2. WUPTAKE模型(吴启堂等1994)

(1)一个综合测定土壤供给能力的解吸法和模型

当土壤溶液的元素浓度随根系吸收或流失而降低时，由固相向液相的元素解吸(溶解)作用便是补给被吸收或流失的元素的关键过程。土壤中的某一元素或化合物对生物或环境的影响主要决定于土壤溶液浓度和土壤维持这一浓度的能力，即缓冲能力或缓冲容量。

称取一定量风干、过1 mm孔径筛的土壤，加蒸馏水使水土比为1：1、1.5：1、2.5：1、5：1、10：1、20：1(或其他)，振荡0.5 h，静置24 h静置期间摇匀一至二次)，再摇匀过滤，测定滤液中的元素或化合物浓度。为简化实验，在测定准确性高而且需要快速测定时，可只测定1：1,20：1两个水土比。

土壤溶液某一元素的浓度(O与水土比(H)的关系可用下式描述：

C=C₁·H^-a(0＜a＜1)          (12-28)

式中回归常数C₁为在H等于1时的C；a描述C随H下降的趋势。a越大，土壤缓冲能力越弱。

在某一水土比时解吸到土壤溶液的元素或化合物的量为：

q＝C·H=C₁·H^1-a=C₁^1/a·C^1-1/a            (12-29)

土壤解吸缓冲量为：

解吸到土壤溶液中的元素不断被吸收，导致浓度降低。当土壤溶液元素逐渐降低至根系吸收动力学所要求的最小浓度C_min时，土壤可解吸出来的该元素的最大量即为可供根系吸收的量，或者说土壤有效元素含量。该含量的大小可用积分的方法来估计：

式中的G_li为土壤溶液起始浓度。将(12-30)式代入(12-31)，并解出积分得：

式中，H_max和Hi为土壤溶液浓度等于C_min和G_li时的水土比。(12-32)式表明，土壤有效元素含量随C₁的增加而增加，随C_min的增加而减少。由于C_min对不同的植物来说是不同的(Barber1984)，因此，土壤有效元素的含量也与植物种类有关。C_min越大，可供植物根系吸收的土壤有效元素含量越低。表12-12列出了某些植物和养分的C_min值。

表12-12 某些植物和养分的C_min,K_m和I_max值

由于目前只有很少一部分植物和元素的C_min值是可知的，因此在实用上可用H_max=100, H_i=0.1来估计Q的值，且称为可解吸性元素含量：

Q=C₁(100^1-a-0.1^1-a)

为了简单起见和减少解吸曲线外推的误差，N、P和K养分的Q可以约等于水土比H=20时的解吸量(q₂₀)陈子聪等2007)：

Q=q₂₀=C₁20^1-a

由于水土比可视为土壤湿度，因此(12-34)式也可用于估计田间水分含量(H_i)条件下的土壤溶液浓度(C_li)：

G_li=C₁·H_i^-a     (12-34)

该条件下的土壤平均缓冲能力系数为：

b＝Q/G_li          (12-35)

因此，表征土壤元素生物有效性的强度、容量和数量指标都可通过该解吸模型同时测得。

盆栽实验表明，黑麦草植株吸镉量与土壤溶液镉浓度C₁之间有显著的相关关系(r=0.901, n=24)(吴启堂等1994)。若把浓度指标C₁和缓冲能力指标a结合起来，计算C₁/a值，即综合土壤的起始供给浓度和土壤缓冲能力，则该复合变量与植物吸镉的关系更为密切(r=0.930, n=24)，也与淋溶到水体的数量具有显著的正相关(Wu et al. 2004)。另外，土壤可解吸性镉与植物吸镉的相关关系为极显著(r=0.935, n=24)，表明该法能较好地表达土壤镉的有效供给能力。

相关链接：土壤污染物迁移能力评价（四）