The release of phosphorus from heavily fertilized soils to dilute electrolytes: effect of soil properties

Abstract

Soils heavily fertilized with P can contribute to the enrichment of P in surface runoff and can accelerate the eutrophication of streams and lakes. To describe this enrichment, information is needed on the capacity and rate of P release was characterized from soils. in Thus, 12 we carried out laboratory studies in which the release of P to a dilute electrolyte (0.002 M CaCl 2) widely different, heavily fertilized European soils. We studied: a) long-term P release under ’static’ conditions (in soil suspensions allowed to settle and left undisturbed for long periods); and b) short-term P release under ’turbulent’ conditions (rapidly stirred suspensions). The relationships between the amount of P released under static conditions and the solution/soil ratio (W) and time differed widely among soils. These differences were the probable result of differences in the content of the relatively soluble metal phosphates (capable of buffering P solution in the 10-6105M concentration range) and in the P adsorption capacity of the soils. The ratio between P released at 340 d for W = 10 000 and P exchanged isotopically at 1 d was generally > 2 in soils rich in soluble phosphates and with a high degree of surface saturation with P, while it was < 1 in soils with low surface saturation with P (acid soils with high P adsorption capacity). In soils rich in organic matter, the amounts of dissolved organic P and molybdate-reactive P released were comparable. Under turbulent conditions, the amount of P released after 2 h of soil-electrolyte contact ranged between 7 and 27 % of the P released at 340 d under static conditions. This stresses the importance that surface runoff and initial stream transport have in loading surface waters with P. The release of P under turbulent conditions was slower in acid sandy soils, where poorly crystalline Fe and Al oxides were the most important P adsorbents.

Sols surfertilisés : libération de phosphore dans des électrolytes dilués. Les eaux de ruissellement prove- nant de sols surfertilisés peuvent conduire à l’eutrophisation des rivières et des lacs. Il est alors nécessaire de disposer de méthodes permettant de prévoir les vitesses de libération des phosphates à partir des particules de terre. Des études ont été entreprises au laboratoire avec douze sols européens surfertilisés mais de caractéristiques physico-chimiques très différentiées. La mise en solution du phosphore a été étudiée dans des solutions de CaCl 20,002 M en faisant varier le rapport solution-sol, W, de 10 à 10 000. Ces études ont été conduites dans deux directions: a) libération sur le long terme (340 j) et en conditions statiques; b) libération sur le court terme (2 h) et en conditions turbulentes. La quantité de P passée en solution en conditions statiques croît avec W et le temps de contact entre le sol et les solutions. La libération de P est fonction du contenu de phosphates solubles et de la capacité de rétention du P par les sols. Les quantités de P passées en solution pour W = 10 000 et durant 340 j sont élevées pour les sols pour lesquels la quantité de phosphore soluble et le degré de saturation sont élevés; elles sont faibles lorsque le degré de saturation du sol par les phosphates est peu élevé. Cette dernière situation est celle des sols acides à teneur élevée en matière organique; de plus, dans ces sols une fraction significative du phosphore passant en solution est sous forme organique. Dans les conditions turbulentes, les quantités de phosphore transférées dans la phase liquide en 2 h varient de 7 % à 27 % des quantités transférées à 340 j en conditions statiques. En conséquence la participation du phosphore durant la phase de transfert en surface vers les cours d’eau peut contribuer significativement à l’augmentation de la concentration du phosphore dans les eaux. La mise en solution du phosphore dans les conditions turbulentes semble plus lente dans les sols dont la rétention des phosphates serait contrôlée par des oxydes métalliques mal cristallisés.