文摘

目的。本研究评价土壤的磷吸附特性在Wolaita小农场土地利用区,埃塞俄比亚南部。方法。收集土壤样本(0-20厘米)从每个家的花园,牧场,农田和林地三个复制在两个网站和P吸附等温线数据分析,选择土壤属性。结果。以P P吸附数据生成的平衡解决方案和数据被安装了弗伦德里希模型(r2= 0.88 - -0.98,SE = 0.16 - -0.24)和朗缪尔模型(r2= 0.81 - -0.98,SE = 0.45 - -1.71)。朗缪尔P吸附最大(问马克斯)和弗伦德里希吸附系数(Kf)在农田土壤最高,这些参数是在家中最低的花园。最大缓冲能力的顺序(MBC)农田>林地>家庭花园>牧场,但弗伦德里希P缓冲能力(PBC)之后订单农田>林地>牧场>家花园。朗缪尔结合能(bl(1 /)和弗伦德里希磷酸吸附亲和力n)的家庭花园>林地>牧场>农田。的问马克斯呈正相关(p与粘土< 0.05),Kf、中国人民银行、草酸和连二硫酸盐可抽出的铝、铁、锰,但它负相关(p< 0.05)与土壤pH值,SOC,美联社bl。结论。一般来说,P的影响吸附的小农场家庭花园略不同于桉树林地与耕地和牧场,但大大不同。农田的高磷吸附能力是归因于高无定形和结晶铁/铝氧化物/氢氧化物、SOC低,土壤和低ph值。因此,P管理层需要增加可用性的组合的小农场的土地用途。

1。介绍

磷(P)有几个功能的植物,包括光合作用、N-fixation,开花,果期、种子形成,和作物品质。P和影响因素的行为信息的可用性是非常重要的植物生产(1]。在退化土壤pH值较低和更高比例的三氧化二在粘土矿物,P固定很高的可用性限制了植物吸收P [2]。磷可用或不可用形式可以根据土壤化学和矿物学性质,如土壤有机碳(SOC)、氧化铁、铝氧化物,和土壤pH值(3]。此外,低分子量有机酸、胡敏酸、磷酸和富啡酸与表面上的交换网站,降低P固定,增加P phyto-availability [4]。有机修正案包括作物残留物保留增加土壤有机质含量和改善P可用性(5]。

土壤的磷吸附特性主要研究了吸附等温线实验。磷的等温吸附线是一个工具来研究土壤的磷吸附行为和描述之间的关系平衡溶液浓度和P,这些。模型中解释P吸附,最常用的吸附等温线是弗伦德里希,朗缪尔,Temkin方程(6]。

磷的等温吸附线评估在世界不同地区的农田(7- - - - - -9]。此外,P等温吸附线研究了在土壤不同土地利用系统(10- - - - - -14]。土地用途考虑在不同P等温吸附线研究了不同研究不同土地利用在埃塞俄比亚南部的农业生态系统。Shirvani et al。10)评估森林土地和牧场的磷吸附特征。Majumdar和萨哈11)评估的长期影响林业、农业、agri-horti-silvi田园,自然休闲P吸附特征。磷吸附特征下果园土壤、耕地、森林土壤,茶园是由朋友12]。Chimdi et al。13]报道P在森林土壤的吸附特性,公共牧场和耕地。罗伊和朋友14)评估磷吸附特性在休耕,果园土壤、茶园和耕地。在研究区,农民通常将他们的土地划分为不同的土地利用类型。

目前,家庭花园,谷物种植的土地,牧场和林地明显Wolaita以及农业生态系统的其他埃塞俄比亚南部人口稠密的地区。家花园覆盖31%的可耕种土地在南部国家民族和人民的地区国家(15]。家庭花园外的区域包含耕地用于种植谷物。公共牧场不常见的农业生态系统,因为土地分散的人口压力。家庭牧场的土地分配,拴在动物吃草。林地的土地种植主要为家居与桉树木材的需求。小农有积极的看法桉树林地由于其社会经济效益(16]。在埃塞俄比亚南部,我们遇到一些发表作品的人调查了小农场土地使用P吸附特性的影响。因此,重要的是要理解P土壤吸附特征的小农场的土地使用管理P,这是最限制营养。因此,本研究的目的是评估的P吸附特征的土壤比较朗缪尔和弗伦德里希模型和土壤特性在小农场土地用途的花园,放牧、农田、林地Wolaita区域,埃塞俄比亚南部。

2。材料和方法

2.1。一般的描述研究区域

这项研究是由Gununo Hamus和Waja煤油自治街坊联合会(最小的行政单位)Wolaita区,南部国家民族人民地区国家(SNNPRS)和埃塞俄比亚(图1)。Gununo Hamus位于Damot痛西南地区,它位于44公里Wolaita合情,虽然Waja煤油在Soddo Zuria地区和以西5公里Wolaita合情。Wolaita Soddo位于亚的斯亚贝巴以南329公里。Wolaita区是在埃塞俄比亚南部人口最稠密的地区之一,平均人口密度为357人/公里2。的地理坐标Gununo Hamus位于(37°39′0 -37°43′0 E, 6°55′0 0 7°5′N)和Waja煤油(37°40′0 45′0”“-37°E′6°50 0 6°55′0 N)。Gununo Hamus Soddo西南小镇位于44公里,而Waja煤油Soddo以西5公里。海拔在Gununo Hamus和Waja煤油海拔1900到2100米不等。研究区域的地形是倾斜的土地级别。月平均平均气温(°C)和月平均降雨量(毫米)过去10年在图所示2。


图1
位置的地图研究地区Wolaita区(朵奈特痛和Sodozuria区)。

图2
月平均降雨量(毫米),最大和最小温度(°C)的研究领域从2008年到2017年(来源:国家气象局,Hawassa分支)。
2.2。土壤样品的分析

从两个网站收集土壤样本有四个小农场土地用途(家庭花园、放牧、农田和林地)与三个复制。24个土壤样本收集和分析农业大学土壤实验室Hawassa大学自然科学和计算和化学实验室,亚的斯亚贝巴大学。选择网站是基于类似的土壤高度相似的地理坐标,斜坡和地形。风干土样,用研钵和研杵,并通过2毫米筛。土壤参数:pH值、OC(有机碳),粘土,美联社(磷),和CEC(阳离子交换量)测定了露露et al。17]。Dithionate-citrate-bicarbonate (DCB)可榨出的铁、铝、锰氧化物(铁d,艾尔。d、锰d)是由用描述的方法和杰克逊(18]。酸铵oxalate-extractable铁、铝、和Mn-oxides (Fe牛,艾尔。牛、锰牛)确定根据Loeppert和主持人的描述的方法19]。提取使用Wattman滤纸过滤(42级,亚马逊印度)和原子吸收分光光度计测得浓度(AAS novAA®350,德国耶拿分析仪器公司,德国)。水晶氧化铝(气象)的内容,铁氧化物(c-Fe)和锰氧化物(c-Mn)计算连二硫酸盐之间的差异可榨出的d、铁d、锰d氧化物和oxalate-extractable艾尔牛、铁牛、锰牛氧化物(20.]。

2.2.1。磷吸附

磷吸附的研究是根据福克斯和Kamprath[描述的方法21]。一个 风干土样来自每个土地利用是添加到50毫升玻璃30毫升不同KH的整除2阿宝4浓度包含0、1、2、5、10、15、20 mg·P·L−1、复制和0.01 CaCl2。单独的塑料瓶没有土壤收到30毫升的KH的浓度2阿宝4在0.01 M CaCl2确定添加p的浓度塑料瓶被放在室温下瓶24小时每分钟85振荡和平衡24 h在25±1°C来实现平衡22]。平衡后,样本在每分钟3600转离心10分钟,暂停使用Wattman滤纸过滤(42级,亚马逊印度),和滤液P浓度进行了分析与钼酸铵抗坏血酸蓝色法(23]。P的数量,这些计算最初应用P之间的差异和P在土壤溶液浓度的总量平衡报告为mg·公斤−1干重的土壤和计算如下列方程所示。 在哪里问是,这些土壤的固相(毫克公斤吗−1土壤);Ce我和Cef初始和平衡P浓度的解决方案(mg P L−1),分别;V解决方案是卷(l)和m是土壤的质量(公斤)。

P吸附数据拟合为线性化形式的朗谬尔和弗伦德里希吸附方程。朗缪尔吸附等温式的非线性形式显示在以下方程。

上面的方程描述的线性化形式被重新安排朗缪尔(24和下面的方程所示 在哪里Ce是平衡解P浓度(毫克P L−1)。的一块Ce/问与Ce给了一条直线,如果吸附过程符合朗缪尔等温线。的值问马克斯和bl得到的斜率(1 /问马克斯)和拦截(1 /bl问马克斯),分别。的问的质量是每单位质量的土壤P,这些(mg·公斤吗−1土壤),bl是一个常数与键能的P的土壤,然后呢问马克斯是最大的磷吸附能力(mg·公斤吗−1土壤)。

最大的缓冲能力(MBC;L·公斤−1)的产品问马克斯和bl确定后Karimian和Moafpourian25)和Reyhanitabar et al。26使用下面的方程。

在方程的吸附方程(5)是方程的线性化形式(重新安排6)。 在哪里问的质量是每单位质量的土壤P,这些(mg·公斤吗−1土壤),Ce是平衡解P浓度(毫克·L−1)。

一个阴谋的日志问与日志Ce给了一条直线,如果吸附过程符合弗伦德里希等温线。的参数Kf吸附容量和1 /n是土壤表面的磷吸附亲和力27]。的值Kf和1 /n得到的拦截(日志Kf)和斜率(1 /n),分别。缓冲能力是来自于非线性Q-Ce曲线(28)的朗缪尔方程(7在方程()和弗伦德里希8)。也来源于线性方程通过绘制P,这些反对P浓度在平衡计算直线的斜率为0.2 mg·P·L−1P的浓度(29日]。

2.2.2。拟合的线性方程

吸附数据获得的线性形式安装在朗缪尔和弗伦德里希方程。数据到方程的拟合优度评价的标准误差(SE)和系数确定(R2为每个土地利用)。较低的SE和更高的价值R2表明该模型与数据的吻合程度。

2.3。统计分析

数据进行方差分析(方差分析)通过SAS统计分析系统9.4版本的软件包(30.]。差异的重要性与网站和土地利用类型土壤参数测试使用双向方差分析后一般线性模型(GLM)过程p< 0.05。意味着分离显著差异是由使用最少的显著差异(LSD)测试。相关性分析是用来估计P之间的关系吸附参数和所选的土壤理化性质。

3所示。结果

3.1。土壤化学性质

粘土颗粒显著影响(p由网站但不影响(< 0.05)p> 0.05),土地使用和交互网站和土地使用的影响(表1)。土壤pH值显著(p< 0.05)影响土地使用,但它不是影响(p> 0.05)由站点和站点和土地利用的相互影响。土壤pH值在家里花园比其他人高;土壤pH值之间没有不同农田、林地、和牧场(表2)。土壤有机C (SOC)含量显著影响(p< 0.05)通过土地使用而不是网站和他们的相互作用(表1)。家里的SOC花园,牧场和林地中明显高于农田(表2)。美联社显著(p< 0.05)影响站点和土地使用(p< 0.001)(表1)。在家里花园,更高的美联社观察与其他土地使用(表2)。阳离子交换量(CEC)是影响土地使用(p< 0.05)。在家里花园,更高的观察CEC与其他土地使用(表2)。草酸浓度的铝(Al牛)和草酸锰(Mn牛)明显(p≤0.001)网站,影响土地使用和交互网站×土地使用(表的影响1)。草酸铁(F的浓度牛)显著(p≤0.001)受土地利用(表的影响1)。最高的基地牛和菲牛被发现在农田和林地,Mn最高牛被发现在家中花园和农田(表吗3)。连二硫酸盐铝(Al的浓度d连二硫酸盐)和铁(Fed)显著(p≤0.05)只有通过土地使用而影响锰连二硫酸盐(Mn的浓度d)显著(p≤0.05)的影响和土地利用(表1)。美联d在农田耕地明显高于家庭花园和牧场和林地最低(表3)。最高的铁d和锰d得到在农田和牧场(表吗3)。铁(Feox /美联储)活动范围从0.24在家里花园在农田(表0.483)。

表1
重要性水平的方差分析分析粘土,pH值,可用P(美联社),草酸CEC,艾尔(Al牛)、草酸铁(Fe牛),草酸锰(Mn牛),“连二硫酸盐(Ald)、铁连二硫酸盐(Fed),Mn连二硫酸盐(Mnd)、铝氧化物晶体(气象),晶体的铁氧化物(c-Fe),水晶的锰氧化物(c-Mn)和铁(Fe的活动牛/铁d)网站、土地使用和他们的相互作用。
表2
平均值的粘土、pH值、SOC(%),美联社(mg·公斤−1)和CEC (cmol(+) /公斤))。
表3
中值的牛、铁牛、锰牛,艾尔。d、铁d、锰d、气象、c-Fe c-Mnx和菲牛/铁d土地用途。
3.2。磷的等温吸附线

吸附的磷吸附参数最大容量(问马克斯),结合能源(bl),最大缓冲能力(MBC)和P缓冲能力(PBC)显著(p≤0.001)受到土地利用的影响,但不显著影响(p> 0.05)通过网站及其与土地利用的相互作用(表4)。

表4
重要性水平的方差分析分析吸附最大容量(问 马克斯),结合能源(b l),最大缓冲能力(MBC),磷缓冲能力的朗缪尔等温线(PBC) (l)和(F)弗伦德里希常数和网站,土地使用,和他们的相互作用。

平衡P浓度和P,这些在四个小农场土地利用土壤不同彼此间在不同P含量如图3和4。确定系数(R2P)的吸附等温线的弗朗缪尔模型范围从0.88到0.98和0.81至0.98,分别在弗伦德里希SE范围从0.16到0.24和0.45到1.71在朗缪尔吸附等温线,分别如图4和表5。


图3
磷的等温吸附线曲线的P,这些与平衡浓度不同的土地使用。

图4
P P和弗朗缪尔吸附曲线不同的土地使用。
表5
朗缪尔和弗伦德里希P吸附线性直线方程的拟合吸附数据,r 2和土地使用的SE。

最高的问马克斯获得了在农田牧场和林地最低的家庭花园,而bl相反的趋势(表6)。最高的最大缓冲能力(MBC)获得了在随后的农田林地和家庭花园,牧场(表最低6)。朗缪尔P缓冲能力最高的中国人民银行L (o.2)获得了农田和林地。

表6
中值的问 马克斯,b l、MBC、中国人民银行、K f,1 /n土地使用。

弗伦德里希吸附系数最高(Kf)获得了在随后的农田牧场和林地最低在家里花园(表6)。最高的弗伦德里希(1 /磷酸吸附亲和力n)获得了在家里花园的林地∼牧场和农田最低(表6)。弗伦德里希中国人民银行的最高P缓冲能力F (o.2)获得了在农田和牧场(表吗6)。

3.3。土壤磷吸附参数的关系属性

表7介绍了重要的土壤磷吸附参数之间的相关性与土壤物理和化学性质。的问马克斯积极与粘土显著相关(r= 0.98)牛(r= 0.99)和艾尔d(r= 0.97)Kf(r= 0.97)和中国人民银行(r= 0.80),但与pH值显著负相关(r=−0.98)、SOC (r=−0.94)bl(r=−0.89)。的bl是积极和显著相关,土壤pH值(r=−0.97),但与美联社负和显著相关(r=−0.92)。的Kf积极与pH值显著相关(r= 0.91)牛(r= 0.99)和铁牛(r= 0.96),但这是消极和美联社显著相关(r=−0.97)。中国人民银行f是积极和显著相关,艾尔d(r= 0.95)和美联社(r= 0.97),但中国人民银行f是负面的,与土壤pH值显著相关(r=−0.57)。

表7
相关系数(r)在土壤吸附参数和相关属性参数。

4所示。讨论

P,这些和平衡浓度的数量在不同的土地用途一般随着溶液浓度的增加而增加的磷酸盐补充道。这是符合Rashmi et al。31日),谁表明,P,这些和平衡P浓度增加而增加。结果表明,P。弗和朗缪尔吸附模型以及安装高就是明证R2和更低的SE值。同样,最初在低浓度,是线性的,但在高浓度偏离线性。之间的线性均衡P浓度与P,这些可能是大型分子间距离P离子导致忽略相互排斥而偏离线性显示,土壤P的亲和力降低和增加表面饱和P [32]。

作为最大的磷吸附能力(问马克斯)的朗缪尔等温线土壤P代表的数量每单位质量的土壤吸附的网站,它被广泛用于评估P在土壤表面吸附的性能(33]。的问马克斯在当前的研究中遵循的序列农田>牧场=林地>家花园。土壤的磷吸附能力随着粘土含量等土壤特性影响,和阿尔菲分数(34]。高非晶态氧化铝(Al牛)或铁(Fe牛)被发现在农田相比于家庭花园,牧场和林地。这可能表明,更大的吸附能力可能是由于小尺寸和高的比表面地区农田土壤(35]。高氧化结晶(气象、c-Fe和c-Mn)在农田土壤对磷素(理论也可能提供的36]。最高的问马克斯可以归结于铁、铝氧化物的更大的内容中风化土,因为他们提供的高吸附P [37]。的问马克斯呈正相关,与铝和铁氧化物和它可以是由于增加的表面积(38]。除了高铝和铁氧化物和氢氧化物,农田的SOC水平低导致的高问马克斯(39]。负相关的问马克斯由于SOC意味着相对较低P可用性低SOC和其矿化以及增加P矿物表面的吸附能力较低的竞争SOC (40]。与其他研究相比,在埃塞俄比亚,农田问马克斯本研究中的值是中间的范围(5 - 2000 mg·P·公斤−1)确定研究[7,9,41]。的问马克斯是代表增加土壤pH值呈负相关问马克斯与土壤pH值下降,反之亦然。这同意Siradz [42]报告之间的反比关系Qmax和pH值的三个印度尼西亚的土壤。的减少问马克斯与pH值的增加可能是由于更高的竞争的羟基(OH‾)与磷酸离子浓度为特定矿物表面吸附网站随着pH值增加(8]。

另一方面,最低的问马克斯在家里花园可以归因于无定形和结晶的含量低,铁和锰。此外,问马克斯在家里花园是负相关,SOC和土壤博士家里的SOC含量高花园和家里的SOC含量高花园可以减少问马克斯随着有机酸源自分解能形成稳定复合物与铁和铝导致减少在P P吸附,增加可用性(33]。此外,低分子量酸、富里酸和胡敏酸从SOC与P竞争吸附网站(35]。在低pH值、SOC CEC较低、铁和铝氧化物开发更积极的表面以及更大的铁和铝离子浓度土壤溶液中形成导致更高的P吸附(43]。相对较高的土壤pH值在家里花园有相反的效果问马克斯。的问马克斯序列后农田>牧场∼林地>家里的土地。P吸附小农场的土地使用的顺序可以归因于土壤pH值、SOC、无定形和结晶铁/铝氧化物和氢氧化物。

弗伦德里希常数(Kf)是一种可吸收性的措施。的Kf跟着序列:农田>牧场>林地>家花园。的Kf价值遵循了类似的趋势问马克斯。最高的Kf农田的价值是由于P吸附表面的铝/铁氧化物而最低Kf在家里花园将保留低P [44]。从Kf相关性与土壤pH值牛、铁牛,艾尔。d,Kf值更依赖于菲比SOC /铝氧化物和氢氧化物。的Kf值对耕地远低于其他研究[7,9]。

供应磷酸缓冲能力的函数(12]。农田的土壤有很高的PBCL f可能具有更高的比表面积归因于少解P浓度植物利用,它将保持P浓度长时间据罗伊和朋友14]。另一方面,家庭花园的土壤,牧场和林地低中国人民银行L f和它不会维护解决方案P浓度长时间(14]。中国人民银行在不同的土地使用的变化代表了土壤理化特性的变化(12]。土壤pH值与中国人民银行的负相关f可能表明逆解P浓度和缓冲能力之间的关系(Pal 2009)。相对较低的土壤pH值降低有机质的矿化将导致低P释放土壤溶液(9]。

最大P缓冲能力(MBC)从朗缪尔模型评估P供应和土壤的吸附能力45]。最大P P的分区之间的缓冲能力措施解决方案和固相(12]。随后的MBC序列:农田>林地>家庭花园>牧场。高MBC农田中发现可能是由于土壤的高吸附能力。农田中的高MBC同意Rashmi et al。31日]。高MBC的农田也可能表明P的低施肥研究中区域。然而,MBC最低的牧场和家庭花园表明低磷吸附能力随着土壤中P浓度。有机质的输入在家里花园和在牧场放牧牲畜的粪便可能导致更高的SOC (17]。因此,减少土壤缓冲可以供应高P土壤溶液由于SOC的矿化以及吸附干扰,提供一个相对较高的P的土壤溶液(33]。在埃塞俄比亚农田pH值较低,MBC从71到627.35 L·公斤不等−1(9),但是我们的研究的MBC低于这个范围。

吸附的能量为P (bl的顺序)的朗缪尔模型家庭花园>林地>牧场>农田。的bl显示类似的趋势的差异与土地利用磷酸吸附亲和力(1 /n)。吸附的能量为P的亲和力有关土壤吸附网站(41]。高bl发现在家里花园可能由于高SOC的结合能增强这些P [46]。相比之下,低bl在农田可能是由于较低的SOC农田导致减少与这些交互P [13]。的bl本研究的价值从0.06到0.15 L·毫克−1,这是接近的值Chimdi et al。13虽然是低比0.30到0.31 L·毫克−1在另一项研究[12]。的bl值小于0.4表明,磷酸山梨丛中,而不是沉淀从而P磷酸盐的吸附除负责解决方案(13]。土壤pH值呈正相关bl和1 /n。从本研究的结果,增加可用性小农场的土地使用的P、磷施肥可以基本管理但是由于小农的化肥成本不能把肥料在所有土地用途除了农田和甚至在农田所需的水平。因此,最可行的管理应该管理土壤pH值与石灰和管理SOC与作物残留物等有机修正案保留、堆肥和生物炭。

5。结论

土壤的磷吸附性能主要取决于吸附等温线。朗缪尔和弗伦德里希P的拟合吸附模型显示,均衡解决方案和P之间的关系,这些P .结果表明,朗缪尔的最大吸附容量和最大缓冲能力模型和吸附系数和弗伦德里希模型的缓冲能力高的农田相比于家庭花园,牧场和林地。这是解释为高铝和铁氧化物和氢氧化物,低水平的SOC和农田土壤pH值。获得的相关系数对朗缪尔和弗伦德里希吸附等温线是最好的估计量的P在土壤,这些小农场的土地用途。因此,磷肥料管理实践等有机物质和石灰材料需要维护优化P在土壤溶液浓度降低吸附能力通过实时实验研究土地利用在埃塞俄比亚。但是,没有研究土壤动力学信息。我们建议进行进一步的研究来探讨动力学模型,描述土壤中P交换的可能性,提供更可靠的信息关于应用磷肥进入土壤的命运随着时间的推移,和揭示机制参与了反应。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

毫升收集、分析、解释数据和最后一个写。提单我编辑最后的手稿。所有作者阅读和批准最终的手稿。

确认

教育部提供的基金只对样本收集和实验室分析。