磷是植物三大必要元素之一,因其在土壤中的低有效性及低移动性,常仰赖磷肥的施用以供植物所需,但磷为一有限资源,将在未来几十年内开采殆尽,故如何从有限的资源中,提高磷利用率值得被探讨。磷在土壤常被铁铝氢氧化物固定,其中包含常见之弱结晶性的水合铁矿。环境中水合铁矿常与有机物质(例如;腐植酸)共沉淀,其可能影响磷和水合铁矿之间的作用进而影响磷的有效性。而在缺磷环境下,植物会分泌小分子有机酸(例如:柠檬酸、草酸),其可藉由配位基交换或是溶解键结在矿物表面的磷。在过去的研究中都针对这些有机酸提升土壤中有效性磷的效果作探讨,对於有机酸影响磷酸根在水合铁矿特别是与腐植酸共沉淀下的吸持研究是缺乏的。故本实验的研究目的为先探讨小分子有机酸-柠檬酸在水合铁矿-腐植酸共沉淀物(FH-HA)上的吸持作用,进而在探讨柠檬酸对於磷酸根在FH-HA上吸持的影响。研究中发现柠檬酸在FH-HA上的最大吸附量会随共沉淀物中腐植酸比例增加而下降,藉由铁的延伸X光吸收细微结构(EXAFS)分析发现,水合铁矿在有腐植酸共沉淀下,柠檬酸的加入会使其结构变差,进而可能对阴离子吸附量有所影响。 此外,不同加入顺序的柠檬酸和磷酸根对柠檬酸与磷酸根在FH-HA上的吸附结果指出:先加入柠檬酸再加入磷酸根(C-P)至FH-HA下磷酸根的吸附量约只有磷酸根在FH-HA上最大吸附量的50%,比先加入磷酸根再加入柠檬酸(P-C)下的磷酸根吸附量(约最大吸附量之80% )明显低许多;而共沉淀物中腐植酸的比例越高磷酸根的吸附量也会有些微下降的趋势,都有助於磷酸根有效性的提升。从柠檬酸的吸附量来看,不同的加入顺序对於柠檬酸的吸附差异不大,推测若柠檬酸先吸附的情况下,其分子较大较不利於扩散至矿物内部故对於後来加入磷酸根之吸附有所影响。而从铁溶出量来看,发现相同的加入量P-C处理的铁溶出会明显高於C-P处理,推测原因为虽然磷酸根溶解铁能力不如柠檬酸,但在先加入的情况下,磷酸根大量吸附到水合铁矿团粒表面产生静电排斥力,使得大团粒的铁矿形成小团粒颗粒,而後加入的柠檬酸能快速且溶出较多的铁,故反而P-C的铁溶出会比C-P多。 随时间变化来看C-P及P-C处理下柠檬酸和磷酸根吸附量的变化,C-P处理下柠檬酸在FH-HA上之吸附量受後加入磷酸根影响小,吸附量下降小,而P-C处理下,磷酸根的吸附量会受柠檬酸的加入影响尤其在初始的8小时内,磷酸根吸附量会急遽下降,但之後磷酸根会有再吸附的现象发生,可能的原因有:(1)铁被溶出後又有新的吸附位置裸露,此时柠檬酸与磷酸根可以行竞争吸附;(2)铁离子的溶出可做为有机物质与磷酸根的桥接金属形成有机阴离子-Fe-磷酸根错合物,进而使得磷酸根又被吸附回去,对照铁离子的溶出吻合一开始的磷酸根吸附量变化,虽然柠檬酸可藉由溶出铁而释出磷酸根但再吸附的情况下会使得磷酸根的有效性降低。 若以提升磷酸根的有效性为最终目的,先将水合铁矿-腐植酸共沉淀物吸附柠檬酸後再加入磷酸根,磷酸根被固定在共沉淀物上的吸附量最低;而共沉淀中的腐植酸对於磷酸根有效性的提升虽不如先加入柠檬酸的情况,但腐植酸比例的提升确实可以稍微降低磷酸根的吸附,此外铁矿中腐植酸的增加也会使铁溶出增加。本实验除了解柠檬酸对於磷有效性的提升以达到磷的永续利用外,铁的溶出只要适量也对於作物吸收及根圈土壤有正面效益。关键字:磷酸根、柠檬酸、水合铁矿、腐植酸、共沉淀