不同形態(tài)土壤無(wú)機(jī)磷的生物有效性的研究 - 揚(yáng)州大學(xué)

1、有機(jī)酸對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷生物有效性影響研究揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院 陸海明一 選題背景磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一，它既是植物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的組分，同時(shí)又以多種方式參與植物體內(nèi)各種代謝過(guò)程。植物獲取的磷主要從土壤和施肥中獲得，磷肥施入土壤后，當(dāng)季利用率較低，一般在20%-25%，其余的部分被土壤所固定，因此研究磷在土壤中的固定、活化釋放機(jī)理在磷素營(yíng)養(yǎng)中顯得尤為重要。有關(guān)土壤磷素的研究主要集中在提高土壤磷的生物有效性方面。為了提高有限土地資源的利用率，許多地區(qū)實(shí)行多熟制，對(duì)養(yǎng)分的需求較高，因此磷肥投入量也較高，相應(yīng)地其流失量也較高。如能通過(guò)不同作物的配合種植提高其利用率，就可以減少磷肥的投

2、入量，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，降低過(guò)多的磷肥投入對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 二 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展一、 土壤磷素的形態(tài)（一）土壤溶液中的磷 作物在土壤中最直接的磷源是從土壤溶液中吸收。其它形態(tài)的磷都需先進(jìn)入土壤溶液后才易被作物吸收。所以土壤溶液中磷的濃度是表征土壤供磷能力的主要因素之一。土壤溶液中的磷主要以HPO42-和H2PO4-兩種離子態(tài)存在。（二）有機(jī)態(tài)的磷我國(guó)土壤大部分土壤有機(jī)態(tài)磷在全磷中的比重約為20-50%，其含量和土壤有機(jī)質(zhì)含量有良好的直線相關(guān)關(guān)系。土壤中有機(jī)磷化合物一般可區(qū)分為三類，即肌醇磷酸鹽，核酸和磷脂。采用不同的浸提劑把土壤分為有機(jī)磷分為“活性有機(jī)磷”、“中度活性有機(jī)磷

3、”、“中穩(wěn)性有機(jī)磷”和“高穩(wěn)性有機(jī)磷”。（三）無(wú)機(jī)態(tài)的磷土壤中無(wú)機(jī)磷是土壤磷的主體，一般情況下，占旱地土壤全磷70%以上，水稻土中占55%-70%，它的形態(tài)歷來(lái)受到人們注意。因?yàn)槿绻_切知道土壤中磷的化學(xué)形態(tài)，就可以根據(jù)磷化合物的化學(xué)性質(zhì)推斷其固液之間的準(zhǔn)確分布，并由此知道土壤對(duì)植物的供磷規(guī)律。通常認(rèn)為，風(fēng)化程度愈淺的自然土壤Ca-P含量愈高，風(fēng)化程度愈強(qiáng)，閉蓄態(tài)磷（O-P）含量愈高。二、 無(wú)機(jī)磷的分級(jí)（一）修改后的張守敬-Jackson 測(cè)定土壤無(wú)機(jī)磷方法由于土壤中含磷化合物極其復(fù)雜，直接鑒定又存在不少困難，所以不少學(xué)者提出粗略已區(qū)分土壤中無(wú)機(jī)磷形態(tài)的分級(jí)方法，其中最著名的又被廣泛采用的方法

4、是張守敬等提出的方法，此方法后來(lái)經(jīng)過(guò)Petersen 和Corey修改。據(jù)此土壤無(wú)機(jī)磷可分為：1、0.1mol/LNH4Cl溶解磷，主要包括水溶性磷和松結(jié)合態(tài)磷。2、0.5mol/LNH4F提出的磷，主要包括與鋁結(jié)合的磷（Al-P）3、用0.1mol/LNaOH提出的磷，主要包括與鐵結(jié)合的磷（Fe-P）4、用0.3mol/L檸檬酸鈉和連二亞硫酸鈉溶液浸提，應(yīng)用連二亞硫酸鈉將包被在磷外的氧化鐵膠膜還原為亞鐵，并用檸檬酸鈉絡(luò)合而使包膜破壞，然后提取被包蔽的磷，這部分磷稱為閉蓄態(tài)磷（O-P）5、用0.25mol/LH2SO4浸提磷酸鈣鹽（Ca-P）。這一分級(jí)體系對(duì)酸性土壤可以說(shuō)明問(wèn)題，但對(duì)于石灰性土

5、壤來(lái)說(shuō)，絕大部分磷是以鈣的結(jié)合形式存在，而在磷酸鈣鹽中的各個(gè)組分的有效性差異很大，按這一分級(jí)體系中將磷酸鈣鹽分為一級(jí)，則對(duì)石灰性土壤成土過(guò)程中鈣-磷轉(zhuǎn)化關(guān)系，可溶性磷肥施入土壤以后磷素有效性的變化都無(wú)從深入研究。在二十世紀(jì)八十年代我國(guó)學(xué)者蔣柏藩、顧益初提出了石灰性土壤無(wú)機(jī)磷分級(jí)體系。（二）石灰性土壤無(wú)機(jī)磷分級(jí)體系根據(jù)鈣磷組成，把磷酸鈣鹽按有效性不同劃分為Ca2-P（磷酸二鈣型）、Ca8-P（磷酸八鈣型）、Ca10-P（磷灰石型），同時(shí)對(duì)Fe-P鹽的浸提劑作了改進(jìn)，排除了提取過(guò)程中的次生反應(yīng)。在本研究中對(duì)于紅壤、黃棕壤和水稻土無(wú)機(jī)磷的分級(jí)采用修改后的張守敬-Jackson 測(cè)定土壤無(wú)機(jī)磷方法；對(duì)

6、鹽土采用石灰性土壤無(wú)機(jī)磷分級(jí)體系。三、 相關(guān)研究進(jìn)展關(guān)于不同土壤上無(wú)機(jī)磷的生物有效性前人已有一些研究，現(xiàn)將他們的研究結(jié)果總結(jié)如下：（一）酸性旱地土壤我國(guó)南方大面積的酸性土壤，主要是紅壤和磚紅壤，它是缺磷面積最大的地區(qū)之一，在紅壤和磚紅壤旱地（耕地）土壤中，磷的形態(tài)分布有如下次序： O-P >Fe-P>Al-P>Ca-P, 雖然Al-P在數(shù)量上低于Fe-P，Al-P在酸性土壤旱地中對(duì)作物磷的供應(yīng)和對(duì)土壤有效磷水平的貢獻(xiàn)都是最大的。Ca-P也有重要作用，它們是作物磷素供應(yīng)的主要來(lái)源。（二）水稻土我國(guó)水稻土的一個(gè)重要形態(tài)特征是：無(wú)機(jī)磷中，閉蓄態(tài)磷占有重要的地位，而在非閉蓄態(tài)磷中，F(xiàn)

7、e-P占有重要地位。Fe-P在水稻的磷素營(yíng)養(yǎng)上起重要作用，是水稻主要磷素供給源。（三）石灰性土壤對(duì)于石灰性旱地潮土，非晶質(zhì)Fe-P鹽的有效性與Al-P鹽的有效性基本相當(dāng)；不同形態(tài)無(wú)機(jī)磷酸鹽有效性的順序?yàn)镕e-PAl-P> Ca2-P> Ca8-P；對(duì)植物的磷營(yíng)養(yǎng)的貢獻(xiàn)大小順序?yàn)锳l-P> Ca8-P> Ca2-P。Ca2-P 鹽的有效性雖高于Ca8-P鹽，但由于其含量少，對(duì)植物磷營(yíng)養(yǎng)的總的貢獻(xiàn)率卻低于Ca8-P鹽。石灰性土壤的有效磷水平主要與Ca2-P 、Ca8-P、Al-P有顯著相關(guān)，而和Ca10-P、O-P相關(guān)性不顯著。Fe-P雖未達(dá)顯著，但相關(guān)系數(shù)較Ca10-P、

8、O-P高。四、有機(jī)酸對(duì)土壤磷有效性的影響在影響磷的有效性因素中研究的最多的是有機(jī)酸。在缺磷脅迫下，磷高效植物可通過(guò)增加有機(jī)酸的分泌，促進(jìn)植物對(duì)難溶性磷的活化與吸收。不同植物在缺磷時(shí)分泌不同種類的有機(jī)酸。如生長(zhǎng)在石灰性土壤上的白羽扇豆，缺磷脅迫條件下形成特殊的排根，并于排根處分泌大量的檸檬酸，其釋放量可達(dá)總干物質(zhì)重的15%-23%，檸檬酸活化的磷足以滿足白羽扇豆自身生長(zhǎng)對(duì)磷的需要。苜蓿在缺磷脅迫條件下根系分泌的有機(jī)酸有檸檬酸、蘋果酸和丁二酸，其中檸檬酸的分泌量是正常供磷時(shí)的2倍，油菜是利用難溶性磷能力比較強(qiáng)的作物，在缺磷條件下其根分泌物中含大量的蘋果酸和檸檬酸。生長(zhǎng)于我國(guó)南方酸性土壤上的綠色植物

9、肥田蘿卜，在缺磷條件下，酒石酸的分泌量比不缺磷條件下增加近10倍，酒石酸是根系分泌的主要有機(jī)酸。籽粒莧分泌的有機(jī)酸中95%是草酸。在本試驗(yàn)中采用的是白羽扇豆、黑麥草和蕎麥。白羽扇豆在缺磷時(shí)主要分泌檸檬酸，黑麥草為禾本科單子葉植物主要分泌麥根酸類物質(zhì)，蕎麥主要分泌草酸。主要研究這三種有機(jī)酸影響植物吸收利用磷的情況。五、有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題盡管目前對(duì)植物缺磷時(shí)分泌有機(jī)酸的研究較多，但大多是集中在有機(jī)酸的生理分泌機(jī)制，有機(jī)酸的活化機(jī)理等方面。對(duì)植物分泌的有機(jī)酸活化是那何種形態(tài)的磷，它們各占多大的比例，對(duì)植物的有效性如何以及栽種能分泌不同有機(jī)酸的植物對(duì)后續(xù)植物吸收利用不同形態(tài)的磷的影響，研究相對(duì)較少。

10、三 研究?jī)?nèi)容一、 主要研究?jī)?nèi)容1、 在同一土壤上栽種能分泌不同有機(jī)酸的植物，不同形態(tài)的無(wú)機(jī)磷對(duì)植物磷營(yíng)養(yǎng)的貢獻(xiàn)2、 在同一土壤上栽種不同植物所分泌的有機(jī)酸，對(duì)后續(xù)植物利用不同形態(tài)無(wú)機(jī)磷的影響3、 在不同土壤上栽種同一植物，不同形態(tài)的無(wú)機(jī)磷對(duì)植物磷營(yíng)養(yǎng)的貢獻(xiàn)4、 在不同土壤上栽種同一植物所分泌的有機(jī)酸，對(duì)后續(xù)植物利用不同形態(tài)無(wú)機(jī)磷的影響5、 不同植物在不同土壤上吸收利用不同形態(tài)的磷隨時(shí)間變化趨勢(shì)二、 擬解決的問(wèn)題比較植物分泌不同種類的有機(jī)酸對(duì)植物吸收不同形態(tài)無(wú)機(jī)磷的利用情況及其對(duì)后續(xù)植物吸收利用無(wú)機(jī)磷的影響，從而確定植物分泌的不同種類有機(jī)酸活化無(wú)機(jī)磷的能力。三、 研究方案（一） 試驗(yàn)因素一、 不

11、同土壤：紅壤、黃棕壤、鹽土和水稻土二、 不同植物：白羽扇豆、黑麥草、蕎麥；大麥（二） 試驗(yàn)方案本試驗(yàn)采用盆缽試驗(yàn)，每盆裝土約為2.5Kg，分別密集種植三種植物,置于光照培養(yǎng)室內(nèi)。在生長(zhǎng)過(guò)程中不施磷肥，補(bǔ)充其它營(yíng)養(yǎng)元素。整個(gè)試驗(yàn)分為兩個(gè)階段：第一階段，在四種土壤上分別種植白羽扇豆、黑麥草和蕎麥，另設(shè)一個(gè)對(duì)照。共16個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)4個(gè)重復(fù)。共計(jì)64個(gè)盆缽。在三種植物生長(zhǎng)過(guò)程中，對(duì)白羽扇豆和黑麥草可以多次收割，在每次收割時(shí)取土樣，收集植株樣品，分析每次所取土樣中各種形態(tài)的無(wú)機(jī)磷含量和植株的含磷量。第二階段，在收割完所種的白羽扇豆、黑麥草和蕎麥后，在原來(lái)的土壤上繼續(xù)種植大麥，分期采集土壤樣品，收集

12、植株樣品。分析土壤樣品中的各種形態(tài)的無(wú)機(jī)磷含量，測(cè)定植株樣品中的磷含量。（三） 研究進(jìn)程安排2001.9-2002.2 完成試驗(yàn)的設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備工作。2002.3-2002.12 采集并分析樣品，完成試驗(yàn)的主體部分。2003.1-2003.5 完成數(shù)據(jù)處理，結(jié)果分析和論文寫作。四、 預(yù)期目標(biāo)闡明在不同種類的有機(jī)酸活化條件下，不同土壤中無(wú)機(jī)形態(tài)磷對(duì)植物磷素的貢獻(xiàn)情況，以及在這些植物被收獲后，前茬植物分泌的有機(jī)酸對(duì)后續(xù)植物吸收利用磷的影響；植物吸收利用土壤磷素的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)1、 G. W. Petersen And R. B. Corey. A Modified Chang and Proc

13、edure for Routine Fractionation of Inorganic Soil Phosphates. 1966, Soil Sci. Soc. Amer. Proc., Vol.30 2、 蔣柏藩,顧益初.石灰性土壤無(wú)機(jī)磷分級(jí)體系的研究.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué).1989,22(3):485623、 顧益初,蔣柏藩.石灰性土壤磷分級(jí)的測(cè)定方法.土壤.1990,(2):10111034、 郭智芬,涂書新,李曉華,潘勇,張宜春. 石灰性土壤不同形態(tài)無(wú)機(jī)磷對(duì)作物磷營(yíng)養(yǎng)的貢獻(xiàn). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué) 1997,30(1):26325、 陸文龍，曹一平，張福鎖. 根分泌的有機(jī)酸對(duì)土壤磷和微量元素的活化作用. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào). 1999,10(3):3793826、 胡紅青, 賀紀(jì)正, 李學(xué)垣, 吳欽泉. 有機(jī)酸對(duì)酸性土壤吸附磷的影響. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 1997,16(1)卷7、 田中民, 李春儉, 王晨, 趙紫娟. 缺磷白羽扇豆