張淑香，徐明崗,2

導(dǎo)讀

土壤磷素演變與高效利用

張淑香1，徐明崗1,2

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國家工程實驗室，北京 100081；2中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，廣東湛江 524091）

土壤磷素是作物必需的營養(yǎng)元素之一，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的養(yǎng)分限制因子。磷肥的施用可以大大增加土壤磷素含量與供給能力，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益[1]。然而，磷肥過量施用造成土壤磷素累積的現(xiàn)象在全球已經(jīng)非常普遍[2]，我國的情況尤為嚴(yán)重。我國土壤磷累積以11% 的速度在遞增[3]，導(dǎo)致不同地區(qū)土壤有效磷呈現(xiàn)增加的趨勢[4]，這不僅明顯降低了磷肥的利用率，而且也造成有限磷礦資源的浪費，同時提高水環(huán)境污染的風(fēng)險[5-6]。全國第一次污染源調(diào)查顯示，農(nóng)業(yè)磷排放占總排放的67.4%，這也是造成水體富營養(yǎng)化的重要因子。因此，為避免磷礦資源耗竭和磷肥施用不合理帶來的環(huán)境污染問題，了解土壤中磷素演變、累積與形態(tài)轉(zhuǎn)化狀況，為科學(xué)磷素管理提供數(shù)據(jù)支撐至關(guān)重要。

土壤中磷素的演變是土壤磷素管理的重要內(nèi)容，已有不少研究表明土壤有效磷的演變與土壤的磷素的盈虧有顯著的正相關(guān)關(guān)系，且單位磷盈虧量與土壤有效磷的變化值可以作為土壤磷素的轉(zhuǎn)化率（或稱有效磷效率），不同土壤有效磷的效率有較大差異，每100 kg·hm-2磷盈余使得各土壤有效磷含量提高1—6 mg·kg-1[7-8]，且每盈余磷100 kg·hm-2，不同類型土壤有效磷的增加量因氣象因素、種植制度與土壤性質(zhì)差異而不同[7-9]。長期試驗表明土壤有效磷效率與土壤pH呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與土壤有機質(zhì)呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。如南方土壤pH較低，可促進(jìn)難溶性磷的溶解，這也可能是土壤累積磷向有效磷轉(zhuǎn)化在重慶（4.44 mg·kg-1）、浙江（3.28 mg·kg-1）、湖南（2.75 mg·kg-1）較河南（2.60 mg·kg-1）、北京（1.60 mg·kg-1）和新疆（1.44 mg·kg-1）高的原因之一[7]。

進(jìn)入土壤中的磷會與土壤組分相互作用形成有機磷和無機磷兩種形態(tài)，不同的土壤有機磷和無機磷的含量、比例及其有效性有很大的差異，長期施肥會導(dǎo)致土壤磷素形態(tài)和有效性發(fā)生變化。如1﹕1型礦物、鐵鋁氧化物與水化物、鈣化合物通過吸附解析等過程結(jié)合形成鐵磷、鋁磷和鈣磷。目前土壤磷素形態(tài)多以化學(xué)浸提方法研究形態(tài)特征及其與有效磷的響應(yīng)關(guān)系，再進(jìn)一步分析各土壤形態(tài)磷素的有效性[9]，這樣的方法對評價土壤磷庫大小、磷素供應(yīng)狀況和磷肥的合理施用至關(guān)重要。土壤中磷形態(tài)學(xué)過程與土壤吸附解析過程同時存在，均與土壤性質(zhì)（如土壤有機質(zhì)、土壤pH等）具有密切的關(guān)系。有研究表明土壤有機質(zhì)是影響土壤磷形態(tài)轉(zhuǎn)化的重要土壤性質(zhì)[10]，土壤有機質(zhì)對磷的吸附機制[11]與土壤鐵鋁氧化物有密切的關(guān)系。這是由于土壤有機質(zhì)和低分子量的有機酸可以形成鐵、鋁晶型化合物，促進(jìn)了表面積巨大且孔性較多的非晶型化合物的形成，從而增加了鋁氧化物對磷的吸附。近年來，X衍射、等溫滴定量熱法[12]、同步輻射[13]在土壤磷素研究中的應(yīng)用，為進(jìn)一步探索提高土壤累積磷的有效性提供了可靠和可信的技術(shù)方法與手段，特別是X衍射在非破壞性、原位直接表征等方面表現(xiàn)出了其獨特的優(yōu)越性，為土壤中磷素轉(zhuǎn)化與高效利用的研究提供了先進(jìn)的試驗手段，將在以后的磷素研究中得到越來越多的重要應(yīng)用。

本專題所發(fā)表的5篇文章，基于我國代表性的土壤類型，應(yīng)用長期試驗數(shù)據(jù)分析土壤磷素的演變、形態(tài)學(xué)和吸附-解析特征及其與土壤性質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系。涉及我國紅壤[1]、潮土[8]、黑土[11]和土[10,14]等代表性土壤類型，其研究內(nèi)容包括土壤磷素演變與產(chǎn)量的響應(yīng)關(guān)系模型、土壤磷素演變與磷形態(tài)特征的作用過程、土壤磷形態(tài)特征和土壤磷吸附和解析的過程與土壤性質(zhì)綜合定量的關(guān)系[1,8,10-11,14]。這些僅僅是磷素研究領(lǐng)域中一小部分內(nèi)容，謹(jǐn)希望以專題的形式，并借國家大力倡導(dǎo)的化肥和農(nóng)藥“雙減”之契機，促進(jìn)土壤磷素科學(xué)管理及高效利用。

[1] 李冬初, 王伯仁, 黃晶, 張揚珠, 徐明崗, 張淑香, 張會民. 長期不同施肥紅壤磷素變化及其對產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(21): 3830-3841.

LI D C, WANG B R, HUANG J, ZHANG Y Z, XU M G, ZHANG S X, ZHANG H M. Change of phosphorus in red soil and its effect to grain yield under long-term different fertilizations., 2019, 52(21): 3830-3841.

[2] MacDonald G K, Bennett E M, Potter P A, Ramankutty N. Agronomic phosphorus imbalances across the world’s croplands., 2011, 108(7): 3086-3091.

[3] Ma J, He P, Xu X, He W, Liu Y, Yang F, Chen F, Li S, Tu S, Jin J, Johnston A M, Zhou W. Temporal and spatial changes in soil available phosphorus in China (1990–2012)., 2016, 192: 13-20.

[4] 徐明崗, 張文菊, 黃紹敏. 中國土壤肥力演變. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社, 2015.

XU M G, ZHANG W J, HUANG S M.. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2015. (in Chinese)

[5] TANG X Q, HUANG S L, Scholz M. Comparison of phosphorus removal between vertical subsurface flow constructed wetlands with different substrates.2009, 23(3): 180-188.

[6] BAI Z, LI H, YANG X, ZHOU B. The critical soil P levels for crop yield, soil fertility and environmental safety in different soil types., 2013, 372(1/2): 27-37.

[7] Cao N, Chen X, Cui Z, Zhang F S. Change in soil available phosphorus in relation to the phosphorus budget in China., 2012, 94: 161-170.

[8] 王柏寒, 黃紹敏, 郭斗斗, 張水清, 宋曉, 岳克, 張珂珂. 長期定位施肥下潮土土壤磷素盈虧及對無機磷的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(21): 3842-3851.

WANG B H, HUANG S M, GUO D D, ZHANG S Q, SONG X, YUE K, ZHANG K K. Phosphorus profit and loss and its effect on inorganic phosphorus in fluvo-aquic soil under long-term located fertilization., 2019, 52(21): 3842-3851.

[9] Negassa W, Leinweber P. How does the Hedley sequential phosphorus fractionation reflect impacts of land use and management on soil phosphorus: a review., 2009, 172: 305-325.

LI R N, WANG Z P, BATBAYAR J, ZHANG D J, ZHANG S L, YANG X Y. Relationship between soil available phosphorus and inorganic phosphorus forms under equivalent organic matter condition in a tier soil., 2019, 52(21): 3852-3865.

[11] 王瓊, 展曉瑩, 張淑香, 彭暢, 高洪軍, 張秀芝, 朱平, colinet Gilles. 長期不同施肥處理黑土磷的吸附-解吸特征及對土壤性質(zhì)的響應(yīng). 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(21): 3866-3877.

WANG Q, ZHAN X Y, ZHANG S X, PENG C, GAO H J, ZHANG X Z, ZHU P, Gilles C. Phosphorus adsorption and desorption characteristics and its response to soil properties of black soil under long-term different fertilization., 2019, 52(21): 3866-3877.

[12] LYNGSIE G, PENN C J, HANSEN H C, BORGGAARD O K. Phosphate sorption by three potential filter materials as assessed by isothermal titration calorimetry., 2014, 143: 26-33.

[13] LUO L, MA Y, SANDERS R L, XU C, LI J, MYNENI S C B. Phosphorus speciation and transformation in long-term fertilized soil: evidence from chemical fractionation and PK-edge XANES spectroscopy., 2017, 107(2): 215-226.

[14] 劉琳, 吉冰潔, 李若楠, BATBAYAR Javkhlan, 張樹蘭, 楊學(xué)云. 陜西關(guān)中冬小麥/夏玉米區(qū)土壤磷素特征. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(21): 3878-3889.

LIU L, JI B J, LI R N, BATBAYAR J, ZHANG S L, YANG X Y. Characteristics of soil phosphorus in winter wheat/summer maize cropping in Shaanxi Guanzhong Plain., 2019, 52(21): 3878-3889.

Change of Soil Phosphrus and Its Efficient Utilization

ZHANG ShuXiang1, XU MingGang1,2

(1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081;2South Subtropical Crop Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences (CATAS), Zhanjiang 524091, Guangdong)

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.21.011

2019-10-09；

2019-10-22

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503120）、國家自然科學(xué)基金（41471249）

張淑香，E-mail：zhangshuxiang@caas.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）