土壤磷循环

第十章土壤元素的生物地球化学循环土壤中化学元素以能量为驱动力，沿土壤-生物-大气进行物质循环传递的过程称为土壤元素的生物地球化学循环。第三节土壤磷的生物地球化学循环我国土壤有效磷素含量分布图AvailablePcontent(BrayII)Pink30mg/kg(moderatelydeficient)Red:20mg/kg(deficient)Darkred:10mg/kg(severelydeficient)我国土壤全磷含量一般为0.02-0.11%，从南向北逐渐增加。一、土壤磷循环（一）土壤中磷的含量地壳中磷的平均含量约为0.12%，自然土壤中的全磷含量决定于母质类型，而耕作土壤中主要受磷肥施用的影响。土壤磷素可分为两大类：有机态磷和无机态磷。1．有机磷土壤有机态磷含量的变幅很大，可占表土全磷的20~80%左右。与土壤有机质含量密切相关主要是植素（肌醇六磷酸）或植酸盐，核蛋白或核酸以及磷脂类化合物。（二）土壤磷的形态土壤磷素可分为两大类：有机态磷和无机态磷。1．有机磷土壤有机态磷含量的变幅很大，可占表土全磷的20~80%左右。与土壤有机质含量密切相关（二）土壤磷的形态植酸及植素核酸类磷脂类2无机磷•占主导地位，占土壤全磷量的50-90%•除少量水溶态外，绝大部分以吸附态或矿物态存在水溶态磷是植物利用的直接磷源磷酸根离子类型和pH由于土壤含磷化合物极复杂，直接鉴定较困难，人们通常采用化学方法将无机磷进行形态分级。做法是使用不同的浸提剂，以区分不同组分的磷。浸提剂磷的形态1mol/LNH4Cl水溶磷和松结合态磷0.5mol/LNH4F磷酸铝类化合物（Al-P）0.1mol/LNaOH磷酸铁类化合物（Fe-P）0.25mol/LH2SO4磷酸钙（镁）类化合物（Ca-P）0.3mol/L柠檬酸钠和连二硫酸钠闭蓄态磷（O-P）缺点：不知道化合物的确切组成不适用于石灰性土壤风化程度较高的南方砖红壤、红壤中，以O—P占的比重最大，最高可达90%以上，其次是Fe—P,Al—P;Ca—P很少。风化程度较低的北方石灰性土壤中，Ca—P所占比例大，约在60%以上，其次是O—P;Al—P和Fe—P极少。我国主要土壤类型中，一般分布有以下规律：（二）陆地生态系统中磷的循环土壤溶液磷肥料磷生物结合态磷沉淀态磷无效态有机磷吸附态磷有效态有机磷沉淀溶解生物固定矿化吸附解吸磷循环主要在土壤、植物和微生物中进行固定1．土壤有机磷的矿化土壤中的有机磷除一部分被作物直接吸收利用外，大部分需经微生物的作用进行矿化转化为无机磷后才能被作物吸收。二、土壤有机磷的矿化和无机磷的生物固定卵磷脂→磷酸甘油+胆碱+脂肪酸甘油+H3PO4水解核苷+H3PO4核蛋白→核酸+蛋白质核苷酸核酸酶核苷酸酶磷酸肌醇肌醇+H3PO4植酸酶磷酸酶有机磷矿化是土壤微生物、磷酸酶等共同作用的结果，其速率受微生物活性影响。2.土壤磷的生物固定生物残体（有机质）中磷含量低于0.2%时，则发生纯生物固定C/P比值大时（≥300），产生生物固定三、土壤磷的吸附和解吸•土壤对磷化合物的吸附作用分为：专性吸附和非专性吸附。•非专性吸附：酸性条件下，土壤中铁铝氧化物带正电，通过静电引力吸附磷酸根离子M-OH+H+M-[OH2]+M-[OH2]++H2PO4-M-[OH2]+●H2PO4-不影响磷酸根对作物的有效性专性吸附：磷酸根离子作为配位体与土壤胶体表面的-OH基或-OH2基发生的配位体交换，而被吸附在胶体表面。专性吸附不管黏粒带正电荷还是负电荷，均能发生。过程较缓慢，短期磷仍保持着相当大的有效性。随着时间的延长，形成晶体状态，磷的有效性则大大降低。土壤磷的解吸吸附状态的磷重新进入土壤溶液的过程，是土壤磷释放作用的重要机理之一。土壤磷解吸的机理主要有：1）化学平衡反应土壤溶液中磷浓度因植物的吸收而降低，从而失去了原有的平衡，使反应向解吸方向进行；2）竞争吸附所有能进行阴离子吸附的阴离子，在理论上都可与磷酸根有竞争吸附作用，从而导致吸附态磷的不同程度的解吸。竞争吸附的强弱主要取决于磷与竞争阴离子的相对浓度。四、土壤磷的沉淀和溶解•土壤中磷化合物的沉淀作用也是磷在土壤中被固定的重要机理。•土壤溶液中磷浓度较高，有大量可溶性阳离子存在，和土壤pH较高或较低时，沉淀作用是引起磷固定的决定因素。土壤中磷浓度较低，溶液中阳离子浓度也较低的情况下，吸附作用才占主导地位。不同体系控制：在石灰性土壤及中性土壤中，由钙镁体系控制；在酸性土壤中，由铁铝体系控制。五、土壤磷的流失•土壤中的磷可随地表径流流失，也可被淋溶流失。•磷流失造成水体污染。2、土壤有机质①有机阴离子与磷酸根竞争固相表面专性吸附点位，从而减少了土壤对磷的吸附。②有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用，将部分固定态磷释放为可溶态。③腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表面形成保护膜，减少对磷酸根的吸附。④有机质分解产生的CO2，溶于水形成H2CO3，增加钙、镁、磷酸盐的溶解度。1、土壤酸碱度pH6.5-6.8之间为宜，可减少磷的固定作用，提高土壤磷的有效性。对磷的调控可通过提高土壤磷有效性来实现。六、土壤磷的调控有效磷（活性磷），是指土壤中可被植物吸收利用的磷组分。它包括全部水溶性磷、部分吸附态磷、一部分微溶性的无机磷和易矿化的有机磷等。那些不溶性磷化合物和保持在黏粒或有机质中的固持态磷称为固定磷（非活性磷），占土壤全磷的95%以上。对磷的调控可通过提高土壤磷有效性来实现。（二）提高土壤磷有效性的途径1、土壤酸碱度pH6.5-6.8之间为宜，可减少磷的固定作用，提高土壤磷的有效性。2、土壤有机质①有机阴离子与磷酸根竞争固相表面专性吸附点位，从而减少了土壤对磷的吸附。②有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用，将部分固定态磷释放为可溶态。③腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表面形成保护膜，减少对磷酸根的吸附。④有机质分解产生的CO2，溶于水形成H2CO3，增加钙、镁、磷酸盐的溶解度。3、土壤淹水①酸生土壤pH上升促使铁、铝形成氢氧化物沉淀，减少了它们对磷的固定；碱性土壤pH有所下降，能增加磷酸钙的溶解度；反之，若淹水土壤落干，则导致土壤磷的有效性下降。②土壤氧化还原电位(Eh)下降，高价铁还原成低价铁，磷酸低铁的溶解度较高，增加了磷的有效度。③包被于磷酸表面铁质胶膜还原，提高了闭蓄态磷的有效度。4、合理施用磷肥合理施用磷肥是减少磷对环境影响的主要措施。科学制定施肥用量；重点施在旱作上；等。