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土壤养分——磷

        土壤中磷含量的衡量指标包括全磷含量和有效磷含量,全磷含量通常以磷酐(P2O5)为标准,有效磷含量则以元素磷(P)为标准。

两者的换算方式为:P×2.29=P2O5或P2O5×0.44=P。

        按照目前学界研究的统一标准本文除特殊标注外所表述的磷含量为元素磷的含量。

1.土壤磷的形态

        自然土壤中的磷主要包括有机态和无机态两类,耕作土壤中由于人为活动干预,其所含磷的化合物种类较自然土壤更为丰富。

1.1有机态磷

        土壤中有机态磷主要包括核酸类、植素类及磷酯类三种。其含量由于土壤结构不同变化幅度也很大,据报道有机质含量为2-3%的耕作土壤中有机磷的比重可达到全磷含量的25%-50%;东北地区的黑土中有机磷的比重高达全磷含量的75%以上;但被侵蚀的有机质含量很低的红壤中有机磷的比重不足全磷含量的10%。

1.1.1核酸类有机态磷

        土壤中的核酸是一类含磷和氮的复杂有机化合物,在化学组成和性质上与动植物基本相同,因此部分研究认为其是由生物残体中的核蛋白质分解而来的。其在土壤中的比重综合来看一般认为在5%-10%左右。土壤中除核酸外还具有少量核蛋白质,均由微生物酶系作用分解为磷酸盐后被植物吸收利用。

1.1.2植素类有机态磷

        植素是存在于植物体内的含磷有机化合物,植物种子中尤其丰富。而土壤中的植素类化合物有别于植物体内的,其大部分需要通过微生物作用形成。通常土壤中的植素类有机态磷占总磷含量的20%-35%,部分土壤中可达到50%以上。研究发现此类有机态磷的溶解度随着pH的升高而增大,其在微生物酶的水解下形成H3PO4,进而被植物吸收利用。需要注意的是土壤中的部分植素以铁盐形态存在,其较钙镁盐更不易分解。

1.1.3磷酯类有机态磷

        该类有机态磷包括醇溶性和醚溶性含磷有机化合物,部分种类内还含有氮元素。该类有机态磷多存在于动植物体内,土壤中所含数量不多,一般不会超过有机磷总量的1%。磷酯类有机态磷除在微生物转化后可被植物吸收利用外,在一定的酸性条件下,可依靠自然环境下的化学反应进行分解,进而被植物吸收利用。正是由于其易分解的特性,因此自然条件下的含量较少,简单的磷酯类经水解后可产生甘油、脂肪酸和磷酸;复杂的磷酯类在微生物的酶解下还可产生含氮的胆碱或胆胺。

        以上三种有机态磷为土壤有机磷的主要组成成分,且以植素类和核酸类为主,约占有机磷的70%左右。土壤中剩余30%左右有机磷的种类形态尚待进一步的研究分析。

1.2无机态磷

        土壤中的无机态磷主要为正磷酸盐,依据其与土壤中金属阳离子的不同结合,主要划分为四个类别。

1.2.1磷酸钙(镁)类化合物

        磷酸根与土壤中的钙镁离子以不同的比例结合,形成不同浓度的磷酸钙(镁)盐。由于土壤中钙离子远远多于镁离子,且溶解度低于磷酸镁盐,因此土壤中磷酸钙盐的数量远大于磷酸镁盐,从而成为石灰性或钙质土壤中磷酸盐的主要形态。

12.2磷酸铁和磷酸铝类化合物

        酸性土壤中磷酸铁和磷酸铝类化合物占比很大,多以凝胶态或结晶态形式存在,通常凝胶态物质不稳定,在老化过程中会想溶解度更小的结晶态转化。自然土壤中常见的该类化合物主要有粉红磷铁矿和磷铝石,水稻土中还会有蓝铁矿存在,其可作为土壤排水不良缺氧的标志。在我国南方的酸性土壤中磷酸铁化合物要多于磷酸铝化合物,北方的石灰性土壤中磷酸铝化合物则高于磷酸铁化合物,但均远低于磷酸钙盐。磷酸铁类在旱地耕作过程中对作物的有效率很低,但在水田中却可提高有效率。

1.2.3闭蓄态磷

        该类是由氧化铁胶膜包被着的磷酸盐,由于氧化铁的溶解度很低,因此该类磷盐很难发挥效用。但土壤中的闭蓄态磷在无机态磷中所占比例很大,尤其在强酸性土壤中可高达50%。在石灰性土壤中以钙质包被的闭蓄态磷一般可达到15%-30%。

1.2.4磷酸铁铝和碱金属、碱土金属复合而成的磷酸盐类

        该类磷酸盐的种类及成分十分复杂,通常是由于人为施肥而转化来的,因此在自然土壤中并不多见。在耕作土壤中其数量也不多且溶解度很小,因此该类磷盐对作物的营养效用很小。

        现有研究发现无机态磷的含量与土壤风化程度有很大的相关性,并且大体规律趋于一致。风化程度高的土壤中闭蓄态磷所占比例最高,磷酸铁盐次之,磷酸钙盐和磷酸铝盐一般都较少;风化程度低的土壤中磷酸钙盐比例最大,闭蓄态磷次之,磷酸铝盐和磷酸铁盐较少。

2.我国土壤含磷现状

        通常情况下自然土壤中磷的含量约在0.01%-0.12%之间,但变化幅度非常大。我国不同土壤类型含磷量略有不同,岭南以南的砖红壤磷含量最低,华中地区的红壤较之稍高,东北地区和由黄土性沉积物形成的土壤含磷量相对较高,但可超过0.12%的仍为少数。相较于自然土壤,用于耕作的土壤由于其受到更多的人为干预,如耕作模式及肥料使用情况等,其磷含量变化幅度更大。

3.土壤磷含量的影响因素

3.1母质中矿物成分的影响

        植物生长所需的各种营养元素中磷元素在风化壳中的迁移率最小,因此,其在土壤中的含量直接受到母岩中矿物成分的影响。同一气候、同一植被带的情况下,原生岩风化而成的土壤中来自碱性母岩的磷含量大于来自酸性母岩的磷含量;沉积岩风化而成的土壤中来自石灰岩或石灰性沉积体的磷含量也大于来自酸性沉积体的磷含量。

3.2土壤质地的影响

        由于土壤中磷的次生固定作用,土壤中的细粒部分含磷量通常高于粗粒部分。但土壤中细粒及粘粒部分所含的晶体磷并不多,主要为次生的磷化合物,以胶膜或吸附形态被固定于土壤细粒的表面,亦或是以结晶形态混合于粘粒中。

3.3剖面层次的影响

        通常土壤表层的磷含量高于土壤下层,究其原因发现由于磷的迁移率很低,因此不易淋溶至土壤下层,从而使得土壤上层磷含量相对增加;植物根系对土壤下层的磷进行吸收,使得土壤上层磷含量相对增加;土壤表层有丰富的有机胶体及风化复合体,其对磷酸离子进行吸收、吸附,从而使土壤中的磷被固定在土壤表层。

3.4人为活动的影响

         用于耕作的土壤,人为施入矿质磷肥或化学磷肥后,由于植物对其吸收利用率并不高,可溶性磷化合物在进入土壤后大部分被转化为不溶性磷,其不易被植物吸收利用,更不易被雨水淋洗损失,因此被大量沉积在耕作土壤中。通过轮作或生物绿肥的使用可有效改善,提高土壤磷含量的同时,促进有机磷的利用率。