豚スラリーを11年間施用した後のオキシソルにおけるリンの化学種分化と鉄の鉱物学的性質

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Sci. Total Environ..2020 Jun;743:140487. S0048-9697(20)34009-2. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.140487.Epub 2020-06-29.

豚スラリーを11年間施用した後のオキシソルにおけるリンの化学種分化と鉄の鉱物学的性質

Phosphorus speciation and iron mineralogy in an oxisol after 11 years of pig slurry application.

D B Abdala
L C Gatiboni
D E Schmitt
G L Mumbach
D J Dall'Orsoletta
E B Bonfada
M Veiga

PMID: 32653703 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140487.

抄録

植物が必要とする以上にリン酸塩肥料を施用すると、土壌中にリン（P）が蓄積し、その反応性と化学種分化を変化させる可能性がある。本研究の目的は、11年間にわたって豚スラリー（PS）の速度を変えて連続的に施用したブラジルのオキシソルにおけるPの化学種分化の変化を評価することであった。土壌は50、100、200mhearの割合でPSで処理され、対照区には収穫によって除去された量を補充するためにPとカリウム（K）が投与された。土壌をサンプリングし、Langmuir 収着等温線、逐次化学分画（SCF）によるPの分配、P K-edge XANESによるPの化学種分化、Fe K-edge EXAFSによる鉄（Fe）の鉱物学的特徴を測定した。また、PSの施用量の増加は、0～2.5cmと0～10cmの土壌層でPSCの増加を伴っていた。Pの蓄積は、適用したPS速度にかかわらず、20cmの深さまで制限されていることが観察された。その結果、最上層の土壌層では、Pの蓄積はFe(水素)酸化物鉱物を中心に発生していることがわかった。この土壌層（0～2.5cm）では、不耕起による有機Pの蓄積が特に重要であった。最上層の土壌では、鉄鉱物の劇的な変化が観察され、基準土壌と対照地ではヘマタイトが優勢であったが、PSの施用によりゲッタイトとフェリハイドライトが発生した。

Application of phosphate fertilizers beyond plants needs favors phosphorus (P) accumulation in soils, which may alter its reactivity and chemical speciation. The objective of this study was to assess the changes in P speciation in a Brazilian oxisol that received consecutive applications of varying rates of pig slurry (PS) over 11 years. The soils were treated with PS at rates of 50, 100 and 200 m ha year, whereas a control plot received P and potassium (K) to replenish the amounts removed by harvest. The soils were sampled and characterized for its P sorption capacity (PSC) as determined by Langmuir sorption isotherms, P partitioning by sequential chemical fractionation (SCF), P chemical speciation via P K-edge XANES and iron (Fe) mineralogy via Fe K-edge EXAFS spectroscopies. Increases in applied PS rates were accompanied by increases in PSC at the 0 to 2.5 and 0 to 10 cm soil layers. P accumulation was observed to be restricted up to the depth of 20 cm, regardless of the PS rate applied. The P K-edge XANES analysis indicated that P accumulation in the topmost soil layers, occurred predominantly associated with Fe-(hydr)oxide minerals. In this soil layer (0 to 2.5 cm), the organic P pool was of particular importance likely due to no-tillage. A dramatic change in Fe mineralogy in the topmost soil layer was observed across the studied soils, with the predominance of hematite in the reference soil and in the control plot, whereas the occurrence of goethite and ferrihydrite was followed by the application of PS.