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有机磷

有机质中各种含磷化合物的总称。来源和含量自然土壤中,有机磷来源于微生物和动、植物残体。成土初期有机磷积累速度快,随着土壤剖面中非闭蓄态磷和溶性无机磷减少,积累速度减缓。耕作土壤中除来源于有机肥和作物残体的有机磷外,施入的无机磷肥经由微生物的转化作用也可形成有机磷。

有机质中各种含磷化合物的总称。

来源和含量

自然土壤中,有机磷来源于微生物和动、植物残体。成土初期有机磷积累速度快,随着土壤剖面中非闭蓄态磷和溶性无机磷减少,积累速度减缓。耕作土壤中除来源于有机肥和作物残体的有机磷外,施入的无机磷肥经由微生物的转化作用也可形成有机磷。土壤有机磷含量因土壤全磷量、有机质含量、pH值及土壤利用方式等的不同而变异很大,全球土壤中,最低的仅为4毫克P/千克,最高的达1800毫克P/千克,约占全磷的3%~95%。中国南方水稻土有机磷含量在52~240毫克P/千克间,约占全磷的18%~65%;东北黑土、暗棕壤草甸土等未开垦地和某些有机质高于5%的耕地土壤,有机磷可达440~870毫克P/千克,约占全磷的三分之二。

组成和性质

土壤中已鉴定出的有机磷化合物主要有以下3类:

肌醇磷酸盐

为环己六醇中羟基上的H被H2PO所取代而形成的磷酸盐。H被取代的数目在1~6间。由于羟基和H在空间的排列位置不同,肌醇可以有9种立体异构体。其中肌肌醇、青蟹肌醇、左(L)旋肌醇和右(D)旋肌醇的五、六磷酸盐以及新肌醇六磷酸盐已从土壤中分离出来。肌肌醇五、六磷酸盐,尤其是六磷酸盐为土壤中肌醇磷酸盐的主体,其它异构体含量较少。肌醇磷酸盐可通过其磷酸根联结成多聚体,或与土壤中碳水化合物、蛋白质形成复合物;在吸持磷能力高的土壤中,它能被土壤强烈吸持,在等用量下其吸持量甚至远远超过无机磷;因此,它较难分解而在土壤中积累,一般情况下可占土壤有机磷总量的50%~60%。

磷脂

一般占土壤有机磷的0.5%~7%,平均为1%。主要为磷酸甘油脂,其他磷脂含量少,常在检测限以下。磷酸甘油脂中40%为磷脂酰胆碱(卵磷脂),30%为磷脂酰乙醇胺,另有磷脂酰丝氨酸等。磷脂是植物组织中有机磷的主要部分,而土壤有机磷中其含量很少,表明它易于分解。它主要来源于土壤中的细菌、真菌等生物体。

核酸

存在于有生命的细胞中。主要通过分解中的微生物和动、植物残体进入土壤。虽然某些有机物如动物排泄物中核酸含量较高,但进入土壤后它将迅速降解或重新合成为微生物体,或与土壤中其他成分结合而不能用已有方法提取出来,故其含量少,一般仅约占土壤有机磷总量的3%以下。

上述3类有机磷约占土壤有机磷的一半。此外,已检定出磷朊、葡萄糖-1-磷酸盐、磷酸化的糖醛内脂和酸、胞壁酸-6-磷酸盐、磷酸化多聚甘露糖等各种有机磷化合物。

有机磷的转化及其影响因素

有机磷土壤有机质的一部分,和有机质一样,它处在不断形成和矿化的过程中。无机磷的生物固持和有机磷的矿化都是由微生物驱动的过程,二者同时进行但方向相反。由于微生物世代不断更迭,有机磷矿化和无机磷的生物固持作用也就反复进行。其影响因素如下:

无机磷的供应

来自土壤母质的无机磷或施入的无机磷肥,部分可转化为有机磷而积累。例如,一栽培三叶草的灰化土连续施用过磷酸钙26年后,土壤有机磷从53毫克/千克增至96毫克/千克。但有时施用无机磷也可能促进有机磷矿化,因为无机磷通过争夺土壤中的铁、铝、钙会提高有机磷的溶解度。施入土壤的动物排泄物及豆科作物残体中有相当部分为无机磷,分解初期微生物利用该无机磷组成其生物体,另部分有机磷变化不大,随后,这些来源于上述排泄物或作物残体中的有机磷才逐渐矿化。

有机碳/有机磷比值有机残体中此比值为200或小于200时,一般将发生磷的净矿化,300或大于300时则发生磷的净固持。但是,由于不同有机碳的生物降解性差异很大,土壤中各微域的C/P比值又不一致,此外,土壤中速效氮、硫供应丰缺不同,因此,并不能根据上述比值作出准确的预测。

水热条件

温度、水分条件不适宜,土壤微生物和酶的活性降低,无机磷的生物固持和有机磷的矿化速率均减慢。土壤温度高于30℃时,有机磷矿化速率增大,30℃以下多发生磷的净固持。因此冬季时土壤有机磷常增多,春、夏时常降低;热带、亚热带地区,土壤有机磷矿化较多,其对提供植物磷营养的贡献比温带土壤的大。土壤淹水的嫌气还原条件,能促使肌醇六磷酸盐等从铁束缚状态中溶解出来,因而有机磷的矿化速率常较好气条件下为高。土壤干湿交替可促进有机磷矿化,其机理与干湿交替促进土壤有机质分解相同。

土壤性质

由于有机磷的铁、铝或钙盐的溶解度、肌醇六磷酸盐的分子结构、粘粒对有机磷的吸持强度等均因pH值的不同而各异,加之土壤磷酸酶的活性也随pH值而变化,因而,有机磷的矿化速率与土壤pH值密切相关。pH<5.0或>7.5,大多数土壤有机磷较稳定;pH5~7范围内则较易矿化,所以酸性土壤施石灰常使其有机磷量降低。粘土矿物包括层状硅酸盐和铁、铝氧化物既可吸持有机磷而增大其生物稳定性,又可吸持磷酸酶降低其活性。因此,粘质土壤中有机磷的矿化较轻质土壤的慢,含量较高。

耕作栽培措施

耕作破坏团粒结构,使微生物更易利用有机质;通气状况的改善,将促进微生物的活动,因而耕作可促进有机磷的矿化。荒地土壤开垦后,有机磷含量逐渐降低,与牧草地相比,种植玉米、小麦等作物的农地降低尤为明显。在有机磷含量降低的同时,其中易矿化的核酸、卵磷脂、植酸钙镁等的相对含量也下降,较难矿化的肌醇六磷酸盐的相对含量则显著增高。