Releasing Pattern Of Applied Phosphorus And Distribution Change Of Phosphorus Fraction In The Acid Upland Soils With Successive Resin Extraction

Releasing Pattern of Applied Phosphorus and Distribution Change  
of Phosphorus Fractions in the Acid Upland Soils  
with Successive Resin Extraction  
Arief Hartono J 
Received 9 January 2007/ Accepted /9 December 2007

ABSTRACT 
Releasing  Pattern  of Applied  Phosphorus  and  Distribution  Change  of  Phosphorus  Fractions  in  the  Acid 
Upland  Soils  with  Successive  Resin  Extraction  (A.  Hartono):  The  releasing  pattern  of applied  P  in  the  acid 
upland  soils and the soil  properties  influencing the  pattern were  studied.  Surface horizons  of six acid  upland soils 
from  Sumatra, Java and Kalimantan  were  used  in  this  study.  The releasing pattern of applied  P (300  mg  P kg'l) of 
these  soils  were  studied  by  successive  resin  extraction.  P fractionation  was  conducted to evaluate  which  fractions 
released  P to the soil  solution after successive resin extraction.  The cumulative of resin­Pjlllltganic  (Pi)  release of soils 
was  fitted  to  the  first  order  kinetic.  Regression  。ョャケウセ@
using  factor  scores  obtained  from  the  previous  principal 
components analyses was applied to determine soil  properties influencing P releasing pattern.  The results suggested 
that  the  maximum  P  release  was  significantly  (P   

1! 
g,. 


... r:­



100

.A.

'iI 



SO 
セ@

(3 

• 
t
• 

%

X

.A. 



セ@

::t:: 



•  •t  •  • 
• 
*  * 
e  
::t::


tIItI 

.w 
:::too 
g,. 



.A. 

• 

• x x 








X

+  Darmaga
•  Gajrug 
... Pringsurat  
XPDl 
)t(  Kota Bangun 
eSM­BP 










Numb e r Q  f  extraction 


Figure 2.  Cumulative of resin­Pi release extracted by successive resin extraction. 
Table 4.  The parameters of the equation. 
Location 

Depth (em) 

Ie

A (mgP kg'!) 

0­14 
0­9 
0­13 
0­14 

0.40 
0.46 
0.64 
0.88 


128 
190 
188 
205 

0.975 
0.985 
0.945 
0.914 

04 

0.53 
0.21 

232 
200 

0.972 
0.995 


High fixing 

PDt 
Pringsurat 
Darmaga 
Gajrug 
Low  fixing 
Kota Bangun 
SM­BP 

O­ll 

91 

A. Harlono: Releasing Pattern and Change ofPhosphorus Fractions with Resin

Table 5.  P distribution after successive extraction excluded resin­Pi of 300 mg P kg'l  added  P. 
Location 


Depth (cm) 

NaOH­P
HCI­Pi
NaOH­Po 
NaOH­Pi 
........................................mg  P k g ,I .........................................  
NaHCO)­P 
NaHCO)­Pj 
NaHC03­Po 

High fixing 
PDl 
Pringsurat 
Darmaga 
Gajrug 

0­14 
0­9 
0­13 

0­14 






Low fixing 
KotaBangun 
SM­BP 

0­4 
0­11 

16 
31 

64 
46 


12 







27 
71 









100 




72 











Contribution from  NaHC0 3­Pj  and NaOH­P j to 
the  total  P  released  from  2 nd  to  8th  extraction  were 
calculated  from  the  decrease  of  the  data  of  P 
transformation  experiment  (Table  3)  compared  to 
the data of P distribution  after successive extraction 
(Table 5). 
The total  P released from  2nd  to 8th  is  presented 
in  Table  6.  The  percentage  of  contribution  of 
NaHC0 3­P j  and  NaOH­P;  to  the  total  P  released 
•• 

firom  2nd  t 0  8th  extractIon 
IS  presented  m Table 7. 
In  high  oxides  soils  (PO I,  Oarmaga,  Gajrug, 
Pringsurat  )  more  than  60%  of P  release  derived 
from  NaOH­P;  while  in  low  oxides  soils  (Kota 
Bangun  and  SM­BP)  more  than  50%  P  release 
derived  from  NaHC03­Pj  and  only  small  amount  P 
release  derived  from  NaOH­P;  fraction.  In  soils 
from  Kota  Bangun  and  SM­BP  there  was  28% 
contribution  of P  released  from  unknown  fraction. 
This was probably derived from  residual P. 

The  Changes  of P  Distribution  after  Successive 
Resin Extraction of Soil Samples 
The  changes  of P  distribution  after  successive 
extraction  of  soil  samples  was  evaluated  to 
investigate  how  P  released  from  P  stronger  bond 
fractions. 
The  P  distribution  after  successive 
extraction  of  soils  samples  except  resin­Pi  is 
presented in Table 5. 
The amounts ofNaHC0 3­P j  and NaOH­P j  were 
decreased  after  successive  resin  extraction. 
Compared  to  initial  P  fraction  distribution  (Table 
3),  it  suggested that  both  labile  and  less  labile  P j  in 
the  fOr:"  of  NaHC03­Pj  and  NaOH­P;  fractions, 
respectIvely,  can  transform  into  resin­Pi  when  the 
resm­Pi  decrease.  The  resin­Pj,  NaHC03­Pi  and 
NaOH­Pj  appeared to  be  in  equilibrium.  Most  of P 
rel:ased  ゥセ@ high  oxides  soils  namely  Oarmaga, 
GaJrug,  Prmgsurat  and  POI  were  from  NaOH­P 
fraction  while  low  oxides  soils,  namely  KoU: 
b。ョセオ@
and SM­BP were from NaHCO:\­P j. 

Table 6.  P イ・ャ。セ、@
in  the form ofresin­P; from  lSI  to 8th  extraction and total P released  from  2nd  to  Sth 
extraction. 
Location 

High  fixing 
POI 
Pringsurat 
Oarmaga 
Gajrug 

Depth 
(cm) 

0­14 
0­9 
0­13 
0­14 

0­4 
0­11 

Extraction number 
Total P released  from 







2 nd  to 8th  extraction 
..................................................gPkg,I ......................................................... 

49 
100 
132 

21 
39 
33 
31 

16 
24 
16 
IS 

II 
15 
15 

108 
43 

43 
2S 

25 
22 

77 



II 


II 
12 





20 
IS 

13 
15 

10 
13 




II 






115 
93 





83 

12 
14 


10 

126 
120 

77 

Low  fixing 
KotaBangun 
SM­BP 

92 

J.  Tanah Trop., VoL 13,  No.2, 2008: 87-94
nd 

Table 7.  Contribution from NaHC03­P j  and NaOH­P j  fractions to total P released from 2 to Sib  extraction. 

Location 

Total P released 
from  2nd  to  8th 
extraction 
(mg P kg· l ) 

Decrease of 
NaHC0 3­Pj 
(mg P kg· l ) 

Percentage of 
Decrease of
NaHC0 3­Pj 
NaOH­P;
contribution 
(mg P kg· l )
(%) 

Percentage of  Percentage of
contribution
NaOH­P; 
contribution  of unknown
fraction  (%)
(%) 

Higb fixing 

PDl 
Pringsurat 
Darmaga 
Gajrug 

115 
93 
83 

25 
30 
19 


32 
26 
20 


53 
91 
67 
69 

126 
120 

69 
75 

55 
63 

22 

77 

83 




10 

17 


28 
28 

69 
79 
72 

Low  Fixing 
Kota Bangun 
SM­BP 

Among  the  high  oxides  soils,  NaHC0 3­Pj, 
which originally occupied a small portion, seems to 
be  firstly depleted.  According to Table 3 and 5, the 
amount of NaOH­P j  which  was  left  in  that  fraction 
after the  successive extraction was higher (65%)  in 
the  soil  from  POI  than  in  the  soil  from  Pringsurat 
(44%),  suggesting  that  P  in  POI  soil  were  more 
difficult to release than that of Pringsurat soil due to 
higher factor scores of PC,. 
Concerning  two  soils  from  Kota  Bangun  and 
SM­BP,  lower  amounts  of  P  was  released  from 
NaOH­Pi  fraction  than that from NaHC03­Pj  (Table 
7),  indicating  that  NaHC03­Pi  was  released  first 
when  resin­Pi  decreased. 
These  two  soils 
accumulated  300  mg  P  kg'\  added  P  in  significant 
amounts  into  NaHC0 3­Pj  fraction  (Table  3).  When 
NaHC0 3­P j was high, NaOH­P i was relatively more 
stable  than  NaHC0 3­Pi despite  resin­Pi  removal  as 
shown  clearly  in  soil  from  SM­BP.  The  results 
suggested  that  NaHC03­Pj  and  NaOH­Pj  are  very 
important  P  fractions  in  replenishing  the  labile 
resin­Pi  in  these  acid  upland  soils  because 
accumulation  of added  P  mostly  in  these  fractions 
and  they  can  be readily  dissolved.  It was  reported 
by  Beck  and  Shanchez (1994),  Guo  el al. (2000),
and  Zheng  el al. (2003),  NaOH­Pj  was  not  a  static 
fraction,  instead  it  declined  under  crop.  However 
for  comparison,  in  Andisols  the  P  replenishment 
from  this  fraction  was  very  slow  as  reported  by 
Beck el al. (1999).  It suggested that chemisorbed P 
which partly to crystalline Al and Fe oxides in these 
soils  was  different  from  chemisorbed  P  to 
amorphous AI  and  Fe oxides  in  Andisols  in  term  of 
bonding energy of P sorbed. 

11 

CONCLUSIONS 
The  study  suggested  that  exchangeable  AI 
which  is  associated  with  smectite  increased  rate 
constant of P released from soils. 
The  maximum  P  released  was  decreased  by 
oxide­related factor i.e. aluminum (AI) plus  112 iron 
(Fe) (by ammonium  oxalate), crystalline  AI  and  Fe 
oxides,  cation  exchange  capacity,  and  clay  content 
and  increased  by  acidity  plus  1.4  nm  mineralsrelated factor i.e. exchangeable AI and 1.4 nm
minerals (smectite and vermiculite).
P fractionation analysis after successive resin
extraction showed that both labile and less labile Pj 
in the form of NaHC03-Pj  and NaOH-Pi  fraction,
respectively, can transform when in the resin-Pi is
depleted. Most of P released in high oxides soils
were from NaOH-P j  fraction while low oxides soils
were from NaHC03-P i where P release from the
fonner fraction resulted in the a value lower than
that of the latter one. When NaHC03-Pi was high,
NaOH-Pi was relatively more stable than NaHC03Pi despite resin-Pi removal.
NaHC03-P j  and NaOH-P j  are very important P
fractions in replenishing the most labile P (resin-Pi)
in these acid upland soils.

REFERENCES
Amer, F., D.R. Bouldin, C. A. Black, and F. R Duke.
1955. Characterization of soil phosphorus by anion
exchange resin adsorption and 32p equilibration.
Plant Soil 6: 391-408.
Beck, M.A, W.P. Robarge, and S.W. Buol. 1999.
Phosphorus retention and release of anions and

A. fltlrtono: Releasing Pattern and Change ofPhosphorus Fractions with Resin
organic  carbon  by  two  Andisols.  Eur.  J.  Soil  Sci. 
50:  ) 57­164. 
Beck,  M.A.  and  P.A.  Sanchez.  1994.  Soil  phosphorus 
fraction  dynamics during  18  years  of cultivation on 
a  typic  paleudult.  Soil  Sci.  Soc.  Am.  J.,  58:  1424­
1431. 
Dalal,   R.C.  1985.  Comparative  prediction  of  yield 
response  and  phosphorus  uptake  from  soil  using 
anion­and  cation­anion  exchange  resins.  Soil  Sci. 
139: 227­231. 
Delgado, A.  and  J.  Torrent. 2000.  Phosphorus forms  and 
desorption  patterns  in  heavily  fertilized  calcareous 
and  limed acid soils. Soil  Sci. Soc. Am. J.  64:  2031­
2037. 
Guo,  F.,  R.S.  Yost,  N.V.  Hue,  C.l.  Evensen,  and  J.A. 
Silva.  2000.  Changes  in  phosphorus  fractions  in 
soils  under  intensive  plant  growth.  Soil  Sci.  Soc. 
Am.  J.  64:  1681­1689. 
Hartono,  A.,  S.  Funakawa  and  T.  Kosaki.  2005. 
Phosphorus  sorption­desorption  characteristics  of 
selected  acid  upland  soils  in  Indonesia.  Soil  Sci. 
Plant Nutr. 51: 787­799. 
Hartono,  A.,  S.  Funakawa  and  T.  Kosaki.  2006. 
Transformation of added  phosphorus to acid  upland 
soils with different soil  properties  in  Indonesia. Soil 
Sci.  Plant Nutr.  52:  734­744 
Lookman,  R.,  D.  Freese,  R.  Merckx,  K.  Vlassak, and  W. 
H.  Van  Riemsdijk.  1995.  Long­term  kinetics  of 
phosphate release  from  soil.  Environ.  Sci.  Techno!. 
29:  1569­1575. 
Maguire,  R.O.,   R.H.  Foy,  J.S.  Bailey,  and  J.T.  Sims. 
200 I.  Estimation  of  the  phosphorus  sorption 
capacity of acidic soils  in  Ireland.  Eur.  J.  Soil  Sci. 
52: 479­487. 
Mattingly,  G.E.G.   1975.  Labile  phosphorus  in  soils. 
Soil Sci.  119: 369·375. 

Murphy,  J.  and  J.P.  Riley.  ) 962.  A  modified  single 
solution method  for  the  determination of phosphate 
in natural waters. Anal. Chim. Acta  27: 31­36. 
Saavedra,  Co  and  A.  Delgado.  2005.  Phosphorus 
fractions  and  release  patterns  in  typical 
Mediterranean soils.  Soil  Sci.  Soc. Am. J.  69:  607­
615. 
Saggar,  S.,  MJ.  Hedley,  and  R.E.  White.  1990.  A 
simplified  resin  membrane technique  for  extracting 
phosphorus from soils. Fert. Res. 24:  173­180. 
Sibbesen,  E.  1978.  An  investigation of anion exchange 
resin  method  for  soil  phosphate  extraction.  Plant 
Soil  50:  305­321. 
Subagyo,  H.,  N.  Suharto,  and  A.B.  Siswanto.  2000. 
Agricultural  lands  in Indonesia.  In Indonesian Land 
Resources and Its management. p.  21­65, Center for 
Soil and Agroclimate Research, (in Indonesian). 
Tiessen,  H.,  and  J.O.   Moir.  1993.  Characterization  of 
available  P  by  sequential  extraction.  In Soil 
Sampling and Methods of Analysis, Ed.  MR Carter, 
p.  75­86,  Canadian  Society  of Soil  Science,  Lewis 
Publishers. 
Vadas, P.A. and J.T. Sims.  2002.  Predicting phosphorus 
desorption  from  Mid­Atlantic  coastal  plain  soils. 
Soil Sci. Soc. Am. J. 66: 623­631. 
Van  Raij,  B.,  J.A.  Quaggio,  and N.M.  Da Silva.  1986. 
Extraction  of phosphorus,  potassium,  calcium  and 
magnesium  from  soils  by  an  ion­exchange  resin 
procedure.  Commun. Soil Sci. Plant Anal.  17:  547­
566. 
Zheng,   Z.,  L.E.  Parent,  and  J.A.  MacLeod.  2003. 
Influence  of  soil  texture  on  fertilizer  and  soil 
phosphorus transformations  in Gleysolic soils. Can. 
J.  Soil Sci. 83: 395­403. 

Releasing Pattern of Applied Phosphorus and Distribution Change  
of Phosphorus Fractions in the Acid Upland Soils  
with Successive Resin Extraction  
Arief Hartono J 
Received 9 January 2007/ Accepted /9 December 2007

ABSTRACT 
Releasing  Pattern  of Applied  Phosphorus  and  Distribution  Change  of  Phosphorus  Fractions  in  the  Acid 
Upland  Soils  with  Successive  Resin  Extraction  (A.  Hartono):  The  releasing  pattern  of applied  P  in  the  acid 
upland  soils and the soil  properties  influencing the  pattern were  studied.  Surface horizons  of six acid  upland soils 
from  Sumatra, Java and Kalimantan  were  used  in  this  study.  The releasing pattern of applied  P (300  mg  P kg'l) of 
these  soils  were  studied  by  successive  resin  extraction.  P fractionation  was  conducted to evaluate  which  fractions 
released  P to the soil  solution after successive resin extraction.  The cumulative of resin­Pjlllltganic  (Pi)  release of soils 
was  fitted  to  the  first  order  kinetic.  Regression  。ョャケウセ@
using  factor  scores  obtained  from  the  previous  principal 
components analyses was applied to determine soil  properties influencing P releasing pattern.  The results suggested 
that  the  maximum  P  release  was  significantly  (P   

1! 
g,. 

... r:­



100

.A.

'iI 



SO 
セ@

(3 

• 
t
• 
%

X

.A. 



セ@

::t:: 



•  •t  •  • 
• 
*  * 
e  
::t::

tIItI 

.w 
:::too 
g,. 



.A. 

• 

• x x 







X

+  Darmaga
•  Gajrug 
... Pringsurat  
XPDl 
)t(  Kota Bangun 
eSM­BP 










Numb e r Q  f  extraction 

Figure 2.  Cumulative of resin­Pi release extracted by successive resin extraction. 
Table 4.  The parameters of the equation. 
Location 

Depth (em) 

Ie

A (mgP kg'!