土壤磷有机

土壤-植物系统中磷元素的转化

1土壤-植物系统中中磷素的存在形态1.1土壤中磷的形态土壤磷分为有机磷和无机磷两种形态，在大多数土壤中，磷...

1 土壤-植物系统中中磷素的存在形态

1.1土壤中磷的形态

土壤磷分为有机磷和无机磷两种形态，在大多数土壤中，磷以无机形态为主，主要以正磷酸盐的形式存，焦磷酸盐的数量很少；有机形态的磷含量较低, 而且变幅比较大。

1.1.1无机磷的形态

土壤无机磷约占全磷的60%～80%, 主要包括土壤中残存的原生磷矿物(磷灰石)和次生的各种无机磷。土壤中无机磷成分复杂, 大致可以分为三种形态: 水溶态、吸附态和矿物态,以矿物态为主。

矿物态磷包括含磷的原生矿物、次生矿物及其他含磷化合物。这些含磷化合物是指肥料磷与土壤反应产生的、溶解度较小的中间产物, 它们在土壤中不稳定, 很快会转化为其它含磷化合物。磷灰石是土壤中常见的主要含磷原生矿物，一般存在于土壤沙粒部分。

吸附态磷土壤中吸附态磷包括以配位吸附( 又称专性吸附) 和阴离子交换吸附等形式保存在土壤固相表面的磷.土壤中吸附态磷的含量一般很低, 通常以H2PO4- 和HPO42-为主, PO43-很少。吸附态磷一般随pH 下降而升高, 且能通过pH 调节而释放。

土壤水溶态磷是可供植物直接吸收利用的磷,其含量极低, 一般只有0.1-1mg/ kg, 最低甚至只有0.1μg/ kg。

1.1.2有机磷的形态

土壤有机磷占全磷的比例一般在30% - 50%之间,高的可以达95%,低的只有5%.我国农业土壤中有机磷变幅在0.005%-0.024% 之间, 平均在0.010%~ 0.19%.

土壤有机磷的多少取决于土壤中有机质数量以及有机质分解速率,且受土壤母质、风化程度、土地利用方式和耕作制度的影响较大。

绝大多数土壤有机磷以单脂键或双脂键与土壤腐殖质结合. 由于与磷结合的有机分子多样性, 有机磷的化合物也有许多种，主要包括植酸、核酸、磷脂、磷蛋白、糖脂和磷酸盐等。

1.2植物中磷的存在形态

植物体中磷分布一般的规律是：油料作物含磷量>豆科作物>谷类作物；生育前期的幼苗含磷量>后期老熟的秸秆；对于不同时期的器官分布：幼嫩器官>衰老器官、繁殖器官>营养器官种子>叶片>根系>茎秆。

一般来讲，无机磷的大部分是在液泡中，只有一小部分存在于细胞质中。以有机态磷的形式存在于多种化合物中：核酸和核蛋白、磷脂、腺苷三磷酸(ATP)、植素、糖脂。

2 植物-土壤系统中磷的转化

2.1 土壤中磷的转化

2.1.1 有机态磷的矿化和固持

分解利用有机物质的过程中, 土壤生物将它们所需要的磷同化, 将多余的磷释放出来, 这个过程就是有机磷的矿化. 如果有机质提供的磷不能满足这些生物的需要, 它们就会从土壤中吸收磷, 这就构成了磷的生物固持作用。

磷的矿化与生物固持是同时进行、方向相反的两个过程, 因此, 常常用净矿化或者净固持量来描述土壤有机磷转化的净效应及有机磷的植物有效性。

2.1.2 无机磷的化学固定

无机磷的化学固定就是磷的固定，易溶性或速效态磷酸盐转化为难溶性迟效态和缓效态的过程，通常称之为磷的固定。方式主要包括吸附固定和化学沉淀，其中吸附固定包括专性吸附和非专性吸附。专性吸附就是阴离子的配位吸附，是指磷酸根粒子作为配位体与土壤胶体表面的- OH 基或- H2O 基发生的配位体交换, 保持在胶体表面的过程, 具有某种程度的专一性。吸附磷素的程度受多方面因素的影响. 其中矿物的种类、结晶程度和含量与吸附程度有很大关系, 铁、铝的氧化物和水化氧化物吸附能力最强。

磷的化学沉淀就是磷和质子以扩散方式进入周围土壤溶液里和土壤中的金属离子发生化学反应产生难溶沉淀物. 影响难溶性含磷化合物的土壤因素很多土壤水分含量、水溶态离子和活度、土壤pH、土壤阳离子交换含量、土壤温度、土壤无机磷形态和土壤有机质及土壤根系和土壤生物活性等都是影响因子, 特别是pH 值影响显著。

2.1.3 难溶性磷的释放

微生物对难溶态磷酸盐的溶解作用,主要包括细菌的解磷作用和真菌的解磷作用，解磷真菌在数量上远不如解磷细菌多,例如,在草地上土壤中解磷细菌占微生物数量的0.5 % ,而解磷真菌只占0.1 % ,解磷细菌比真菌多2～150 倍。它们都可以产生有机酸并影响土壤环境。有机酸可以促进土壤中难溶性磷酸盐的溶解, 使之向有效性高的无机磷形态转化, 这对改善石灰性土壤缺磷状况具有积极作用。Baca 等用甜菜残渣作培养基来研究黑曲霉对矿物磷酸盐的溶解,发现在试验的前期不溶性矿物的溶解呈增长趋势。黑曲霉能产生大量的有机酸,如柠檬酸、草酸、葡萄糖酸等,一方面降低溶液的pH ,同时还对离子(Ca2 + ) 具有螯合作用。

植物在生长发育的同时，根也向土壤中分泌一部分分泌物。这些分泌物中包括有机酸质子、有机酸和酸性磷酸酶等对土壤难溶磷有溶解释放作用的物质，在这些物质的酸化螯合作用下难溶磷逐步转化为可溶性磷被植物吸收。庞荣丽, 等经过试验得到：施入有机酸的处理中Ca2-P、Ca8- P、O- P 含量相对增加, 而Fe- P、Al- P、Ca10- P含量却相对下降。这种促进能力因有机酸种类和性质的不同而不同, 其中草酸> 柠檬酸> 酒石酸。

除了以上所描述的磷的转化因素外，一些研究表明长期施用化肥对土壤中磷的转化也有影响。

杜振宇等指出施用氮钾肥对土壤中磷的转化存在影响，包括对土壤pH和微域水溶性磷的的影响。施入土壤的磷钾肥产生的NH+4 或K+ 对土壤固相表面H+ 的交换作用, 使得被土壤胶体吸附的H+释放出来。一般认为会将土壤胶体表面吸附的Ca2+ 、Mg2+ 或Al3+ 、Fe3+ 等交换下来同磷酸离子生成沉淀而降低水溶性磷的含量。磷可与铵钾在土壤中分别生成磷钾铝石和磷铵铝石以及其他多种不溶性铵钾和磷的化合物。

2.2 植物中磷的转化

2.2.1植物对磷的吸收

植物对磷的吸收包括主动吸收、被动吸收和胞饮作用。土壤中无机磷通过扩散作用到达植物根部。磷主要以H2PO-4和HPO42-的形式被植物吸收，两种形式吸收的比例主要取决于土壤的pH值。磷素吸收的土壤因素有: pH 值、通气状况、温度、质地及土壤离子种类等。

2.2.2植物中磷营养功能及的转化

植物吸收磷经木质部运输到达植物组织或器官后，大部分用于合成有机物质如磷脂、核苷酸、腺苷三磷酸(ATP)、植素、糖脂等，有一部分以无机磷的形式存在，与ATP和ADP间的转换平衡关系。参与植物的新陈代谢，细胞分裂、能量代谢、物质运输、有机合成分解、细胞信号转导、基因表达等

液泡是细胞中磷的贮存库,多为无机磷。细胞质是磷液的代谢库。无机态磷含量不稳定，容易受到外部条件的影响。当土壤供磷不足时，液泡中的磷含量就会减少。相比较，有机态磷较为稳定参与植物的新陈代谢。在缺磷逆境下, 植物可通过提高体内磷素的再循环利用来适应环境的磷胁迫, 即把衰老组织中的磷素向生长组织转移, 进行体内磷素的再分配。

植物死亡后，植物残体进入土壤。在土壤中,可通过矿化过程转化成有机磷, 继而被植物吸收或被固体吸附, 并通过一系列的过程,转化成植物难以利用的磷，或经过土壤中微生物和植物根分泌物的作用转化成为可溶性磷被植物再次吸收利用。

3 总结

磷素在土壤-植物生态系统中的循环是指磷在植物、微生物和土壤固相之间的转化, 主要包括以下过程: 植物对磷的吸收、通过矿化和固定过程发生的磷的生物转化、在土壤液相和固相之间发生的化学固定和溶解反应等. 土壤中的原生和次生磷酸盐也可通过各种风化过程转变为有效磷, 供植物吸收利用.影响整个系统磷转化的因素有：微生物的种类和数量、pH、温度、水分、土壤阳离子交换量等，其中微生物在磷的循环中起着十分重要的作用：通过生物固定作用, 固定一部分有效磷, 而这部分被固定的磷随着微生物的死亡可重新释放出来, 转变为植物可利用的磷。由于微生物的活动土壤有机质或动植物残体中的磷转化成有效磷, 供植物吸收利用。

对于土壤-植物系统中磷的转化问题现在的大多研究还存在相对简单的阶段，需要进一步的深入的研究如：一些解磷菌的生理机制，如何运用简单有效地方法通过改变土壤中磷的形态提高植物对磷的利用等，相信随着研究的进一步深入，各种问题将逐步得到解决。