冶賡康，俄勝哲,，陳政宇，袁金華，路港濱，張 鵬，劉雅娜，趙天鑫，王鈺軒

（1甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州 730070；2甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070；3深圳沃種生物科技有限公司，深圳 518101）

0 引言

植物的生長(zhǎng)過(guò)程中不可或缺的元素之一就是磷，磷組成了植物生命支撐系統(tǒng)，參與植物的很多代謝發(fā)育過(guò)程，是許多生物大分子（核酸、蛋白質(zhì)、抗性物質(zhì)等）的合成物質(zhì)，有助于植物進(jìn)行光合作用，提高植物體內(nèi)無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的效率[1]。土壤缺磷導(dǎo)致植物正常生長(zhǎng)受到抑制，并影響植物對(duì)其他元素的吸收，會(huì)出現(xiàn)植株矮小、發(fā)育遲緩、葉片易脫落等缺素癥狀，最終影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。植物對(duì)磷的利用來(lái)源以土壤為主，在土壤中總磷含量為0.02%～0.2%，不能滿足作物對(duì)磷的需求[3]。研究表明，中國(guó)1/3的土地缺磷。施用磷肥的季節(jié)利用率低于1/5，主要原因是存在磷酸鈣(Ca-P)、磷酸鋁(Al-P)、磷酸鐵(Fe-P)等不易溶性無(wú)機(jī)磷。土壤中磷元素的積累幾乎處于不活躍狀態(tài)，會(huì)對(duì)周圍水體造成富營(yíng)養(yǎng)化。磷密度的增大是提高作物產(chǎn)量的一個(gè)重要因素，特別是在磷含量高且有利用價(jià)值的地區(qū)，作物產(chǎn)量有明顯的提升，然而，隨著水域面積的變化，水環(huán)境中磷元素的富集對(duì)水體的富營(yíng)養(yǎng)化構(gòu)成了極大的威脅。土壤磷素以非有效態(tài)固定在土壤中還是以有效態(tài)被植物吸收利用主要取決于磷在土壤中的賦存形態(tài)，土壤中的磷素按存在形態(tài)可分為有機(jī)態(tài)磷和無(wú)機(jī)態(tài)磷，土壤中無(wú)機(jī)態(tài)磷是主體，一般占總磷庫(kù)的60%～80%。有機(jī)磷大多數(shù)以化合物形式存在，大部分的有機(jī)磷在植物體內(nèi)不能被化解、吸收、利用[4]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤磷素含量空間差異及其影響因子進(jìn)行了大量的研究。而對(duì)磷的有效形態(tài)及其影響因素報(bào)道較少，所以研究分級(jí)磷的各種形態(tài)有助于揭示磷的生物有效性，對(duì)提高磷肥利用率至關(guān)重要。

為了定量確定土壤固相組分中能被植物吸收利用的那部分磷的數(shù)量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了各種磷的分類方法?？茖W(xué)合理的磷素分類對(duì)揭示土壤磷素含量和變化意義非凡[5]。1956年Chang和Jackson首次提出的比較完整的土壤磷素分級(jí)方法，才使得磷素分級(jí)方法得到進(jìn)一步突破，但該方法還是存在一定的局限性。隨后，蔣柏藩等[6]提出的蔣柏藩-顧益初無(wú)機(jī)磷分級(jí)方法較為完整。對(duì)于有機(jī)磷的分級(jí)方法，Bowmen等[7]提出的有機(jī)磷分級(jí)方法較為完整可行。Hedley等[8]提出的同時(shí)測(cè)定有機(jī)無(wú)機(jī)磷的方法對(duì)設(shè)備要求高，步驟繁瑣，有待于進(jìn)一步研究改進(jìn)。

1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

1.1 磷在土壤中的存在形態(tài)

磷、氮和鉀元素作為植物體內(nèi)重要的必需元素影響著植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。土壤磷具有無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷2種化學(xué)形式。農(nóng)業(yè)土壤中無(wú)機(jī)磷含量通常占據(jù)土壤中總體磷含量的60%～80%[9]，無(wú)機(jī)磷大致可分為吸附磷、礦物磷和水溶性磷3種形態(tài)。吸附態(tài)是指粘土礦物與有機(jī)物之間的表面吸附（范德華力）程度、2種磷酸與其他形式的磷酸陰離子之間的化學(xué)鍵或吸附程度[10]，H2PO4-和HPO42-是植物吸收磷酸鹽的2種主要形式。土壤中無(wú)機(jī)磷僅有1%不是以礦物質(zhì)的形式存在[11]，在石灰土中，一些磷肥在一系列的沉淀反應(yīng)之后，最終形成羥基磷灰石或氟磷灰石。礦物態(tài)磷是一種難以被植物吸收和利用的磷，被鐵涂層包裹的礦物態(tài)磷是農(nóng)田土壤中潛在的磷源。如果不去除鐵質(zhì)包膜，磷素的作用就很難發(fā)揮。水溶性磷是溶解在無(wú)機(jī)磷和土壤溶液中的少量磷，它與游離磷酸鹽、復(fù)合磷酸鹽、高分子量磷酸鹽和其他可溶性低分子量有機(jī)化合物結(jié)合，直接被植物吸收，但是其含量非常少。在中國(guó)北方的石灰質(zhì)土壤中，幾乎所有的無(wú)機(jī)磷都是正磷酸鹽，鈣磷是主要的無(wú)機(jī)磷，占總磷含量的70%以上。有效磷以及緩效態(tài)磷主要分布在表土中，無(wú)效態(tài)磷的比例隨著土壤深度的增加而提升[12]。張澤興等[13]對(duì)北方地區(qū)土壤的無(wú)機(jī)磷形態(tài)特征研究發(fā)現(xiàn)，北方地區(qū)土壤中O-P和Ca10-P含量明顯較高，施入土壤的磷肥先轉(zhuǎn)化為 Ca2-P，再轉(zhuǎn)化為Ca8-P、Al-P、Fe-P，最后轉(zhuǎn)化為Ca10-P[14]。在吉林省的黑土、白漿土、黑鈣土、暗棕壤4種典型土壤中，無(wú)機(jī)磷的含量占比情況為黑土占56.73%、白漿土占55.34%、黑鈣土占55.57%、暗棕壤占59.79%。無(wú)機(jī)磷形態(tài)以HCl-P為主；黑土與白漿土中，NaHCO3-Pi是土壤中最直接的磷源，黑鈣土與暗棕壤中Resin-Pi是作物吸收的有效磷源[15]。在高磷素累積的果園土壤中，隨著土壤磷素的累積，土壤磷素形態(tài)發(fā)生明顯變化，當(dāng)全磷含量≤0.5 g/kg時(shí)，各磷形態(tài)主要以無(wú)機(jī)磷、Fe-P為主，隨著全磷含量的上升，Al-P占比明顯上升，成為主要的磷素形態(tài)，Al-P成為土壤有效磷的主要來(lái)源[16]。陳敏等[17]通過(guò)對(duì)北方地區(qū)湖泊沉淀物研究發(fā)現(xiàn)，磷的主要存在形態(tài)為鈣結(jié)合態(tài)磷。南方湖泊沉積物中亦是如此，在武漢市湖泊沉積物中，沉積物磷以無(wú)機(jī)磷為主，F(xiàn)e/Al-P、Ca-P、有機(jī)磷次之，生物有效磷平均含量占沉積物平均含量的56%左右[18]。謝國(guó)雄等[19]對(duì)南方地區(qū)茶園土壤的研究發(fā)現(xiàn)，磷素以無(wú)機(jī)磷為主，占全磷的72.16%。

有機(jī)磷構(gòu)成了土壤中磷的重要組成，其在總磷中的占比約為30%～50%。土壤有機(jī)磷化學(xué)反應(yīng)在0.005%～0.024%之間，平均為0.01%～0.19%。在一些可耕種的土壤中，50%的磷是有機(jī)磷[20]。草地和森林土壤的有機(jī)磷含量占全磷的20%～50%，磷素的含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)，與土壤有機(jī)質(zhì)分布具有較高的一致性[21]。有機(jī)磷類型按有機(jī)磷化合物劃分為植素類、核酸類、磷脂3種類型[22]，按磷的結(jié)合鍵劃分為正磷酸單酯、正磷酸二酯、有機(jī)聚磷酸酯和磷酸酯類。袁東海等[23]對(duì)安徽省6種主要旱作土壤研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)磷含量相對(duì)偏低，大多數(shù)有機(jī)磷無(wú)法被植物直接吸收利用，這并不是說(shuō)有機(jī)磷一無(wú)是處。一方面，土壤中的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷之后，才可以被植物吸收利用。另一方面，一些有機(jī)磷化學(xué)物質(zhì)被植物直接吸收和利用[24]。所以，提高有機(jī)磷的利用率是提高磷素利用率的一個(gè)重要途徑。

1.2 影響土壤磷有效性的因素

1.2.1 土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)磷有效性的影響

（1）Ca2+、Al3+、Fe3+等離子。磷元素進(jìn)入土壤后，會(huì)經(jīng)過(guò)一系列的溶解、沉淀、淋溶、礦化等過(guò)程。土壤中磷素的溶解、沉淀過(guò)程可分為2個(gè)體系，即以鈣為主的中國(guó)北方土壤體系和以鐵鋁為主的中國(guó)南方土壤體系[25]。通過(guò)梁建宏等[26]對(duì)北方石灰土的研究發(fā)現(xiàn)，石灰土鈣對(duì)磷的有效性有顯著影響，一方面，石灰土中鈣離子與一部分磷結(jié)合形成Ca2-P、Ca8-P等生物有效態(tài)磷。另一方面，在富鈣環(huán)境下，磷很容易被固定在土壤中形成閉蓄態(tài)磷。趙楚等[27]對(duì)喀斯特地區(qū)土壤的研究發(fā)現(xiàn)，土壤中大量鐵鋁氧化物以游離狀態(tài)存在，吸附磷元素，使其利用率降低。這與王濤等[28]的研究一致，游離鐵和氧化鋁對(duì)磷的吸附能力有很突出的表現(xiàn)，可以有效抑制土壤中有機(jī)磷的無(wú)機(jī)形態(tài)，使得土壤中磷的利用率明顯下降。有研究顯示，在亞熱帶酸性土壤中，與鐵鋁氧化物結(jié)合的磷約占全部磷含量的18%～33%[29]。

（2）有機(jī)質(zhì)。腐植酸是一種天然高分子有機(jī)物。腐殖酸的有機(jī)膠體可以在Al(OH)3和Fe(OH)3表面產(chǎn)生包被作用，進(jìn)而對(duì)其保護(hù)，減少鐵、鋁氫氧化物對(duì)磷離子的吸附，使得磷的高效性有所提升，進(jìn)而促進(jìn)磷的吸收[30]。劉文博等[31]研究表明，當(dāng)施用5.0%和10.0%的活性腐植酸時(shí)，潮性土和紅土中的磷含量在15～90天內(nèi)明顯增加。這與裴瑞杰等[32]的研究結(jié)果一致，施用腐殖酸和化肥可以大大改善土壤中磷的利用率。人們認(rèn)為這是由于腐殖酸的多功能基團(tuán)與磷形成絡(luò)合物，降低了土壤中磷的固化程度，促進(jìn)了無(wú)機(jī)磷的轉(zhuǎn)化。王森等[33]研究表明，生物腐殖酸促進(jìn)磷從土壤中的釋放，因此，可以不使用肥料。計(jì)算結(jié)果表明，生物腐植酸對(duì)土壤磷的總轉(zhuǎn)化率為1.44%。進(jìn)一步研究腐殖酸對(duì)磷有效性影響的機(jī)理，可以在未來(lái)更好地應(yīng)用在土壤肥料中，進(jìn)一步提高磷素利用率。

（3）pH。pH也是影響磷有效性的重要因素，pH對(duì)土壤表面的電荷特性有明顯的影響。伴隨著土壤pH的增加，土壤對(duì)磷的固定能力也會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。根據(jù)文勤亮等[34]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH 3.2～5.5時(shí)，磷的吸附能力隨著pH的增加而降低，而磷的解吸率隨著pH的增加而增加。然而，如果pH 7.7～8.4，磷的吸附能力增加，解吸率下降。因此，適當(dāng)提高土壤pH可以有效提高土壤的固磷和供磷能力。劉淑欣等[35]研究發(fā)現(xiàn)土壤磷酸吸收系數(shù)(PAC)隨pH上升而顯著增加，土壤有效磷卻隨pH上升而顯著下降。土壤吸磷狀況會(huì)因pH高低而有所不同。

1.2.2 土壤物理性質(zhì)對(duì)磷有效性的影響 土壤性質(zhì)是影響土壤磷素吸收能力的重要因素。粘粒含量與吸磷能力呈正向關(guān)聯(lián)。顏曉等[36]研究發(fā)現(xiàn)，土壤粘粒含量、游離氧化鋁(Ald)、非晶質(zhì)氧化鋁(Alo)、有機(jī)復(fù)合鋁(Alp)和pH與最大吸磷量顯著相關(guān)。粘粒含量與最大吸磷量的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)和直接通徑系數(shù)呈現(xiàn)正向關(guān)聯(lián)，黏土含量與土壤的吸磷能力呈現(xiàn)正向關(guān)聯(lián)，兩者數(shù)值聯(lián)系緊密。這與沈任芳等[37]的研究結(jié)果一致，Al-P、Fe-P、O-P與土壤粘粒含量呈極顯著或顯著相關(guān)，說(shuō)明粘粒中有更多的無(wú)機(jī)磷存在。宋春麗[38]對(duì)紅壤土的研究表明，黏粒含量對(duì)土壤吸附磷的影響大于其他所有的因素。一般認(rèn)為，土壤粘粒為磷的吸附提供了充足的基質(zhì)，粘粒含量高的土壤鐵鋁含量高，磷吸收能力強(qiáng)。土壤磷有效性還與土壤母質(zhì)有關(guān)，有研究表明，玄武巖發(fā)育磚紅壤的全磷是淺海沉積物發(fā)育磚紅壤的2.85倍，而速效磷則是淺海沉積物發(fā)育磚紅壤比玄武巖發(fā)育磚紅壤高[39]。

1.2.3 環(huán)境因素對(duì)磷有效性的影響

（1）水分。水分對(duì)磷有效性的影響比較復(fù)雜，在不同地區(qū)的土壤研究中得到的結(jié)論也有所不同。中國(guó)南方地區(qū)，因?yàn)榻邓?，淋溶作用?qiáng)烈，磷含量比較低。北方地區(qū)降雨量少，淋溶作用弱，磷含量相對(duì)較高。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中水分的變化會(huì)改變氧化還原條件，從而影響磷的吸附和解離過(guò)程[40]，吸附解離的過(guò)程受到影響從而導(dǎo)致磷的有效性受到影響。土壤水分充足有利于磷元素向有效態(tài)轉(zhuǎn)化。梁嘉陵[41]對(duì)白漿土淹水前后的研究發(fā)現(xiàn)，白漿土淹水60天后土壤有效磷為74.9 mg/kg，比淹水30天的有效磷增加12 mg/kg，比灌水前的有效磷增加52.5 mg/kg，淹水效應(yīng)極為明顯。土壤淹沒(méi)后，一些土壤溶液中的磷濃度明顯增加，而水田對(duì)磷的需求一般低于干旱地區(qū)。磷濃度的增加可能是由于：淹水后三價(jià)鐵被還原，隨后磷被釋放（包括閉蓄態(tài)磷的釋放）；土壤中的有機(jī)陰離子取代了部分磷的吸附（磷和有機(jī)陰離子的競(jìng)爭(zhēng)性吸附）；磷酸鐵和磷酸鋁的水解；如果還原條件很強(qiáng)，H2S可以促進(jìn)磷酸亞鐵釋放出磷酸，進(jìn)一步增加土壤中的可用磷的含量；在酸性土壤中，水浸會(huì)增加Fe-P和AI-P的pH及其可溶性。在石灰質(zhì)土壤中，浸泡可以降低pH，增加Ca-P的溶解度[25]。

（2）溫度。溫度對(duì)磷有效性直接影響較小，主要是通過(guò)土壤微生物、植物根系活動(dòng)來(lái)影響磷的有效性。土壤溫度變化可以導(dǎo)致微生物種類和活性變化，有些微生物在高溫時(shí)代謝比較旺盛，對(duì)磷的吸附能力增強(qiáng)，孫曉杰等[42]研究發(fā)現(xiàn)，黃河甘寧蒙段表層沉積物對(duì)磷的吸附過(guò)程是可自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)，溫度的提高有利于表層沉積物中磷的吸附和保留，這與張瀠元[43]研究結(jié)論一致，溫度對(duì)基質(zhì)中磷的吸附能力有明顯影響。隨著反應(yīng)溫度的提高，基體對(duì)磷的吸附能力提高。

1.2.4 生物對(duì)磷有效性的影響

（1）植物。在植物根系的引導(dǎo)下，土壤中不同形態(tài)的磷可以相互轉(zhuǎn)化。鈣磷在中國(guó)南方沿海鹽堿地中占比很大。木林根系分泌質(zhì)子和有機(jī)酸，酸化根系環(huán)境使各種形式的鈣磷轉(zhuǎn)化為可溶的Ca8-P，較難溶的Ca10-P轉(zhuǎn)化為Ca2-P，進(jìn)而提高了磷的利用率[44]。不同植物對(duì)磷的有效性影響也有所不同。劉盛林等[45]研究表明，種植白蠟?zāi)軌虼龠M(jìn)0～20 cm表層土壤難溶性磷(OP)的釋放和活化，能有效提高土壤磷有效性。苜蓿種植使土壤磷酸酶活性可以滲透進(jìn)0～20 cm的表層土壤中，促進(jìn)其中難溶性磷的分解，有利于可利用的磷轉(zhuǎn)化為速效磷，但由于土壤鹽度高，無(wú)效的磷難以激活和利用。植物根系可以分泌多種低分子有機(jī)酸、氨基酸、還原糖、H+、磷酸酶等，它們的作用方式不同，有的直接作用于土壤，改變土壤pH，有的通過(guò)影響土壤微生物活性來(lái)影響磷的有效性[46]。

（2）土壤微生物。土壤中富含吸收磷的微生物。土壤中的磷通過(guò)解磷菌或者溶磷菌的分解，可以將難溶性磷轉(zhuǎn)化為可吸收的磷。土壤有機(jī)磷酸酶和植物酶的水解作用也可作為植物分泌的磷酸鹽復(fù)合物，供植物吸收利用[47]。還有研究表明存在VA-菌根真菌時(shí)植物吸磷明顯加快，還能將土壤中難以吸收的磷酸鹽轉(zhuǎn)化為有效磷，作用機(jī)理為：①真菌的分泌物可以將難溶性有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為有效磷；②菌絲增加了植物吸磷的面積；③菌根磷酸酶能將土壤磷水解為有效磷；④菌根真菌改變了根際pH，進(jìn)而影響植物吸磷；⑤菌根植物比無(wú)菌根植物呼吸作用強(qiáng)，釋放出大量CO2，進(jìn)而使土壤酸化[48]。這與趙忠等[49]的研究結(jié)果一致，菌根混合接種能較單獨(dú)接種更進(jìn)一步促進(jìn)毛白楊苗木對(duì)磷元素的吸收。

2 土壤磷素分級(jí)方法

2.1 無(wú)機(jī)磷分級(jí)方法

自從1956年張守敬和Jackson[50]首次提出了土壤磷素的完整分類方案以來(lái)，土壤磷素的分類方法不斷得到發(fā)展和完善。雖然張守敬提出的無(wú)機(jī)磷分級(jí)方法使用最為廣泛，但是隨著研究的進(jìn)一步深入，有研究者對(duì)其方法的準(zhǔn)確性提出了質(zhì)疑。此方法將無(wú)機(jī)磷分為Al-P（磷酸鋁鹽）、Fe-P（磷酸鐵鹽）、O-P（閉蓄態(tài)磷）和Ca-P，其中對(duì)Ca-P沒(méi)有進(jìn)一步分級(jí)，導(dǎo)致后來(lái)的研究準(zhǔn)確性不高，并且此方法只適用于酸性和中性土壤，對(duì)于中國(guó)北方石灰性土壤并不適用。

1990年，中國(guó)蔣伯藩和顧益初[51]提出的分級(jí)方法適用于石灰性土壤、中性土壤等含有磷酸鈣的土壤。其特點(diǎn)是：（1）將土壤無(wú)機(jī)磷部分的磷酸鈣鹽分成3級(jí)，即Ca2-P型、Ca8-P型、Ca10-P型；（2）用混合型浸提劑提取磷酸鐵鹽。具體為0.25 mol/L NaH2CO3浸提磷酸二鈣(Ca2-P)；1 mol/L NH4Ac浸提磷酸八鈣(Ca8-P)；0.3 mol/L檸檬酸鈉-Na2S2O4-NaOH浸提閉蓄態(tài)磷(OP)；0.5 mol/L H2SO4浸提磷酸十鈣(Ca10-P)；0.l mol/L NaOH-Na2CO3浸提鐵磷酸鹽(Fe-P)；0.5 mol/L NH4F浸提鋁磷酸鹽(Al-P)；其中Ca2-P有效率高，Ca8-P有效率低，Ca10-P是一種潛在的磷源。該方法的分類基本上區(qū)分了穩(wěn)定的無(wú)機(jī)磷形態(tài)，但對(duì)于探究土壤磷素的動(dòng)態(tài)變化是無(wú)益的。

2.2 有機(jī)磷分級(jí)方法

有機(jī)磷分級(jí)方法發(fā)展較慢，直到1978年Bowman-Cole[52]提出了較為完整的有機(jī)磷分級(jí)體系。此方法根據(jù)有機(jī)磷在酸堿溶液中的溶解程度，將有機(jī)磷分為活性有機(jī)磷(LOP)、中等穩(wěn)定性有機(jī)磷(MROP)、中等活性有機(jī)磷(MLOP)、高等穩(wěn)定性有機(jī)磷(HROP)4組。但是有研究發(fā)現(xiàn)，該方法對(duì)磷的提取不充分。韓曉日等[53]研究發(fā)現(xiàn)，用Bowman-Cole法提取土壤活性磷不充分，不能從土壤中的微生物內(nèi)提取核酸、磷脂等活性有機(jī)磷物質(zhì)，所以無(wú)法準(zhǔn)確反映土壤中活性磷的實(shí)際含量。2004年國(guó)內(nèi)學(xué)者范業(yè)寬、李世俊[54]對(duì)Bowman-Cole法進(jìn)行了改進(jìn)，先后通過(guò)堿提取再酸提取研究了中活性磷的提取時(shí)間和硫酸濃度，使用0.05 mol/L NaOH作穩(wěn)定性磷的浸提劑，并且將pH 3.0作為劃分土壤中穩(wěn)性磷與高穩(wěn)性磷的酸度。如今隨著核磁共振技術(shù)的發(fā)展，有機(jī)磷分級(jí)方法的準(zhǔn)確性得到進(jìn)一步完善。用液態(tài)31P核磁共振技術(shù)(31P-NMR)研究中國(guó)東北地區(qū)3種典型土壤中磷的含量及其分類，結(jié)果表明，棕壤、黑土和褐土中，黑土全磷、有機(jī)磷、有效磷含量及磷酸酶活性均為最高，棕壤和褐土的正磷酸鹽含量以及磷酸單脂含量沒(méi)有明顯差異，占比基本為總磷的50%，在褐土中，主要是正磷酸鹽，單酯含量只有18%左右[55]。傳統(tǒng)的分級(jí)方法都是間接法，浸提劑缺乏專一性，不同磷分級(jí)之間存在相互干擾等，得到的試驗(yàn)結(jié)果并不準(zhǔn)確，31P-NMR技術(shù)的應(yīng)用極大地促進(jìn)了土壤磷形態(tài)及轉(zhuǎn)化機(jī)制研究[56]。

2.3 Hedley分級(jí)法

1982年Hedley等[57]提出的磷素分級(jí)方法，同時(shí)兼顧了有機(jī)無(wú)機(jī)磷，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法，該方法將土壤磷分為7類。（1）樹(shù)脂交換態(tài)磷(Resin-P)。這是無(wú)機(jī)磷，與土壤溶液中的磷保持平衡，可以被陰離子交換樹(shù)脂取代。可以在土壤溶液被移走移除后立即補(bǔ)充，這是有效磷，是土壤活性磷的主要來(lái)源。（2）NaHCO3提取態(tài)磷(NaHCO3-P)。這部分磷還包含吸附在土壤表面的磷和可溶性有機(jī)磷，也屬于有效磷的范疇。（3）土壤微生物磷。這種磷存在于土壤中所有的活體微生物中，主要由有機(jī)磷化學(xué)物和無(wú)機(jī)磷礦物質(zhì)產(chǎn)品組成，如核酸和磷脂，一般約占微生物干物質(zhì)總量的1.4%～4.7%。在土壤中，微生物磷是有效磷的重要來(lái)源，可供植物利用。提取方法是用氯仿熏蒸土壤，用碳酸氫鈉從微生物細(xì)胞中提取磷。后來(lái)的研究表明，這種方法在實(shí)踐中并不能保障微生物中全部的細(xì)胞磷可以被提取出來(lái)，并且其提取率還不高，僅為40%以下。（4）NaOH溶性磷。0.1 mol/L NaOH提取的磷主要是無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷，它們通過(guò)化學(xué)吸附緊密結(jié)合在土壤化合物的表面。（5）土壤團(tuán)聚體中的磷（超聲P）。主要結(jié)合在土壤團(tuán)聚體表面的有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷，經(jīng)超聲分散后，用0.1 mol/L的NaOH萃取。（6）磷灰石型磷(HCl-P)。磷灰石主要從石灰性土壤中提取，也可以從風(fēng)化土中提取部分密封貯存的磷。（7）殘留磷。無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷的穩(wěn)定形態(tài)，不能用這種方法提取到的磷。植物和微生物的有效形式包括Resin-P、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po，這些磷對(duì)植物和微生物有效，是土壤中的有效磷源，可以被植物直接吸收，也可以在短時(shí)間內(nèi)被微生物利用。而難溶態(tài)磷包括NaOH-Pi、NaOH-Po、超聲提取磷、HCl-Pi和殘留態(tài)磷幾種形式。難溶性磷不能在較短的時(shí)間內(nèi)直接使用，但可以隨著環(huán)境的變化轉(zhuǎn)化為植物和微生物可以利用的形式。Hedley分類法需要先進(jìn)的設(shè)備，比如高速離心機(jī)和0.45 μm濾膜，這些設(shè)備成本高且耗時(shí)。Guppy分級(jí)法[58]是改進(jìn)的Hedley分類法，是一種較為方便的土壤磷素分類方法，該方法可以達(dá)到95%的磷回收率，不僅操作難度低、可適用的范圍廣，并且成本也較為低廉。然而，Guppy法在測(cè)量過(guò)程中使用孔雀石綠法對(duì)于實(shí)時(shí)測(cè)量是沒(méi)有用的。另外，孔雀綠法在一定程度上限制了Guppy法的應(yīng)用，因?yàn)樗行问降牧锥际怯蒊CP測(cè)定的[59]。

1993年Tiessen等[60]對(duì)Hedley法進(jìn)行了改進(jìn)，將土壤磷素分為樹(shù)脂交換磷(Resin-P)、NaHCO3提取態(tài)磷（NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po）、NaOH提取態(tài)磷（NaOHPi和 NaOH-Po）、稀鹽酸(1 mol/L HCl)提取態(tài)磷(D.HCl-P)、濃鹽酸提取態(tài)磷（C.HCl-Pi和C.HCl-Po）、殘留態(tài)磷(Residual-P)6類。省去了Hedley系統(tǒng)分類法中的土壤微生物磷和土壤團(tuán)聚體內(nèi)磷，因?yàn)檫@部分磷含量較少。此外，一些殘留的有機(jī)磷是通過(guò)罕見(jiàn)的鹽酸浸出工藝提取的，這是對(duì)最廣泛使用的Hedley法分類的改進(jìn)。國(guó)內(nèi)學(xué)者徐光榮等[61]進(jìn)一步改進(jìn)了Tiessen法，將提取時(shí)間縮短為4 h，用校正系數(shù)轉(zhuǎn)換法取代Tiessen法，對(duì)于土壤形態(tài)中磷的儲(chǔ)存量判定更為精準(zhǔn)，從而節(jié)省了磷組分分類研究的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

3 展望

目前，中國(guó)磷肥利用率很低，磷肥資源也很有限，所以研究清楚對(duì)作物有效的磷素形態(tài)和各形態(tài)磷之間的轉(zhuǎn)化機(jī)理對(duì)于提高磷肥利用率具有十分重要的意義。雖然土壤環(huán)境不能直接改變磷的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但是通過(guò)環(huán)境中其他因素的變化可以對(duì)磷在土壤中吸附解離的過(guò)程產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響磷有效性。無(wú)效態(tài)磷是土壤中的潛在磷庫(kù)，挖掘利用潛在磷庫(kù)是提高磷利用率的重要途徑，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始研究如何將有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為有效態(tài)磷以提高磷在土壤中的利用率。然而，目前人們對(duì)磷素在土壤中的吸附、解離、轉(zhuǎn)化的機(jī)理了解的還不是很全面，需要進(jìn)一步完善磷素分級(jí)方法，分級(jí)提取出更多磷素形態(tài)，以便于搞清各組分磷之間的動(dòng)態(tài)變化，將更多的無(wú)效磷轉(zhuǎn)化為有效磷。土壤磷素分級(jí)方法發(fā)展至今，土壤中不同形式的磷是通過(guò)一系列的選擇性提取來(lái)分類的，最常用的方法是張守敬法（1956年）和Jackson法（1982年）。到目前為止，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系尚未形成。但是，隨著核磁共振技術(shù)的發(fā)展，磷素分級(jí)方法在不斷完善，對(duì)磷存在形態(tài)和轉(zhuǎn)化機(jī)制的研究也在不斷深入準(zhǔn)確。