土壤磷素知多少

磷元素在植物营养中扮演相当重要的角色,它与植物能量生化反应有关,许多的酵素代谢中需依赖磷酸作用,加上磷元素是生物遗传物质——核酸的组成,对细胞分裂及分生组织的发育有非常重要的关系,是植物生长及生殖不可缺少的大量元素之一。我们农业活动施用磷肥始于20世纪50年代,然而目前有些土壤较为缺磷,有些土壤却常存有多量磷元素,这都不利于植物的生长。了解土壤中磷的行为特征,对于合理施肥,提高磷素利用率具有重要作用。

植物缺磷症状

中国土壤磷素含量概况

磷元素在植物干组织中的含量仅为0.2%-1.1%,但因磷在地壳中含量低(平均约为0.28%),且在土壤中的含量变异大(一般在0.04%-0.25%),致使我国许多地区土壤磷素供应不足。我国耕地土壤全磷含量为200-1100mg/kg,然而当评价磷素含量高低时,有效磷更为贴切。根据20世纪80年代全国第二次土壤普查的数据,我国耕地磷素含量较低,有效磷含量5-10mg/kg,其中含量小于5mg/kg的缺磷及极缺磷面积占50.59%。

中国土壤有效磷含量分布图

中国土壤有效磷含量分布图

土壤磷素的存在状态

土壤磷根据形态可以分为无机态磷和有机态磷,二者所占的比例分别为50-90%和10-50%,其中无机磷又包括水溶性磷、铁铝结合态磷、闭蓄态磷、钙的磷酸盐以及含磷矿物。土壤磷根据可溶性又可分为难溶性磷和易溶性磷两大类,其中,难溶性磷占土壤总磷量的95-99%左右,这部分磷是植物不能直接利用的。

磷的分布

土壤磷素的转化过程

土壤磷的转化主要包括四个过程:无机磷酸盐的溶解作用、有机磷酸盐的矿化作用、固定作用以及无机磷酸盐的氧化-还原作用。通常,土壤磷的价态较为固定,氧化-还原作用并不十分重要。

无机磷酸盐的溶解作用:无机磷酸盐的溶解作用主要贡献者是微生物。许多常见的微生物能溶解土壤中的难溶性无机磷,微生物的溶磷作用是通过酸化其生长环境,产生螯合或交换过程来实现的。在某些土壤中,溶磷微生物占整个微生物群的比例高达85%,其中以细菌所占比例最大。另外,根系分泌物对于无机磷的溶解也有重要作用。根系所分泌的低分子有机酸、氢离子可以酸化根际土壤,从而溶解部分难溶性无机磷。

有机磷酸盐的矿化作用:有机磷经矿化后转化为作物可利用的磷。有机磷酸盐的矿化同样依赖于微生物,能够矿化有机磷酸盐的微生物所占的比例也较高,极端情况下可高达70-80%,一般低于50%。这些微生物产生各种酸,能降解相应的有机磷。另外,根系所分泌的磷酸酶,也可以矿化根际有机磷。

磷的固定作用:磷的固定作用一是指土壤中水溶性磷与钙、铁、铝、锰等离子反应,生成难溶性磷酸盐,其反应机理分为吸附作用、同晶置换作用和化学沉淀作用三类;二是土壤微生物、动物、以及植物固持土壤有机磷为自身组成的有机态磷的过程。

磷肥施用

施用磷肥是补充土壤有效磷的重要手段。磷肥施入土壤后,分成两部分,其中大部分因土壤的固定作用而积累起来,另一小部分存在于土壤溶液中。当可溶性磷因作物的吸收或水分淋溶而损失后,可由土壤中的化学平衡以及土壤生物的溶解和矿化作用而迅速得到补充。目前,我国农业生产中,磷肥当季利用率仅有5%-20%,这导致施入土壤中磷素在土壤中大量蓄积,并通过地表径流及灌溉流失,造成面源污染的风险。在很多土地施磷量较高,磷素利用率低的同时,有些土壤却表现为缺磷,限制了植物的生长,因此合理施磷尤为重要。所谓合理施肥主要是指1)根据土壤条件合理分配和施用磷肥,磷肥优先施在低磷、有机质含量低的土壤上;2)根据作物的需磷特性和轮作制度合理施磷,需磷量大的作物多施磷,例如豆科作物、糖用作物,需用磷量大的生育期多施磷,例如苗期;3)氮、磷、钾配合施用,同时在缺乏微量元素的土壤上,还须增施微量元素肥料。各元素的协调供应才能最有效地发挥肥力作用。

有效磷含量

未来磷肥研究应该立足于减少磷素施用中的无效化,充分提高磷素在土壤中的有效性,增加磷素在生物小循环中的运转效率,这才是缓解磷素资源缺乏以及减轻施用磷肥造成环境污染的最终解决之道。

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