土壤磷循环
第8章-土壤氮、磷循环与环境效应-环境土壤学
一、土壤磷的含量、形态分级 及其植物有效性
1.1 土壤中磷的含量
➢地壳中磷的平均含量约为0.122% (按P计， 下同）。 ➢一般岩石含磷量变动在1.0-1.2 g/kg。 玄武岩发育的土壤全磷含量通常较高，而 花岗岩发育的土壤全磷含量较低。 ➢我国土壤全磷含量一般为0.022-0.109%, 最低可小于0.004%，高的可达0.175%。 ➢在自然土壤中的全磷含量决定于母质类 型、成土作用和土壤磷的淋失情况，而在 耕作土壤中主要受耕作施肥的影响。
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施用氮肥对土壤健康质量的影响
➢ 对于氮肥来说，最易引起土壤变化的性质就是pH。连续施 用氮肥会导致土壤pH降低，在酸性土壤上问题尤为明显。
➢ 酸 性 土 壤 交 换 性 钙 含 量 低 ， 每 加 入 100kg 硫 酸 铵 就 需 要 110kg的碳酸钙去中和由于氮肥所产生的酸度。如果不施加 石灰校正土壤酸度，锰和铝的过量释放将会产生对植物的 毒害作用
• 有机氮的矿化（有机氮水解；氨化） • 硝化（亚硝化；硝化）
土壤氮素的损失
• 反硝化——生物脱氮 • 化学脱氮（亚硝酸分解；氨挥发） • 粘粒对铵的固定 • 生物固定 • 氮素淋洗
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土壤氮素有效化 ——有机氮矿化：
定义：含氮的有机合化物，在多种微生物的作用下
降解为简单的氨态氮的过程。它包括：
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土壤氮素损失 ——化学脱氮过程
主要是一些特殊环境条件下的化学反应，如：
a. 氨态氮挥发
NH4+ + OH- NH3 + H2O 在碱性条件下进行
土壤磷循环
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
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。
• 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。
对磷的调控可通过提高土壤磷有效性来实现。
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。
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。
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。
土壤中氮、硫、磷的循环与环境质量
①Ca-P（钙磷），以磷灰石为主
氟磷灰石Ca5(PO4)3F 氢氧磷灰石Ca5(PO4)3OH 磷酸八钙Ca8H2(PO4)6 磷酸三钙Ca3(PO4)2 磷酸二钙CaHPO4 溶解度随pH降低而增大。
溶度积＝10-120.9 溶度积＝ 10-113.7 溶度积＝ 10-46.9 溶度积＝ 10-26.0 溶度积＝ 10-6.56
（1）植素类——植酸与钙、镁等离子结合而成。 （2）核酸类——含磷、氮的复杂有机化合物。 （3）磷脂类——醇、醚溶性的有机磷化合物。
• 2.无机磷：50~90％，PO43-
少量溶解、大都以吸附态和固体矿物态 存在
3种相互平衡的形态
溶解
吸附
矿物态
水溶态
吸附态
沉淀
解吸
(1)水溶态磷—土壤溶液中的磷
H2PO4-、HPO42-、PO43-，其相对浓度（比例）随溶液pH 而变化。
②Fe-P（铁磷） 以粉红磷铁矿FePO4·2H2O为代表，溶度积＝10-34.9。
③Al-P（铝磷） 以磷铝石AlPO4·2H2O为代表，溶度积＝10-30.5。 Fe-P和Al-P的溶解度随pH升高而增大。
④O-P（闭蓄态磷） 氧化铁胶膜包被的磷酸盐，无效磷。当Fe2O3胶膜还
原溶解后，磷被释放。
RCH2COOH + NH3 + E
酶
条件：
① 真菌、细菌、放线菌等；
② 在通气良好； ③对低温特别敏感；
④ 水分60~70%； ⑤ pH值要求在4.8~5.2
⑥C/N比适当。
2．氨的硝化过程
氨、胺、酰胺 （1）亚硝化作用
硝态氮化合物
亚硝化微生物
2HN4 + 3O2
2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158千卡
第章土壤氮磷循环与环境效应环境土壤学ppt课件
• 氮素的淋洗
硅铝片
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NH4+ 硅铝片
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淋 洗
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四. 土壤氮素流失与环境质量
氮肥生产效率趋于下降，农业环境污染则趋于加重 保障粮食安全和农产品供应，减少农业环境污染环境 降低农田中化肥氮损失、提高氮肥利用率 途径：
–适宜施氮量，避免盲目过量施氮 –氮肥深施、早作上表施氮肥(特别是尿素）立即适量灌
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土壤氮素的有效化
• 有机氮的矿化（有机氮水解；氨化） • 硝化（亚硝化；硝化）
土壤氮素的损失
• 反硝化——生物脱氮 • 化学脱氮（亚硝酸分解；氨挥发）
• 粘粒对铵的固定 • 生物固定
• 氮素淋洗
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土壤氮素有效化
——有机氮矿化：
定义：含氮的有机合化物，在多种微生物的作用下
主要为： 游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物； • 水解性有机氮50~70%，用酸碱或酶处理而得。
包括：蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类； • 非水解性有机氮30~50%，
主要可能是杂环态氮、缩胺类 。
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无机态氮
数量少、变化大，表土中占全氮 1~2% ，最多不超过 5~8%。
• 铵态氮(NH4+ — N)：可被土壤胶体吸附，一般不易流失， 但在旱田中，铵态氮很少，在水田中较多。
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二. 土壤中氮素的形态
有机态氮
• 可溶性有机氮 < 5%； • 水解性有机氮50~70%； • 非水解性有机氮30~50%。
无机态氮
• 铵态氮(NH4+)； • 硝态氮(NO3-)； • 亚硝态氮(NO2-)。
土壤中磷的释放名词解释
土壤中磷的释放名词解释在自然界中，磷是一种重要的营养元素，对于植物的生长和发育至关重要。
然而，磷的释放过程在土壤中却不容忽视。
对土壤中磷的释放进行名词解释，可以更好地理解这一过程的重要性和影响。
1. 磷：磷是一种化学元素，化学符号为P。
在生物体中，磷是构成核酸、脂肪酸、蛋白质和骨骼等生物分子的重要组成部分。
对于植物而言，磷是促进根系生长、组成DNA和RNA以及能量转移的必需元素。
2. 土壤：土壤是指地球表面的一层可供植物生长利用的物质，由矿物质、有机质、水分、空气和生物等组成。
作为植物生长的基质，土壤中的养分含量对植物的生长至关重要。
3. 磷肥：磷肥是一种含有高磷含量的化肥，用于弥补土壤中磷元素的不足。
磷肥的主要成分是磷酸盐，包括单磷酸盐、二磷酸盐和三磷酸盐等。
磷肥可以提供植物所需的磷元素，促进植物的生长和发育。
4. 磷循环：磷循环指的是磷在自然界中的转化和迁移过程。
这个过程包括磷的吸收、固定、释放和再吸收等环节。
磷循环可以维持磷的平衡，保证植物能够获得足够的磷元素。
5. 磷的吸收和释放：植物根系可以通过根毛吸收土壤中的磷元素。
当土壤中的磷含量较高时，植物的吸收速率就会减缓。
相反，当土壤中的磷含量较低时，植物会增加磷的吸收速率。
此外，土壤微生物也能够释放磷元素，促进植物的磷吸收。
6. 磷的固定和再吸收：在土壤中，磷可以以有机磷和无机磷的形式存在。
有机磷是指与有机物质结合形成的磷，例如有机酸和磷酯等。
无机磷是指以无机盐的形式存在的磷，例如磷酸盐和磷酸等。
土壤中的有机磷和无机磷在形成过程中可以相互转化。
植物通过根系再次吸收土壤中被固定的磷，实现了磷的再循环。
7. 磷的释放影响：磷的释放过程会受到多种因素的影响。
土壤pH值、有机质含量、土壤温度和湿度等因素都会影响土壤中磷的释放速率。
此外，植物类型和生长发育阶段对土壤中磷的释放也有一定影响。
对于农业生产而言，科学合理的施肥和土壤管理措施能够在一定程度上控制磷的释放，提高磷的利用效率。
不同密度及林龄杉木人工林土壤磷循环功能基因phoc和phod的变化规律
不同密度及林龄杉木人工林土壤磷循环功能基因phoc和phod的变化规律【知识】不同密度及林龄杉木人工林土壤磷循环功能基因phoc和phod的变化规律导语：杉木人工林作为中国主要的人工造林类型之一，对于改善生态环境和保护土壤资源起到了重要作用。
然而，近年来人们对于杉木人工林中土壤磷循环的研究相对较少。
本文将分析不同密度及林龄杉木人工林土壤磷循环功能基因phoc和phod的变化规律，探讨其对于降低土地退化、促进土壤肥力的意义。
目录：一、磷循环在土壤生态系统中的重要性及机制二、杉木人工林对土壤磷循环功能基因的影响2.1 杉木人工林密度对磷循环功能基因的影响2.2 杉木人工林林龄对磷循环功能基因的影响三、杉木人工林土壤磷循环功能基因变化规律的解读3.1 phoc基因变化规律的分析3.2 phod基因变化规律的分析四、不同密度及林龄杉木人工林土壤磷循环功能基因变化的意义五、个人观点与总结一、磷循环在土壤生态系统中的重要性及机制磷是土壤肥力的重要指标之一，能够影响植物的生长发育和养分吸收。
在土壤生态系统中，磷的循环主要通过磷循环功能基因来实现。
磷酸根酶（phosphatase）是负责水解有机磷酯、底物是无机磷化合物生成有机磷酸酪氨酸（Pi）的酶，即phoc基因。
而磷酸二酯酶（phosphodiesterase）是负责水解底物是有机磷酯生成Pi的酶，即phod基因。
这两种酶的功能对于磷循环在土壤中的进行至关重要。
二、杉木人工林对土壤磷循环功能基因的影响2.1 杉木人工林密度对磷循环功能基因的影响杉木人工林的密度是影响磷循环功能基因的一个关键因素。
随着杉木人工林密度的增加，磷循环功能基因的丰度和活性也会相应增加。
研究表明，较高密度的杉木人工林可以提高phoc和phod基因的表达水平，加速土壤磷的循环速率，从而促进土壤磷的有效利用和提高土壤肥力。
2.2 杉木人工林林龄对磷循环功能基因的影响杉木人工林的林龄也会对磷循环功能基因产生影响。
土壤中总磷注意事项
土壤中总磷注意事项土壤中的总磷是指土壤中包括有机磷和无机磷在内的一切磷的总量。
总磷是土壤养分中的重要组成部分，对于植物生长起到重要的作用。
了解土壤中总磷的含量和注意事项，有助于合理使用肥料和改良土壤，提高植物的生长质量和产量。
下面是一些关于土壤中总磷的注意事项：1. 合理施肥：总磷是植物生长的重要养分之一，但过量施用磷肥可能会导致磷的积累和浪费。
因此，在施肥时应根据土壤中总磷的含量和植物对磷的需求进行合理的施用量。
土壤中总磷含量较高时，可以适量减少磷肥的施用量，以避免浪费和环境污染。
2. 磷的定位施肥：土壤中的总磷含量不仅仅影响植物对磷的吸收利用，也会影响磷的迁移和循环。
因此，进行磷肥的施用时，应该根据植物的需求和土壤中总磷的含量，选择合适的施肥方式和施肥位置。
避免将过量的磷肥集中施用在一个位置，以减少养分的流失和浪费。
3. 考虑土壤的磷供应能力：土壤中总磷的含量会受到土壤性质和磷肥的施用影响。
一些土壤中总磷含量较低，可能需要补充磷肥以满足植物的生长需求。
因此，在进行土壤改良和施肥时，应该综合考虑土壤的磷供应能力，合理选择磷肥的类型和施用量，以提高养分利用效果和减少资源浪费。
4. 增加土壤的磷效益：土壤中的磷含量不仅与土壤肥力有关，也与土壤中的磷有效性有关。
磷在土壤中通常以无机形态和有机形态存在，其中无机磷对植物的吸收利用更为直接有效。
因此，可以通过改善土壤质地和pH值，提高土壤中磷的有效性，增加土壤的磷效益。
5. 防止磷的流失和污染：土壤中过量的磷肥施用和不当的土壤管理可能会导致磷的流失和污染。
土壤中过高的磷含量会增加磷的排放风险，进而对水体环境造成污染。
因此，应该采取适当的措施来减少磷的流失，如合理排水、覆盖物和绿色耕作等。
综上所述，土壤中总磷是植物生长的重要养分之一，合理的施肥、定位施肥、考虑土壤的磷供应能力、提高土壤的磷效益以及防止磷的流失和污染等注意事项，能够提高土壤中总磷的利用效果和减少资源浪费，为植物的生长提供适宜的磷供应。
磷循环过程及其对海洋生态系统和全球气候变化的影响
磷循环过程及其对海洋生态系统和全球气候变化的影响磷是生命不可或缺的元素之一，它对维持生物体的生长和发育以及能量转化过程至关重要。
磷循环是指磷在地球系统中的循环过程，包括从岩石和土壤中的磷矿物质溶解释放出来，进入陆地生态系统和海洋生态系统。
磷的存在与分布对海洋生态系统和全球气候变化产生着重要影响。
首先，磷在海洋生态系统中扮演着关键角色。
海洋中的磷来源主要是河流和陆地侵蚀过程中的泥沙以及大洋底部的沉积物。
这些磷源通过水循环进入海洋，成为海洋生物的营养来源。
磷是DNA和ATP等核酸和蛋白质的重要组成部分，对海洋生物体的生长、繁殖和能量代谢有着重要影响。
磷限制是海洋生物生长的一个重要限制因素之一，海洋中的磷浓度较低时，海洋生物的生产力和多样性都会受到限制。
其次，磷循环还与海洋生态系统的富营养化过程密切相关。
富营养化是指水体中营养盐如磷、氮等过量输入，导致藻类和植物过度繁殖的现象。
磷是富营养化的主要限制因子之一。
由于人类活动的不当排放和过剩化肥的使用，大量的磷进入河流和海洋中，导致了富营养化现象，特别是在河口和湾区。
富营养化会引发藻类大量繁殖，形成藻华，使水体中的氧气供应受限，导致水体缺氧，威胁到海洋生态系统中其他生物的生存。
此外，藻华还会对海洋中的光照条件造成遮挡，影响水下植物的光合作用，并对渔业资源造成重大损失。
另外，磷循环还在全球气候变化中扮演着重要的角色。
磷是海洋生态系统中碳循环和氮循环的关键环节之一。
磷对海洋生物生产原生产者的生长有重要影响，而原生产者则通过光合作用吸收二氧化碳，将其从大气中固定到海洋中，起到一定的缓解全球变暖的作用。
此外，磷还与海洋酸化过程密切相关。
随着全球变暖和碳排放的增加，大气中的二氧化碳被溶解到海洋中，导致海洋的酸碱度下降，形成海洋酸化。
磷在海洋酸化过程中起到了双重作用。
一方面，海洋酸化会降低磷的溶解度，使其更难被海洋生物吸收和利用。
另一方面，海洋酸化也会影响磷的循环过程，加速磷从海洋中释放出来，进一步加剧富营养化问题。
土壤中氮、硫、磷的循环与环境质量
土壤氮素循环对环境的影响
1.土壤中氮的损失 无机氮肥的损失：氨挥发、硝化-反硝化、淋洗、
径流、侧渗以及通过作物地上部直接损失。 有机氮损失：主要取决与本身的化学性质和C/N比
3．游离态氮（N2）
氮循环主要过程
土壤中氮的转化过程
1．有机态氮的矿化过程
（1）水解过程
水解 水解
蛋白质 多肽 氨基酸、酰胺等
朊酶
肽酶
条件：① 真菌、细菌、放线菌等；
②在通气良好； ③ 温度较高；
④ 水分60~70%； ⑤ pH值适中；
⑥ C/N比适当
（2）氨化过程
氨化微生物
RCHNH2COOH + O2
RCH2COOH + NH3 + E
酶
条件：
① 真菌、细菌、放线菌等；
② 在通气良好； ③对低温特别敏感；
④ 水分60~70%； ⑤ pH值要求在4.8~5.2
⑥C/N比适当。
2．氨的硝化过程
氨、胺、酰胺 （1）亚硝化作用
硝态氮化合物
亚硝化微生物
2HN4 + 3O2
2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158千卡
•土壤有机质含量
土壤氮素和土壤有机质二者呈正相关关系。土壤氮素的 含量大致占土壤有 机质含量的5%左右。
•质地
质地 砂性土 壤性土 粘性土
N% 低
高
•地形及地势
土壤氮素的存在形态
1．有机态氮 （1）可溶性有机氮 < 5%，主要为： 游离氨基酸、胺盐
（速 效 氮）及酰胺类化合物 （2）水解性有机氮50~70%，用酸碱或酶处理而得。包
草地土壤磷循环及其对全球变化的响应
*通信作者,E -m a i l :l i u js 606@n e n u .e d u .c n 收稿日期:2020-10-06;修回日期:2021-02-25基金项目:国家自然科学基金面上项目 氮沉降背景下放牧对草地土壤线虫的影响及其作用机制 (31971744)作者简介:吴金凤(1996-),女,山东曹县人,在读硕士生,研究方向为草地生态学,E -m a i l :w u jf 046@n e n u .e d u .c n .D O I :10.16742/j .z gc d x b .20200326草地土壤磷循环及其对全球变化的响应吴金凤,刘鞠善*,李梓萌,王德利(植被生态科学教育部重点实验室/东北师范大学草地科学研究所,吉林 长春 130024)摘要:磷是生物体的必需元素,也是草地生态系统生产力仅次于氮的限制元素㊂土壤磷循环主要受地球化学和生物过程控制,并受到全球变化的影响㊂通过从大气氮沉降㊁C O 2浓度升高㊁温度升高㊁降水变化4个全球变化因子及其交互作用对土壤磷循环的影响进行分析,并从土壤理化性质㊁土壤磷酸酶活性和丛枝菌根真菌等途径揭示全球变化影响土壤磷循环的作用机制,指出全球变化能够通过这些作用途径加快土壤磷循环,为提高土壤有效磷含量及全球变化背景下草地可持续利用提供科学的指导㊂最后总结当前研究的不足,即球变化对草地土壤磷循环的影响仍需开展系统深入的研究,并需考虑全球变化与刈割和放牧等人类活动交互作用对土壤磷循环的影响㊂关键词:氮沉降;C O 2浓度升高;温度升高;降水变化;磷循环;草地中图分类号:S 812 文献标志码:A 文章编号:1673-5021(2021)06-0102-10草地是地球上最大的陆地生态系统,约占陆地总面积的25%,我国草地面积为3.31ˑ106k m 2,约占国土面积的41%[1]㊂磷是所有生物的必需元素,在植物生长发育和繁殖过程中发挥关键作用,也是许多生态系统中的主要限制元素[2]㊂磷元素缺乏会限制生态系统净初级生产力㊁氮固定和碳储存[3~4]㊂土壤磷循环是重要的地球化学循环之一,是生态系统养分循环的重要组成部分,对生态系统结构㊁过程和功能具有关键的调节作用㊂土壤磷循环受地球化学和生物过程的控制,易受植被状况㊁土壤类型㊁利用方式以及全球变化等因素的影响[5~6]㊂全球变化是由自然因素或环境因素所驱动的环境变化,已对生态系统产生重要影响[7]㊂近年来由于化石燃料的燃烧和氮肥的使用,使大气氮沉降逐年加剧,同时温室气体排放量的增加导致温度升高和降水格局的变化[8]㊂综合国内外研究表明,氮沉降和C O 2浓度升高会增加土壤氮㊁碳含量,改变土壤NʒP ㊁C ʒP ,而参与土壤磷循环的微生物的主要功能基因的丰度主要由土壤碳氮磷化学计量比决定[9]㊂气温升高通过增加土壤温度改变微生物生物量㊁刺激土壤磷酸酶活性,加速土壤磷循环㊂降水变化主要通过改变土壤湿度和土壤团聚体结构,引起土壤淋失,降低土壤磷含量[10],从而导致土壤磷元素匮乏㊂近年来,已开展不同全球变化因子间交互作用对草地土壤磷循环影响的研究,通过增温和施氮对土壤磷循环影响的研究发现,两因素共同作用减少土壤有效磷的含量,加剧了草地磷限制[11]㊂而施氮和水分添加实验则表明二者相互作用增加土壤中有效磷含量,加快土壤磷循环[10]㊂因此,需要加强全球变化对草地生态系统磷循环过程及影响因素的理解以提高土壤有效磷含量,实现土壤磷元素的可持续利用㊂目前国内外对土壤磷循环的研究比较分散,且对全球变化影响土壤磷循环的机制尚不清楚㊂本文以大气氮沉降㊁C O 2浓度升高㊁温度升高㊁降水变化4个全球变化因子对草地土壤磷循环的影响进行综述,阐释草地土壤磷循环对全球变化的响应机制,为提高土壤有效磷含量及全球变化背景下草地可持续利用提供科学的指导㊂1 草地土壤磷循环磷循环属于沉积型循环,生态系统中的磷元素主要源于矿物岩石的风化作用,最常见的原生磷矿物是磷灰石,而次生磷矿物包括各种磷酸钙和无定形的铝和铁磷酸盐[5]㊂岩石风化中的一部分磷酸盐会随地表径流进入湖泊或海洋中沉积下来㊂由于岩石风化速率和沉积作用缓慢,磷循环在全球尺度上的周转较慢,长达107~108年[12~13]㊂因此,在较短的时间尺度上,草地土壤磷循环主要指磷元素的输入㊁在植物-土壤间的迁移与转化以及在生态系统的输出过程㊂草地土壤磷元素的输入主要包括植物凋落物分解㊁矿物风化和有机磷肥施用等途径,磷元素201 第43卷 第6期V o l .43 N o .6 中 国 草 地 学 报C h i n e s e J o u r n a l o fG r a s s l a n d2021年6月J u n .2021的迁移与转化指土壤中各个磷库之间磷元素形态的转化过程,土壤磷元素的输出指植物对可利用磷的吸收利用以及磷在土壤中的淋溶[13]㊂土壤磷循环主要围绕土壤中各磷库之间磷元素的相互转化以及对植物生长的影响展开研究㊂土壤中的磷可归纳总结为土壤溶液中的磷㊁微生物生物量磷㊁无机磷和非生物有机磷4个磷库,并以有机磷和无机磷两种形式存在[14]㊂其中有机磷占土壤全磷的20%~80%[15],主要包括正磷酸盐单脂和正磷酸盐二脂㊁有机多磷酸盐和磷酸盐等形式[16]㊂有机磷矿化包括物理化学(吸附/解吸和沉淀/溶解)和生物生化(矿化/固定和细胞外酶的水解)两个过程[14]㊂有机磷转化过程中所释放的可溶性磷酸盐,一部分被植物和微生物吸收,另一部分被土壤中的矿质元素固定,即土壤中有机磷矿化与生物固定同时进行[17]㊂微生物和植物通过矿化有机磷㊁吸收磷㊁合成新的有机磷以及通过分泌物影响磷矿物的溶解度来驱动磷循环㊂2全球变化对草地土壤磷循环的作用2.1氮沉降对草地土壤磷循环的影响在陆地生态系统中,大气氮沉降日趋严重,已成为全球变化的重要特征之一㊂在过去150年中,人为活性氮的年输入量增加10倍以上,并预计未来几年大气氮沉降速度将会增加2~3倍[18]㊂氮沉降能够提高草地生产力,改变凋落物分解速率,并通过土壤酸化和提高磷酸酶活性调节土壤有效磷含量,进而影响草地土壤磷库和循环过程㊂氮沉降通过改变凋落物积累量和养分归还影响草地土壤磷输入㊂氮沉降能够增加草地凋落物积累量并提高其分解速率,进而增加草地生态系统的磷元素输入㊂T a n g等[19]对氮添加的56项研究进行m e t a分析发现,在草甸草原上每年施氮量为7.5~ 20.0g/m2时,可以提高植物生产力;高于或低于该阈值时,植物生物量都会降低㊂多数草地生态系统受到氮元素的限制,当施氮量过低时,微生物和非生物过程对氮的竞争超过了植物本身,使植物可利用氮含量减少而降低植物生物量;而高施氮量减少生物量可能是由于过量氮的输入会引起其他因素限制植物生长㊂适量的施氮量可以通过提高土壤可利用氮含量,促进植物生长并提高初级生产力,从而增加草地凋落物积累量[20]㊂赵浩波等[21]通过研究不同氮素水平对羊草生长的影响发现,随着施氮水平的增加,羊草生物量呈现先上升后下降的趋势㊂氮沉降加快营养元素循环,改变凋落物形成过程中的营养元素再分配,增加凋落物中的氮㊁磷含量㊂氮沉降对凋落物分解速率的作用受施氮肥的种类和数量的影响,表现为促进效应[22]㊁抑制效应[23]和没有影响[24]㊂研究表明当凋落物CʒN低于5~15时或CʒP低于200~480时,凋落物氮㊁磷元素出现净释放㊂当凋落物氮㊁磷含量不足时,微生物会固定土壤中的氮㊁磷来维持自身的化学计量平衡[25]㊂因此,氮沉降可通过改变凋落物数量和质量调节草地土壤磷元素输入,其作用效果主要受到氮沉降量的影响㊂氮沉降对土壤磷元素迁移与转化的作用主要表现在对有效磷含量的影响,土壤磷元素只有转化成可利用磷才可以被植物和微生物吸收㊂在多数草地生态系统中,氮沉降可增加酸性磷酸酶的活性,提高土壤有效磷含量[26]㊂这是由于适量的氮添加能够促进植物生长,提高微生物活性,当土壤处于氮饱和时,微生物会将多余的氮用于合成磷酸酶,同时植物根系也会释放磷酸酶加速有机磷矿化过程,提高土壤有效磷含量,加快磷元素养分循环㊂此外,长期大气氮沉降会导致土壤酸化,能够加快被矿物吸附的无机磷的溶解释放,对微生物群落也会产生影响㊂刘红梅等[27]在内蒙古典型草原进行模拟不同梯度氮沉降的研究表明,随着施氮强度的增加,土壤p H 及全磷含量逐渐降低,但有效磷含量逐渐增加㊂这与土壤酸化会溶解释放矿物吸附的无机磷㊁促进迟效状态的磷向有效态包括可溶性磷的转化有关㊂氮沉降对土壤磷元素输出的影响主要表现在影响植物对磷元素的吸收㊂在植物生长初期,大气氮沉降增加土壤中有效氮浓度,提高植物体氮含量和NʒP㊂后期随着氮的持续输入,会引起土壤酸化,降低土壤磷元素矿化速率和有效磷含量,最终提高植物NʒP[28]㊂植物NʒP的增加会导致植物体内养分失衡,引起植物生长的磷限制㊂植物会加快对磷元素的吸收以平衡氮含量㊂L i等[29]在半干旱草地进行氮添加和凋落物对羊草养分重吸收的实验,该研究发现氮添加提高了羊草叶片和茎秆对磷的重吸收能力㊂但随着氮沉降量持续增加,植物叶片内的磷含量会呈现下降趋势,这是因为高浓度氮添加减少了细根生物量,降低植物根冠比[20],从而减少细根对有效磷的吸收㊂氮沉降导致草地生态系统土壤氮饱和,引起草地生态系统中植物和土壤的CʒNʒP化学计量比发生变化㊂植物㊁凋落物和土301吴金凤刘鞠善李梓萌等草地土壤磷循环及其对全球变化的响应壤C ʒNʒP 化学计量比的差异,不仅代表了植物和微生物为维持生态系统平衡而面临的养分竞争关系,还是反映了土壤碳㊁氮㊁磷元素循环的重要指标[30]㊂2.2 C O 2浓度升高对草地土壤磷循环的作用自工业化以来,大气中的C O 2浓度大幅增加,2017年初C O 2浓度为400p pm ,预计2050年将达到550p pm [31]㊂大气中C O 2浓度增加能够改变生态系统的营养循环过程㊂有研究表明,C O 2浓度升高促进植物生长,增加植物磷限制[32]㊂同时,C O 2浓度升高可以增加土壤微生物生物量和碱性磷酸酶活性,提高土壤有效磷含量,促进植物对磷吸收㊂C O 2浓度升高可以通过改变凋落物积累量及其养分归还影响草地土壤磷元素输入㊂C O 2浓度升高促进植物光合作用及生物量积累㊂A n d r e s e n等[33]在温带草原进行长期增加C O 2浓度实验发现,C O 2浓度升高能够显著提高地上生物量㊂C O 2浓度升高产生的施肥效应可以提高植物养分利用率,降低土壤的矿化速率,从而降低凋落物养分含量和分解速率,即养分限制假说[34]㊂但A l l a r d 等[35]研究表明,在高C O 2浓度下草地土壤有机质含量表现出增加趋势㊂这是因为C O 2浓度升高增加植物向地下的碳分配,植物细根增多并提高根部养分吸收能力,同时增加土壤微生物活性并加速土壤养分矿化,从而抵消因C O 2浓度升高引起的养分限制对凋落物分解的不利影响,即C O 2施肥假说[34]㊂C O 2浓度升高对凋落物分解影响持有两种不同的观点,这也影响了凋落物中磷元素向土壤释放的研究㊂C O 2浓度升高主要通过改变土壤有效磷含量影响磷元素的迁移和转化㊂目前C O 2浓度升高对土壤磷元素转化影响的研究相对较少,这些研究趋向于认为为了满足植物生长需求,C O 2浓度升高能够加速磷元素矿化,增加土壤有效磷含量㊂D e n g 等[36]通过m e t a 分析112项研究发现,C O 2浓度升高能够提高磷酸酶活性,从而加快有机磷转化为植物可利用磷的矿化过程,有效缓解土壤有效磷缺乏的状况㊂C O 2浓度主要通过土壤CʒN ㊁有机质和pH 间接影响磷酸酶活性㊂此外,土壤微生物通常受到土壤碳限制而影响磷固持过程,大气C O 2浓度升高可以通过刺激植物生长改变土壤碳库,促进土壤微生物对养分的固定[37],进而提高磷固持能力㊂有研究表明在高C O 2浓度环境下的土壤比周围土壤具有更大的微生物生物量,这是由于大气C O 2浓度升高将产生的额外碳分配给土壤中的微生物生物量,并增加土壤有机质中的碳及其他养分的积累[38]㊂C O 2浓度升高通过影响植物磷吸收调节土壤磷元素的输出,主要指对植物体磷含量的作用,而关于植物对磷的吸收和NʒP 化学计量的影响关注较少㊂C O 2浓度升高会引起植物体内营养元素变化,从而导致C ʒP ㊁NʒP 发生变化㊂C O 2浓度升高能促进植物对磷元素的吸收,降低植物组织NʒP [9]㊂有研究表明随着C O 2浓度升高植物体磷浓度逐渐升高,植物C ʒP 也有所提高[39]㊂这是由于C O 2是植物光合作用的底物,而磷是光合作用的重要参与者,植物需要相对更多富含磷的R N A 支持蛋白质快速合成以满足植物生长需要[40],生长快速的植物体内会具有更高的磷含量㊂2.3 温度升高对草地土壤磷循环的影响近100年来,全球地表温度升高0.74ʃ0.18ħ,I P C C 预测到2100年全球气温将上升1.4~5.8ħ[41]㊂温度升高能提高植物光合作用效率及植物生产力[42],同时也会加速水分流失,引起植物干旱胁迫[43]㊂这些作用会通过影响微生物活性和土壤酶活性影响草地生态系统磷循环㊂温度升高对土壤磷元素输入的影响主要表现为对凋落物产量及其分解速率的作用㊂温度升高可通过促进植物光合作用,增加植物生物量[44],也会由于温度升高提高蒸腾作用和加快土壤水分流失,抑制植物生长,降低生物量[43]㊂草地凋落物分解是草地生态系统养分循环的关键环节,对调节土壤养分可利用性具有重要作用[45]㊂温度是影响凋落物分解的重要环境因子,温度升高能够提高微生物活性和分解酶活性,促进土壤有机质分解,加快凋落物的分解速率进而加速磷元素的返还[46]㊂而林巧燕等[47]进行增温对高寒草甸凋落物质量变化影响的实验发现,增温显著促进了凋落物的分解速率并提高了凋落物中的磷含量,这表明温度升高增加了凋落物中磷元素的固定㊂在未来温度升高的条件下,有可能会导致草地生态系统的磷缺乏,进而引起草地磷限制㊂温度升高能够通过改变磷酸酶活性和微生物生物量磷影响土壤磷元素的迁移与转化过程,进而改变植物和土壤中的有效磷含量㊂研究表明增温处理显著提高磷酸酶活性,即温度升高加快有机质的分解引起磷酸酶活性增强,磷酸酶活性的增强促进有401 中国草地学报 2021年 第43卷 第6期机磷矿化,提高有效磷含量[48]㊂G o n g等[49]研究发现增温处理提高土壤总磷含量,这是因为温度升高降低了土壤含水量和磷的扩散性,减少植物和微生物对磷元素的吸收㊂此外,温度升高还会影响土壤微生物活性,土壤微生物生物量磷的周转期较短,且能够释放活性态的磷元素,可被看作土壤磷元素转化的中转站和植物有效磷的主要来源[50]㊂在目前温度升高对微生物生物量磷的研究中,一部分研究者认为增温处理降低了微生物生物量磷[49]㊂另一部分研究发现增温处理对微生物生物量磷没有显著影响[51]㊂导致结果不一致的原因可能是由于增温处理的时间长短不同,长期增温会降低土壤湿度,通过减缓磷元素解吸和溶解过程减少对微生物的磷元素供应㊂温度升高能够通过改变植物养分吸收影响磷元素输出,温度升高对植物磷元素吸收的影响可能与植物自身特性和土壤性质有关㊂大部分研究表明温度升高会降低植物磷含量,并提高磷元素吸收效率㊂Y a n g等[52]在青藏高原冻土区研究高山莎草叶片对增温的响应发现,适度的增温降低了叶片磷浓度,更大程度的增温会增加根系磷浓度㊂这是因为温度升高促进土壤有机质释放磷元素,提高磷元素吸收效率,植物有效磷含量增加㊂而R e n等[53]在荒漠草地研究干㊁湿年份养分吸收对增温的响应,结果发现在湿润年份,增温显著提高土壤和植物体的磷含量,降低了磷元素吸收效率;而在干旱年则没有影响,这可能是由于降雨解除了增温引起的干旱的负面效应㊂总的来说,温度升高会通过降低土壤磷含量和增加植物养分吸收效率,进一步加剧生态系统磷限制,而降水可能在一定程度上能够缓解因温度升高而导致的磷限制㊂2.4降水变化对草地土壤磷循环的调节作用全球气候变化导致极端降水和干旱事件频发,对生态系统过程产生重要影响㊂降水变化与土壤养分状态及植物光合生理过程密切相关[54],是控制草地初级生产力的关键因素㊂降水过多则会引起土壤磷元素的淋失作用,进一步影响土壤磷含量㊂降水通过改变凋落物产量及其养分归还影响土壤磷元素输入㊂降水变化主要通过提高土壤水分可利用性增加植物生物量㊂有研究表明地上生物量随着降水量的增加而增加,且在降水量增加60%时达到最大[55]㊂相邻年份降水量增加也会提高植物生物量㊂降水是干旱和半干旱区凋落物分解及养分释放的重要驱动因素㊂短期降水增多可加快表层凋落物的碎裂和水溶性物质的淋溶,加速凋落物质量损失和分解过程[56]㊂不同物种凋落物分解速率和养分释放对降水变化的响应存在差异㊂W a n g等[57]在半干旱草地研究了两种禾草和一种杂类草的凋落物分解及养分释放对水分添加的响应发现,杂类草的凋落物质量损失和养分释放快于禾草,且水分添加加速了杂类草凋落物中磷元素的释放㊂由于半干旱草原不同物种凋落物养分释放的不同步性,长期增加降水可能导致土壤养分供应和有效性的变化㊂降水主要通过控制有机磷矿化的生物化学过程影响磷元素的迁移和转化,以及土壤磷元素的组成和有效性㊂W a n g等[10]在干旱草地研究水分添加对土壤团聚体磷有效性的影响发现,水分添加能够改善土壤结构,加速土壤团聚体中磷元素的溶解与解吸过程,增加土壤有效磷含量㊂降水变化主要通过增加土壤有机碳含量,使微生物生物量上升㊂微生物生物量磷作为土壤磷库的重要组成部分,可以为植物提供大部分磷元素营养的需求㊂有研究表明降水能够提高微生物生物量磷的周转速率,从而提高土壤全磷含量[58]㊂D i j k s t r a等[59]用32P同位素标记法研究干旱在短期内对微生物磷吸收的影响,结果表明干旱抑制微生物磷吸收,这可能是由于水分减少降低了磷迁移率,进而限制了无机磷向微生物的供应㊂在降水对磷酸酶活性影响的研究中,一部分结果表明降水增多提高了磷酸酶活性,另一部分研究发现降水增多降低了磷酸酶活性,除了降水对微生物活性的影响外,造成结果差异的原因可能与植物生长发育的时间㊁土壤类型以及不同取样测定的时间有关㊂降水对磷元素输出的影响主要表现在植物吸收和土壤磷元素的淋失作用㊂由于研究地点㊁植物种类以及土壤含水量对土壤养分可利用性和植物营养元素影响等差异,降水变化对植物NʒP的影响尚不清楚㊂例如在地中海地区[60],适度干旱会增加土壤有效磷含量,却降低了植物体内的磷浓度㊂而在荒漠草原降雨量减少则会提高植物体内全磷含量[61]㊂目前关于降水变化对土壤-植物之间磷元素传递机制的研究较为薄弱,仍需进一步研究㊂在较高水分条件下,土壤磷扩散率会随着土壤湿度的增加而增加,加快植物和微生物吸收磷的速率[62]㊂降水事件频发会引起地表径流,加速土壤中的速效养分发生淋失作用㊂如S c h l e s i n g e r[63]认为在灌丛草地上有机磷化合501吴金凤刘鞠善李梓萌等草地土壤磷循环及其对全球变化的响应物占可溶性磷流失量的70%以上,大多数无机磷与碳酸钙矿物存在于不可利用的络合物中㊂2.5多因子交互作用对草地土壤磷循环的作用规律全球变化是由大气氮沉降㊁C O2浓度升高㊁温度升高㊁降水变化等因子共同作用的结果,且各个变化因子间存在复杂的交互作用㊂研究表明增温和施氮的综合效应显著提高土壤NʒP,提高了土壤全磷与微生物生物量磷的相关性,二者通过影响土壤和微生物CʒNʒP进而改变碳㊁氮㊁磷的循环[64]㊂D i j k s t r a等[65]在半干旱草原进行的增温和增加C O2浓度的实验表明,增温和C O2浓度升高可以通过改变土壤湿度来影响植物和微生物有效NʒP,温度升高可以减缓在高C O2浓度下植物的氮限制,并进一步加剧磷限制㊂降水变化可以解除温度升高引起土壤水分减少所导致的负面效应,在降水多的年份可在一定程度上缓解温度升高对土壤有效磷的不利影响㊂而施氮和降水的累加效应可提高土壤有效磷含量[9]㊂T h a k u r等[66]研究发现,C O2浓度㊁温度㊁降水三者交互作用影响土壤磷酸酶活性,当温度升高㊁降水增加时,磷酸酶活性会随着C O2浓度升高而降低㊂总之,全球变化因子及其复杂的交互作用会加剧草地磷限制,并通过调节地上植物群落㊁土壤环境和微生物活性,改变土壤有效磷含量,进而加快土壤磷循环(图1)㊂因此,研究磷元素的动态变化对预测草地生态系统对全球气候变化的响应至关重要㊂图中土壤磷循环部分参考赵琼等[12]和Bün e m a n n[14]的文献T h e p a r t o f s o i l p h o s p h o r u s c y c l i n g i n t h e f i g u r e r e f e r s t o t h e r e s e a r c ho f Z h a oQ i o n g e t a l.[12]a n dBün e m a n n[14]图1全球变化对草地土壤磷循环的作用机制F i g.1 T h em e c h a n i s mo f g l o b a l c h a n g e o n g r a s s l a n d s o i l p h o s p h o r u s c y c l i n g3全球变化影响土壤磷循环的机理3.1全球变化通过改变土壤理化性质影响磷循环土壤p H是影响磷循环的主要环境因子㊂土壤p H能够影响土壤磷元素的化学形态,但对土壤磷元素的作用主要与土壤中存在的离子和矿物含量有关[67]㊂在低p H值的土壤中,磷酸盐容易吸附在F e㊁A l㊁M n氧化物表面形成沉淀㊂在高p H值的碱性土壤或者石灰性土壤中,磷离子易与C a2+形成沉淀[12]㊂T y l e r[68]研究表明,在高p H值土壤中无机磷组分以钙磷酸盐为主,而在中p H值土壤中无机磷组分减少,在低p H值土壤中无机磷组分变化较大㊂这项研究还表明,磷酸铁和磷酸铝随着p H值的降低而增加㊂T u r n e r等[69]在研究土壤p H值与有机磷之间的关系时发现,在酸性土壤中,无机磷与游离的铝离子和锰离子呈显著负相关㊂全球变化对土壤p H也会产生一定的影响,长期大气氮沉降会引起土壤酸化,加速土壤阳离子(F e3+㊁A l3+㊁M n2+)从矿物中释放到土壤溶液中,与土壤中的活性磷酸盐结合或者形成沉淀,进而影响土壤磷元素601中国草地学报2021年第43卷第6期。
氮肥对土壤碳氮磷循环功能基因
氮肥对土壤碳氮磷循环功能基因的影响1. 概述土壤是生态系统中至关重要的组成部分，它承载了植物的生长和微生物的活动，影响着整个生态系统的稳定性和健康。
在土壤中，碳、氮、磷等元素通过复杂的循环过程相互转化，其中微生物在这一过程中扮演着重要角色。
然而，随着农业化、化肥的广泛使用以及人类活动的扩张，土壤中的微生物裙落和功能基因受到了一定程度的影响。
氮肥作为一种广泛使用的肥料，对土壤中的碳氮磷循环功能基因可能产生一系列影响，本文将对此进行深入探讨。
2. 氮肥对土壤微生物裙落的影响氮肥的施用会改变土壤中的氮素含量，进而影响土壤微生物裙落的结构和组成。
一些研究表明，氮肥的施用会导致土壤中一些微生物裙落数量的减少，而另一些则会导致一些微生物数量的增加。
这种变化可能对土壤的生态系统功能产生深远的影响。
3. 氮肥对土壤碳氮循环基因的影响氮肥的施用不仅对土壤微生物裙落有影响，也会影响土壤中的碳氮循环功能基因的表达。
一些研究发现，氮肥的施用会导致一些碳氮循环功能基因的表达水平的改变，进而影响土壤中碳氮物质的转化过程。
这种影响可能会影响土壤的肥力及其健康状况。
4. 氮肥对土壤磷循环基因的影响除了对碳氮循环功能基因的影响外，氮肥的施用还可能对土壤中的磷循环功能基因产生影响。
磷是植物生长所必需的元素，土壤中的磷循环功能基因的表达水平对植物的生长和发育具有重要影响。
氮肥对土壤中的磷循环功能基因的影响也具有重要意义。
5. 结论氮肥对土壤中的碳氮磷循环功能基因具有一定影响，这种影响可能会对土壤的健康和生态系统的平衡产生重要影响。
为了更好地理解这种影响，并能够更好地利用氮肥来维护土壤的健康，未来的研究需要进一步深入探讨氮肥对土壤中微生物裙落和功能基因的影响机制，以及在实际生产中如何更加科学地使用氮肥。
6. 氮肥的使用与土壤微生物多样性另氮肥的过度使用可能导致土壤中微生物多样性的减少。
一些研究表明，氮肥的过度施用可能导致对一些微生物的生长环境产生不利影响，从而减少了土壤中微生物的多样性。
磷循环
土壤与植物磷素营养与化学磷肥8.1.1 土壤磷素营养8.1.1.1 土壤中磷的形态与含量土壤全磷（soil total phosphorus）自然土壤中全磷含量主要取决于成土母质类型、风化程度和土壤中磷的淋出情况。
在耕地土壤中，全磷含量还受到人为因素如耕作、施肥等过程的影响。
大部分成土母岩的全磷含量在500~1400 mg/kg之间，平均在1000~1200 mg/kg 之间，从世界范围来看，土壤全磷含量大体在200~5000 mg/kg范围内，平均500 mg/kg，我国土壤的全磷含量大部分变化在200~1100 mg/kg之间。
表8-1列出了几个国家土壤耕层的全磷含量，从表可知，我国土壤全磷含量较高，这就是为什么我们目前在施磷的同时更要注意活化土壤本身的磷素。
表8-1 世界上几个国家土壤的全磷（P）含量（mg/kg）国家标本数全磷含量国家标本数全磷含量中国8906 717 澳大利亚2217 350英国 700 加纳（草原）67 134美国863 420 西非（热带稀树干草原）503 140一般来说，随着风化作用的进行，土壤全磷含量呈下降趋势。
例如我国从北向南，土壤全磷含量有降低趋势（见表8-2）。
需要指出的是，全磷含量已经受到耕作与施肥的巨大影响，区域性土壤积累高量的全磷完全是可能的，只要土壤磷素平衡处于有盈余的情况下，必然会造成全磷的积累，磷在土壤中的淋失是很少的。
通常情况下，土壤全磷含量只是反映土壤磷的贮备情况，它和土壤有效磷供应之间相关性并不好。
当然，如果土壤全磷含量很低，作物缺磷的可能性则更大。
表8-2 我国土壤全磷含量和土壤风化程度土壤风化程度地区母质全磷含量（P，mg/kg）砖红壤广东海南花岗岩等130-260红壤及红壤性水稻土江西湖南第四纪粘土等170-360黄棕壤江苏下蜀黄土220-520黄潮土华北平原黄土性沉淀物430-960黑土、白浆土黑龙江吉林黄土性沉淀物610-1500风蚀漠境土新疆古冲积物1000-1100 土壤溶液磷（soil solution phosphorus）土壤溶液中的磷是植物最直接的磷源。
草地土壤磷循环与植物生长的关系
草地土壤磷循环与植物生长的关系草地是一种具有广泛分布和重要价值的植被类型，它在生态系统中发挥着重要的生物、化学和物理功能。
磷是植物生长和发育所必需的关键营养元素之一，它在土壤中的循环对于维持草地生态系统的健康至关重要。
本文将探讨草地土壤磷循环与植物生长之间的关系。
一、土壤中的磷循环过程土壤中的磷循环是指磷从有机和无机源释放到土壤中，再通过植物和微生物的作用进入生物圈的过程。
磷可通过有机磷和无机磷两种形式存在于土壤中。
有机磷是指磷与有机物质结合形成的形式，主要来自于植物和动物的残体和排泄物。
无机磷是指磷以矿物形式存在于土壤中，主要来自于磷矿石的风化和矿物的分解。
土壤中的有机磷和无机磷在一系列的生物地球化学过程中相互转化，形成磷的循环。
二、草地土壤磷循环对植物生长的影响草地土壤中的磷含量对植物的生长和发育有着重要的影响。
磷是构建植物DNA、RNA和ATP等关键分子的组成要素，它对于植物的新陈代谢和光合作用至关重要。
土壤中磷含量的丰缺直接影响着草地植物的生长速度、植物体内磷含量的积累以及植物的种群结构。
1. 生长速度草地植物的生长速度受到土壤中磷含量的限制。
磷是ATP分子的一部分，在光合作用中转移和储存能量时起着重要作用。
当土壤中磷含量不足时，植物无法合成足够的ATP分子，导致光合作用速率下降，从而影响植物的生长速度。
2. 磷积累磷是植物体内重要的营养元素，它在植物体内的积累是植物生长和发育过程中的重要指标之一。
草地土壤中磷含量的丰富与否直接影响着植物体内磷的积累量。
当土壤中磷含量不足时，植物无法吸收到足够的磷，导致植物体内磷含量的减少，从而影响植物的生长和发育。
3. 种群结构草地植物的种群结构受到土壤中磷含量的影响。
磷是构建DNA和RNA的组成要素，它对于植物的繁殖和遗传变异有着重要的影响。
当土壤中磷含量不足时，植物难以合成足够的DNA和RNA，导致繁殖能力的下降和遗传变异的减少，最终影响草地植物的种群结构。
土壤磷形态变化对土壤磷累积和磷循环的影响
土壤磷形态变化对土壤磷累积和磷循环的影响土壤是作为农业生产的生命线之一，而土壤养分则是保障农业生产的重要条件之一。
其中磷是植物所需的重要养分要素之一。
土壤中的磷含量和磷形态，对于作物的生长发育和产量起着至关重要的作用。
在土壤中，磷含量的变化主要由磷形态的变化所导致。
因此，探索磷形态变化对土壤磷累积和磷循环的影响，具有重要的现实意义和理论价值。
土壤磷的主要形态包括无机磷和有机磷两种。
无机磷是指以磷酸根（PO43-）形式存在土壤中的磷，主要包括起始态磷、固定态磷、吸附态磷和难溶态磷等。
有机磷则是指与有机物质结合而存在于土壤中的磷。
随着土壤环境的变化和生物作用的作用，土壤磷形态之间会产生相互转化。
这种磷形态变化的过程，直接影响土壤磷累积和磷循环的过程。
磷的累积是指土壤磷含量的增加过程，主要受土壤固定态磷和水溶态磷的影响。
固定态磷是指土壤中还原剂不足以使铁铝氧化物还原的磷，主要包括铁锰结核磷、无机磷铝结合态磷和石灰磷等。
在自然环境中，铁和铝的氧化还原以及土壤酸碱度的变化等因素都可以影响铁铝氧化物的还原，进而影响固定态磷的变化。
在这个过程中，难溶态磷可以分解形成水溶态磷，进一步影响磷的累积。
除了磷累积过程外，磷循环是土壤中另一个重要的过程。
磷循环是指土壤中磷元素不断进行矿物转换和生物循环的过程。
其中，大部分的有机磷或无机磷会直接挥发到大气层中，形成化学降雨等，也有一部分可被细菌、真菌和根瘤菌进行尿素酶、脱羧酶和脱氧酶等酶的作用，转化为可被植物直接吸收的营养物质，从而促进植物的生长和发育。
在这个过程中，土壤中的磷形态变化可以通过微生物的作用而得到促进。
草原等土壤中鞘藻可通过P-ASA酶的作用，将固定态磷转化为水溶态磷；而一些特定细菌和真菌则可以将难溶态磷转化为土壤水溶态磷，从而促进磷的循环。
总之，磷形态变化是直接影响土壤磷含量和磷循环的重要过程。
了解土壤中磷形态变化的机理，可以为土壤养分管理提供科学依据，从而更好地促进农业生产、保护生态环境。
简述磷循环的
简述磷循环的磷循环是生物圈中一个重要的体系，它起着调节生物圈内物质运转的关键作用。
在磷循环中，磷从地表磷水平，深海，淡水湖泊和河流等，被植物，细菌和动物等生物的生命活动依次进行摄取，利用，释放和迁移，从而形成一个闭合的循环。
磷的摄入植物会通过根系吸收，然后经过光合作用将磷这种元素融入植物体内，并建立合成植物本身物质的过程，其中包括有机物、植物细胞壁等，这些物质也被动物体内的细菌等微生物同样吸收，使其成为其他生物的食物，从而磷循环开启了。
动物代谢磷的过程中，细菌可以利用动物的代谢产物，如尿酸和尿素等还原磷，使其成为可用的磷，同时也会有一部分磷从动物体内排泄出来，一方面排出动物体内的废物，另一方面也循环到环境中，在环境中再次被植物吸收，从而形成了循环。
磷有四种状态：有机磷，即以有机物质携带的磷称为有机磷；无机磷，即无机物质携带的磷；微量磷，即以小分子形式存在的磷；溶解态磷，即以水溶液形式存在的磷，这两种形式的磷在生物体内可以经由细菌等生物的新陈代谢作用从有机磷转化为无机磷，并最终以水溶液形式释放到环境中，形成磷循环。
磷在生物圈中流动，形成一个复杂的生态系统。
在其中，植物是物质运载体，植物从土壤中吸收磷，并将其利用融入自身，从而提供给动物和微生物利用的磷元素，而植物体内的磷最终会以有机物的形式释放出来，以满足土壤中、水中、大气中的磷需求，使磷循环闭合运行。
此外，磷在水中的流动也会影响生物圈。
从水-土壤循环中可以看出，水中磷的流动可以影响水系中植物和动物的生长发育，同时也可以通过水中的磷的沉淀，改变水的氧化还原状态，影响水体中的有机物的活性，从而影响水体的生态平衡。
磷循环是一个复杂的过程，它不仅影响着生物的生命活动，还影响着磷的流动，从而影响着环境的生态状况。
保护磷循环，要做到生物圈系统的完整与统一，需要政府出台相应的法律法规，以防止磷循环环境严重污染，同时也要提高人们对磷循环的认识，促进环境保护意识和环保行为的形成，以保护生物圈中磷循环的完整性。
草地植物生态系统中土壤氮磷循环及其动态研究
草地植物生态系统中土壤氮磷循环及其动态研究草地植物是草原生态系统中的重要成员，它们可以通过吸收土壤中的养分来维持自身的生长发育。
而土壤氮磷元素是草地生态系统中最为重要的基础养分，因此土壤氮磷元素循环和其动态变化对于草地植物的生长和发育具有至关重要的作用。
1. 土壤中氮磷元素的来源土壤中的氮元素主要来自于大气中的氮气无机化作为硝酸盐和铵盐等形式进入土壤中，同时植物和动物的新陈代谢也会释放出一定量的氮元素。
而磷元素则主要来自于土壤中的石灰石和磷酸盐矿物，同时植物的根系和土壤中的微生物也会释放出一定量的磷元素。
2. 土壤氮磷元素的循环与转化在草地生态系统中，氮元素的循环包括氮的吸收、转化和释放等过程，其中氮元素在土壤中被固定成为氨和硝酸盐等形式，同时微生物和植物的吸收也会对氮元素循环产生重要的影响。
而磷元素的循环则涉及到磷的吸附、释放和转化等过程，其中土壤酸度和有机物质的含量都会影响到磷元素的吸附和释放。
3. 土壤氮磷元素的动态变化草地生态系统中土壤氮磷元素的含量和比例都会随着不同因素的变化而发生动态变化。
例如气候、土壤氧气含量和光照等因素会对土壤中微生物的生长和活动产生重要的影响，从而影响到氮磷元素的循环。
同时，植物的生长和死亡也会对土壤中氮磷元素的存储和释放产生重要的作用。
4. 土壤氮磷元素的重要性草地生态系统中土壤氮磷元素的含量和比例对于生态系统的健康和稳定性具有重要意义。
一方面，土壤中氮磷元素的缺乏或过量都会对草地植物的生长和发育产生不利影响，另一方面，过量的氮和磷元素也会对生态系统造成重大影响，例如造成水体富营养化等环境问题。
5. 建立合理的草地植物生态系统管理模式为了合理维护草地生态系统的健康稳定，需要建立合理的草地植物生态系统管理模式。
其中包括合理的施肥方法、适当的负荷压力管理和科学的退化草地治理等方面。
通过建立和完善草地生态系统管理模式，可以保障草地植物的生长和发育，同时也可以保障草地生态系统的生态环境健康和稳定。
农田土壤的磷循环
农田土壤的磷循环农田土壤的磷循环磷是植物生长和发育过程中必不可少的营养元素之一，对于农田土壤而言，磷的循环过程对植物的生长和土壤的肥力有着重要的影响。
本文将就农田土壤的磷循环过程进行详细论述。
一、磷的来源农田土壤中的磷来源主要有以下几个方面：1. 天然矿石：磷矿石是一种重要的磷资源，其中富含磷的矿石主要有磷灰石、赤铁矿磷矿等。
这些矿石通过开采和粉碎等方式，将磷提取出来，并进入农田土壤。
2. 有机肥料：动物粪便和植物残体等有机物质经过分解后，会释放出一定数量的有机磷。
当这些有机物质被施用到农田土壤中时，其中的有机磷会被转化为无机磷，进而被吸附在土壤颗粒表面或与土壤胶体结合。
3. 化肥：化学合成的磷肥是农田土壤中磷的重要来源之一。
磷肥主要包括单质磷肥、复合磷肥和含磷有机肥料等。
它们能够直接为植物提供有效的磷元素，但同时也容易引起农田土壤中磷的积累和过度施用导致的环境问题。
二、磷的迁移转化农田土壤中的磷在迁移和转化过程中呈现以下几种形态：1. 无机磷：土壤中的磷主要以无机磷的形式存在，包括磷酸盐、磷酸根和铝磷酸根等。
这些无机磷可以通过离子交换和胶体吸附等方式与土壤颗粒结合，形成难溶性的磷盐。
2. 有机磷：农田土壤中的有机物质中含有一定的有机磷，它们可以通过微生物的分解作用逐渐转化为无机磷，进而被植物吸收利用。
3. 磷酸根：土壤中的磷酸根是植物吸收磷元素的主要形式之一。
植物的根系通过分泌物质和根际微生物的作用，能够促进磷酸根与土壤颗粒表面以及土壤胶体之间的交换和解吸。
三、磷的吸收利用植物对于土壤中的磷元素吸收和利用过程主要有以下几个阶段：1. 吸附解吸：植物根系通过释放根际氢离子和有机酸等物质，能够促进土壤中磷的解吸和离子交换，以便更好地吸收。
2. 磷酸酶的作用：植物根系分泌磷酸酶，能够使难溶性磷盐转化为可溶性的磷酸根，提高磷的利用效率。
3. 微生物的参与：土壤中的微生物在磷循环中发挥着重要作用。
它们通过分解有机物质和吸附解吸过程，能够释放磷酸根供植物吸收利用。
磷循环的名词解释
磷循环的名词解释磷循环是指自然界中磷元素的循环过程，包括磷元素在地球上的存在形态、磷元素在生物体中的转化及其在生态系统中的循环。
磷在地球系统中以矿石形式存在于岩石、沉积岩、土壤和海洋中。
这些矿石最终会因为地质作用而被风化、水解或腐蚀，释放出磷元素。
释放出来的磷元素可通过降水进入水域，也可以通过根系等途径被植物吸收。
在土壤中，有机物的腐解会使有机磷转化为无机磷，进一步提供给植物吸收利用。
此外，磷还可以通过沉积作用沉积到海底，形成磷岩。
一旦磷元素被吸收到植物体内，它就在生物体内发挥着重要的作用。
磷是构成核酸、磷脂和ATP等分子的关键成分，参与了细胞的能量代谢和物质转运。
植物通过根部吸收土壤中的磷，将其转化为一种可溶性的有机磷化合物，然后将其转运到不同的组织或器官中。
当植物受到食物链中的消费者食用时，磷元素会传递到上一级食物链中。
在生态系统中，磷循环的一部分也涉及微生物的参与。
土壤中的细菌和真菌能够分解有机物，释放出磷元素，使其再次可利用。
同时，水体中的浮游植物也通过光合作用将无机磷转化为有机磷，成为食物链中下一级的营养来源。
微生物在这个过程中扮演着重要的角色，它们通过降解有机物质，使磷元素得到释放并保持循环。
虽然磷是生物体必需的元素之一，但其供应量有限。
磷资源并不像氧气和氮气一样得到长期的循环和再利用。
当比例过多地添加磷肥时，磷会通过径流进入水体，导致水体富营养化的问题。
这对于水生生物和生态系统的健康会产生负面影响。
因此，磷的合理利用对于维持生态平衡和可持续发展至关重要。
一方面，可以通过节约使用磷肥和改善农业生产方式，减少磷的流失到水体中。
另一方面，可以通过回收利用废物和粪便中的磷，将其转化为可循环利用的形式。
此外，科学家们还在研究开发新的方法，例如利用新型吸附材料吸附水体中的磷，以及通过提高废水处理工艺中磷的去除率来减少磷的释放。
总之，磷循环是地球在自然界中的一项重要过程。
研究和理解磷循环对于维护生态平衡、保护环境和可持续发展至关重要。
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Available P content (Bray II) Pink <30 mg/kg (moderately deficient)
Red: <20 mg/kg (deficient) Dark red: <10 mg/kg (severely deficient)
（二）陆地生态系统中磷的循环
磷循环主要在土壤、植物和微生物中进行
肥料磷
沉淀
沉淀态磷 溶解
固定
土壤 溶液磷
吸解 附吸
吸附态磷
生物固定 矿化
生物结 合态磷
有效态 有机磷
无效态 有机磷
二、土壤有机磷的矿化和无机磷的生物固定
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
我国土壤有效磷素含量分布图
（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
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
土壤磷解吸的机Βιβλιοθήκη 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。
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
我国主要土壤类型中，一般分布有以下规律：
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。
物吸收。
磷酸肌醇
植酸酶 磷酸酶
肌醇+H3PO4
卵磷脂→磷酸甘油+胆碱+脂肪酸
水解
甘油+H3PO4
核蛋白→核酸+蛋白质
核酸酶
核苷酸酶
核苷酸
核苷+H3PO4
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。
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。
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。
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。
对磷的调控可通过提高土壤磷有效性来实现。
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
做法是使用不同的浸提剂，以区分不同组分的磷。
浸提剂 1 mol/L NH4Cl 0.5 mol/L NH4F 0.1 mol/L NaOH 0.25 mol/L H2SO4 0.3 mol/L 柠檬酸钠和连二硫酸钠
磷的形态 水溶磷和松结合态磷 磷酸铝类化合物（Al-P） 磷酸铁类化合物（Fe-P） 磷酸钙（镁）类化合物（Ca-P）
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
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。
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。
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
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。