Распределение органического и неорганического фосфора и его трансформация в течение длительного времени.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 11122 (2023) Цитировать эту статью

228 Доступов

Подробности о метриках

Идентификация и количественная оценка уровня различных фракций фосфора (P) в почве важны для повышения производительности сельского хозяйства и разработки методов устойчивого управления этими сельскохозяйственными почвами при длительном возделывании. Однако исследований по изучению уровня фракций фосфора и их трансформации в этих почвах проведено немного. Это исследование было проведено для того, чтобы охарактеризовать фракции P, подверженные влиянию различных возрастов выращивания риса (200, 400 и 900 лет) в почвах равнины дельты Жемчужной реки в Китае. Схема последовательного химического фракционирования и спектроскопия ядерного магнитного резонанса 31P (ЯМР 31P) использовались для количественного определения различных фракций P и их формообразования. Результаты показали, что легколабильный фосфор, умеренно-лабильный и нелабильный фосфор почвы имеют положительную связь с общим фосфором (TP) и доступным фосфором (AP). Анализ с помощью 31P ЯМР-спектроскопии показал, что содержание неорганического P, включая ортофосфат (Ortho-P) и пирофосфат (Pyro-P), увеличивается с возрастом культивирования, тогда как органические виды моноэфирфосфата (Mono-P) и диэфирфосфата (Diester-P) уменьшаются. Кроме того, кислая фосфатаза (AcP), нейтральная фосфатаза (NeP), содержание обменного кальция и песка являются основными факторами, влияющими на трансформацию состава фосфора почвы, а нелабильный P (Dil.HCl-Pi) и Pyro-P оказали значительное влияние на трансформацию состава почвенного фосфора. вклад в доступность фосфора в почве за счет влияния на коэффициент активации фосфора. Таким образом, долгосрочное выращивание риса под влиянием этих параметров почвы, включая NeP, AcP, обменный кальций и песок, ускорило трансформацию почвенного органического фосфора/нелабильного фосфора в неорганический фосфор.

Фосфор (P) является одним из основных питательных веществ, ограничивающих рост растений и сельскохозяйственное производство1,2,3. Преобразование органических и неорганических форм в ходе развития экосистемы оказывает решающее влияние на плодородие почвы и свойства экосистем4,5. Процессы, участвующие в круговороте фосфора, включают реакции растворения-осаждения, сорбционно-десорбционные взаимодействия между раствором и твердыми фазами, а также реакции минерализации-иммобилизации между органическими и неорганическими растворимыми формами6. Органический фосфор составляет 20–80% от общего количества фосфора в поверхностных почвах и не доступен растениям напрямую. P в органической форме может быть преобразован в форму P в почвенном растворе, становясь доступным для растений посредством биотических процессов, таких как процесс минерализации7,8. Однако большая часть раствора P переходит в нерастворимые и прочно связанные формы неорганических фосфатов и, таким образом, становится недоступной для роста растений. Таким образом, трансформация растворных форм фосфора, а также низкий уровень природного фосфора в почвах делают это питательное вещество лимитирующим для сельскохозяйственного производства на юге Китая.

Напротив, сильно удобренные рисовые почвы обычно имеют накопление фосфора до уровней, которые намного превышают агрономический оптимум, необходимый для удовлетворительного производства сельскохозяйственных культур9. Этот избыток фосфора может привести к повышенным потерям фосфора в водоемы и вызвать эвтрофикацию озер, рек и эстуариев10. Таким образом, исследования по количественному определению фракций фосфора, а также химических реакций, которые определяют наличие фосфора на этих рисовых почвах с длительной историей культивирования, необходимы для улучшения нашего понимания потребностей в фосфоре для растениеводства, соответствующих методов управления, а также путей трансформации фосфора и транспорт в агроэкосистеме.

Влияние выращивания риса на состав фосфора в почве широко изучалось на различных сельскохозяйственных почвах9,11. Например, было обнаружено, что кратковременное культивирование снижает содержание экстрагируемого NaHCO3 неорганического фосфора (NaHCO3-Pi), экстрагируемого NaOH неорганического фосфора (NaOH-Pi), экстрагируемого HCl неорганического фосфора (HCl-Pi) и остаточного P в системе двойного урожая риса12. Хуанг и др.9 обнаружили, что общий фосфор и различные фракции фосфора (такие как фосфаты кальция, органические фосфаты, а также неокклюзированный и окклюдированный фосфор) могут накапливаться до максимума после 50-летнего и 150-летнего культивирования, включающего долгосрочное культивирование. П дополнение. Кроме того, ферменты почвенной фосфатазы, включая кислую фосфатазу и нейтральную фосфатазу, играют решающую роль в гидролизе органического и конденсированного фосфора и доступности фосфора для сельскохозяйственных культур. На активность этих ферментов может влиять обработка почвы13. Практика землепользования и управления землепользованием (т.е. обработка почвы, внесение удобрений и внесение растительных остатков) может значительно увеличить различные фракции активности фосфора и фосфатазы из-за усиленного связывания фосфора в результате увеличения контакта между раствором фосфора и частицами почвы9,13. Однако большинство предыдущих исследований были основаны на краткосрочном анализе почвы, и мало что было известно о том, как фракции фосфора в почве и видообразование реагируют на выращивание сельскохозяйственных культур в течение долгосрочного периода использования сельскохозяйственных земель.