中国农业科学院
硕士学位论文
砷在土壤中的形态转化及植物有效性研究
姓名：胡留杰
申请学位级别：硕士
专业：土壤学
指导教师：曾希柏
20080601摘要
砷是世界卫生组织确定的高毒致癌物质，从上世纪初就开始受到科学家们的广泛关注。在农
业生产中，砷主要是通过工业‘‘三废”、农业利用等方式进入土壤，施用含砷的农药、化肥、有机
肥等是十壤中砷的重要来源之一。砷进入－十壤后，可被土壤胶体吸附固定，使其有效性降低。有
机态砷进入土壤后，不仅被土壤吸附吲定，也可在土壤微生物的作用下，并通过一系列的土壤过
程，发生形态和价态的转化。农业生产与入类生活息息相关，研究不同形态砷在土壤中的转化及
对植物砷有效性的影响，对提高农产品质最，预防设施十壤中砷含量超标等具有很重要的意义。
本文通过对山东寿光设施菜地土壤调查、数据分析等，揭示高集约化耕作方式下土壤中砷的形态分布特征；通过盆栽试验，研究外源无机态和有机态砷进入土壤后，在土壤中的形态和价态
转化及其对植物有效性的影响，通过本研究获得以下主要结果：
１．设旖土壤全砷和有效态砷含每均明显高于对照土壤（小麦地）。表层（０．２０ｃｍ）和Ⅱ表层
（２０－４０ｃｍ）土壤全砷含量分别是对照的１．１９和１．２３倍。有效态砷含量分别是对照的１．６０和３．３
倍。２．对设施土壤砷的形态分析结果表明，在四种形态砷中，有效态砷（ＡＥ—Ａｓ）含量最低，在
表层土壤（０．２０ｃｍ）占全砷含量的１．６５％，亚表层土壤（２０－４０ｃｍ）中占总砷的０．７０％。设施ｒ十壤中四种形态砷含量均高于对照土壤，且随着设施年限的延长，土壤四种形态砷含量都有所增加。
不同设施年限之间，土壤中四种形态砷含量均存在显著性差异，这说明随农药、化肥和有机肥等进入土壤中的砷，在土壤中有一定的累积，对土壤存在一定的安全隐患。
３．在土壤中加入外源砷进行室内培养试验表明，随着外源砷浓度的增加，各形态含量都显著
增加。各形态砷与土壤外源砷浓度间的相关系数均高达Ｏ．９９以上。当外源砷为五价砷（Ａｓ（ｖ））
土壤磷素的转化及固定
土壤中各种形态的磷酸盐可以在一定条件下互相转化。这种转化可以概括为难溶性磷（包括闭蓄态磷、吸附态磷等）的有效转化过程与土壤磷的固定作用。这两个过程互相转化的速率与方向决定着土壤供磷能力以及磷肥的有效施用。
一、土壤磷的释放
1. 难溶性磷酸盐的释放
指原生或次生的矿物态磷酸盐、化学沉淀形成的磷酸盐，经过物理的、化学的、生物化学的风化作用转变为溶解度较大的磷酸盐的过程。例如，在石灰性土壤上，通过植物根系与微生物呼吸作用以及有机肥分解所产生的碳酸、有机酸可将难溶性的磷酸钙盐转变为有效性高的磷酸盐。
2. 无机磷的解吸
指吸附态磷重新进入土壤溶液的过程，但土壤中呈吸附态的磷并不能全部被解吸下来。
土壤吸附态磷解吸的原因包括两个方面：一是化学平衡反应，土壤溶液中磷浓度因植物的吸收而降低，从而改变了原有的平衡，使反应向解吸的方向进行；二是竞争吸附，所有能进行阴离子吸附的阴离子大多可与磷酸根离子进行竞争吸附作用，而导致吸附态磷的解吸。
3. 有机磷的矿化
土壤中有机态磷的化合物（植素、核酸、磷脂等）在土壤中磷酸酶的作用下，逐步分解，最终释放出磷酸，以供作物吸收利用，或与土壤中的金属离子结合，形成溶解度较低的磷酸盐，而降低其有效性。
二、土壤中无机磷的固定
磷的固定作用是指土壤液相中的无机磷酸盐等有效态磷转变为无效态磷的过程。土壤磷酸根离子被固定的两个主要反应是化学沉淀和吸附；其次是磷的生物固定。
1. 沉淀反应 在中性和石灰性土壤中，如施用可溶性磷肥后，提高了土壤中有效磷的浓度，磷酸根离子可与碳酸钙或方解石以及交换性钙生成二水磷酸二钙、无水磷酸二钙、磷酸八钙和羟基磷灰石等难溶性磷酸钙盐。
在酸性土壤中，当当过磷酸钙施入土壤中后，因发生异成分溶解而使土壤酸性增强，促使土壤中如赤铁矿、针铁矿、三水铝石等矿物溶解，转变为活性铁铝，开始形成无定型磷酸铁铝盐，然后转化成晶质的粉红磷铁矿、磷铝石等。此外，土壤中交换性铁、铝、锰等离子也可与水溶性磷产生沉淀反应，不同程度地降低了磷的有效性。
尿素属于酰胺态氮肥，施入土壤中一小部分以分子态溶于土壤溶液中，通过氢键作用被土壤吸附，其他大部分在脲酶的作用下水解成碳酸铵，进而生成碳酸氢铵和氢氧化铵，碳酸铵、碳酸氢铵和氢氧化铵都是不稳定化合物，在一定条件下，会有相当数量的氨气逸出，成为尿素损失的主要途径。然后NH4+能被植物吸收和土壤胶体吸附，HCO3-也能被植物吸收，因此尿素施入土壤后不残留任何有害成分。另外尿素中含有的缩二脲也能在脲酶的作用下分解成氨和碳酸，尿素水解后生成铵态氮，表施会引起氨的挥发，尤其是碱性土壤更为严重，因此在施用尿素时应深施覆土，水田要深施到还原层。
尿素在土壤中转化受土壤PH值、温度和水分的影响，在pH为4.5-5的酸性土壤中，当土壤温度10℃时尿素完全水解需5-7天；pH值大于5.6的土壤，无论温度高低，尿素3d即可完全分解。
随着温度升高尿素分解速率加快，春季在10-14℃条件下尿素分解的氨气挥发高峰时需6d；夏季气温33-35℃时尿素3d即达到氨挥发高峰。
当土壤水分含量为田间持水量的50%时施用尿素，较水分过多或过少时易分解；在田间持水量60%至淹水状态，尿素水解基本稳定。
J. Lake Sci.(湖泊科学), 2008, 20(3): 315-322 . E-mail: jlakes@ ©2008 by Journal of Lake Sciences
黑藻对沉积物及土壤中不同形态磷的利用与转化*
赵海超1,2, 王圣瑞1, 金相灿1, 步青云1, 刘景辉3
(1: 中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地/国家环境保护湖泊污染控制重点实验室, 北京100012)
(2: 河北北方学院农业科学系, 张家口075131)
(3: 内蒙古农业大学农学院, 呼和浩特010018)
摘 要: 利用同一区域湖泊和河流沉积物及土壤培养黑藻, 运用化学连续提取法对底质中磷的不同形态进行分离, 同时分析
黑藻生物量及底质中上覆水和间隙水中磷浓度的变化, 并对底质中生物可利用磷进行了估算, 揭示沉水植物对底质中不同形
态磷的利用与转化规律. 结果表明, 底质中弱吸附态磷、可还原性磷(RSP)是黑藻利用的主要磷形态; 土壤与沉积物相比不利
于黑藻生长, 营养水平高的河流沉积物有利于黑藻初期生长, 但容易使其早衰; 沉积物作底质上覆水和间隙水磷浓度主要受
底质中RSP含量的控制; 土壤作底质上覆水和间隙水磷浓度主要受弱吸附态磷控制; 黑藻能促进底质中磷向可利用态转化;
黑藻对土壤中生物可利用磷的利用率比沉积物低.
关键词: 沉积物; 磷形态; 沉水植物; 黑藻; 可利用性 Availability and transferring of phosphorus forms by Hydrilla verticillata in the sediment
and soil
ZHAO Haichao1,2, WANG Shengrui1, JIN Xiangcan1, BU Qingyun1 & LIU Jinghui3
(1: State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control & Research Center of Lake Eco-environment, Chinese
