長期にわたる有機/無機リンの分配と変換

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11122 (2023) この記事を引用

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さまざまな土壌リン (P) 分画レベルの同定と定量化は、農業の生産性を向上させ、長期栽培下でこれらの農業土壌における持続可能な管理手法を開発するために重要です。 しかし、これらの土壌におけるリン分画レベルとその変化を調査する研究はほとんど行われていません。 この研究は、中国の珠江デルタ平原の土壌における異なる水田栽培年齢（200年、400年、900年）の影響を受けるリン分画を特徴付けるために実施されました。 連続的な化学分別スキームと 31 P 核磁気共鳴分光法 (31 P NMR) を使用して、さまざまな P 画分と種分化を定量しました。 結果は、土壌の易不安定性 P、中程度不安定性 P、および非不安定性 P が総 P (TP) および利用可能 P (AP) と正の関係があることを示しました。 31 P NMR 分光法による分析により、オルトリン酸塩 (Ortho-P) およびピロリン酸塩 (Pyro-P) を含む無機リン酸は栽培年齢とともに増加する一方、有機種のリン酸モノエステル (Mono-P) およびリン酸ジエステル (Diester-P) は減少することが明らかになりました。 さらに、酸性ホスファターゼ (AcP)、中性ホスファターゼ (NeP)、交換性 Ca および砂の含有量は、土壌 P 組成の変化に影響を与える主な要因であり、非不安定性 P (Dil.HCl-Pi) および Pyro-P は有意な影響を及ぼしました。リン活性化係数に影響を与えることにより、土壌リンの利用可能性に貢献します。 したがって、長期間の水田栽培は、NeP、AcP、交換性Ca、砂などの土壌パラメータの影響を受けて、土壌の有機P/非不安定性Pの無機Pへの変換を促進します。

リン (P) は、植物の成長と農業生産を制限する主要な栄養素の 1 つです1、2、3。 生態系開発中の有機形態と無機形態の間の変化は、土壌の肥沃度と生態系特性に重大な影響を及ぼします4,5。 P 循環に関与するプロセスには、溶解 - 沈殿反応、溶液と固相の間の吸着 - 脱着相互作用、および有機と無機の可溶性形態の間の石化 - 固定化反応が含まれます6。 有機リンは表層土壌中の総リンの 20 ～ 80% を占め、植物は直接利用できません。 有機形態の P は土壌溶液 P 形態に変換され、石化プロセスなどの生物プロセスを介して植物で利用可能になります 7,8。 しかし、ほとんどの溶液 P は不溶性で緊密に結合した無機リン酸塩の形態に変化し、植物の成長に利用できなくなります。 したがって、溶液中のリンの形態の変化と、土壌中の天然リンの濃度が低いため、この栄養素が中国南部の農業生産に制限を与えています。

対照的に、多量に施肥された水田土壌では、通常、満足のいく作物生産に必要な農学的最適値をはるかに超えるレベルまでリンが蓄積されています9。 この過剰なリンは、水域へのリン損失の増加につながり、湖、川、河口の富栄養化を引き起こす可能性があります10。 したがって、長い栽培歴史を持つこれらの水田土壌におけるリンの利用可能性を支配する化学反応と同様に、リンの分画を定量化する研究は、作物生産のためのリンの要件、適切な管理慣行、およびリンの変換経路とその経路についての理解を深めるために不可欠である。農業生態系における輸送。

水田栽培が土壌 P 組成に及ぼす影響は、さまざまな農業土壌間で広く研究されています 9,11。 例えば、短期間の培養は、NaHCO3 抽出可能な無機リン (NaHCO3-Pi)、NaOH 抽出可能な無機リン (NaOH-Pi)、HCl 抽出可能な無機リン (HCl-Pi) および残留米二毛作制度におけるＰ１２． Huangら9は、総リンおよびさまざまなリン分画（リン酸カルシウム、有機リン酸塩、非吸蔵リンおよび吸蔵リンなど）は、長期栽培を含む50年および150年の培養後に最大まで蓄積する可能性があることを発見した。 P追加。 さらに、酸性ホスファターゼや中性ホスファターゼなどの土壌ホスファターゼ酵素は、有機リンや縮合リンの加水分解と作物へのリンの利用に重要な役割を果たしています。 これらの酵素の活性は耕耘によって影響を受ける可能性があります13。 土地の利用と管理の実践（つまり、耕作、施肥、残渣の投入）は、溶液のリンと土壌粒子の間の接触の増加に起因するリンの結合の強化により、リンのさまざまな部分とホスファターゼの活性を大幅に増加させる可能性があります9,13。 しかし、これまでの研究のほとんどは短期的な土壌分析に基づいており、土壌のリン分画と種分化が長期の農地利用のタイムスケールにわたって作物栽培にどのように反応するかについてはほとんど知られていませんでした。