磷是生物体必需的非金属元素，磷肥是保障粮食增产稳产的三大主要化肥之一，然而，作物对磷肥的利用率一般低于25%^[1]，大量的磷素滞留在土壤中，并通过下雨、降雪等自然过程，经由地表径流和地下水汇入江河湖泊，造成水体非点源总磷污染，是导致水体富营养化等严重环境问题的主要原因之一^[2-3]。因此，如何减少土壤磷素流失，提高作物磷素利用效率是亟需解决的重要问题。

生物质炭是以秸秆等农林废弃物为原料，经高温缺氧裂解形成的一种高孔隙度、高比表面积的惰性生物质材料^[4]。生物质炭具有调整土壤理化性质、改善土壤结构、提高土壤肥力，从而促进作物生长、提高作物产量、改善作物品质等特性，作为一种重要的土壤改良和修复材料，生物质炭获得了广泛的研究与应用^[5]。生物质炭通过提高土壤pH、调整土壤微生态等方式，改变土壤各形态磷组分，增加土壤有效磷含量，提高作物对磷素的吸收利用，从而增加作物产量^[6]。王秋君等^[7]的研究表明，生物质炭可显著提高土壤pH，改变土壤各形态磷组分相对含量，提高Fe/Al-Pi(铁和铝结合的无机磷)和Ca-Pi(钙结合的无机磷)含量，且降低Ca-Po(钙结合的有机磷)含量，促进了有机磷的矿化和利用，提高土壤有效磷和总磷含量。小麦秸秆生物质炭可提高红壤水稳定性团聚体含量，提高土壤pH，显著增加土壤有效磷含量，改善土壤有机物质组成，促进黑麦草生长^[8]。稻壳炭可显著提高磷肥在赤红壤中的有效性，提高赤红壤和潮土中水溶性磷和有效磷的含量，显著提高蕹菜磷肥利用率和产量，并能减少磷素垂直扩散量^[9]。包立等^[10]的研究表明，玉米秸秆生物质炭可显著提高滇池流域大棚土壤有效磷含量，添加8 g/kg生物质炭并减半施肥，最有利于提高小白菜磷肥利用率，减少磷素流失，降低磷素非点源污染。田福等^[11]的研究表明，在磷肥减量20% 的情况下，施用玉米秸秆生物质炭10 t/hm²，可提高成熟期玉米植株总磷积累量30%，玉米产量比常规施肥条件下增产20% 以上。生物质炭不仅促进作物对磷素的利用，减少土壤中的磷素盈余，而且能够调整土壤对磷素的吸附解吸行为，增加磷在土壤中的稳定性，减少磷素的扩散和淋失，从而缓解水体非点源总磷污染等环境问题。秸秆生物质炭可提高山林红壤对磷的吸附量，采用Langmuir方程可很好拟合磷吸附等温线(R² > 0.99)，当生物质炭添加比例为0.5% 时，理论最大吸附量可提高8% 以上^[12]。张睿等^[13]的研究表明，在施用化肥的同时施用小麦秸秆生物质炭，

活性有机磷降低8% 以上，提高中稳性有机磷40% 以上，高稳性有机磷提高16% 以上。王秋君等^[7]的研究表明，在施用化肥和有机肥的同时，施用生物质炭，可提高土壤对磷的吸附量，降低土壤对磷的释放量。

现有的研究表明，生物质炭种类不同、土壤类型不同，生物质炭对磷素在土壤中的吸附解吸行为影响不同。水稻秸秆和玉米秸秆生物质炭可提高水稻土磷吸附量，而小麦秸秆生物质炭和花生壳生物质炭则降低水稻土磷吸附量，小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆和花生壳生物质炭均显著提高磷在水稻土中的解吸^[14]。在棕红壤中施用磷肥，同时施用2% 生物质炭，可有效减少磷素淋失20% 以上，竹炭的效果好于木炭^[15]。玉米秸秆生物质炭可显著提高红壤和水稻土pH，对潮土和潮褐土pH影响较小，显著提高红壤、水稻土、潮土和潮褐土有效磷含量^[16]。棕壤在我国分布广泛，是用于农作物耕种的主要土壤类型之一，玉米秸秆生物质炭可提高棕壤有效磷含量^[17]。为明确不同生物质炭对磷素在棕壤中吸附解吸行为的影响规律，本文通过制备水稻秸秆、玉米秸秆和花生壳生物质炭，将其添加到典型棕壤，研究不同生物质炭对磷素在土壤中吸附解吸的影响特征，并通过模型拟合等方法探究其吸附机理，为利用生物质炭提高棕壤磷肥利用效率，减少棕壤磷素流失提供理论与试验依据。

1 材料与方法 1.1 供试土壤

供试土壤为2020年11月取自沈阳农业大学长期定位试验站的表层(0 ~ 20 cm)棕壤，多年来连续播种玉米。土壤经自然风干后研磨过筛(2 mm和0.125 mm)备用，土壤基本理化性质测定如下：土壤pH为6.06、碱解氮39.12 mg/kg、有效磷51.5 mg/kg、速效钾107.48 mg/kg、全氮1.04 g/kg、全磷0.43 g/kg、全钾25.85 g/kg、有机质15.47 g/kg。

1.2 供试生物质炭

将水稻秸秆、玉米秸秆和花生壳3种原材料用蒸馏水洗净，放入恒温鼓风干燥箱，70 ℃烘干，粉碎后过2 mm筛；装入坩埚后放入马弗炉，先加温到100 ℃，碳化1 h，然后升温到450 ℃，碳化2 h，使之碳化均匀完全，之后缓慢降温，制得的生物质炭干燥密封保存。生物质炭基本理化性质测定结果见表 1。

1.3 吸附试验 1.3.1 生物质炭种类及添加量对棕壤磷吸附量的影响

称取1.250 g过2 mm筛的风干土放入50 mL离心管中，分别添加水稻秸秆生物质炭(BR)、玉米秸秆生物质炭(BM)和花生壳生物质炭(BP)，每种生物质炭按0、2、4、6、8 g/kg添加，然后加入含磷(P)量为60 mg/L的磷酸二氢钾溶液25 mL(以0.01 mol/L KCl溶液为背景电解质，下同)，每个离心管加3滴甲苯抑菌，将所有离心管振荡24 h后离心，测定滤液中磷含量。

1.3.2 生物质炭对棕壤磷吸附等温线的影响

称取1.250 g过2 mm筛的风干土样放入50 mL离心管中，加入4 g/kg不同来源生物质炭，以不添加生物质炭作为对照。然后加入含P量为0、10、20、60、100、140、180、240、300 mg/L的磷酸二氢钾溶液25 mL，每个离心管加3滴甲苯抑菌，将所有离心管在25 ℃恒温下以200 r/min的速度振荡24 h后以4 000 r/min速度离心10 min(振荡速度、离心速度和离心时间，下同)。用无磷滤纸过滤，取上清液，测定滤液磷含量，每个处理3个重复(下同)。

1.3.3 生物质炭对棕壤磷吸附动力学的影响

称取1.250 g过2 mm筛的风干土放入50 mL离心管中，加入4 g/kg不同来源生物质炭，以不添加生物质炭作为对照。然后加入含P量为60 mg/L的磷酸二氢钾溶液25 mL，每个离心管加3滴甲苯抑菌，将所有离心管分别振荡0.5、1、2、4、8、12、24 h后离心，测定滤液中磷含量。

1.3.4 生物质炭种类及添加量对棕壤磷解吸量和解吸率的影响

称取1.250 g过2 mm筛的风干土放入50 mL离心管中，加入4 g/kg不同来源生物质炭，然后加入含P量为60 mg/L的磷酸二氢钾溶液25 mL，加3滴甲苯抑菌，将离心管振荡24 h后离心，去掉上清液。然后向离心管土壤和生物质炭混合物中加入25 mL 0.01 mol/L KCl溶液，振荡24 h后离心，测定上清液中磷含量即为土壤磷解吸量，然后计算解

吸量占吸附量的百分比即为解吸率。

1.4 测定方法和数据分析 1.4.1 测定方法

采用常规方法测定土壤和生物质炭基本理化性质，有机质、全氮采用元素分析仪(Vario ELⅢ, Elementar, Germany)测定；生物质炭比表面积采用NOVA-2000E测定仪(美国Quantachrome公司)测定；溶液磷含量采用VISTA-MPX电感耦合等离子体发射光谱仪(美国安捷伦)测定。

1.4.2 方程模拟

采用Freundlich吸附等温模型(方程式(1))、Langmuir吸附等温模型(方程式(2))和Temkin吸附等温模型(方程式(3))拟合土壤对磷的等温吸附过程；采用准二级反应动力学模型(方程式(4))、准一级反应动力学模型(方程式(5))、一级反应动力学模型(方程式(6))、Elovich动力学模型(方程式(7))、双速率常数模型(方程式(8))和颗粒内扩散模型(方程式(9))拟合土壤对磷的吸附动力学过程。

$ \lg{q_{\rm{e}}} = \frac{1}{{\rm{n}}}? \lg{C_{\rm{e}}} + \lg{K_{\rm{F}}} $

(1)

$ \frac{1}{{{q_{\rm{e}}}}} = \frac{1}{{{q_{\rm{m}}}{K_{\rm{L}}}}}\cdot\frac{1}{{{C_{\rm{e}}}}} + \frac{1}{{{q_{\rm{m}}}}} $

(2)

$q_{\mathrm{e}}=\mathrm{a}+\mathrm{b} \ln C_e$

(3)

$ \frac{t}{{{q_t}}} = \frac{1}{{kq_{\rm{e}}^2}} + \frac{t}{{{q_{\rm{e}}}}} $

(4)

$ \ln \left( {{q_{\rm{e}}} - {q_t}} \right) = \ln{q_{\rm{e}}} - kt $

(5)

$ \ln{q_t} = {\rm{a}} + kt $

(6)

$ {q_{\rm{t}}} = {\rm{a}} + {\rm{bln}}t $

(7)

$ \ln{q_{\rm{t}}} = {\rm{a}} + k{\rm{ln}}t $

(8)

$ {q_t} = {\rm{c}} + kt1/2 $

(9)

式中：C_e为平衡时溶液中的磷浓度(mg/L)；q_e为平衡时土壤磷吸附量(mg/kg)；q_t为t时刻土壤磷吸附量(mg/kg)；K_F和K_L为吸附等温平衡常数；q_m为饱和吸附量(mg/kg)；k为吸附速率常数；a、b、c和n为各方程中的常数；q_m·K_L表示最大缓冲容量(mg/kg)。

1.4.3 数据分析

采用Excel 2017进行数据处理和绘图，采用SPSS19.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析 2.1 生物质炭种类及添加量对棕壤磷吸附量的影响

3种生物质炭在不同添加量条件下，对棕壤磷吸附量的影响如图 1所示。磷素的初始浓度为60 mg/L条件下，棕壤的磷吸附量为193.62 mg/kg。添加不同量的水稻秸秆生物质炭，均能提高棕壤的磷吸附能力，其中添加量为4 g/kg时，棕壤的磷吸附量最高，达到241 mg/kg，超过对照棕壤吸附量的20%。添加不同比例的玉米秸秆生物质炭和花生壳生物质炭，均降低棕壤的磷吸附能力，且随着生物质炭添加比例的增加，棕壤的磷吸附量下降，当生物质炭添加量为8 g/kg时，花生壳和玉米秸秆生物质炭可使棕壤磷吸附量下降25% 以上。基于本试验结果，3种生物质炭对棕壤磷吸附量影响不同，选用生物质炭的添加量为4 g/kg，进一步研究生物质炭对棕壤磷吸附影响的详细机理。

2.2 不同生物质炭对棕壤磷吸附等温线的影响

添加不同生物质炭条件下，棕壤的磷吸附等温线如图 2所示。总体上，各处理吸附等温线的变化趋势相同，在磷浓度较低(< 20 mg/L)条件下，土壤磷吸附量几乎以线性比例增加，随着磷浓度增加，吸附量增加越来越慢，当磷浓度超过240 mg/L时，土壤磷吸附量增加非常缓慢，趋于饱和。添加不同生物质炭条件下，棕壤磷吸附量差异很大。水稻生物质炭使棕壤磷吸附量显著增加，当磷浓度为300 mg/L时，棕壤磷吸附量增加27%；同样条件下，花生壳生物质炭使棕壤磷吸附量下降8%，玉米秸秆生物质炭使棕壤磷吸附量下降19%。

为进一步研究不同生物质炭对棕壤磷吸附的影响规律，采用Freundlich、Langmuir和Temkin吸附等温方程拟合了平衡液磷浓度和土壤吸附量的关系(表 2、表 3)。

从表 2可以看出，Langmuir方程和Freundlich方程对棕壤磷吸附等温线拟合效果较好(R² > 0.96)，其中，Langmuir方程拟合度最高(R² > 0.99)，而Temkin方程拟合效果最差(R² < 0.85)，不同生物质炭处理对同一拟合方程的拟合系数R²的影响不大。以拟合效果较好的Langmuir方程和Freundlich方程的主要参数比较不同生物质炭处理对等温吸附过程的影响。从表 3可以看出，水稻秸秆生物质炭使棕壤对磷的饱和吸附量提高20% 以上，最大缓冲容量增加78%，吸附亲和力常数K_L和K_F分别提高47% 和68%，n值和吸附热增加7%，而花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭则使上述参数相应下降。上述结果表明，水稻秸秆生物质炭可促进棕壤对磷素的吸附，提高土壤磷库，增强土壤和磷素之间的亲和力，降低了土壤磷素的淋失风险，而花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭的作用则相反。

2.3 不同生物质炭对棕壤磷吸附动力学的影响

添加不同生物质炭条件下，棕壤的磷吸附动力学曲线如图 3所示。各处理磷吸附动力学曲线变化趋势相似：在反应开始的0.5 h，磷吸附量既达到平衡吸附量的50% 以上；在反应的2 h内，棕壤对磷的吸附量几乎线性增加，而后速度减慢；4 h时，磷吸附量达到平衡吸附量的90% 以上；12 h后吸附反应趋于平衡。不同生物质炭处理之间，在吸附速度和总吸附量方面具有较大差异：以单位时间内增加的吸附量表示平均反应速度，在反应0.5 h之内，不同处理反应速度的大小依次为BR > CK > BP > BM；而在反应的0.5 h之后，以0.5 h的吸附量为起点，则任意时间段内的反应速度大小顺序基本为BR > BP > BM > CK。在吸附反应的各个阶段，水稻秸秆生物质炭均使棕壤吸附量增加，而花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭则使棕壤磷吸附量下降。在吸附反应趋于平衡的24 h时，水稻秸秆生物质炭使棕壤磷吸附量提高25%，而花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭则使棕壤磷吸附量分别下降15% 和21%。

为了详细探讨生物质炭对棕壤磷吸附动力学的影响机理，采用多种吸附模型拟合试验数据，结果见表 4。以拟合系数R² > 0.9作为参考标准，棕壤对磷的吸附可以采用多种动力学模型进行拟合：CK和BM可以用准二级和准一级两种动力学模型进行描述，BP可以用准二级、准一级和Elovich 3种动力学模型进行描述，BR则可以用准二级、准一级、Elovich和双速率常数4种动力学模型进行拟合，由此可见，生物质炭种类对棕壤吸附磷的动力学过程有不同影响。对于所有处理，不同模型拟合系数R²的大小顺序均为：准二级动力学 > 准一级动力学 > Elovich动力学 > 双速率常数 > 颗粒内扩散 > 一级动力学。因此，棕壤对磷的吸附最符合准二级动力学模型(R² > 0.999)，其拟合的平衡吸附量也更符合试验数据，最不符合一级动力学模型(R² < 0.6)和颗粒内扩散模型(R² < 0.85)。说明棕壤吸附磷的限速步骤是化学反应过程，可能是磷素与吸附剂表面极性基团或带电粒子之间发生了电子交换。

2.4 生物质炭种类及添加量对棕壤磷解吸能力的影响

生物质炭在不同添加量条件下，对棕壤磷解吸能力的影响如图 4所示。3种生物质炭均促进棕壤对磷的解吸，显著提高棕壤对磷的解吸率。不同生物质炭之间差异显著，在2 g/kg添加量条件下，花生壳生物质炭使棕壤对磷的解吸率提高90% 以上，玉米秸秆生物质炭使之提高70% 以上，水稻秸秆生物质炭则使之提高50% 以上。生物质炭添加量增加，则棕壤对磷的解吸率进一步提高，当添加水稻秸秆生物质炭达8 g/kg，花生壳生物质炭达6 ~ 8 g/kg，玉米秸秆生物质炭达4 ~ 8 g/kg时，与同种生物质炭其他添加量之间存在显著差异。

3 讨论 3.1 生物质炭对土壤磷吸附解吸量的影响

为了实现粮食的稳产增产，近年来，在农业生产中长期大量使用磷肥，土壤对磷素的吸附和缓冲有利于磷素的固定，而土壤磷素的解吸则与磷素的生物利用密切相关。生物质炭来源不同，加工制作方法不同，其基本理化性质存在较大差异，如比表面积、孔体积、酸碱官能团、阳离子交换量和pH等，这些理化性质不仅直接影响其自身对磷的吸附解吸，而且通过与土壤胶体颗粒的相互作用，进而影响土壤对磷的吸附解吸特征^[18]。代银分等^[12]的研究表明，不同来源生物质炭对磷的吸附量大小依次为水葫芦、秸秆、竹子、松针和核桃壳，而生物质炭对磷的解吸总量由小到大依次为秸秆、核桃壳和竹子、松针、水葫芦，相比较而言，秸秆生物质炭更有利于吸附和固定磷素，减少磷素的释放和流失。水稻秸秆^[19]、玉米秸秆^[20]和花生壳^[21]随着炭化温度的提高，相应生物质炭的pH基本呈上升趋势，水稻秸秆在400 ~ 600 ℃炭化时，生物质炭比表面积、平均孔径、微孔孔容较大。本研究采用450 ℃制备生物质炭，获得的水稻秸秆生物质炭比表面积和pH均高于玉米秸秆生物质炭和花生壳生物质炭，比表面积大有利于吸附目标分子并与土壤颗粒相互作用，自身pH高低既影响与吸附目标分子的互作又影响土壤的酸碱度。在棕壤中添加不同生物质炭，水稻秸秆生物质炭处理棕壤对磷的吸附量远高于玉米秸秆生物质炭和花生壳生物质炭处理，而磷解吸率则低于后两者。可能是由于3种生物质炭的理化性质不同(表 1)，它们与土壤相互作用，引起土壤理化性质发生不同的改变，导致土壤对磷的吸附解吸行为不同。生物质炭用量不同，对土壤磷吸附解吸的影响不同。本研究发现，添加4 g/kg的水稻秸秆生物质炭可使棕壤对磷的吸附量提高20%，最大缓冲容量提高近80%(图 1、表 3)，棕壤对磷的解吸率提高50% 以上(图 4)。这与代银分等^[12]的研究结果类似，当秸秆生物质炭添加量为0.5% 时，山原红壤对磷的最大理论吸附量比对照提高8% 以上，最大缓冲容量提高2倍以上，红壤对磷的解吸率提高10% 左右。土壤类型不同，其基本理化性质不同，生物质炭对土壤的改良修复效果不同^[22]。生物质炭一般为碱性，可以提高和缓冲土壤pH，因此，相对于碱性土壤，其对酸性和中性土壤的修复改良效果更为明显。才吉卓玛等^[16]的研究表明，生物质炭可以显著提高酸性红壤和水稻土的pH，而对碱性土壤潮土和潮褐土的pH没有明显影响。本研究使用的土壤为pH 6.06的棕壤，水稻秸秆生物质炭、花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭均显著提高土壤磷解吸率，这与已有研究结果相似，主要原因是碱性生物质炭能够提高酸性土壤的pH，当生物质炭施加量增加时，生物质炭自身磷的解吸也可能是造成土壤磷解吸率增加的原因之一。

3.2 生物质炭对土壤磷吸附动力学的影响

在一定浓度的磷酸盐溶液条件下，土壤对磷的吸附量随时间动态变化的曲线即为土壤磷吸附动力学曲线。土壤磷吸附动力学曲线主要用来描述土壤吸附磷的速率快慢，通过不同的动力学模型对试验数据进行拟合，可以探讨土壤吸附磷的作用机理^[23]。本研究表明，棕壤及添加不同生物质炭条件下的棕壤，对磷的吸附均可以分为3个阶段(图 3)：快速吸附(2 h内)、缓慢吸附(2 ~ 24 h)和吸附平衡(24 h之后)，这与湿地土壤^[24]和花园土^[25]等已有研究结果相似，说明生物质炭并没有改变棕壤吸附磷的动力学曲线的总体趋势。本研究发现对棕壤及其添加不同生物质炭条件下，磷吸附动力学模拟效果较好(R² > 0.86)的模型有4种(表 4)，按照R²大小依次为：准二级动力学 > 准一级动力学 > Elovich动力学 > 双速率常数，颗粒内扩散和一级动力学模拟效果较差。这一结果与已有研究相似，使用Elovich动力学和双速率常数模型可以较好模拟花园土^[25]、黄土^[26]对磷的吸附动力学，使用准一级和准二级动力学模型可以很好模拟水稻土及其添加水稻秸秆生物质炭条件下^[27]土壤对磷的吸附动力学。准一级动力学方程是假定磷从溶液中到达吸附剂表面是受到扩散步骤所控制，与吸附剂是一种物理结合，吸附剂表面只有一种结合位点。而准二级动力学方程则是假定磷与吸附剂之间既有物理结合位点，也有化学结合位点，准二级动力学模型模拟棕壤磷吸附动力学的效果最好(R² > 0.99)，说明磷与棕壤之间的相互作用是受到化学反应所控制，而不是受磷的传输过程与物理吸附所控制。Elovich动力学和双速率常数模型则反映了磷与土壤的吸附反应的复杂性和非均质性，磷与土壤的吸附包括一系列复杂反应机制，包括磷在液固界面的扩散、表面活化与去活化过程等。棕壤对磷的吸附动力学不能用颗粒内扩散和一级动力学进行模拟，也说明了土壤对磷的吸附是一个非均一的复杂反应，不是简单的物理扩散或一级反应过程。在棕壤中添加不同生物质炭，对同一个动力学方程的拟合系数或常数有较大影响(表 4)，比如水稻秸秆生物质炭提高了准二级动力学方程中的平衡吸附量而降低了其速率常数，提高Elovich动力学和双速率常数模型的拟合系数达0.94以上，说明生物质炭与棕壤相互作用，影响了棕壤吸附磷的动力学机制。

3.3 生物质炭对土壤磷吸附等温线的影响

在恒定温度下，当土壤对磷的吸附达到平衡时，土壤对磷的吸附量与溶液中磷浓度的关系曲线，即为土壤磷吸附等温线。土壤磷吸附等温线一般采用物理方程进行拟合，相比于不同化学试剂提取土壤有效磷时的巨大差异，物理方程中的常数在一定程度上更能反映土壤对磷的贮存和供应能力，反映土壤磷的生物有效性^[28]。本研究表明，棕壤及添加不同活性炭的棕壤，其对磷的吸附等温线均可用Freundlich方程和Langmuir方程进行拟合，而且Langmuir方程拟合的拟合系数更大，拟合效果更好，这与水稻秸秆、玉米秸秆等不同来源生物质炭^[29]和黄土、湿地土壤、菜园土等不同类型土壤对磷的吸附等温线拟合效果相同^[24-26]。

Freundlich方程一般用于描述基质对于吸附分子的非均一多分子层物理吸附^[30]，常数n反映了基质对吸附分子的吸附强度，本研究表明，棕壤及其添加不同生物质炭条件下，1 < n < 2，表明棕壤对磷素的吸附强度较大，磷素易于被土壤所吸附，这与已有研究相似^[23-24]。水稻秸秆生物质炭使n值和吸附热增加，表明水稻秸秆生物质炭使棕壤更容易吸附磷，而玉米秸秆和花生壳生物质炭导致n值和吸附热下降，不利于棕壤吸附磷。常数K_F反映基质对吸附分子的吸附能力，水稻秸秆生物质炭使K_F增加，提高了棕壤对磷素的吸附能力，玉米秸秆和花生壳生物质炭则使K_F减小，抑制了棕壤对磷素的吸附。不同秸秆生物质炭对棕壤磷吸附Freundlich方程中常数的影响差异，可能与生物质炭本身的结构和理化性质有关。

Langmuir方程一般用于描述基质对于吸附分子的理想均一单分子层化学吸附^[30]，常数q_m代表基质对吸附分子的饱和吸附量。在本试验中，q_m代表土壤对磷的饱和吸附量，反映了土壤胶体颗粒表面对磷的化学吸附位点的多少，q_m越大，表示土壤吸附磷的化学位点越多，土壤能够吸附磷的总量越大，代表了土壤磷库总容量。从表 3可以看出，水稻秸秆生物质炭使土壤q_m显著增加20% 以上，提高了棕壤磷库总容量。而添加花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭，则使q_m值降低，导致棕壤磷库总容量下降。常数K_L 反映基质对吸附分子的亲和力大小，当K_L＞0时，表明基质对吸附分子的吸附反应是在常温下自发进行的，K_L值越大，则基质对吸附分子的亲和力越强。在本试验中，K_L代表土壤对磷的吸附亲和力常数，反映了土壤胶体颗粒与各种分子形式的磷素分子之间亲和力的大小，K_L值越大，表明土壤对磷的吸附反应发生的能级越高，吸附的程度越强，生成物则越稳定，磷流失的风险则下降。本试验K_L值为0.010 ~ 0.025，说明各处理的吸附反应在常温下均能自发进行，水稻秸秆生物质炭使棕壤K_L值提高47%，显著增强了棕壤和磷素之间的亲和力，降低了磷素流失风险，而花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭则使K_L值显著降低，减弱了棕壤和磷素之间的亲和力，增加了磷素流失风险。q_m·K_L综合反映了基质对吸附分子的吸附容量和吸附强度，代表基质对吸附分子的缓冲能力。在本试验中，q_m·K_L代表土壤对磷素的最大缓冲容量，其值越大，表示土壤对磷素的缓冲能力越强。从表 3可以看出，水稻秸秆生物质炭可使棕壤对磷素的缓冲能力提高78%，而玉米秸秆生物质炭和花生壳生物质炭则降低了棕壤对磷素的缓冲能力。因此，在农业生产上，水稻秸秆生物质炭可以提高磷肥的利用率，降低磷素的损失率，降低水环境总磷污染。

4 结论

1) 棕壤对磷的吸附动力学曲线可以分为快速吸附、缓慢吸附和吸附平衡3个阶段，添加水稻秸秆生物质炭、花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭，棕壤吸附磷的动力学曲线总体趋势没有改变。棕壤及其添加不同生物质炭条件下，土壤对磷的吸附动力学曲线均可以用4个方程进行拟合，按照拟合系数R²的大小排序如下：准二级动力学 > 准一级动力学 > Elovich动力学 > 双速率常数模型，不同种类生物质炭对不同动力学方程的拟合系数或常数有较大影响。

2) 棕壤及添加不同生物质炭的棕壤，其对磷的吸附等温线均可用Freundlich方程和Langmuir方程进行拟合，而且Langmuir方程拟合的拟合系数更大，拟合效果更好，预测的饱和吸附量与试验值非常接近。水稻秸秆生物质炭使Langmuir方程中亲和力系数K_L提高47%，显著增强了棕壤和磷素之间的亲和力，最大缓冲容量提高78%，增强了棕壤对磷素的缓冲能力，降低了磷素流失风险。而花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭则降低了棕壤对磷素的亲和力和缓冲容量。

3) 水稻秸秆生物质炭提高了棕壤对磷素的吸附量，并以4 g/kg添加量时磷吸附量最大。花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭则降低了棕壤对磷素的吸附量，在0 ~ 8 g/kg添加量范围内，随添加量增多，磷吸附量降低。3种生物质炭均显著提高棕壤磷素的解吸率，并随着生物质炭添加量增加，棕壤磷素解吸率呈上升趋势。