全 文 ：第9卷 第 2期
2 0 01年 6月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco Agriculture
Vo1．9
June，
No．2
2 0 01
常规与有机农作条件下土壤一植物系统磷素平衡及利用
孟凡乔 李国学 史雅娟
(中国农业大学资源与环境学院 北京 100094)(中国科学院生态环境研究中心 北京 100085)
■ 一 舟析了自然生态系统中P的形态、数量和循环方式，对常规和有机农作条件下土壤一植物秉坑P的来源、
数量、输^、输出途径及特点进行了比较，并探讨了P的利用效率及影响因素。研究袁明t有机农作方式下P投^水
平低，输出与常规农作方式相当，系统表现为负平衡，但 P的利用效率高于常规农作方式，对减少 P素的负效应具
有重要的环境意义。
关t词 磷 农作方式 利用效率
Iq~lJan~~*and utilzmlion of phosphorus in soil—plant system under conventional and organ ic farming eon~Uon—
MENG Fan-O3ao，LI Guo—Xue(College of Resources and Environment Sciences，China Agricultural Universityt
BelOng100094)，SHIYa—Juan(ResearchCenterfor Eco-environmental SciencestChinaAcademyofSciencestBeiing
100085)，CJEA，2001．9(2)：64～ 66
Almtract The P f0rms。quantity and cycle approaches in natural ecosystem are summarizedt and its sour~s，quan-
titytinput and output approaches under conventional and organic farming condition are compared．Utilization elfi-
~ency of P and influencing factors are also analyzed ．The research indicates that in organic farming systemtthere
exists negative P balance because the input of P is lower and the output of P is nearly the same as conventional
farming systemtbut the using efficiency of P is h her than that of conventional farming system．This makes a
g~．at significance for the positive environmental effect of P．
Key word~ P，Farming aystemtUtilization rate
P是动植物和微生物核酸的主要组分，是能量摄取和释放载体ATP的重要元素。目前人们对P素的了
解较多，但在P的形态、数量、利用效率、循环以及与生物的关系等方面尚待进一步明确。与C、N、S等元素不
同．P的转移量特别是气态转移量很少，但影响非常大。如何高效利用 P及避免或减少P的环境负效应是各
类农作方式，特别是有机农业和常规农业应深入研究的重点。
1 农业生态系统中P的分布
土壤中P素主要分为有机态和无机态，有机磷的含量为50~500mg／kg，占全 P的比重从<10 ～66
不等。有机碑的形态主要有核酸类、植素类和磷脂类，约占有机磷的70 ，其余 20 ～3o 尚不能完全确定
其形态；而无机磷化合物几乎全部为正磷酸盐。发育程度低的土壤非闭蓄态磷酸盐中钙盐含量较高，而铁铝
盐较少；发育程度高的土壤非闭蓄态磷酸盐中以铁盐为主，钙铝盐极少，而闭蓄态磷酸盐可占无机磷量的
8o 以上。地球的P贮量中陆地土壤的P为960~1 600亿t，海洋中溶解的P为800亿t，现行可开采的P约
410亿 t，资源量为 880亿 t。除地壳、海洋外，地球上P分布最多的是生物体，P素在生物、环境组成的生态系
统中不断循环转移，其在农业生态系统中的循环与人类活动休戚相关。以大规模利用石油能源、化学品及工
业技术装备为特征的常规农业在 6o年代达到鼎盛时期，70年代后逐渐暴露出其内在弊端。以英国土壤学家
Albert howard提出的 有机农业”为代表的各种 替代农业 为解决常规农业的弊端带来希望，有机农业尊
重自然生态平衡．避免使用合成化学品如化肥、农药和调节剂及强迫动植物生长的方法，了解这2类农作方
式中P素循环的模式和特征对人类更好地利用P，减少其负效应有十分重要的意义。
2 常规与有机农作条件下的P素输人
有机农业严禁使用人工合成的化学肥料 ，禁止使用磷酸盐、矿渣和磷矿石，以防止自然资源的枯竭和重
- 国家自然辩学基金项目(39600086)资助
收瞢 日期：2000-01—06 改回日期：2001—03—12
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第 2期 孟凡乔等：常规与有机农作条件下土壤一植物系统磷素平衡及利用 65
金属在土壤中的积累．P的补充主要通过使用有机农业系统生产的、经过 1～6个月充分腐熟的有机肥料 ]。
常规农业的P素供应广泛采用的P肥品种包括有机肥、磷矿石、钙镁磷肥、过磷酸钙和重过磷酸钙等。施用
化学 P肥引起的主要环境问题是 F和重金属CA的污染、能源消耗及在土壤、海洋沉积物中P的累积。鲁如
坤 等对我国3O个P肥样品进行的分析表明，P肥平均含cd量为 0．60±0．63mg／kg，研究结论是长期施用
国产 P肥不会产生Cd污染。1973年美国仅动物废弃物的P(14．8亿t)就超过美国当年施用化学 P肥总量
的 1o }1981年我国有机肥提供农作物需 P量的62 有机肥中无机磷的有效性相当于其水溶态磷，不同
有机肥中P的矿化速率与P的形态有关。田间试验表明，当季有机肥P的利用率为 12 ～18 ，相当于过磷
酸盐的 75 口]。1991~1992年的统计资料表明，发达国家施化肥 N：P 0 t K。O一73．97 t 33．94：22．94，
中国施化肥N：Pz0 ：K o一1：0．3：0．09，比美国、前苏联、印度和法国的P肥投入水平均低。目前我国南
方每 kg P肥(Pz0s)增产稻谷 4．7kg，约为 70年代的 1／e，但北方每kg P肥增产小麦8．1kg，玉米9．7kg，略
高于 7o年代的肥效。P肥肥效出现南降北升是由于近 2o年来南方P肥用量较高，土壤中P素已有一定的累
积，而北方P肥用量较小，土壤缺 P呈加剧趋势。根据我国3年肥料试验网的数据0]，水稻 P 0 适宜用量为
183kg／hm ，N l P：K一1：0．34：0．35；小麦 P O5为 1 71kg／hm ，N：P一1：0．63；玉米为 169．5kg／hm。，
N：P一1：0．55。P肥在黄淮海封丘地区石灰性土壤有增产作用，玉米一小麦轮作中以每季施P肥 90kg／hm
的投入水平增产最显著。P在石灰性土壤上有明显的后效作用，玉米施 P肥 120kg／hm ，残留在第 2季的增
产相当于施P肥 60kg／hm。 j。有机农业和常规农业 P的投入水平显著不同，美国Rodale研究中心 1 975年
的典型调查表明，美国有机农业 P的投入为化肥 P 34．65kg／hm。，有机肥 P 48．72kg／hm。；常规农业化肥 P
117．52kg／hIn ，有机肥 P 36．83kg／hm i而我国农业发展水平较高的太湖地区 P肥投入量为 4O～11 5
kg／hm“ ，这说明 2类农业系统有机肥投入水平相当，但常规农业的化肥P投入远比有机农业高。P的输入
除施肥外还可通过其他途径如降水、径流、降尘和灌溉等进入农田生态系统，据报道[8 美国东南农业流域每
年通过降水进入的P为0．37kg／hm。，通过施肥输入的P为13．30kg／hm。；刘全友等报道，我国海河流域每年
通过飘尘、降尘、降水、径流(主要是地下水)输入的 P分别为 0．0036kg／hm。、1．3kg／hm 、0．53kg／hm。和
0．0063kg／hm i而通过化肥、有机肥输入的P分别为 8、76kg／hIn。、1．54kg／hm i黄淮海地区农林业系统每年
通过降水、灌溉输入的 P分别为0、6kg／hm 、2、5kg／hm 。
3 常规与有机农作条件下土壤一植物系统 P素输出
P的输出方式主要通过植物吸收、土壤径流和土壤侵蚀等。作物产量可直接影响P的输出数量，研究表
明，有机农业产量一般比常规农业低，特别是才从常规农业向有机农业转换期间内，大量元素供应不足，产量
相对较低；但经过转换期后养分供应可满足作物需要时，产量则不一定比常规农业低。有机农业由于耕作方
式、轮作系统和生物多样性比常规农业复杂，其从有机肥中获得的微量元素远比常规农业高，更易受各种不
利环境影响的胁迫如干旱、病虫害等，一般情况下土壤P供应充分，作物籽实中P的浓度则高，且籽实P：秸
秆 P的值大，形成单位籽实消费的P量高。常规农业输入的P素远比有机农业高，籽实和秸秆等带走的P也
比有机农业高，但幅度不大。美国Rodale研究中心的研究表明，有机方式通过作物带走的 P为145、14
kg／hm。，常规农业方式为 150、17kg／hm。。由于有机方式输入的P少，P亏损为 61．78kg／hm {而常规农业则
盈余 4．52kg／hm。。除作物吸收带走一部分 P外，土壤径流、淋溶、侵蚀也会导致 P的输出，美国东南农业流
域每年的P输出表现为收获带走4．6kg／hm 、径流带走 1．1kg／hmⅡ’]；我国黄淮海农林业生态系统P的输出
量为作物带走 63．93kg／hm。，径流带走 1．04kg／hm ；而太湖地区P的作物输出量为 32、2～55、3kg／hm ，
淋溶带走0、28~-,0．53kg／hm ，径流带走 0、o12～0．43kg／hm 。有机农业倾向于免耕，使P、K等集中在土壤
表层，减少淋溶的损失量及地表侵蚀引起 P的损失。有机农业中大量使用有机肥料，可使土壤中的P大多以
活化状态存在，且能增加淋溶量。
4 P肥的利用效率
许多研究认为 P肥的当季利用率为 1o ～25 ，后续利用量很低。事实上固定于土壤中的 P在以后相
当长的时间内仍有效。Ho~field的试验区在停止追肥 55年后所施 P的 55 被回收，其余以后仍可利用 ]。
林继雄等在我国华北平原12年的定位试验研究表明，一次性施用P。O 36O～7Z0kg／hm。，后效至少保持 12
年 24季作物，累积利用率26．7 ～46、8 ，且每年或隔年施用比1次性施用肥效高。将 P的投入水平、土壤
中原有的P素含量和P的利用效率结合起来考虑，才能公正地认识 P的利用率高低问题。由于 P素形态的
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中 国 生 态 农 业 学 报 第 9卷
不同，化肥 P和有机肥 P的利用率差别很大，化肥P进入土壤后以H。PO (植物吸收的主要形态)存在的P
很快与土壤中的Ca结合，形成磷酸钙，但尚具有一定的有效性 ；磷酸钙进一步与 Fe等盐类结合，形成溶解
度板低的闭蓄态磷，失去对植物的有效性 。有机肥料施入土壤后，对土壤P素肥力的影响包括形成土壤储藏
P库；减少土壤对有效磷的固定，活化土壤难溶性磷化合物；降低土壤对矿质磷肥的化学固定并提高 P的有
效性；供应作物 P素并促进根系吸收P。殷秀岩等的研究表明，5年平均有机肥P的当季表观利用率为43 ，
可循环回田的养分量为14kg／hm。，相当于化肥P的全部。朱兆良等[。 田间试验表明，当季厩肥的P利用率为
12 ～18 ，相当于过磷酸盐的75 。由于常规农业和有机农业P投入水平的不同，有机农业比常规农业土
壤中P的含量低，水溶性磷甚至较常规农业低 40 0 ，但有机农业比常规农业农产品中P的含量高 ，研究
者认为可能是在有机农业方式下菌根的存在促进了作物对 P的吸收，有机农业比常规农业畜牧业系统 P的
利用率也高
5 提高农业生态系统中P的利用效率，减少其环境负效应
P在土壤中的扩散系数很低，且植物根仅能吸收距根 l~4mm土壤中的P，如何提高 P的有效性是各种
农业形式重点探讨的问题。有机农业尽可能利用其内在的P，在土壤 P含量很低的情况下利用少部分外源 P
如磷矿石和海绿石；而常规农业的特点是养分的大量输入和输出，这样加大了P在土壤中的固定，造成了无
效P的积累，并加大了向水体中的输出，造成水体富营养化。实际上由于长年燕肥，农业土壤中已含有大量
的P。有研究表明，在不施P情况下按照P年输出量8．8kg／hm。计算，180cm土壤中的P可供作物利用1450
年。对蔬菜的研究表明，在有机耕作条件下土壤中的P足够生产较高产量的萝 、西红柿和豆角。目前生产
上提高作物对 P的利用效率措施包括选择 P敏感型作物品种；创造有利于P解析的物理化学环境；实行有
利于菌根生长的耕作措施，促进作物对 P的吸收；减少杀真菌剂和杀线虫剂的使用，保持镦生物分解的生物
过程，保证较高的P利用率}减少土壤耕作、翻动，增加土壤动物的形成，提高蚯蚓活动引起的土壤活性 P水
平 大量研究表明，有机农业方式可提供上述环境，有利于P的吸收和利用，但应注意防止过量使用有机肥，
以免引起 P流失形成的环境问题。
参 考 文 献
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