土壤磷素組分轉(zhuǎn)化特點(diǎn)及其與環(huán)境因子的關(guān)系

土壤磷素組分轉(zhuǎn)化特點(diǎn)及其與環(huán)境因子的關(guān)系

磷是作物生長(zhǎng)中最必要的養(yǎng)分之一。據(jù)估計(jì),我國(guó)約有1/3~1/2的耕地土壤缺磷。磷肥施入土壤后,經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)、物理化學(xué)或生物化學(xué)過(guò)程,形成難溶性的磷酸鹽并迅速為土壤礦物吸附固定或?yàn)槲⑸锕坛?其在當(dāng)季作物的利用率僅為10%~25%。自20世紀(jì)60年代以來(lái),磷肥在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用,長(zhǎng)期施用磷肥的結(jié)果已導(dǎo)致了磷素在土壤中的大量累積。據(jù)估算,1949~1992年間,我國(guó)累計(jì)施入農(nóng)田的磷肥達(dá)P3.4×107t,其中大約有P2.6×107t累積在土壤中。磷素在土壤中的累積,既造成了磷肥資源的浪費(fèi),也必然導(dǎo)致農(nóng)田徑流中磷濃度的提高,加速了水體富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程。因此,土壤中磷的化學(xué)行為不僅直接影響著磷素的生物有效性,而且其生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程與環(huán)境效應(yīng)密切相關(guān)。研究土壤中不同磷素組分的轉(zhuǎn)化特點(diǎn)及其與環(huán)境因子的關(guān)系,對(duì)于提高磷素的植物有效性和保護(hù)環(huán)境均具有重要意義。1土壤中的磷素1.1土壤中磷的變化土壤中無(wú)機(jī)磷的種類(lèi)較多,成分十分復(fù)雜,但大體上可分為礦物態(tài)、吸附態(tài)和水溶態(tài)3種形態(tài)。土壤無(wú)機(jī)磷中,以礦物態(tài)為主。含磷礦物主要是石灰性土壤中的磷灰石與酸性土壤中的磷酸鐵鋁兩大類(lèi)。磷灰石包括氟磷灰石[Ca10(PO4)5F2]羥基磷灰石[Ca10(PO4)5OH2]和碳酸磷灰石3種類(lèi)型的混合物或其中間產(chǎn)物。氟磷灰石因系原生礦物殘留,土壤中的數(shù)量不多,含磷量18.44%;羥基磷灰石在土壤中含量最多,為土壤中氟磷灰石的同晶替代產(chǎn)物,或由土壤中的磷酸二鈣和磷酸三鈣轉(zhuǎn)化而來(lái),礦物含磷19.31%。3種磷灰石中磷的有效性以氟磷灰石最低,碳酸磷灰石最高,羥基磷灰石居中。除磷灰石外,土壤中還有諸如磷酸一鈣、磷酸二鈣、磷酸三鈣、磷酸八鈣和磷酸十鈣等多種磷酸鹽的化合物,以及一系列的水化和含羥基的磷酸鈣。其中,磷酸一鈣、磷酸二鈣和磷酸三鈣有效性較高,磷酸八鈣為緩效性磷源,磷酸十鈣只是一種潛在性磷源。盡管酸性土壤中可形成的磷酸鐵、鋁礦物不下幾十種,而主要礦物則是磷鋁石[Al(OH)2H2PO4]和粉紅磷鐵礦[Fe(OH)2H2PO4或FePO4·2H2O]。礦物中的Al和Fe可以彼此摻雜,Fe、Al和H2PO4組分可隨pH而變化。此外,酸性土壤中還有為水化氧化鐵包被、性質(zhì)近似于綠磷鐵礦[Fe2(OH)3PO4]的磷酸鹽礦物。由于還原作用還可形成如藍(lán)鐵礦[Fe3(PO4)2·8H2O]一類(lèi)的礦物。吸附態(tài)磷是土壤中為粘土礦物或有機(jī)物所吸持的那部分磷酸鹽。土壤中吸附態(tài)磷的含量一般很低,通常以H2PO4-和HPO42-為主,PO43-很少。吸附態(tài)磷一般隨pH下降而升高,且能通過(guò)pH調(diào)節(jié)而釋放。在相同pH條件下,膠體吸附磷的數(shù)量因膠體種類(lèi)而異,如氧化鐵、鋁吸附量最大,蒙脫石最少,高嶺石介于其間。一般來(lái)說(shuō),土壤中SiO2/R2O3值愈小,膠體吸附的磷愈多。土壤水溶態(tài)磷是可供植物直接吸收利用的磷,其含量極低,一般只有0.1~1mg/kg,最低甚至只有0.1μg/kg。它的補(bǔ)給主要依賴(lài)于磷酸鹽礦物的溶解和吸附固定態(tài)磷的釋放。1.2土壤含磷化合物情況土壤中的有機(jī)磷一般占土壤全磷的10%~15%,有少數(shù)耕地土壤可達(dá)土壤全磷的50%,草地、森林土壤有機(jī)磷占全磷的20%~50%。也有研究結(jié)果顯示土壤有機(jī)磷可達(dá)全磷的20%~80%。這一含量范圍因土壤母質(zhì)的不同而有明顯差異,如發(fā)育于長(zhǎng)江中游老沖積物上的水稻土,有機(jī)磷含量為0.012%~0.025%,約占全磷的30%~50%;發(fā)育于酸性母巖風(fēng)化物和紅壤上的水稻土,有機(jī)磷含量為0.015%~0.050%,約占全磷的26%~49%;發(fā)育于石灰性母巖上的水稻土,有機(jī)磷含量為0.02%~0.055%,占土壤全磷的18%~48%。土壤有機(jī)磷化合物包括植酸、核酸、磷脂、磷蛋白、糖脂和磷酸鹽等。植酸類(lèi)有機(jī)磷約占土壤有機(jī)磷的40%~80%,可在植酸酶或植素酶的作用下分解釋放出磷酸。核酸類(lèi)有機(jī)磷占土壤總有機(jī)磷的比例不到10%,與植素相比較為容易被磷酸酶水解釋放出磷酸和糖類(lèi)。但由于核酸較易于與粘粒結(jié)合形成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體,此時(shí)不易為酶所水解,故又變得較為穩(wěn)定,難以為植物利用。磷脂、磷酸化糖類(lèi)等其它含磷化合物一般很少,幾乎不到有機(jī)磷總量的1%,并且不穩(wěn)定,易分解,故其重要性也較小。近年來(lái),土壤有機(jī)磷在植物磷素營(yíng)養(yǎng)中的作用已逐步受到重視。有研究證明,NaHCO3所提取的有機(jī)磷與植物吸磷量呈顯著相關(guān)。溶解于水的有機(jī)磷是可以直接為作物所吸收利用的形態(tài)。磷酸甘油磷酸鹽、卵磷脂和植酸等對(duì)大麥、小麥和三葉草的有效性至少與無(wú)機(jī)磷肥相當(dāng)。與無(wú)機(jī)磷相比,有機(jī)磷在土壤中具有較大的移動(dòng)性,被土壤無(wú)機(jī)礦物的固定程度低,即使是難溶于水的有機(jī)磷經(jīng)礦化后可持續(xù)釋放出無(wú)機(jī)磷,對(duì)作物生長(zhǎng)也極為有利。2土壤中磷素的提取關(guān)于土壤磷素的分級(jí)最早可以追溯到20世紀(jì)初Fraps對(duì)磷的分級(jí),當(dāng)時(shí)人們?cè)噲D通過(guò)采用各種化學(xué)提取劑將土壤中不同化學(xué)形態(tài)的磷素提取出來(lái),以供研究它們?cè)谕寥乐械霓D(zhuǎn)化過(guò)程及其與植物有效性的關(guān)系。由于直接測(cè)定土壤中各種磷化合物較為困難,人們多采用化學(xué)分組法(ChemicalFractionation)將土壤中化學(xué)組成相近或分解礦化能力較為接近的一類(lèi)無(wú)機(jī)或有機(jī)磷化合物劃歸為相同的組分,稱(chēng)為土壤磷素的分級(jí)。2.1ca-p法由于不同研究者采用的無(wú)機(jī)磷分組方法的不一致,對(duì)無(wú)機(jī)磷形態(tài)的表示各不相同。應(yīng)用較為普遍的尤其適用于酸性土壤的無(wú)機(jī)磷分級(jí)方法是Chang和Jackson法,該分級(jí)體系后經(jīng)Peterson和Corey改進(jìn)后,將土壤無(wú)機(jī)磷分為:1)1mol/LNH4Cl提取的易溶態(tài)磷,2)0.5mol/LNH4F提取的鋁磷酸鹽(Al-P),3)0.1mol/LNaOH提取的鐵磷酸鹽(Fe-P),4)0.5mol/LH2SO4提取的鈣磷酸鹽(Ca-P),5)0.3mol/L檸檬酸鈉—0.5gNa2S2O4—0.1mol/LNaOH提取的閉蓄態(tài)磷(O-P);又經(jīng)Williams等改進(jìn)后提出的方法為1)1mol/LNH4Cl提取的易溶態(tài)磷,2)0.5mol/LNH4F提取的鋁磷酸鹽(Al-P),3)0.1mol/LNaOH提取的鐵磷酸鹽(Fe-P),4)檸檬酸—連二硫酸鈉—碳酸鈉(CDB)提取的包被態(tài)鐵磷酸鹽,5)1mol/LNaOH提取的包被態(tài)鋁磷酸鹽,6)0.5mol/LH2SO4提取的鈣磷酸鹽(Ca-P)。到目前為止,Chang-Jackson提出的無(wú)機(jī)磷分級(jí)方法及以此為基礎(chǔ)的改進(jìn)方法仍是國(guó)際上應(yīng)用最為普遍的方法之一。但由于該法不能很好地區(qū)分石灰性土壤中不同形態(tài)的無(wú)機(jī)鈣鹽,使其應(yīng)用在石灰性土壤的無(wú)機(jī)磷形態(tài)研究中受到了限制。蔣柏藩和顧益初根據(jù)我國(guó)石灰性土壤無(wú)機(jī)磷的組成特點(diǎn),提出的分級(jí)方法為1)0.25mol/LNaHCO3提取磷酸二鈣(Ca2-P),2)1mol/LNH4Ac提取磷酸八鈣(Ca8-P),3)0.5mol/LNH4F提取鋁磷酸鹽(Al-P),4)0.1mol/LNaOH-Na2CO3提取鐵磷酸鹽(Fe-P),5)0.3mol/L檸檬酸鈉—Na2S2O4—NaOH提取閉蓄態(tài)磷(O-P),6)0.5mol/LH2SO4提取磷酸十鈣(Ca10-P)。該方法有效地將石灰性土壤中的磷酸鈣區(qū)分為Ca2-P、Ca8-P和Ca10-P3種組分,并將土壤中的Fe-P、Al-P和O-P較好地分離開(kāi)來(lái)。盡管Chang和Jackson提出的無(wú)機(jī)磷分級(jí)方法得到了較為廣泛的應(yīng)用,但也有不少土壤化學(xué)家對(duì)該方法的準(zhǔn)確性提出異議。如有人認(rèn)為,中性NH4F不能很好地區(qū)分Al-P和Fe-P,在應(yīng)用NH4F提取Al-P的同時(shí),仍有部分Fe-P被溶解,故使Al-P測(cè)定值偏大和Fe-P測(cè)定值偏小;NH4F提取的磷被鐵氧化物吸附也可能影響Fe-P測(cè)定的準(zhǔn)確性。而且,NH4F不太適合于石灰性土壤,因?yàn)镹H4F會(huì)與方解石發(fā)生反應(yīng)形成CaF2;所形成的CaF2可強(qiáng)烈的吸附磷,這部分磷會(huì)使后來(lái)Ca-P和O-P的測(cè)定值偏大。另外,由于該法分級(jí)基本上是對(duì)較穩(wěn)定的無(wú)機(jī)磷形態(tài)進(jìn)行了區(qū)分,并不利于了解土壤磷素的動(dòng)態(tài)變化?；谏鲜鲈?Hedley等提出的土壤磷素分級(jí)方法在國(guó)外得到了較多的應(yīng)用,其主要特點(diǎn)是同時(shí)兼顧了無(wú)機(jī)和有機(jī)磷組分的分級(jí)提取,該法將土壤磷分為7組:1)樹(shù)脂交換態(tài)磷(Resin-P)這部分磷是與土壤溶液磷處于平衡狀態(tài)的土壤固相無(wú)機(jī)磷,可為陰離子交換樹(shù)脂代換出。在土壤溶液被移走后,它可迅速進(jìn)行補(bǔ)充,所以它是充分有效的,此部分磷構(gòu)成了土壤活性磷的大部分。2)NaHCO3提取磷這部分包括吸附在土壤表面的磷及可溶性的有機(jī)磷,所以這一部分磷也是有效的,它和通常所說(shuō)的Olsen-P有類(lèi)似之處。3)土壤微生物磷(MicrobialP)用氯仿熏蒸土壤,再用NaHCO3提取出來(lái)的微生物細(xì)胞磷;后來(lái)的研究證明,這種方法實(shí)際上不能提取全部的微生物細(xì)胞磷,它的提取率不到40%。4)NaOH溶性磷(NaOH-P)用0.1mol/LNaOH提取的磷,主要是通過(guò)化學(xué)吸附緊密結(jié)合在土壤鐵鋁化合物表面的無(wú)機(jī)和有機(jī)磷。5)土壤團(tuán)聚體內(nèi)磷(超聲波分散/NaOH-P)經(jīng)超聲波分散后再用0.1mol/LNaOH提取的磷,主要是結(jié)合在土壤團(tuán)聚體內(nèi)表面上的無(wú)機(jī)和有機(jī)磷。6)磷灰石型磷用1mol/LHCl提取,在石灰性土壤中提取的主要是磷灰石型磷,在高度風(fēng)化土壤中(如紅壤)也能提取部分閉蓄態(tài)磷。7)殘留磷(ResidualP)用上述方法所不能提取的比較穩(wěn)定態(tài)的磷,也包括有機(jī)和無(wú)機(jī)兩個(gè)部分。但是該分級(jí)方法仍有其缺點(diǎn)。有人認(rèn)為,Hedley等的分級(jí)方法不能提取固持較為緊密的磷酸鹽,盡管這部分磷是植物吸磷的來(lái)源;而Chang和Jackson的分級(jí)方法則較好地提取了這部分磷。2.2活性有機(jī)磷的提取直接測(cè)定土壤中的各種有機(jī)磷化合物十分困難。關(guān)于土壤有機(jī)磷組分的研究進(jìn)展比無(wú)機(jī)磷要慢得多,直到1978年Bowen和Cole才提出土壤有機(jī)磷的分級(jí)方法。他們將土壤有機(jī)磷分為4級(jí):活性有機(jī)磷(LabileorganicP)、中等活性有機(jī)磷(ModeratelylabileorganicP)、中穩(wěn)性有機(jī)磷(ModeratelyresistantorganicP)和穩(wěn)定性有機(jī)磷(ResistantorganicP)。用該方法測(cè)得的各有機(jī)磷組分的總和約等于Sunders-Willians干燒法測(cè)得的有機(jī)磷量。其中核糖核酸、4種核苷酸和甘油磷酸是活性有機(jī)磷組分,植酸鈣和植酸鐵是相對(duì)緩效的有機(jī)磷,其含量與中穩(wěn)性有機(jī)磷及穩(wěn)定性有機(jī)磷含量顯著相關(guān)。但國(guó)內(nèi)也有研究者認(rèn)為,該方法存在不足,主要表現(xiàn)在:1)活性有機(jī)磷中未包含土壤微生物磷;2)先酸后堿的提取程序會(huì)過(guò)高地估計(jì)中等活性有機(jī)磷的含量,并有可能使穩(wěn)定性有機(jī)磷測(cè)定值偏低。因此,他們對(duì)該方法提出了改進(jìn),即先用氯仿熏蒸法殺死土壤微生物,再用0.5mol/LNaHCO3提取活性有機(jī)磷,改用先堿后酸的程序來(lái)提取中等活性有機(jī)磷和穩(wěn)定性有機(jī)磷。Lvanoff等也認(rèn)為,活性有機(jī)磷組分應(yīng)包括微生物磷,故將中等活性有機(jī)磷的提取改為1mol/LHCl,但中等活性有機(jī)磷和穩(wěn)定性有機(jī)磷的提取順序仍為先酸后堿。土壤有機(jī)磷組分迄今仍是土壤磷素研究中較為薄弱的環(huán)節(jié),研究資料十分有限,其分級(jí)方法是否能科學(xué)客觀地反映土壤有機(jī)磷的存在狀況,尚有待進(jìn)一步研究。3不同立地條件對(duì)土壤中各形態(tài)磷的作用雖然我們不能精確測(cè)定土壤磷素的每種形態(tài)及數(shù)量,但在過(guò)去的幾十年中Chang和Jackson提出的無(wú)機(jī)磷分級(jí)方法仍得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于酸性土壤而言,Fe-P所占的比重較大,且隨風(fēng)化程度加深,Fe-P含量愈高;Al-P占無(wú)機(jī)磷的比例約為10%~20%;Ca-P所占比例很低,且隨風(fēng)化程度的加深而減少;O-P占無(wú)機(jī)磷總量的比例最高。南方酸性水稻土O-P的分布具有明顯的地帶性規(guī)律,隨風(fēng)化程度的加深而增加,從江蘇黃棕壤發(fā)育的水稻土到廣東磚紅壤性水稻土,O-P的比例從39%增加到64%。Kumar研究酸性土壤不同組分磷酸鹽對(duì)小麥的有效性順序?yàn)镃a-P>Al-P>Fe-P。很多研究結(jié)果顯示,酸性土壤有效磷與Ca-P、Al-P和Fe-P均呈顯著正相關(guān)。但對(duì)于酸性水稻土而言,卻只有Fe-P與“A”值有顯著相關(guān),說(shuō)明酸性水稻土中主要是Fe-P的多少?zèng)Q定土壤有效磷的供應(yīng)水平。石灰性土壤由于風(fēng)化程度低,土壤中含有大量鈣,當(dāng)水溶性磷酸一鈣施入土壤后,可以通過(guò)沉淀作用生成磷酸二鈣并逐步向磷酸八鈣轉(zhuǎn)化,最后轉(zhuǎn)化為磷酸十鈣。在石灰性土壤的各無(wú)機(jī)磷組分中,磷酸鈣鹽以Ca10-P為主,平均約占無(wú)機(jī)磷總量的70%;其次是Ca8-P,約占10%;Ca2-P僅占1%;Fe-P和O-P各占4%~5%;O-P約占10%。不同組分的無(wú)機(jī)磷有效性差異很大,土壤中的Ca2-P易被作物吸收,是作物的有效磷源,Ca8-P和Al-P的有效性低于Ca2-P但大于Fe-P,此3種無(wú)機(jī)磷組分可作為作物的第二有效磷源;而Ca10-P和O-P在短期內(nèi)難以為作物吸收利用,是作物的潛在性磷源。石灰性土壤中的Al-P是一種相當(dāng)有效的磷源已為許多研究者所證實(shí)。有研究證明,不同無(wú)機(jī)磷組分對(duì)作物吸磷貢獻(xiàn)的大小為:Al-P>Ca-P>Ca10-P,也有同位素示蹤試驗(yàn)結(jié)果顯示,5種無(wú)機(jī)磷組分對(duì)玉米有效性的順序?yàn)?Ca2-P>Al-P>Ca8-P>Fe-P>Ca10-P。長(zhǎng)期施用磷肥主要增加了土壤無(wú)機(jī)磷庫(kù),而無(wú)機(jī)磷的增加主要以不穩(wěn)定態(tài)-P、樹(shù)脂交換-P、NaHCO3-P和NaOH-P為主。石灰性土壤長(zhǎng)期大量施用磷肥主要增加土壤Ca2-P和Ca8-P,Fe-P和Al-P也有一定增加;其中Ca2-P和Ca8-P對(duì)黑麥草吸磷的貢獻(xiàn)大于Fe-P和Al-P。不同種植方式下土壤不同形態(tài)磷積累與消耗量不同,不同作物輪作主要影響土壤中各形態(tài)無(wú)機(jī)磷及不穩(wěn)定態(tài)有機(jī)磷的變化。目前,Hedley等提出的土壤磷素分級(jí)方法在我國(guó)還很少得到應(yīng)用。魯如坤等應(yīng)用該方法測(cè)定了我國(guó)5種主要類(lèi)型土壤磷素的組成,發(fā)現(xiàn)北方3個(gè)石灰性土壤中(潮土、黃綿土、和荒漠土),磷灰石型磷占土壤全磷的大部分(>60%),鐵鋁結(jié)合態(tài)磷(NaOH提取磷)以紅壤為最高。5種土壤的殘留磷,4種北方土壤均在10%~20%,而南方紅壤卻高達(dá)54%,這完全是由于紅壤含有高量閉蓄態(tài)磷所致。長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果也表明,磷肥施入紅壤后,約有1/3轉(zhuǎn)化為鐵鋁結(jié)合態(tài)磷,其次是微生物磷;在長(zhǎng)期施磷后,也有相當(dāng)部分(24%)轉(zhuǎn)化為立即有效的形態(tài)(樹(shù)脂交換態(tài)和NaHCO3提取磷)。紅壤性水稻土施用的磷肥約有20%轉(zhuǎn)化為鐵鋁結(jié)合態(tài)磷,約有20%轉(zhuǎn)化為殘留態(tài),其中主要是閉蓄態(tài),而石灰性潮土有50%肥料磷轉(zhuǎn)化為磷灰石磷。生物耗竭實(shí)驗(yàn)證明,連續(xù)種植5季作物后,施入紅壤的磷有79%轉(zhuǎn)化為前4種形態(tài)(樹(shù)脂交換態(tài)、NaHCO3提取態(tài)、土壤微生物磷和鐵鋁結(jié)合態(tài)),而這4種形態(tài)的磷所供應(yīng)的磷量占作物吸收磷量的92%。因此可以認(rèn)為,盡管紅壤有極大的固磷能力,但施入的大部分磷肥仍轉(zhuǎn)化為在一定期限內(nèi)可供作物吸收利用的磷。這說(shuō)明盡管紅壤中當(dāng)季作物對(duì)磷肥的利用率很低,但可以有較長(zhǎng)的后效和較高的累積利用率。關(guān)于不同有機(jī)磷組分與植物營(yíng)養(yǎng)的關(guān)系,目前的研究結(jié)果還很少。劉小虎等研究了長(zhǎng)期施肥對(duì)棕壤有機(jī)磷組分的影響。結(jié)果表明,與土壤磷素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)關(guān)系較為密切的活性有機(jī)磷和中等活性有機(jī)磷約占60%,施肥處理使土壤活性有機(jī)磷和中等活性有機(jī)磷的含量和比例均高于不施肥處理,并呈逐年上升趨勢(shì);而中等穩(wěn)定性和高穩(wěn)定性有機(jī)磷的含量和比例均低于對(duì)照,并呈逐年下降趨勢(shì)。4影響土壤理化性質(zhì)的因素影響土壤磷素轉(zhuǎn)化與有效性的因素十分復(fù)雜,可以說(shuō)凡影響土壤中磷素化學(xué)過(guò)程的各種因素都會(huì)影響土壤不同形態(tài)磷之間的轉(zhuǎn)化及其對(duì)植物的有效性,這些因素主要包括土壤理化性質(zhì),環(huán)境因子(溫度、水分)與種植方式等。4.1石灰性土壤的磷磷在土壤中的轉(zhuǎn)化速率受土壤溶液中游離鐵、活性碳酸鈣、粘粒含量、有機(jī)碳含量和pH等因素的影響。對(duì)于石灰性土壤,盡管有的認(rèn)為碳酸鈣含量在磷的固定中起重要作用;但也有一些研究者提出,在低磷濃度下,石灰性土壤中的磷首先為方解石吸附;高磷下,磷主要與鈣離子形成沉淀。還有資料認(rèn)為,石灰性土壤固磷的主要物質(zhì)是<0.01mm的物理性粘粒而不是碳酸鹽。土壤風(fēng)化程度影響各種形態(tài)磷素的有效性。如Guo等采用Hedley提出的分級(jí)方法對(duì)土壤磷素進(jìn)行分級(jí),NaOH-P和HCl-P在風(fēng)化度較差的土壤上可以認(rèn)為是緩效態(tài)磷,而在高風(fēng)化的土壤上該形態(tài)磷的有效性極差,磷肥施入風(fēng)化度差的土壤有效性明顯高于風(fēng)化度高的土壤。4.2對(duì)土壤各形態(tài)磷素的影響土壤溫度和濕度是影響土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化和有效性的重要因子。土壤水分充足,施入磷肥后以O(shè)lsen-P形態(tài)存在的比例較高,土壤磷的有效性也較高。土壤低溫主要是降低了土壤微生物的活性,從而降低磷素的有效性。早春低溫及天氣潮濕時(shí),水稻、玉米、小麥等作物通常會(huì)表現(xiàn)出缺磷癥狀,但在天氣變暖時(shí)缺磷癥狀消失。Rubaek對(duì)施肥100年的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果顯示,不同季節(jié)土壤各形態(tài)磷素含量變化較大,15個(gè)月中不同季節(jié)土壤磷素的變化情況為春天土壤的Olsen-P含量增加,夏、秋季含量降低,冬天有所回升。由于土壤的Olsen-P和離子交換樹(shù)脂態(tài)磷(Resin-P)隨季節(jié)變化較大,故這些指標(biāo)只能反映短期內(nèi)土壤有效磷的狀況;而土壤中中穩(wěn)態(tài)、穩(wěn)定態(tài)的無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷含量隨季節(jié)變化較小,能較好地反應(yīng)長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)磷肥的轉(zhuǎn)化結(jié)果。4.3水稻土中各養(yǎng)分的分布及不同形態(tài)磷素的消耗量不同的種植方式對(duì)土壤磷素的形態(tài)轉(zhuǎn)化及其有效性有著顯著影響。朱蔭湄等通過(guò)兩年的培養(yǎng)試驗(yàn)研究了紅壤性水稻土和旱地紅壤磷素轉(zhuǎn)化的差異。結(jié)果證明,在磷肥施入初期,約有35%左右轉(zhuǎn)化為Al-P,約20%轉(zhuǎn)化為Fe-P,這和旱地的情況相似;但隨著時(shí)間的推移,水稻土Al-P迅速向Fe-P轉(zhuǎn)化,到兩年末,Fe-P已達(dá)60%以上,而Al-P不足10%。水稻土施用的磷肥主要轉(zhuǎn)化為Fe-P、Al-P和O-P,Al-P隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸轉(zhuǎn)化為Fe-P,水稻吸收的磷主要來(lái)自于Al-P和Fe-P。長(zhǎng)期種植農(nóng)作物的土壤,各種形態(tài)磷素的消耗量明顯高于長(zhǎng)期草糧混播。種植山毛櫸的土壤提取的磷以無(wú)機(jī)磷為主,主要無(wú)機(jī)磷形態(tài)有離子交換樹(shù)脂態(tài)磷(Resin-P)和NaHCO3-Pi;而長(zhǎng)期種草的土壤以不穩(wěn)定態(tài)的有機(jī)磷和腐殖酸結(jié)合態(tài)的有機(jī)磷為主。由于耕作土壤中施入的化學(xué)磷肥和有機(jī)肥逐漸轉(zhuǎn)化為土壤中的穩(wěn)定態(tài)磷,不穩(wěn)定態(tài)無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷比率隨施磷量而有一定的變化,故對(duì)于長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)用穩(wěn)定態(tài)磷含量來(lái)評(píng)價(jià)土壤供磷水平似乎更為合理。5提高土壤磷素有效性的途徑5.1石灰不同用量對(duì)土壤磷素穩(wěn)定性的影響土壤的酸堿環(huán)境可影響土壤中無(wú)機(jī)磷的存在形態(tài)與生物有效性。石灰性土壤根際pH的降低,可顯著增加土壤磷素的有效性。作物栽培試驗(yàn)表明,在一定的范圍內(nèi),酸性土壤上的作物吸磷量隨石灰施用量的增加而增加。酸性土壤施用石灰對(duì)磷的吸附量增加,但其吸附強(qiáng)度和吸持度隨之降低,說(shuō)明這部分吸附態(tài)磷較易為作物吸收。酸性紅壤每公頃施用7.5t石灰能顯著提高土壤速效磷含量。5.2系統(tǒng)因素對(duì)土壤磷素的活性提高土壤氧化還原狀況通過(guò)改變土壤中與磷酸根結(jié)合陽(yáng)離子的價(jià)位及有機(jī)物料的分解過(guò)程與產(chǎn)物,來(lái)影響土壤的供磷潛力。淹水能顯著提高石灰性土壤速效磷含量,這是由于土壤Ca-P體系的活性提高所致;而土壤回旱后速效磷含量降低。魯如坤歸納酸性土壤淹水—落干引起土壤磷素轉(zhuǎn)化的作用機(jī)理為:土壤在淹水條件下,三價(jià)鐵被還原,與之相結(jié)合的磷和閉蓄態(tài)磷(O-P)被釋放;淹水還原條件下生成的弱酸(如H2S)可使土壤磷活化;淹水條件下有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)離子可代換吸附態(tài)磷;淹水后,土壤pH升高,Fe-P、Al-P溶解度增加,磷酸鐵、鋁被水解,這些作用均可改善土壤供磷能力。反之,淹水后的土壤落干,土壤的供磷能力下降。5.3va—利用VA—菌根真菌的作用提高作物吸磷率真菌能幫助植物有效地利用土壤中的難溶性磷酸鹽,有菌根真菌存在時(shí)植物吸磷明顯加快。業(yè)已證明菌根在豆科和禾谷類(lèi)作物利用低品位磷灰石方面有明顯效果,利用VA—菌根植物來(lái)提高磷素利用率是十分有效的手段。菌根真菌促進(jìn)植物吸磷的機(jī)理主要為:1)由于菌絲的延伸使植物根的吸收面積擴(kuò)大,增大了根系吸磷面積。2)真菌的分泌物,如有機(jī)酸或能水解磷酸三鈣的酶,可以增加難溶性無(wú)機(jī)磷的植物有效性;3)菌根分泌磷酸酶將土壤有機(jī)磷水解為植物有效磷,如小麥接種VA-菌根真菌40天后,菌根的酸性和堿性磷酸酶的活性增加了2倍。4)菌根植物呼吸增強(qiáng)并釋放出大量CO2,使土壤pH降低,從而影響植物的吸磷量。5.4有機(jī)物中磷的降解施用有機(jī)物料可減少土壤對(duì)磷的固定,活化土壤中難溶態(tài)磷。大量試驗(yàn)表明,有機(jī)物料不但能通過(guò)自身有機(jī)磷礦化改善土壤磷素營(yíng)養(yǎng),并能通過(guò)降低土壤對(duì)磷的吸附、增加磷的解吸等途徑提高磷素利用率;而且還能通過(guò)還原、酸溶、絡(luò)和溶解作用以及促進(jìn)解磷微生物增殖等過(guò)程活化土壤中難溶態(tài)磷為可溶性磷,綠肥、作物殘?bào)w、農(nóng)家肥等有機(jī)物料都有類(lèi)似作用。盡管有研究表明,土壤腐殖質(zhì)對(duì)磷酸根離子有強(qiáng)烈吸持作用,施用有機(jī)物料如稻草提高了土壤磷的吸收系數(shù),施用有機(jī)肥可明顯增強(qiáng)土壤對(duì)磷的吸持容量,但有機(jī)物料(有機(jī)肥)的施入在總體上有利于改善土壤供磷能力。目前,認(rèn)為有機(jī)物料提高土壤磷素有效性的機(jī)理主要有以下幾種:1)增施有機(jī)物料可提高土壤有機(jī)磷量,通過(guò)礦化作用可釋放出無(wú)機(jī)磷;2)土壤中添加各種有機(jī)質(zhì)可以提供大量陰離子,這些陰離子一方面與鐵、鋁、鈣等基質(zhì)形成穩(wěn)定的螯合體,從而釋放其中的磷;另一方面,這些陰離子參與競(jìng)爭(zhēng)土壤固相的專(zhuān)性吸附位點(diǎn),從而抑制對(duì)水溶態(tài)磷的吸附固定,提高磷肥有效性。3)有機(jī)物分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸