土壤-植物系统中磷素生物有效性的研究

吕晓梅

山西省临县蔬菜工作站

磷是自然生态系统中生命存在的必需元素。磷在植物体内是一系列重要化合物如核苷酸、核酸、核蛋白、磷脂、ATP 酶的组分。 因此，磷不仅参与了细胞的结构组成，而且在新陈代谢及遗传信息传递等方面发挥着重要的作用。

生命活动所利用的磷，主要是通过植物从土壤中获得。 土壤中磷的总含量在0.05%～0.46%之间，变异较大。 土壤中的磷包括有机磷和无机磷，有机磷主要有磷酸肌醇、磷脂、核酸、核蛋白和磷酸糖等的形式存在。有机磷一般占土壤全磷的20%～50%，在森林或草原植被下发育的土壤， 有机磷可占土壤全磷量的50%以上， 甚至可达90%[1]。 土壤中无机磷以磷酸盐（H2PO4-或HPO42-）形式存在，可分为Fe-P、Al-P、Ca-P 和O-P。 低pH 值时，磷主要以H2PO4-形式存在；高pH 值时，则以HPO42-形式为主。 对于两种形态的磷，植物更易吸收H2PO4-。除无机磷外，植物还可以吸收土壤中的某些有机磷化合物，如乙糖磷酸酯、核糖核酸等。

植物根能从含磷浓度极低的溶液中吸收磷，通常根细胞和木质部汁液中磷酸盐的浓度比土壤中的磷要高出几百倍。这表明植物是逆浓度地主动吸收磷酸盐。 一般认为磷的主动吸收过程是以液泡膜上H+ -ATP 酶的H+为驱动力， 借助于质子化的磷酸根载体而实现的，即属于H+ 和H2PO4-共运方式。 进一步的试验表明，根的表皮细胞是植物积累磷酸盐的主要场所，并通过共质体途径进入木质部导管，然后运往植物地上部。

一、影响磷素生物有效性的主要因素

影响土壤磷素生物有效性的因素十分复杂，可以说凡影响土壤中磷素化学过程的各种因素都会影响土壤不同形态磷之间的转化及其对植物的有效性，这些因素主要包括土壤理化性质，环境因素与种植方式等。

1.土壤理化性质

一般而言，基性火成岩的风化母质含磷多于酸性火成岩的风化母质， 我国黄土母质全磷含量比较高，大概在0.57～0.70 克/千克之间。 另外，土壤中磷的含量与土壤质地和有机质含量也有关系。粘土含磷多于砂性土，有机质丰富的土壤含磷亦较多。

作为土壤有效磷的主体，土壤中无机磷以吸附态和钙、镁、铝等的磷酸盐为主，土壤中无机磷存在的形态受pH 的影响很大。 石灰性土壤中以碳酸钙盐为主，酸性土壤中则以磷酸铝和磷酸铁占优势。 中性土壤中磷酸钙、磷酸铝和磷酸铁的比例大致为1∶1∶1。 酸性土壤特别是酸性红壤中， 由于大量游离氧化铁存在，很大一部分磷酸铁被氧化铁薄膜包裹成为闭蓄态磷，磷的有效性大大降低。另外，石灰性土壤中游离碳酸钙的含量对磷的有效性影响也很大， 例如磷酸一钙、磷酸二钙、磷酸三钙等随着钙与磷的比例增加，其溶解度和有效性逐渐降低。

2.环境因素

环境条件中以水分和温度的影响最为明显。增加水分可以提高土壤中Olsen-P 的含量，同时有利于磷在土壤溶液中的扩散，因此能提高磷的有效性。 土壤温度的提高， 不仅土壤溶液中磷的扩散速度加快，而且根和根毛生长速度相对加快，根的呼吸作用也有所加强，这些都有利于植物对磷的吸收。 土温提高影响最明显的是，可以加强土壤微生物的活性，从而提高磷素的有效性。 早春低温及天气潮湿时，水稻、玉米、小麦等作物通常会表现出缺磷症状，但在天气变暖时缺磷症状消失[2]。

3.种植方式

不同植物种类，甚至不同的栽培品种，对磷的吸收都有明显的影响。例如，植物根系形态不同、根系改变局部土壤pH 的能力也不相同。 根分泌物数量和种类的差异等等。不同植物根系其密度、形状、结构等特性都有差异，因此吸收能力明显不同，尤其是对土壤溶液中浓度很低的磷来说，更是如此。 根毛对植物吸收磷有明显作用，洋葱因为没有根毛，其吸磷能力就比较弱。

油菜的根系并不发达，也不能感染菌根，但它吸磷的能力较强。 其原因是油菜在缺磷的情况下，根系能自动调节其阴阳离子吸收的比例， 使根际土壤酸化，从而使土壤溶液中磷的浓度增加（表1）。

表1 在缺磷土壤上油菜生长及根际pH 和土壤溶液中磷浓度的变化

许多植物的根系都具有分泌H+和有机酸的能力。 如最典型的例子是白羽扇豆， 它除了能分泌H+外，还能分泌大量有机酸，如柠檬酸，从而对铁、铝产生螯合作用，提高了根际土壤磷的有效性。 白羽扇豆在缺磷时，还能形成排根，以增加对磷的吸收。

二、提高磷素生物有效性的途径

1.调节土壤酸碱度

就各种影响土壤磷有效性的因素综合起来分析，土壤酸碱度可能是影响有效性的最重要因素。石灰性土壤根际pH 的降低， 可显著增加土壤磷素的有效性[3]。 在酸性土壤上，适量适用石灰以调节其pH 值，使保持在中性附近 （以pH6.5～6.8 之间为最适宜）可以减弱土壤固磷作用，增加土壤中的有效磷含量。 但如石灰用量过多，有时反会增加固磷量（因形成了不溶性Ca-P 类化合物）。 我国南方有不少酸性水田，有的因长期施用大量石灰，以致土壤中产生了石灰性结核。这种土壤往往严重地缺少有效磷而成为低产水稻田。

2.施用有机物料

长期施用有机物料能明显提高土壤磷的有效性。其机理有三：一方面有机物料中的腐殖质在粘粒及其它矿质沉淀[如Al(OH)3、Fe(OH)3等]表面上形成胶膜，使磷酸根不能直接与矿质成分直接作用，防止了矿质成分对磷的化学固定。 另一方面，有机质分解中间产物中（包括各种有机酸）有不少对Al3+、Fe3+、Mn2+、Ca2+等离子具有络合力，能形成水溶性的螯合物。 它们在一般的土壤pH 范围内具有一定的稳定性，这样就减少了土壤溶液中的Al3+、Fe3+、Mn2+、Ca2+等离子的浓度，从而防止了磷的化学固定。最后，由有机质分解产生的中间产物（如有机酸等）及其最终产物（CO2）都增加土壤溶液的酸度。 它们虽然是弱酸，但对某些固定态磷化合物如Ca-P， 有一定的溶解力 （例如磷酸二钙）。 因此，增加了石灰性土壤中固定态磷的有效度。由此可见，施用有机肥，特别是绿肥和厩肥等，对增加土壤磷的有效度是一种极有效的措施。 试验还表明：有些纯有机质泥炭土的固磷能力几乎是微不足道。

3.旱作改水田

土壤淹水后产生两方面的结果，一方面是pH 有所升高 （这主要是因为高价铁离子还原成低价铁离子，而最后形成具有碱性的FeCO3）。 另一方面是氧化还原电位Eh 有所降低（这是因为土壤通气受阻）。 前一结果可促进磷酸铁沉淀的水解，使部分被固定的磷变为有效磷； 而后一结果则可使高价铁还原为低价铁，因而避免了磷酸高铁一类固定态磷的生成，并使土壤中原来固定于磷酸高铁中的磷酸根，由于磷酸底价铁化合物溶度的增加，而成为有效态磷。不仅如此，土壤淹水后，还可能使包被于磷酸盐沉淀表面上的铁质胶膜还原，从而提高了闭蓄态磷的有效度。 由此可见，淹水作用对改善水稻土，特别是我国红、黄壤地区的水稻土的磷素供应状况有很重要的意义。

4.合理轮作

不同作物根系养分的种类、数量及其分泌物和残茬对土壤磷素的影响是有差异的，因此，不同的轮作制度对土壤磷的影响不同。 张为政(1990)研究发现，玉米与豆科作物轮作可缓解或减轻豆科作物对土壤磷素的消耗，这可能是因为玉米的外生菌根可能对提高土壤磷素的有效性有良好的影响。玉米连作Fe-P、Al-P 含量有所提高，而豆科-玉米轮作无机磷组分有所下降，而有机磷组分中，除中等活性有机磷略有下降外，其它有机磷组分均有所上升[4]。

一般不同作物对土壤中难溶性磷的利用能力差异很大，小麦、玉米、棉花、亚麻等作物的吸收利用能力弱，而油菜、荞麦、燕麦、马铃薯以及豆科、十字花科作物的吸收利用能力较强。后一类作物留下的残茬和根系中所含的磷化合物， 可以补充土壤中磷素的供应，并可供下茬作物利用。总之，从理论上对土壤-植物系统中影响磷素有效性的因素以及提高磷素有效性的途径，对增强磷素生物有效性、合理施用磷肥、提高磷肥利用率具有重要意义。

[1]Zhang FJ，Werner W，Scherer HW etal.Effects of organic manure on organic phosphorus fractions in two pad soils[J].Biol Fertil Soils，1994，17：64-68.

[2]Batra ML，Chaudhryb ML.Transformation of native and applied phosphorous in soil as affected by moisture regimes under black gram[J].J.of Indian Soc.of Soil Sci.，1988，36：714-718.

[3]周文龙，张福锁，曹一平.植物根际pH 及其效应[A].张福锁.土壤与植物营养研究新动态(第一卷)[M].北京：北京农业大学出版社，1991.40-49.

[4]张为政.轮作方式对土壤磷素状况的影响[J].土壤肥料，1990，06.