張 博，李佳穎， 李洪臣*

(1.三門峽市煙草公司陜州分公司，河南三門峽 472000；2.河南省煙草公司三門峽市公司，河南三門峽 472000)

低分子量有機(jī)酸對(duì)土壤鉀釋放的動(dòng)力學(xué)分析

張 博1，李佳穎2， 李洪臣2*

(1.三門峽市煙草公司陜州分公司，河南三門峽 472000；2.河南省煙草公司三門峽市公司，河南三門峽 472000)

[目的]充分利用土壤礦物態(tài)鉀，提高土壤供鉀能力。[方法]研究低分子量有機(jī)酸乙酸、乳酸、蘋果酸、檸檬酸、草酸對(duì)土壤鉀釋放的影響。[結(jié)果]土壤鉀釋放分為快速釋放(0～100 h)和穩(wěn)定釋放(100 h后)2個(gè)階段，其中快速釋放階段的鉀釋放速度快，單位釋放量大，持續(xù)時(shí)間較短；穩(wěn)定釋放階段的鉀釋放較慢，單位時(shí)間鉀釋放量較小，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。土壤鉀釋放動(dòng)態(tài)曲線接近對(duì)數(shù)方程和冪函數(shù)方程，擬合效果較好，與拋物線方程擬合效果較差。[結(jié)論]有機(jī)酸活化土壤鉀能力從大到小依次為草酸、檸檬酸、蘋果酸、乙酸、乳酸。

土壤；鉀釋放；有機(jī)酸；動(dòng)力學(xué)

我國(guó)北方地區(qū)土壤鉀含量比較豐富，大部分鉀是礦物態(tài)鉀，占土壤全鉀的90%～98%，短期內(nèi)很難被吸收利用，因此我國(guó)煙田土壤呈缺鉀或嚴(yán)重缺鉀狀態(tài)[1]。研究表明，缺鉀脅迫環(huán)境會(huì)誘導(dǎo)植物根系大量分泌檸檬酸、草酸、蘋果酸等低分子量有機(jī)酸[2-4]，這些有機(jī)酸釋放到土壤，通過酸化、配位交換和還原作用活化土壤礦物態(tài)鉀[5-7]，促進(jìn)鉀的有效釋放，進(jìn)而促進(jìn)植物對(duì)鉀的吸收[8]。因此，探索低分子量有機(jī)酸對(duì)土壤鉀的活化效果對(duì)于降低農(nóng)業(yè)肥料投入成本具有重要意義。鑒于此，筆者研究了低分子量有機(jī)酸對(duì)土壤鉀釋放

的影響，旨在為充分挖掘煙草和土壤本身固有潛力及實(shí)現(xiàn)自然資源充分利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 供試土壤為壤質(zhì)潮土，取樣深度為耕作層0～20 cm，基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量10.14 g/kg，全氮含量1.03 g/kg，速效磷含量36.12 mg/kg，速效鉀含量132.25 mg/kg，堿解氮含量75.35 mg/kg，pH 7.85。

供試有機(jī)酸包括草酸、檸檬酸、蘋果酸、乙酸、乳酸，均為分析純?cè)噭８饔袡C(jī)酸性質(zhì)見表1。

表1 供試有機(jī)酸性質(zhì)

注：KA為平衡解離常數(shù)。

Note:KAis the equilibrium dissociation constant.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 供試土壤磨碎過40目篩，高壓滅菌，風(fēng)干。稱取2.50 g供試土壤于50 mL三角瓶中，分別加入濃度為0(CK)、25、50、100、200、400 mmol/kg的有機(jī)酸溶液至土壤最大含水量的60%。滴加適量氯仿抑制微生物的活動(dòng)，搖勻，振蕩5 min，置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h。稱重法保持土壤水分恒定。試驗(yàn)共設(shè)25個(gè)處理，以蒸餾水作為對(duì)照(CK)，每處理3次重復(fù)。48 h后將溶液過濾，測(cè)定濾液中鉀含量。按照上述方法，設(shè)定有機(jī)酸濃度為200 mmol/kg，培養(yǎng)時(shí)間為6、12、24、48、96、180、360、720 h，分別在設(shè)定培養(yǎng)時(shí)間測(cè)定溶液中的鉀含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)酸對(duì)土壤鉀含量的影響 由表2可知，與CK相比，5種有機(jī)酸均能明顯促進(jìn)土壤鉀的釋放，且隨有機(jī)酸濃度的增大，土壤鉀含量呈增加趨勢(shì)。有機(jī)酸濃度為25 mmol/kg時(shí)，草酸、檸檬酸、蘋果酸、乙酸、乳酸處理中，土壤鉀含量分別是CK的2.83、2.59、2.15、1.93、1.66倍；有機(jī)酸濃度為400 mmol/kg時(shí)，有機(jī)酸處理的土壤鉀含量分別是CK的4.52、4.16、3.55、3.07、2.94倍?？梢姡?種有機(jī)酸活化土壤鉀的能力從大到小依次為草酸、檸檬酸、蘋果酸、乙酸、乳酸，不同濃度有機(jī)酸處理間均呈顯著差異。

表2 不同處理對(duì)土壤鉀含量的影響

注：同列不同大、小寫字母表示處理間在0.01、0.05水平差異顯著。

Note:Different capital letters and lowercases in the same column indicated significant differences at 0.01 and 0.05 levels,respectively.

2.2 土壤礦物鉀釋放動(dòng)力學(xué) 從圖1可以看出，隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤鉀積累量逐漸增大。土壤鉀釋放分為2個(gè)階段，即快速釋放階段和穩(wěn)定釋放階段。浸提0～100 h為快速釋放階段，是以離子形式存在于土壤溶液和土壤膠體的鉀通過擴(kuò)散和離子交換進(jìn)入溶液的過程，該階段鉀釋放速度快，單位時(shí)間釋放量大，持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短。浸提100 h后為穩(wěn)定釋放階段，是礦物鉀在多種因素作用下，發(fā)生水解和絡(luò)合反應(yīng)，O—M 鍵和O—Si鍵斷裂，礦物鉀表面晶格結(jié)構(gòu)變化，以離子狀態(tài)的鉀釋放到土壤中。該階段鉀的釋放速度相對(duì)較慢，單位時(shí)間內(nèi)鉀的釋放量相對(duì)較小，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，是一個(gè)緩慢的過程。

對(duì)土壤鉀含量用Elovich方程、拋物線擴(kuò)散方程、雙常數(shù)曲線方程擬合，結(jié)果見表3。由表3可知，土壤鉀釋放動(dòng)態(tài)曲線接近對(duì)數(shù)方程和冪函數(shù)方程2種曲線。Elovich方程判定系數(shù)(R2)為0.886～0.994，雙常數(shù)方程的R2為0.871～0.992，達(dá)到顯著水平，擬合效果較好。拋物線擴(kuò)散方程的R2為0.834～0.960，擬合效果相對(duì)較差。

圖1 不同有機(jī)酸對(duì)土壤鉀積累量的影響Fig.1 Effects of different organic acids on potassium accumulation in soil

有機(jī)酸種類TypesoforganicacidsElovich方程Elovichequationy=a+blntR2ab拋物線擴(kuò)散方程Parabolicdiffusionequationy=a+bt0．5R2ab雙常數(shù)方程Doubleconstantequationy=atbR2ab草酸Oxalicacid0．97975．6136．550．849197．545．720．958125．710．14檸檬酸Citricacid0．994153．7342．380．853156．654．630．94199．740．18蘋果酸Malicacid0．960106．4848．540．834203．746．450．992166．150．13乙酸Aceticacid0．971141．3638．540．908148．237．140．882143．350．22乳酸Lacticacid0．88646．7153．540．960137．754．420．871134．610．21蒸餾水(CK)Distilledwater0．95766．4836．210．871104．455．540．963104．120．17

3 結(jié)論與討論

(1)根系分泌物中低分子量有機(jī)酸可通過酸化作用、配位交換作用和還原作用溶解轉(zhuǎn)化土壤中的礦物鉀，促進(jìn)鉀釋放，提高生物有效性[9]。有機(jī)酸有多個(gè)配基，可與礦物表面鋁、硅及其他多種金屬原子形成配合物，促進(jìn)土壤中含鉀礦物表面的鋁風(fēng)化[10]。一般來說，有機(jī)酸對(duì)鋁的絡(luò)合常數(shù)越大，活化土壤礦物鉀的能力越強(qiáng)，但有機(jī)酸活化鉀的能力與其絡(luò)合能力大小并不完全一致。該研究表明，5種有機(jī)酸活化土壤鉀的能力從大到小依次為草酸、檸檬酸、蘋果酸、乙酸、乳酸。草酸活化土壤鉀的能力大于檸檬酸，這是由于草酸絡(luò)合能力和水解能力均較強(qiáng)，檸檬酸具有較強(qiáng)的絡(luò)合能力，但水解能力較弱，導(dǎo)致活化土壤鉀能力弱于草酸。乙酸、乳酸為一元酸，絡(luò)合能力和水解能力均較弱，活化土壤鉀的能力較低。

(2)有機(jī)酸作用下，土壤鉀的釋放具有明顯的階段性，分為快速釋放和穩(wěn)定釋放2個(gè)階段。土壤鉀釋放與Elovich方程和雙常數(shù)方程擬合較好，能直觀地反映出土壤鉀釋放的過程。參考文獻(xiàn)

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Dynamics Analysis of Low Molecular Weight Organic Acids on Soil Potassium Release

ZHANG Bo1，LI Jia-ying2, LI Hong-chen2*

(1. Shanzhou Tobacco Company of Sanmenxia City，Sanmenxia, Henan 472000; 2. Sanmenxia Tobacco Company of Henan Province, Sanmenxia, Henan 472000)

[Objective] The aim of the study was to use mineral soil potassium, and improve soil potassium supplying capacity.[Method] The effects of low molecular weight organic acids of acetic acid, lactic acid, malic acid, citric acid, oxalate on soil potassium release were studied. [Result] Soil potassium release included quick release(0-100 h) and stable release (after 100 h). In fast release phase, potassium released speed, and released large units with short duration. In released phase, slow released potassium, potassium emission per unit time was small, long duration. Dynamic curve of soil potassium released in nearly logarithmic equations and exponential equations fitted better with the parabolic equation was poor. [Conclusion] The order of organic acid activating soil potassium capacity was by oxalic acid, citric acid, malic acid, acetic acid, lactic acid.

Soil; Potassium release; Organic acids; Dynamics

河南省煙草公司科技攻關(guān)項(xiàng)目(HYKJ201103)。

張博(1987-)，男，河南洛陽人，助理農(nóng)藝師，從事煙葉生產(chǎn)研究。*通訊作者，助理農(nóng)藝師，碩士，從事煙草品種選育研究。

2016-10-31

S 158

A

0517-6611(2016)35-0140-03