土壤有机磷的研究进展

摘要 在我国的多数土壤中，土壤有机磷在土壤磷素中所占的比重较大。土壤有机磷直接关系土壤中有效磷的丰缺。它可以通过矿化作用转化为可供植物直接利用的磷。笔者从土壤有机磷的组成、土壤有机磷的分级、土壤有机磷总量的测定方法、土壤有机磷含量的影响因素、土壤有机磷的矿化及其影响因素、施肥对土壤有机磷组分含量及形态转化的影响等方面，综述了土壤有机磷近年来的研究进展，并且提出目前土壤磷素研究中存在的一些问题以及未来的研究热点。

关键词 土壤;有机磷; 研究进展

中图分类号 S153 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2014）33-11697-05

Research Advance in Soil Organic Phosphorus

SHI Wen-jing （ State Key laboratory of Grassland Agro-ecosystem， School of Life Science， Lanzhou University， Lanzhou， Gansu 730000）

Abstract In most soils in China， proportion of soil organic phosphorus is larger in total phosphorus. Soil organic phosphorus is directly related to the content of soil available phosphorus. It can be transformed into available phosphorus by mineralization. The research advances of soil organic phosphorus in recent years were summarized from aspects of soil organic phosphorus composition， fractionation， total amount determination method， content influencing factors， mineralization and influencing factors， effects of fertilization on soil organic phosphorus fractions content and form transformation. The existing problems in soil organic phosphorus research and its hotspots in future were also put forward.

Key words Soil; Organic phosphorus; Research advance

基金項目 公益性行业（农业）科研专项（201203007）。

作者简介 石文静（1990- ），女，满族，内蒙古包头人，硕士研究生，研究方向：土壤生态学。

收稿日期 2014-10-14

磷是植物生长发育必须的大量营养元素之一，有着不能被替代的功能[1]。植物所需要的磷素主要是从土壤中获得的，所以土壤缺乏植物可利用的磷就会成为植物生长发育的主要问题[2]。因此，土壤中的磷是植物生长发育的主要限制因子，其含量以及供给状况对植物的生长有直接的影响。在我国的大部分土壤中，土壤有机磷在土壤全磷量中占有较大的比重。土壤有机磷通过矿化作用可以转变成供给植物直接利用的有效态磷，因而它直接关系着土壤中可利用的有效磷量，尤其是在无机磷量较低的土壤上，有机磷的矿化就成为植物吸收磷素的重要来源[3]。因此，土壤有机磷的研究是极其重要的。土壤有机磷的研究对于深入了解土壤—植物系统中的磷营养循环特征具有重要意义，因此有机磷的研究一直是研究的重点，尤其是针对有机磷含量较高而有效磷相对贫乏的土壤。笔者就土壤有机磷现有的研究做简要概述，以期为国内土壤有机磷的进一步研究提供参考。

1 土壤有机磷的组成

土壤磷素包括有机磷和无机磷两种形态，其中土壤有机磷可以占土壤全磷量的20%～80%，其变幅较大，且土壤有机磷量和有机质含量之间呈正相关，其含量会随地区和土壤类型的不同而不同[4]。土壤有机磷不仅含有化合态的肌醇磷酸酯、磷脂、核苷酸、磷蛋白、磷酸糖，而且含有吸附在有机物表面和与有机物络合的磷酸盐[5]以及微生物量磷[6]。其中，肌醇磷酸酯的含量最高，约占有机磷总量的50%[7]，磷酯约1%～5%，核酸类有机磷占10%以下，核酸类中核苷酸0.2%～2.5%[8]，微生物量磷约3%。植物、微生物残体等都可以释放出磷酯类化合物，其中以土壤微生物为主。磷酯类较易分解，有的甚至可以通过自然纯化学反应分解，可被认为是土壤有机磷的主要形态。核酸类有机磷是一类含磷和氮的复杂的有机化合物，较容易和黏粒相结合形成有机-无机复合体。当它形成有机-无机复合体时，它不容易被酶所水解，变得较稳定，难以被植物所利用[2]。但是，核酸类有机磷相较于植素而言，它是较容易被磷酸酶所水解的，而后释放出磷酸和糖类。微生物量磷指的是，土壤中所有活体微生物所含有的磷，其含量虽小，仅仅是微生物干物质量的1.4%～4.7%，但是它对于土壤磷素循环转化和植物磷素营养起着重要的作用[7]。相较于土壤无机磷，有机磷在土壤中的移动性较大，被土壤无机矿物的固定程度较低，即使是难溶于水的有机磷，经矿化后也可以持续释放出无机磷，对植物生长极为有利[9-10]。

2 土壤有机磷的分级

为了评估土壤有效磷库的大小及土壤磷素的供应状况，各国学者先后提出一些磷素的分级测定方法[11]。这些方法不仅可以用来估计土壤中有效磷的数量、不同土壤磷组分库的数量以及对土壤有效磷的补充能力[12]，而且可以用于研究不同的管理措施对土壤磷素分布的影响、微生物活动对土壤磷素的影响以及土壤磷素的迁移与转化等[8]。目前，土壤有机磷的分级测定方法较多，而使用合适的有机磷分级方法研究土壤中有机磷的形态及有效性对于揭示土壤磷素状况及其转化都具有十分重要的意义。

相比于土壤无机磷的分級研究，土壤有机磷分级研究的进展相对缓慢，直到20世纪70年代末才提出土壤有机磷的分级方法，即Bowman-Cole法[13]。Bowman和Cole将土壤有机磷分为活性有机磷（用0.5 mol/L pH为8.5的NaHCO3浸提的磷）、中等活性有机磷（包括酸溶性的有机磷和碱溶性的无机磷）、中等稳定性有机磷（存在于不沉淀的富里酸部分中的有机磷）以及高稳性有机磷（存在于沉淀的胡敏酸部分中的有机磷）4种组分[14]，其中活性有机磷是最容易被植物吸收且最易被矿化的，而高稳性有机磷则是最难被矿化的且基本不会被植物所吸收。贺铁等曾对该法进行了校验研究，其效验结果表明该该分级方法不仅可以把几种矿化程度不同的有机化合物分离开来，而且可以用来检验土壤有机磷对植物的有效性。但是，Bowman-Cole分级法也有缺陷。曾有学者认为Bowman-Cole法中的先酸后碱的浸提顺序不够合理[15]，这是因为先酸后碱的浸提顺序会造成中等活性的有机磷量偏高，而使稳定性的有机磷量偏小。范业宽等[16]将浸提方法改为先碱后酸，并且针对石灰性土壤的特点，在提取稳定性和中度活性有机磷的方法中探讨超声波处理对缩短振荡时间的贡献，结果表明在提取石灰性土壤中稳定性有机磷时，先用0.5 mol/L NaHCO3 去除速效磷，再用0.05 mol/L NaOH 浸提，经超声波处理15 min，效果较好，同一处理的残样用1 mol/L H2SO4 处理2 h，可提取中度活性有机磷。随后，有学者提出，有机磷并不是胡敏酸、富里酸的结构成分，且Jackman和C.A.Blaok提出植酸盐和它的衍生物的生物有效性是不同的，植铁酸在pH 3～7下较难水解，但是它的衍生物肌醇三磷酸铁盐较容易被水解，所以Bowman-Cole 将pH 1.0～1.8作为划分中稳性与高稳性有机磷的标准是不太理想的。范业宽等[17]在他们的研究中用大量的土样来制备稳定性有机磷的碱浸提液，把浸提液pH逐次调节为5个不同等级，并且过滤得到5组沉淀物，进而研究5组不同沉淀物返加到土壤中后矿化速率的差异，从而寻找划分中稳性与高稳性有机磷的合理pH分界值。研究表明，pH为3是划分土壤中稳性与高稳性有机磷较合理的分界值。胡晓玲等[18]基于范业宽酸性水稻土改良法的优点，针对Bowman-Cole法对石灰性土壤有机磷分组方法方面的不足，提出石灰性土壤活性有机磷和中度活性有机磷的分级方法。

除了Bowman-Cole分级体系之外，还有其他4种分级体系，分别是lvanoff等提出的有机磷分级、Hedley等提出的土壤磷素分级体系及其修正体系、Guppy分级法以及Tiessen等提出的土壤磷素分级体系。

Ivanoff等虽然仍采用先酸后碱的浸提顺序来提取中等活性有机磷及稳定性有机磷，但是他们认为活性有机磷应包括微生物量磷，所以将浸提中等活性有机磷的浸提剂改成了1 mol/L HCl[8]。目前被学者采用最多且具有较好应用前景的是Hedley分级法。该法可以更好地反映出土壤中磷素形态的动态变化。它是通过连续浸提的技术，把有机磷和无机磷分在不同的组分中[19]，分为树脂-P、NaHCO3-P、微生物量磷、NaOH-P、土壤团聚体内磷（土壤超声分散后用NaOH提取）、磷灰石型磷（用稀HCl提取）以及残留磷七大类。但是，Hedley土壤磷素分级方法因为需要配备高速离心机，使用0.45 μm滤膜过滤，所以存在着耗时较长、成本偏高等问题。Cross和Schlesinger对Hedley磷素分级方法做了进一步的丰富。他们认为，在成土过程中，土壤中磷素形态会随着生物地球化学作用而不断的发生变化，所以将Hedley分级中的磷素形态重新归纳为生物态磷（Biological fraction）和地球化学态磷（Geochemical fraction）[7]。Guppy 等针对Hedley 体系中要对浸提液高速离心和频繁过滤的问题，提出一种简便的磷分级体系。他们把土壤磷分为了5 个组分，即树脂-P、NaHCO3-P、NaOH-P、HCl-P、残余-P[20]。这种方法对P 的回收率高达95%，并且具有操作简单、适用性更强、费用相对较低等优点[8]。Tiessen等也对Hedley磷素分级法作了进一步的修正，将土壤磷素分为六大类，省去了Hedley分级法中含量较低的土壤微生物量磷和土壤团聚体内磷，在用稀盐酸浸提后又用浓盐酸进行浸提，用于提取残留态中的部分有机磷。该方法已成为目前应用最广泛的Hedley磷素分级改进方法[7]。土壤有机磷的化学性质和组成是十分复杂的，所以到目前为止对土壤有机磷没有统一的分级方法。Bowman-Cole法是现在较经典、常用的方法。有机磷的分级方法还有待进一步的探讨。

3 施肥对土壤有机磷组分含量及形态转化的影响

长期施用有机肥可以增加有机磷含量[21]。增加的有机磷主要是活性和中度活性有机磷。于群英[22]曾通过培养试验研究了有机肥料对有机磷组分含量的影响，结果表明有机肥的施用能使土壤的高活性、中活性及中稳性有机磷的含量明显增加，尤其是中活性有机磷含量。张为政等[23]研究表明，中活性有机磷和高稳性有机磷会因有机肥的施用而增加，活性有机磷和中稳性有机磷却减少。张亚丽等[24]研究表明，有机肥料的施用可以使土壤中4种有机磷组分含量明显提高。尹金来等[25]则在石灰性土壤上进行了化肥和有机肥配合施用对土壤有机磷影响的相关研究，结果表明土壤有机磷的各组分在化肥和有机肥配合施用的情况下都有不同程度的提高，其中增量最大的是活性有机磷，其次是中度活性、中稳性有机磷，而增幅最小的是高稳性有机磷[25]。绿肥和粪肥施入土壤能显著增加土壤中有机磷的有效形态[26]。陈欣等[27]研究了长期施肥后黑土供磷能力，结果表明与长期不施肥处理相比，施化肥与化肥配施有机肥均能明显增加土壤各形态磷素。邢璐等[28]对施加粪肥对潮土有机磷形态转化的影响进行了相关研究，发现粪肥施加可以增加土壤有机磷的形态。尹岩等[29]通过室内淹水灭菌的培养方法，研究了有机肥施用对土壤有机磷转化的影响，发现有机肥的施用使有机磷含量增加，并且随施肥量的增加而增加;有机肥磷素可以直接转化为活性有机磷和高稳态有机磷。

4 土壤有机磷的测定及有機磷总含量的影响因素

4.1 土壤有机磷总量的测定

土壤有机磷总量的测定方法主要有灼烧法和浸提法2种。灼烧法较浸提法更为简便、精确，所以灼烧法是目前较常用的方法。其原理是通过灼烧使得有机磷矿化，然后用酸溶解浸提，酸液中的磷来自有机磷和无机磷两部分，未经灼烧的土壤用同浓度的酸浸提所含的磷只来源于无机部分，经灼烧提取的磷量与未经灼烧提取的磷量两者的差值即为有机磷总量。各学者在采取灼烧法浸提过程中所用酸的浓度不一。Acquaye[30]在进行土壤有机磷矿化研究时，用灼烧法测定土壤有机磷量所用的提取的酸是0.1 mol/L H2SO4;Bünemann等[31-32]所用的提取酸是0.5 mol/L H2SO4;Achat等[33]所用的则是0.1 mol/L H2SO4;而Celi等[34]采用灼烧法测定土壤有机磷量所用的提取的酸是HCl。现在对于所用的提取酸，仍有学者在不断进行新的尝试与改进。

浸提法是采用H2SO4-NaOH浸提，即先用H2SO4再用NaOH浸提出酸性及碱性有机磷和无机磷，减去其中无机态磷，从而得到有机态磷含量。该方法的特点是把总磷进一步区分为酸溶性磷及碱溶性磷，然后分别减去浸提液中的无机磷，而得到酸溶性有机磷和碱溶性有机磷，两者的和就是土壤有机磷总量。浸提法的缺点在于容易不完全浸提以及有水解反应的发生。这就会造成测得的有机磷总量比实际小。针对不同土壤类型所用的浸提剂也有区别[3]，学者们也在对其进行不断地改进。在较新文献中，Muhammad等[35]试验所用的浸提剂是0.5 mol/L NaHCO3、0.1 mol/L NaOH和1 mol/L HCl。

4.2 土壤有机磷总含量的影响因素

土壤有机磷的含量受多种因素的影响。主要影响因素有土壤理化性质、季节变化、生物因素及人为活动。

土壤理化性质对土壤有机磷含量的影响主要表现在几个方面：土壤有机磷的含量受土壤母质的影响颇大，母质不同，土壤中有机磷的含量也不尽相同[20];有机磷及其各组分在土壤中的含量分布因土壤类型的不同而不同[36]，通常有机磷含量最高的是有机土和有机质土，其次是软土及变性土，而氧化土及某些灰化土的有机磷含量最低[3];土壤pH对土壤有机磷含量也有影响，酸性土壤较碱性土壤更易积累有机磷[3]。

季节变化、海拔高度对土壤有机磷含量的影响主要表现为以下方面。季节变化会影响土壤有机磷含量，土壤有机磷含量在不同的季节变化较大[13]。土壤有机磷含量通常随着气温的升高、雨量的增加而增加[3]，并且土壤有机磷含量因季节不同而呈周期性变化[37]。海拔高度也是土壤有机磷含量的影响因素之一。海拔高度不同，其土壤有机磷含量也会有差异。严加亮[38]在武夷山进行海拔高度对土壤有机磷的研究，发现随着海拔高度的升高，有机磷的含量逐渐增加，呈明显的上升趋势。同一土层不同海拔高度土壤有机磷的含量之间差异达到显著水平。

影响土壤有机磷含量的生物因素主要是指植物和土壤微生物。在以磷为限制因子的草地上，从植物残余物中释放出来的磷会迅速进入土壤有机磷中，然后被植物重新吸收利用[39]。植物物种组成影响着土壤中有机磷的储量。土壤中有机磷的含量会因植被类型的不同而有差异。裴海崑[40]用Bowman-Cole法对不同草甸植被类型下土壤有机磷的含量进行了研究，结果表明不同草甸土壤中活性有机磷的含量最低。另外，根际土壤中有机磷量、全磷和速效磷含量和非根际区相比有明显差别。这是由植物的吸收、土壤磷素的迁移方式以及植物根系分泌物对植物生长微区的改造造成的[41]。曾有人对埂土中的红油土进行分析，结果表明根际土壤有机磷总量、有效磷含量均低于非根际土壤[36]。土壤中有机磷的储量离不开微生物的作用。土壤微生物量磷是土壤有机磷中最为活跃的部分[42]。陈国潮等[43]对微生物量磷与土壤磷之间的相关性进行了研究，发现微生物量磷与土壤全磷、土壤有机磷以及土壤速效磷之间存在显著正相关关系。

不同的土地利用方式影响着土壤的有机磷储量。这是因为不同的土地利用方式会导致进入土壤的肥料和植物残体的数量和性质不同[44]，同时不同的土地利用方式会影响土壤养分物质的输入与输出，进而影响土壤的养分含量。滕泽琴等[45]选取已有50年传统耕作历史的农田和退耕24年的草地（围栏和放牧）2种生态系统来探讨土地利用方式对土壤磷素的影响，结果表明土地利用方式对土壤各组分无机磷的含量有影响，对有机磷亦有影响。

长期施用磷肥、氮磷钾肥或与有机肥料混施都会出现不同程度累积有机磷，有效磷状况也会因此而有所提高[1]。长期施用化学磷肥或有机肥可以使土壤的有机磷量和无机磷量增加，而化肥主要增加无机磷含量，有机肥则以增加有机磷含量为主[21]。孟娜等[46]曾通过微区桶试验证明了有机肥的施用能明显地增加土壤有机磷的含量及土壤的磷酸酶活性。刘世亮等[47]采用玉米盆栽磷肥试验，用Bowman-Cole 法对石灰性土壤中玉米根际和非根际土壤有机磷含量进行了分组研究，结果表明供试土壤中施入不同磷肥可不同程度地提高土壤有机磷含量。

5 土壤有机磷的有效性及有机磷的矿化

5.1 土壤有机磷的有效性 土壤中的有机磷经矿化作用转变成的有效态磷是土壤中有效磷的主要来源之一，而土壤中的磷素是植物获得其生长所需磷素的唯一来源，所以土壤有机磷的有效性对植物的生长发育具有重要作用。土壤有机磷的有效性受诸多因素的影响，其主要影响因子有土壤pH、土壤温度、土壤微生物、有机肥料的施用等。有研究表明，土壤pH会影响有机磷的有效性及土壤的供磷力[48]。土壤温度影响着土壤有机磷的有效性。一般认为，土壤温度对土壤有机磷有效性的直接作用不明显，主要是通过作用于微生物和植物等间接影响有效磷。土壤温度的变化可导致微生物群落组成及其活性发生变化[11]。土壤低温会使土壤微生物活性降低，进而降低土壤有机磷有效性[13]。土壤有机磷的矿化离不开土壤微生物的作用。微生物矿化有机磷的过程是土壤中的磷能否被循环利用的关键[11]。土壤有机磷往往要在土壤磷酸酶的酶促作用下才能转化为植物可吸收利用的形态，土壤中的酶则主要来自于土壤微生物和植物根系的分泌[36]。土壤磷酸酶活性的强弱往往可以反映土壤有机磷分解和合成的动向与强度。一般认为，土壤磷酸酶活性强，则土壤磷素状况好[49]。土壤微生物量磷由于其周转快、极易矿化为植物有效磷而成为土壤有效磷的活性库[42]。VA菌根对促进作物吸收土壤磷素也具有良好作用[15]。冯固等[50]用同位素示踪法在石灰性土壤上研究了AV菌根真菌对土壤有机磷矿化的影响，结果表明AV菌根真菌侵染促进了玉米根际土壤有机磷矿化，提高了土壤有机磷的生物有效性。有机肥料的施用也会影响土壤有机磷的有效性。曹翠玉等[51]通过室内培养与田间长期定位试验，在连续施肥15年的黄潮土上研究有机肥料对土壤有机磷的影响，结果表明连年施用有机肥料能提高土壤有机磷的有效性，从而提高土壤供磷水平。

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