsorption capacity

對磷的吸附力有明顯差別，在外源磷的濃度為100 mg·L-1時(shí)，各處理磷的吸附量分別為：810.37 mg·kg-1(0)<883.62 mg·kg-1(0.1%)<894.97 mg·kg-1(0.2%)<901.53 mg·kg-1(0.5%)，此后，各處理對磷吸附能力趨于平衡，不再隨添加磷濃度的增高而增高。

從不同比例秸稈生物炭添加后土壤的磷等溫吸附參數(shù)Langmuir方程擬合結(jié)果可以看出(表4)，首先，方程回歸系數(shù)R2均達(dá)0.99，達(dá)到極顯著相關(guān)水平，說明Langmuir方程適用于本研究中秸稈生物炭與土壤各處理樣的磷等溫吸附性能擬合；其次，隨著秸稈生物碳的添加比例的增加，土壤對磷的最大吸附量也依次增加，分別為：1 265.82 mg·kg-1(0)<1 315.79 mg·kg-1(0.1%)<1 351.35 mg·kg-1(0.2%)<1 369.86 mg·kg-1(0.5%)，與土壤對照相比，在0.1%、0.2%和0.5%的秸稈生物碳添加下，各處理磷的最大吸附量分別增加了3.9%、6.8%和8.2%，但是，各處理土壤表面吸附系數(shù)(K)和最大緩沖容量(MBC)則隨秸稈生物炭添加及比例的增加而成倍增加，K與MBC值分別增加了2.13倍、2.78倍和2.83倍與2.21倍、2.97倍和3.06倍。

表4Langmuir方程擬合的不同比例秸稈生物炭添加后土壤的磷等溫吸附參數(shù)

Table 4The parameters of phosphorus isothermal adsorption by Langmuir equation fitting under different proportions straw biochar amended into soil

生物炭添加比例BiocharaddedproportionLangmuir吸附方程Langmuiradsorptionequation最大吸附量(Qmax)/mg·kg-1Themaximumadsorption表面吸附系數(shù)(K)/L·mg-1Surfaceadsorptioncoefficient回歸系數(shù)(R2)Regressioncoefficient最大緩沖容量(MBC)Maximumbuffercapacity0Ce/q=0.00079Ce+0.00391265.820.20150.99***255.060.1%Ce/q=0.00076Ce+0.00181315.790.42940.99***565.000.2%Ce/q=0.00074Ce+0.00131351.350.56060.99***757.570.5%Ce/q=0.00073Ce+0.00131369.860.57030.99***781.23

注：***表示回歸系數(shù)顯著程度達(dá)到0.1%水平(r2=0.86(P<0.001)，n=8.)

Note:***Regression coefficient significantly was 0.1% level(r2=0.86(P<0.001)，n=8.)

2.4秸稈生物炭與土壤不同配比對磷的等溫解吸

從圖4可以看出，在8次連續(xù)浸提解吸過程中，秸稈生物炭添加對土壤磷的解吸能力沒有明顯的影響。其次，與生物炭對吸附磷的解吸實(shí)驗(yàn)(圖2)相比，4個(gè)處理均經(jīng)過1次浸提解吸后，土壤及其秸稈生物炭的混合土樣對吸附磷的解吸過程比較緩慢，尤其從第4次解吸后吸附磷的解吸量更加減弱；最后，與生物炭對吸附磷的解吸實(shí)驗(yàn)相比，土壤及其秸稈生物炭的混合土樣對吸附磷具有較強(qiáng)的固持力，在8次浸提后，各處理的吸附磷的濃度并未趨于零，分別為2.11 mg·L-1(0)、2.17 mg·L-1(0.1%)、2.31 mg·L-1(0.2%)和2.28 mg·L-1(0.5%)。

圖4　不同配比的秸稈生物炭與土壤的磷解吸能力比較Fig.4　Compared with phosphorus desorption ability of different proportions straw biochar amended into soils

3討論

生物炭作為一種多孔材料，是一種很好的有機(jī)吸附材料，作為吸附劑應(yīng)用在水體處、增強(qiáng)土壤對氮磷養(yǎng)分吸持及促進(jìn)作物生長和減輕農(nóng)田養(yǎng)分流失方面引起研究者越來越多的關(guān)注。馬鋒鋒等研究表明[21]，Langmuir方程能很好地描述磷在牛糞生物炭上的等溫吸附行為，與上述研究結(jié)果相似，我們的研究也表明，Langmuir方程能適用于水葫蘆、秸稈、竹子、松針和核桃殼5種植物來源廢棄物的生物炭及土壤與秸稈生物炭混合樣對磷的等溫吸附。張璐等[22]、馬鋒鋒等[21]和郎印海等[23]研究證實(shí)，生物炭及其土壤對磷的吸附能力受其制備材料、炭化溫度及時(shí)間、生物炭的粒徑與pH等影響，在400～700 ℃炭化溫度下，土壤對磷的吸附量隨生物炭施加量和熱解溫度的升高而降低；在磷溶液的pH=2～7中性偏酸性范圍內(nèi)，牛糞生物炭對磷的吸附率隨著pH的升高而逐漸增加，pH=7～10之間時(shí)，吸附率隨著pH升高而降低，pH=10以后，吸附率又有緩慢上升的趨勢；本研究中5種不同材料來源的生物炭，經(jīng)過最佳的400 ℃炭化后、由于制炭的材料來源不同， 5種生物炭的pH依次為：水葫蘆(10.23)>秸稈(9.80)>竹子(9.42)>松針(8.67)>核桃殼(8.58)，其對磷的最大吸附量(Qmax)和最大緩沖容量(MBC)差異很大(圖1和表3)，并與pH變化趨勢一致，隨pH的增加而增加，與上述前人研究規(guī)律相反，需要對不同材質(zhì)生物炭的本身特性進(jìn)一步深入研究。

另一方面，已有研究表明：在農(nóng)田土壤中添加適量生物炭，能提高酸性紅壤pH、增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、活化土壤有效氮磷等養(yǎng)分、改良土壤肥力狀況，促進(jìn)農(nóng)作物生長，減少農(nóng)田土壤磷素的淋失[16,23～28]。其中，郎印海等[23]研究表明，生物炭可減少土壤對磷的固定，提高土壤磷的有效性，對于改良土壤具有一定的潛力；康日峰等[25]研究表明，添加生物炭作為基肥后土壤堿解氮和有效磷含量大多呈先降低后升高的趨勢，可持續(xù)供給小麥在生長后期對養(yǎng)分的需求；葛順峰等[28]研究證實(shí)，氮磷化肥施用顯著提高了土壤可溶性磷的淋失量，但添加玉米秸稈生物炭(占土壤2%)能顯著降低施用氮磷化肥土壤總磷的淋失量。本研究的5種生物炭的pH在8.58～10.23之間，處于中性偏堿狀態(tài)，遠(yuǎn)高于紅壤的6.35，全氮、全磷含量分別為4.90～37.20 g·kg-1和10.1～43.4 g·kg-1之間，普遍高于山原紅壤全氮0.75 g·kg-1和全磷16.5 g·kg-1(表1和2)，這些生物炭添加入土壤，一方面，將改變土壤的性質(zhì)、明顯地提高土壤的碳、氮和磷的養(yǎng)分含量，改善土壤肥力，另一方面，在0.1%～0.5%較低的秸稈生物炭添加比例下能成倍提高土壤的對磷吸附能力表征參數(shù)即最大吸附量(Qmax)、吸附系數(shù)(K)和最大緩沖容量(MBC)(表4)，表明生物炭添加能增加土壤對磷吸附能力，減輕農(nóng)業(yè)面源污染。

4結(jié)論

1)Langmuir擬合方程可以適用生物炭對磷的等溫吸附表征參數(shù)擬合研究，相同溫度(400 ℃)下制備的不同來源材料生物炭對磷的吸附量能力不同，其中，生物炭pH越高對磷的吸附能力越好，本研究中水葫蘆生物炭對磷的最大吸附量(Qmax)和最大緩沖容量(MBC)最大，但是得率最低，僅為0.79%，而秸稈廢生物炭對磷的最大吸附量(Qmax)和最大緩沖容量(MBC)僅次于水葫蘆生物炭，并且得率為2.79%，秸稈農(nóng)業(yè)廢棄物有較好的前景。

2)生物炭所吸附的磷經(jīng)過4次連續(xù)的浸提解吸后，解吸磷濃度就趨于零，說明生物炭對磷的吸附是物理吸附，其吸附的磷很容易淋失。

3)在0.1%～0.5%較低的秸稈生物炭添加比例下能成倍提高土壤的對磷吸附能力表征參數(shù)即最大吸附量(Qmax)、吸附系數(shù)(K)和最大緩沖容量(MBC)，表明秸稈生物炭添加能增強(qiáng)土壤對磷的吸附能力。

4)不同秸稈生物炭添加比例土壤對吸附磷的解吸表明，在經(jīng)過8次連續(xù)浸提解吸后，解吸液的磷濃度與5種生物炭對吸附磷的解吸相比，并未趨于零，這可能與土壤本身對磷的有吸持性有關(guān)。

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(編輯：武英耀)

The study on phosphorus sorption-desorption capacity of different biochar and the effects of its amendment to soil

Dai Yinfen1, Li Yongmei1, Fan Maopan2, Wang Zilin2, Yang Guangrong2*

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China; 2.CollegeofLongrunPu-erhTea,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China)

Abstract:Soil is taken for a temporary depots of phosphorus nutrition to crops, and it has the capacity of phosphorus sorption-desorption. This ability not only restricts the availability of phosphate fertilizer, but also effects the loss of soil phosphorus. In order to alleviated the environmental risk of cropland phosphorus loss, it is urgently necessary to rational utilization of agricultural wastes and enhance phosphorus storage capacity in soil. In this study, we elected five different agricultural waste，including: water hyacinth (Eichhornia crassipes), bamboo (Bambusaceae) stem, straw, walnut (Juglans regia L.) shell and pine (Pinus thunbergii) needles and they were carbonized. The simulate experiments was conducted by five biochars of phosphorus adsorption-desorption capacity of KH2PO4. Then, straw biochar was choose because it has better phosphorus fixation capability, and it was amended to red soil by different ratios (mass ratio): 0% (control), 0.1%, 0.2% and 0.5% to understand effects of biochar amendment to soil on phosphate adsorption-desorption ability. The results showed that the maximum adsorption of these five kinds of biochar which were fitted by Langmuir phosphorus isothermal adsorption equation were in order:water hyacinth(2 906.98 mg·kg-1) > straw (2 702.70 mg·kg-1) > bamboo (2 469.14 mg·kg-1) > pine needles (2 217.29 mg·kg-1) > walnut shell (2 336.45 mg·kg-1). With the increasing number times of the absorbed phosphorus desorption, the desorption capacity of the five studied biochars on phosphorus increased. Especially during the first four times, phosphorus desorption was very quickly, up to 0.52～1.90 mg·L-1. Straw biochar added could enchanceadsorption capacity of soil on phosphorus. The different proportions order of enhancement effect was:0.5%>0.2%>0.1%>0. But adding straw biochar to soil had no significant influence on soil phosphorus desorption capability.Water hyacinth biochar had thestrongest adsorption capability to phosphorus among the five tested biochars, and straw biochar was the second ranked. However, because of the low productivity of water hyacinth biochar(only about 0.79%), straw biochar became the best choice for both productivity (about 2.79%) and adsorption capability on phosphorus. Straw biochar added by 0.5% ratio to soil could better improve the adsorption capacity of soil on phosphorus.

Key words:Biochar; Soil; Phosphorus; Adsorption; Desorption

中圖分類號：P619.25+9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-8151(2016)05-0345-07

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(41461059)；云南省教育廳基金(2013Y467)；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)博士科研啟動經(jīng)費(fèi)(A2002338)資助

作者簡介：代銀分(1989-)，女(漢)，云南曲靖人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)田土壤磷素遷移與流失控制*通訊作者：楊廣容，講師，博士。 Tel:0871-5226508，E-mail:2452739538@qq.com

收稿日期：2015-12-29 修回日期：2016-01-29