全 文 ：收稿日期：!""#$"#$!" 接受日期：!""#$%%$"&
基金项目：国家重点基础研究发展规划“’(&”项目（!"")*+)%#,")）；国家自然科学基金项目（&",(%!--）资助。
作者简介：刘丽（%’#%—），女，辽宁鞍山人，博士，主要从事环境保护与农村生态研究。./0123：32432/33,"%5%-&6 780
! 通讯作者 9:3："!)$##)’&%"#，./0123：321;<%%"%-%5%-&6 780
低分子量有机酸对土壤磷活化影响的研究
刘 丽%，梁成华%!，王 琦!，杜立宇%，吴玉梅%，韩 巍%
（%沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁沈阳 %%"%-%；! 辽宁省水土保持局，辽宁沈阳 %%"""&）
摘要：研究两种低分子量有机酸（柠檬酸和苹果酸）对土壤磷活化的影响，并用修正的 =:>3:?法测定土壤磷活化前
后磷组分的变化。结果表明，低分子量有机酸能持续活化土壤磷，活化强度随低分子量有机酸浓度的增大而增强，
并且柠檬酸活化土壤磷的能力强于苹果酸。低分子量有机酸能促进作物有效态无机磷组分（=!@/A和 B1=*@&/A2）
的释放；同时还促进有机磷组分（B1=*@&/A8和 B1@=/A8）的矿化。在低分子量有机酸浓度达到 "6, 0083 C D以上时，
其对土壤磷组分的活化量的顺序为 B1@=/A2 E =*3/A E B1=*@&/A2 E =!@/A，即铁铝结合态磷 E钙结合态磷 E作物
有效态磷。低分子量有机酸活化土壤磷的过程中伴有大量铁、铝释放，且铁或铝的释放量与磷活化量之间呈显著
正相关（! F "6",）。说明铁、铝结合态磷是低分子量有机酸活化土壤磷的主要磷源，并且其活化机制可能与铁、铝
结合态磷的螯合溶解有关。
关键词：低分子量有机酸；土壤磷活化；磷组分；柠檬酸；苹果酸
中图分类号：%,&6- 文献标识码：G 文章编号：%""#$,",H（!""’）"&$",’&$"#
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磷素是农业生产上作物高产而必须投入的大量
营养元素之一，其当季利用率只有 %"^!!,^［%］；
磷的投入量远远高于带出量［!］，导致磷在土壤中大
量积累。近年来，众多土壤和植物营养学家们都在
寻求某种行之有效的方法来减少土壤对磷的固定，
提高磷肥的利用率；同时，也在寻找方法使土壤中
植物营养与肥料学报 !""’，%,（&）：,’&$-""
##############################################################
A31;R B4RU2R28; 1;> \:UR232Z:U _72:;7:
积累的大量作物难以吸收利用的磷转化为可供作物
利用的有效磷，为农业高产、稳产做贡献。
许多植物的根系如木豆（!"#"$%& ’"#"$ !"）、萝
卜（(")*"$%& &"+,-%& !"）、葡萄（./"&&,’" $,)/" !"）、大
麦（01/23%4 -%5)"/3 !"）、水稻（6/78" &"+,-"）和红三叶
草（9/,:15,%4 ;/3+3$&3 !" #$ " %&’()*+(）等都能够分泌
大量的低分子量有机酸（柠檬酸、苹果酸、草酸、丙二
酸、琥珀酸和酒石酸等）［,-.］。这些低分子量有机酸
能够溶解部分难溶性磷，从而提高土壤磷的有效
性［/-0］。虽然一些学者研究了低分子量有机酸对土
壤磷活化的影响，但这些研究仅仅测定了添加不同
类型或浓度低分子量有机酸情况下土壤磷的活化
量，而未对土壤磷的活化机理进行深层次探讨。如
在低分子量有机酸存在条件下，土壤中各磷组分的
活化情况；哪部分磷受低分子量有机酸的影响最
大；低分子量有机酸活化土壤磷的主要机理是什么
等都未阐述清楚。
为此，本试验选择两种常见的低分子量有机酸
（柠檬酸和苹果酸）和长期施用磷肥的蔬菜保护土壤
为研究对象，研究不同浓度低分子量有机酸对土壤
磷活化的影响，并采用 %1)213分级法测定低分子量
有机酸影响前后土壤磷组分的变化，以期弄清低分
子量有机酸对各个磷组分的影响，找出受有机酸影
响最大的磷组分和可能的磷素活化机制，为指导合
理施肥、提高肥料利用率、促进农业生产等提供理论
依据。
! 材料与方法
!"! 试验地概况
试验区位于沈阳农业大学长期定位施肥蔬菜保
护地试验基地，供试土壤为草甸土。该长期定位试
验始于 40//年，至今（566/年）已连续进行 56年，其
中 40//!4007 年的 / 年间完成了两个露地蔬菜栽
培轮作循环；4007年将定位土壤分层转移到塑料大
棚开始保护地微区定位试验。试验共设 4/ 个不同
施肥处理（有机肥、氮肥、磷肥、钾肥单施及配施），施
用量分别为有机肥（马粪）.8666 9: ; <’5、氮肥（尿素）
,66和 766 9: ; <’5、磷肥（过磷酸钙）=/66 9: ; <’5、钾
肥（硫酸钾）,76 9: ; <’5。有机肥在每年茬前结合深
翻施入，磷、钾肥作为基肥定植前一次性施入，氮肥
为追肥分 5次追施。为防止肥料相互渗透影响，每
个处理小区建成 6>/ ’深的无底水泥池。
!"# 供试材料
本试验选择单施磷肥处理的土壤为供试样品，
于 566.年 =月采集 6—56 #’的耕层土，风干，过 5
’’筛备用。土壤的 ?%值为 7>,8（土水比为 4 @ 8），
有机质含量为 48>44 : ; 9:（重铬酸钾容量法），阳离
子交换量为 46>,= #’*2 ; 9:（A%=BC#淋洗法），粘粒含
量为 40>,4D（吸管法），活性铁和活性铝含量分别
为 8>65 和 4>/, ’: ; 9:（酸性草酸铵浸提，EFG 测
定）［46］，全磷含量为 4>.5 : ; 9:（%5HB= -%F2B= 消煮，
钼锑抗比色法）。
供试低分子量有机酸为柠檬酸和苹果酸，均为
分析纯试剂（CI）。
!"$ 试验方法
称取过 5 ’’筛的供试土壤 4>8 :于 86 ’!塑料
离心管中，按 4 @56的固液比分别加入含有一定浓度
柠檬酸和苹果酸的 6>64 ’’*2 ; ! F&F25 溶液，溶液中
柠檬酸和苹果酸的浓度分别为 6、6>4、6>8 和 4>6
’’*2 ; !，即为 6、5、46和 56 ’’*2 ; 9:，,次重复。58J
恒温振荡，分别于 6>8、4>6、4>8、5>6、5>8、,>6、,>8、
=>6、=>8、8>6 <取出上清液，钼蓝比色法测定浸提液
中的磷浓度，同时用 EFG测定浸提液中的铁和铝浓
度。
将浸提 8 <后的土壤用酒精洗去土粒间残余的
低分子量有机酸，室温下风干后与供试土壤分别过
6>48 ’’筛。按照修正的 %1)213法进行土壤磷的分
级测定［44-45］，即采用连续提取方法逐级加入去离子
水、6>8 ’*2 ; !的 A&%FB,（?% />5）溶液、6>4 ’*2 ; !的
A&B%溶液、4>6 ’*2 ; !的 %F2溶液提取出土壤中稳
定性由弱到强的各级无机磷（G(）和有机磷（G*），最
后将残土经浓 %5HB= 和 %5B5 高温消解后测定残留
磷（I1K()L&2MG）。其中，6>8 ’*2 ; ! 的 A&%FB,（ ?%
/>5）溶液和 6>4 ’*2 ; !的 A&B%溶液浸提的磷又分
为 G(和 G*两部分。
# 结果与分析
#"! 低分子量有机酸对土壤磷的持续活化效应
低分子量有机酸对土壤磷活化的影响是一个既
缓慢又持续的动态过程。磷活化量与活化时间拟合
结果，I5 N 6>077!6>00/；且随着活化时间的延长
磷的累积活化量逐渐增加，但速率逐渐变慢（图 4）。
当柠檬酸和苹果酸的浓度达到 6>8 ’’*2 ; !以上时，
每条活化曲线都可以用两条直线逼近，说明磷活化
过程可以分成二个不同的区域，即第!区域活化速
率很大、曲线很陡、活化较强烈；第"区域活化速率
较第一区域有所下降，曲线开始平缓但活化量仍随
时间的延长而持续增加。在活化 8 <时曲线仍呈缓
=08 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 48卷
慢上升趋势，说明活化过程并未结束，后期还应存在
一个慢速活化的第!区域。同样，磷活化率（磷活化
量占土壤全磷含量的百分率）与活化时间之间也存
在类似情况（图 !）。
由图 "和图 !可知，随着低分子量有机酸浓度
的增加磷的活化量大幅增加。在不添加有机酸时，
活化量随时间呈直线型增长（#! $ %&’()），但增长幅
度较小；在活化 * + 时磷的累积活化量仅有 )’&!
,- . /-，占全磷含量的 0&12。而添加有机酸（柠檬
酸和苹果酸）浓度为 %&" ,,34 . 5时，磷的活化量迅
速增加，* + 后磷的活化量分别比对照增大了 (1&’
和 !!&% ,- . /-，活化率分别达到 ’&)2和 *&’2；当
柠檬酸和苹果酸浓度达到 %&* ,,34 . 5时，磷的 * +
累积活化量达到 *10&0和 61’&0 ,- . /-，是不添加有
机酸时的 )&"倍和 0&)倍。当柠檬酸和苹果酸浓度
达到 "&% ,,34 . 5时，磷的 * +累积活化量达到 11"&!
和 0’)&6 ,- . /-，活化率达到 6(&*2和 !(&’2，分别
是不添加有机酸时的 (&6倍和 1&6倍。
上述结果说明，柠檬酸对土壤磷的活化能力强
于苹果酸。经浓度为 %&"、%&*和 "&% ,,34 . 5的柠檬
酸连续浸提 * +后土壤磷的活化量是经苹果酸浸提
后活化量的 "&1、"&*和 "&6倍。
图 ! 不同浓度的低分子量有机酸对土壤磷活化量的影响
"#$%! &’’()*+ ,’ *-( .,/01,.()2.340/(#$-* ,4$35#) 3)#6+ /#*- 6#’’(4(5* ),5)(5*43*#,5+ ,5 4(.(3+( ),5)(5*43*#,5+ ,’ +,#. 7
图 8 不同浓度的低分子量有机酸对土壤磷活化率的影响
"#$%8 &’’()*+ ,’ *-( .,/01,.()2.340/(#$-* ,4$35#) 3)#6+ /#*- 6#’’(4(5* ),5)(5*43*#,5+ ,5 4(.(3+( 9(4)(5*3$( ,’ +,#. 7
8:8 低分子量有机酸对土壤各磷组分的活化效应
按照修正的 78948: 法对低分子量有机酸活化
前后的土壤磷进行分组研究，各磷组分活化前后的
差值为活化量。结果（图 6）表明，柠檬酸和苹果酸
对土壤中各磷组分（7!;<=、>?7@;6<=A、>?;7<=A、
7@4<=和 #8BA9C?4<=）都有一定的活化作用，且随着柠
檬酸和苹果酸浓度的增大活化量也增大。
7!;<=：在柠檬酸和苹果酸的浓度为 %&" ,,34 .
5时 7!;<=大量释放出来，释放量分别是不添加有
机酸处理（@D）的 "&’和 "&*倍，占原土 7!;<=含量
的 *%&*2和 6’&02。随着有机酸浓度的增加 7!;<=
活化量增大，柠檬酸浓度为 %&"和 %&* ,,34 . 5处理
的 7!;<=活化量差异显著（! E %&%*）；苹果酸浓度
为 %&"、%&*和 "&% ,,34 . 5处理的 7!;<=活化量差异
*’*6期 刘丽，等：低分子量有机酸对土壤磷活化影响的研究
显著（ ! ! "#"$）。当柠檬酸和苹果酸浓度达到 %
&&’( ) * 时，+,-./ 活化量分别达原土的 01#,2和
03#"2。
45+6-7./8：浓度为 "#% &&’( ) * 的低分子量有
机酸抑制了 45+6-7./8 活化，但当有机酸浓度增大
时却促进了 45+6-7./8活化。当柠檬酸和苹果酸浓
度为 "#$ &&’( ) *时，45+6-7./8 的活化量分别是 69
的 ,#: 和 %#$ 倍，占原土含量的 0,#02和 $3#,2。
浓度为 "#%和 "#$ &&’( ) *的柠檬酸活化出的 45+.
6-7./8之间差异显著（! ! "#"$），苹果酸也如此。
45+6-7./’：柠檬酸抑制了 45+6-7./’ 的活化，
且随柠檬酸浓度的增大抑制作用增强。柠檬酸浓度
为 "#%、"#$ 和 %#" &&’( ) * 时，45+6-7./’ 的活化量
仅为 69 的 17#$2、33#:2和 3"#%2。苹果酸在中
低浓度时也抑制了 45+6-7./’的活化。苹果酸浓度
为 "#% &&’( ) * 时，45+6-7./’ 的活化量比 69 低了
%"#"2；但随着苹果酸浓度的增加这种抑制作用逐
渐减弱，当浓度达到 % &&’( ) *时 45+6-7./’ 的活化
量比 69高 1#32。
45-+./8：低分子量有机酸对 45-+./8 有较强
的活化作用，随有机酸浓度的增大活化作用不断增
强，并且柠檬酸的活化能力强于苹果酸。在柠檬酸
和苹果酸浓度达到 % &&’( ) *时，45-+./8 的活化量
分别达到原土的 $1#,2和 :$#,2，是 69 的 ,#; 和
,#%倍。而且 45-+./8的活化量在各磷组分中最大。
45-+./’：低分子量有机酸对 45-+./’ 的活化
具有一定的抑制作用，不同有机酸浓度处理间差异
并不明显；随低分子量有机酸浓度的增大抑制作用
不断增强。
+6(./：低分子量有机酸对 +6(./ 的作用与对
45-+./8的作用相似，随有机酸浓度的增大活化作
用不断增强；且柠檬酸对 +6(./的活化能力强于苹
果酸。在柠檬酸和苹果酸浓度达到 % &&’( ) * 时，
+6(./的活化量分别达到原土的 ,3#"2和 ,,#72，
是 69的 7#7倍和 ,#;倍。
<=>8?@5(./：柠檬酸对 <=>8?@5(./的活化作用不
强，各浓度处理间差异不明显（! ! "#"$）。随柠檬
酸浓度的增加，<=>8?@5(./的活化量稍有降低，分别
是 69 的 %%,#02、%";#:2和 %"0#;2；苹果酸对
<=>8?@5(./则没有一定的作用规律。
在柠檬酸浓度为 "#$ 和 %#" &&’( ) *，苹果酸浓
度为 %#" &&’( ) *时，各磷组分的活化量有如下顺序
45-+./8 A +6(./ A 45+6-7./8 A +,-./。
图 ! 不同浓度的低分子量有机酸对土壤各磷组分的活化效应
"#$%! &’’()*+ ,’ *-( .,/01,.()2.340/(#$-* ,4$35#) 3)#6+ /#*- 6#’’(4(5* ),5)(5*43*#,5+ ,5 *-( +,#. 7 ’43)*#,5+
［注（4’B=）：6C%、6C,、6C7和 DC%、DC,、DC7分别代表添加柠檬酸和苹果酸浓度为 "#%、"#$、%#" &&’( ) *的处理 EF=5B&=GB ’H I8BF8I 5I8? 5G? &5(8I
5I8? J8BK I’GI=GBF5B8’G "#%、"#$、%#" &&’( ) *，F=>L=IB8M=(N；69为对照，不添加有机酸 O8BK’@B ’FP5G8I 5I8?Q 方柱上不同字母表示相同 /组分，不同有
机酸处理间差异达 $2显著水平 R8HH=F=GB (=BB=F> 5S’M= BK= S5F> &=5G >8PG8H8I5GB 5B "#"$ (=M=( 5&’GP ?8HH=F=GB ’FP5G8I 5I8? BF=5B&=GB> @G?=F BK= >5&= >’8( /
HF5IB8’GQ］
89! 低分子量有机酸活化土壤磷过程中铁、铝的持
续释放
土壤磷被不同浓度的柠檬酸和苹果酸活化同
时，还伴有大量铁、铝释放，其释放规律与磷活化规
律非常相似（图 :、图 $）。相关分析可知，土壤中被
柠檬酸和苹果酸活化释放出的磷与铁的释放量之间
呈显著正相关关系，相关系数分别达到 "#100: 和
"#3113（图 0）；同样，被柠檬酸和苹果酸活化释放出
01$ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 %$卷
的磷与铝的释放量之间也显著正相关，相关系数分
别达到 !"#$!%和 !"#&’(（图 %）。)*+,-+等人研究证
明，有机酸活化土壤中的磷主要是通过溶解土壤中
的铁、铝氧化物，从而减少磷的吸附点位使磷释放出
来［./］。
图 ! 不同浓度的低分子量有机酸对土壤中铁的活化效应
"#$%! &’’()*+ ,’ *-( .,/01,.()2.340/(#$-* ,4$35#) 3)#6+ /#*- 6#’’(4(5* ),5)(5*43*#,5+ ,5 +,#. #4,5
图 7 不同浓度的低分子量有机酸对土壤中铝的活化效应
"#$%7 &’’()*+ ,’ *-( .,/01,.()2.340/(#$-* ,4$35#) 3)#6+ /#*- 6#’’(4(5* ),5)(5*43*#,5+ ,5 +,#. 3.21#521
图 8 铁释放量与磷释放量的关系
"#$%8 9(.3*#,5+-#: ;(*/((5 *-( "( 4(.(3+( 356 *-( < 4(.(3+(
= 讨论
01 2314等人研究表明，非石灰性土壤中磷素释
放存在着由快至慢的反应过程［.(5.$］。本试验也表
明，低分子量有机酸对土壤磷的活化是一个持续的
动态过程，活化强度随低分子量有机酸浓度的增大
%#’/期 刘丽，等：低分子量有机酸对土壤磷活化影响的研究
图 ! 铝释放量与磷释放量的关系
"#$%! &’()*#+,-.#/ 0’*1’’, *.’ 2( 3’(’)-’ ),4 *.’ 5 3’(’)-’
而增强，并且随着活化时间的延长活化速率逐渐减
慢。在柠檬酸和苹果酸的分别作用下，活化曲线均
可分成快速活化和慢速活化两个区域，同时若活化
时间进一步延续还将存在一个更缓慢的活化区域。
土壤磷可分为易释放磷、较易释放磷和难释放磷 !
个部分，它们被活化的过程可能与活化曲线的 !个
区域相对应。易释放磷在活化初期被快速释放出
来，而较易释放磷和难释放磷则释放得慢些。在某
种程度上，较易释放磷和难释放磷更加有利于作物
在整个生育期内对磷的吸收和利用。对于能够分泌
低分子量有机酸的作物来说，在其整个生育期可以
通过持续活化土壤中的磷来满足生育需求［"#］。
本研究看出，柠檬酸对磷的活化能力强于苹果
酸，这可能是因为不同种类的有机酸所含的功能基
数目及螯合能力不同，从而具有不同的活化能
力［$%］。陆文龙等人在研究有机酸对石灰性土壤磷
素活化能力时也得到类似规律［$"］。
在 &’()’*的磷分组方法中，&$+,-和 ./&0+!,-1
是对作物最有效的活性无机磷形态。&$+,-是与土
壤溶液磷处于平衡状态的土壤固相无机磷，其含量
变化与不同形态磷库之间的相互转化密切相
关［$$2$!］；./&0+!,-1主要是吸附在土壤颗粒表面活
性较强的磷组分。对柠檬酸和苹果酸活化前后的土
壤进行磷分组看出，&$+,- 和 ./&0+!,-1 的活化量
都随有机酸浓度的增大而提高，说明植物根系分泌
的低分子量有机酸能活化土壤中的作物有效态磷，
活化强度随有机酸浓度的增大而增强。
./&0+!,-3主要是土壤表面吸附的易于矿化的
可溶性有机磷［"$，$4］；./+&,-3是由腐殖酸和褐菌素
等组成的铁、铝结合态有机磷［$$］，经磷酸酶作用后
对作物有一定的有效性。对两种有机磷的研究表
明，随低分子量有机酸浓度的增大有机磷的释放量
反而减少，这可能是低分子量有机酸促进了土壤中
磷酸酶和微生物的活性，从而使一部分有机磷经微
生物矿化转化为有效态的无机磷而以那种无机磷的
形式被释放出来［$4］。5367/8等［$4］认为，有机磷经
矿化作用转化为 ./&0+!,-1，这可能是本研究中有机
磷释放量减少，./&0+!,-1释放量增大的原因。
&0),-即钙结合态磷，是较稳定的磷形态，在石
灰性土壤中主要为磷灰石型磷，在高度风化土壤中
还包括闭蓄态磷。经过以上浸提步骤所未浸出的化
学上更稳定和相对不溶的磷是 9’:1(;/),-，这部分磷
很难被提取剂提取，更难被植物吸收利用［"$］。试验
中有机酸能够使 &0),-活化出来，而对 9’:1(;/),-的
影响不大。在各磷组分中，受有机酸影响最大的是
./+&,-1（图 !），这部分磷主要是通过化学吸附紧密
结合在土壤铁、铝化合物表面的中等活性无机磷。
当柠檬酸和苹果酸浓度较高时，各磷组分的活
化量有如下顺序：./+&,-1 < &0),- < ./&0+!,-1 <
&$+,-，即铁铝结合态磷 <钙结合态磷 <作物有效态
磷。而且，土壤磷在被不同浓度的柠檬酸和苹果酸
活化的同时，还伴有大量铁、铝释放，其释放规律与
磷活化规律非常相似；相关分析也表明，有机酸对
土壤磷的活化与铁、铝的释放显著正相关。这些都
说明柠檬酸和苹果酸所活化的土壤磷主要来源于
铁、铝结合态磷；=’,-和 >),-是本试验供试土壤的
有效磷源。?/8 (’@ A’’等［$B］发现，当作物从土壤溶
液中吸取磷时，被吸附在铁、铝氧化物表面的磷会出
现先快后慢的解吸过程，这与本研究的结果相一致。
&3)C3@(［$D］认为，酸性土壤中溶解性磷增加的原因是
铁氧化物的还原和溶解，以及束缚或封闭在铁氧化
物内部的磷的后续释放。有机酸能增加土壤中磷的
活性，主要有三个原因：一是有机阴离子与磷酸根
的配位交换，即有机配位体置换矿物表面点位上的
E#B 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 "B卷
无机磷使磷释放到土壤溶液中的过程［!"#$%］；二是有
机态的含磷化合物在 &’值降低时部分水解［$!］；三
是铁、铝结合态磷酸盐部分螯合溶解［(，)，$$#$*］。本
研究中柠檬酸和苹果酸活化土壤磷的可能机理主要
是第三个原因。
参 考 文 献：
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JJG 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 5I卷