鹽漬土磷有效性研究進展與展望①

咸敬甜，陳小兵，王 上，張曉龍，徐 剛

鹽漬土磷有效性研究進展與展望①

咸敬甜1,2，陳小兵2*，王 上3，張曉龍1，徐 剛4

(1 煙臺大學環境與材料工程學院，山東煙臺 264005；2 中國科學院海岸帶環境過程與生態修復重點實驗室(煙臺海岸帶研究所)，山東煙臺 264003；3 德國基爾大學土壤植物微生物系，德國基爾 24118；4曲阜師范大學地理與旅游學院，山東日照 276826)

鹽漬土約占據全球土地面積的3%，是具有重要戰略意義的后備土地資源。然而，鹽分脅迫不僅降低土壤水的滲透勢，產生離子毒害作用，而且抑制植物營養的均衡吸收，對植物大量營養元素磷(P)的影響尤為嚴重，使其有效性大大降低，嚴重影響作物產量。因此，盡管有效磷缺乏是各土壤類型廣泛存在的問題，但鹽漬土中磷有效性低的問題更加突出。鹽分脅迫和有效磷缺乏是兩種主要的非生物脅迫，尤其對于鈣質土壤，植物經常同時暴露在這兩種脅迫之下，但現階段關于鹽分與磷素的作用效應缺乏清晰的界定和系統的總結。因此，本文首先匯總了鹽分降低磷有效性的作用機制，其后綜述了鹽分與磷素的相互、綜合、交互作用效應，最后總結了目前鹽漬土磷有效性的提升策略并對其研究前景進行了展望，以期為未來鹽漬土非生物脅迫的減輕、磷元素的優化管理提供理論支持。

鹽漬土；磷有效性；作用機制；作用效應；提升策略

在全球范圍內，由于人口激增、生態系統破壞和退化、氣候變化等帶來的糧食安全、資源短缺問題已迫在眉睫，繼而鹽漬土作為潛在的農用土地資源而備受關注。當前，全球鹽漬土的總面積為1.1×109hm2，其中86% 可以用于農業生產，為全球提供11% 的作物產量[1]，且全世界超過6% 的土地和20% 的灌溉面積正面臨鹽分威脅。我國鹽漬土總面積達3.69× 107hm2[2]。鹽漬化是半干旱和干旱地區的一個自然過程，但也受人類活動的影響，顯著影響土地肥力[3]。除干旱和養分(尤其是磷)的限制外，土壤鹽分脅迫是對作物生產力最具破壞性的非生物限制因素之一[4-5]。隨著全球人口的增長，根據聯合國糧食及農業組織(FAO)的數據，到2050年，要求糧食產量至少翻一番[6]。因此，鹽漬土的改良及利用得到了高度重視。

磷對植物營養和土壤肥力都起著十分重要的作用，是光合作用、呼吸作用以及核酸和膜合成的關鍵元素[7-8]。但在大多數自然生態系統中全磷含量相對較低，一般在0.05% ～ 0.5%(/)左右，且其中只有0.1% 的生物有效磷被植物吸收利用[9]。土壤肥力退化，尤其是磷素耗竭，是限制植物生長發育的主要因素，據統計全世界約30% ～ 40% 可耕地上的作物產量受磷的限制[10]。磷缺乏是限制全球許多低投入農業系統作物產量的主要因素，包括許多石灰性和堿性土壤[11-12]。為提高農業生產力，大量磷肥施入土壤，但在施用當年作物僅能吸收磷肥施用量的15% ～ 30%[13]。施入土壤中的磷迅速轉化成植物難以利用的形態，一般磷缺乏是指有效磷缺乏。據統計，在1998—2009年間糧食產量僅增加了10%，而化肥投入增加了近19%，增加的化肥并沒有增加相應的糧食產量[14]。另外，磷肥主要來源于不可再生的磷礦石，按照目前每年近12 Mt P2O5的開采速度[15]，全球商業磷酸鹽儲量將在50 ～ 100年內耗盡[6]，而當利用磷礦石生產磷肥時，40% ～ 60% 的磷酸鹽會流失和浪費[6]，且目前還沒有磷酸鹽的替代品。因此，減少磷肥使用量，提高作物對磷的吸收和利用效率，是實現磷礦資源可持續利用、降低過度施用磷肥對環境的不利影響的關鍵[16]?，F有研究顯示，土壤中磷的有效性主要取決于土壤中黏土礦物含量、金屬(Ca、Fe、Al)氧化物含量、pH、有機質含量等[17-20]。此外，土壤鹽分脅迫也會降低磷的有效性[21-22]。

鹽分脅迫和有效磷缺乏是兩種主要的非生物脅迫，嚴重限制了全球植物生產、糧食安全和農業發展[23-25]，對區域和全球經濟產生了巨大影響，尤其是在以高pH、低磷溶解度為特征的鈣質土壤中，植物常同時暴露在這兩種非生物脅迫之下[26-27]。鹽漬土中電解質濃度高，鹽分離子富集，增強了磷的吸附過程，使磷的有效性降低，但因土壤質地不同而有所不同[28]。

近年來鹽漬土中磷有效性的研究得以廣泛開展，但現階段對于鹽分和磷素的相互、綜合、交互作用效應及鹽漬土磷素有效性提升策略缺乏系統的總結和探索。由此，本文匯總分析了鹽分降低磷有效性的作用機制，鹽分與磷素的各種作用效應，以期為鹽漬土磷素有效性提升、鹽漬土優化磷素管理及作物生產力提高提供較為全面的理論支持。

1 土壤鹽漬化與磷素研究相關文獻分析

以Web of Science核心數據集2000年1月1日— 2022年3月1日已發表的文獻為統計分析對象，以“soil salinization”為關鍵詞進行所有字段檢索，獲得相關文章共計2 626篇，將其全部導入VOSviewer進行文獻可視化分析(圖1A)。由于關鍵詞數量眾多，對關鍵詞的出現頻次進行了限定，篩選出頻次高于50次的關鍵詞，最后得到278個關鍵詞，且分為6個聚類簇。選取其中4個總關聯強度高的聚類簇分別標號：①聚類簇主要是“碳(carbon)”“有機物(organic- matter)”“氮(nitrogen)”“磷(phosphorus)”“動力學(dynamics)”等關鍵詞。說明主要營養元素及物質的動力學過程備受關注。這些過程又依賴于根際微生物的生命活動，因此，根際微生物及酶活性也是現階段研究的熱點。但過度補充礦質養分(化肥)又會造成土壤次生鹽漬化等問題，因而其負面影響的修復也是研究的重要方向，其中黃河三角洲地區(Yellow River Delta)作為典型案例是重點研究對象。②聚類簇主要是“土壤鹽度(soil salinity)”“植被(vegetation)”“模型(model)”“遙感(remote sensing)”“水分(moisture)”等關鍵詞。說明土壤鹽度對植物的影響效應是研究的主體。由于水鹽的監測都依賴于一定的模型和技術方法，因此，利用遙感、光譜學及模型等來繪制精確的數字土壤水鹽運移地圖也成為常用的研究手段，其中中國(China)也是一個出現頻次較高的關鍵詞，說明中國是重要的研究對象或主力；③聚類簇主要是“鹽漬化(salinization)”“土(soil)”“土壤鹽漬化(soil salinization)”“水(water)”“地下水(groundwater)”“灌溉(irrigation)”“管理(management)”等關鍵詞。表明鹽漬化的形成原因是研究重點，且其相關過程蒸發、降水及區域、水系研究也很熱門，由此，引申的各種灌溉和高效農業水利用方式也是熱點研究之一；④聚類簇主要是“鹽度(salinity)”“生長(growth)”“植物(plants)”“鹽分脅迫(salt stress)”“鹽分耐受性(salt tolerance)”等關鍵詞。表明研究植物的耐受機制等對植物生長的影響是研究重點，且研究植物主要集中于大米、玉米和西紅柿等，鹽分脅迫條件下的應激反應如滲透調節、抗氧化、光合作用等過程也備受關注。標簽視圖(圖1B)表明，現階段鹽漬土的主要研究方向是各元素、物質和生物的響應過程、水鹽模擬等。

圖1 2000—2022年Web of Science數據庫以關鍵詞“soil salinization”檢索的聚類視圖(A)及標簽視圖(B)

以Web of Science核心數據集同期文獻為對象，以“(ALL=(soil salinization)) AND ALL=(phosphorus)”為檢索式進行檢索，得相關文獻共計135篇，將其全部導入VOSviewer進行文獻可視化分析(圖2)，由圖2A和圖2B的標簽視圖可以清楚地看出這一研究領域的時間轉變：2010年之前主要的研究熱點為鹽漬土的灌溉、管理、質量、鹽分等問題；2010—2020年的研究方向主要集中于鹽分和磷的相互作用，兩者對植物的影響(主要集中于玉米和小麥等糧食作物)、脅迫和耐受機制、土地利用方式等方面；2020年至今研究主要集中于磷的回收再利用、對作物的生長影響及產量效應、轉化動力學過程、酶活性，重點是鹽漬土中的磷過程和磷與碳、氮等其他大量營養元素的耦合作用及過程。通過圖2C密度視圖可以看出，2000年至今這一研究領域的研究關鍵詞包括“磷(phosphorus)”“鹽度(salinity)”“鹽漬化(salinization)”“生長(growth)”“氮(nitrogen)”“碳(carbon)”，與圖1B標簽視圖呈現的結果相一致，即主要的研究方向是鹽漬土中各元素物質的循環轉化過程。

2 鹽分降低磷有效性的作用機制

鹽分通過兩方面直接影響磷的有效性：①陽離子作用。對于北方干旱、半干旱堿性土壤，通常是土壤中鹽分離子Ca2+、Mg2+等與磷酸根離子結合使之迅速由可溶態轉化成難溶態，并最終結合羥基、氧基等形成植物不可利用的羥基磷酸鹽、氟磷酸鹽；對于南方酸性土壤，磷酸根離子則通常與可溶的Al3+、Fe3+等形成磷酸鹽沉淀，即轉變成次生礦物，并最終被氧化鐵鋁膠膜包被覆蓋成為“閉蓄態磷”，使磷酸鹽喪失溶解釋放的機會[29]。②鹽分離子會與磷酸根競爭進入細胞膜的結合位點。據推測，膜水平上的物理和化學變化以及芽中磷吸收和積累的抑制是氯(Cl)和磷之間競爭以及競爭以外的相互作用的結果[30]。

圖2 2000—2022年Web of Science數據庫以關鍵詞“(ALL=(soil salinization)) AND ALL=(phosphorus)”檢索生成的聚類視圖(A)、標簽視圖磷部分(B)和密度視圖(C)

而鹽分主要通過影響植物和微生物的生命活動間接影響磷的生物有效性。①影響植物根系的滲透勢及吸水性：鹽分過量，植物不僅需要積累更多的有機和無機溶質來對抗外部環境中的低滲透勢[31-32]，且植物的吸水性會受到抑制。②鹽分離子毒害作用和離子競爭：特定離子包括Na+、Cl–、H3BO4–、HCO3–等，這些離子對大多數植物都具有毒害作用[31-33]，其次鹽分脅迫會使植物體內產生大量的活性氧自由基，導致膜質系統被氧化破壞[5]。而鹽分和養分離子穿過細胞膜被植物吸收時會產生離子競爭，例如，Na+會與K+競爭結合點位，Na+過量導致植物無法獲得足夠的K+而營養失衡[21，34-35]。③鹽分離子的物理效應：尤其是大量Na+存在時，由于其單價離子較小的水合半徑，其吸附的擴散層較寬和松散，阻礙了土壤膠體之間的吸附，使土壤結構變差，特別是濕潤時還會促進土壤團聚體的崩解和分散，使土壤孔隙被阻塞，通氣、透水性大大減弱，嚴重影響植物正常的生理活動[36]。④影響有機磷的礦化過程：鹽漬土的高鹽分和pH會抑制堿性磷酸酶的活性，制約有機磷的礦化分解過程，使有機磷的有效性降低[37]。⑤其他復雜作用：鹽分還可能導致復雜的相互作用，影響植物代謝或內部營養需求[38]。

3 土壤鹽分與磷素的相互、綜合及交互作用效應

各文獻中鹽分和磷素的相互、綜合及交互作用效應，尤其是交互作用，概念模糊，眾說紛紜。在本研究中，鹽分和磷素的相互、綜合及交互作用效應均引用毛達如[39]的《植物營養研究方法》復因素試驗方案設計中的基本概念定義，即相互作用是指兩因素相互之間的影響；綜合作用是指兩因素的組合效應；交互作用是指兩因素配合后相互促進而產生的效應，即兩因素綜合作用與各因素簡單效應的差值，可正、可負、可以等于零。

3.1 土壤鹽分對植物磷有效性的影響

養分吸收限制，尤其是磷缺乏，是降低作物生物量和糧食產量的最主要限制因素之一[40]。鹽分含量過高引起的有效磷缺乏是鹽漬農業生態系統中單獨或同時存在的主要非生物脅迫，這對植物生長發育以及植物代謝均有負面影響[41-44]。尤其在干旱和半干旱地區，土壤有效磷缺乏和鹽分脅迫是作物生產力的主要制約因素，鹽分脅迫會降低磷肥的有效性[33]。無機磷分級結果顯示，土壤含鹽量的增加會使活性、中等活性無機磷含量降低，穩定性無機磷比例升高[37]。鹽分脅迫不僅會降低鷹嘴豆等作物的磷吸收效率[45]，且鹽分脅迫會降低開心果()葉片、莖和根的磷含量[46]。鹽漬土中，鹽分脅迫及離子競爭使植物的磷素吸收進一步受到限制，磷固定作用的加強使有效磷含量進一步降低，最終皆導致磷生物有效性降低，因此生產實踐中鹽漬土中往往需要額外添加磷肥，然而磷肥的額外添加無法促進植物吸收相應的磷量，從而導致鹽漬土中磷肥利用效率更低[16]。

但也有一些研究結果表明，鹽度增加或對磷的吸收沒有影響[28]。有文獻報道，僅在80和100?mmol/L氯化鈉(NaCl)條件下，西藍花()葉片磷酸鹽含量顯著降低，而在根系中，磷酸鹽含量隨著鹽濃度增加到40 mmol/L而增加，且隨著鹽濃度進一步增加到100?mmol/L而保持不變[47]。鹽度對硬繩柄草()地上部磷濃度和磷吸收效率也沒有實質性影響，與磷的有效性無關[48]。

因此，對于土壤溶液，鹽分離子會促進磷酸鹽離子的吸附和沉淀過程，使磷的有效性大大降低；但對于具體鹽分環境的具體植物，磷有效性卻又因鹽分含量、植物種類、植物器官等不同而呈現不同的規律，這也為原位環境篩選適生抗性基因提供了理論支持。

3.2 外源磷添加對鹽漬土中植物耐鹽性的影響

通過施加適當的磷肥提高植物的耐鹽性是一種很有潛力的策略，因為鹽脅迫下，植物Na+可能會因施磷而減少，但這一反應似乎依賴于磷比率[49-50]。在大多數情況下，隨著磷供應的增加，金皇后葉和莖K+/Na+比以及耐鹽星莖和根K+/Na+比顯著增加，表明磷肥提高了兩個紫花苜蓿品種的耐鹽性[33]。Talbi Zribi等[48]也得出，在鹽漬土中添加磷可以緩解鹽分的負面影響，并能提高耐鹽性。且有報道稱，在鹽漬化土地的復墾方法中，如果氯化物為主要鹽分物質，則可以通過施加磷肥提高作物產量，原因為施磷可以降低Cl–及Na+的積累，提高K+、Ca2+和P的吸收，一定程度上緩解鹽分造成的離子競爭作用[51]。

然而，在兩種紫花苜蓿的研究中只有部分結果支持以上結論：只有金皇后的葉Na+含量和耐鹽星的莖Na+含量支持植物Na+含量隨著磷添加量的增加而減少[33]。以開心果為試驗對象時，施磷甚至增加了葉、莖Na+含量，而降低了根Na+含量和葉、莖、根K+含量[46]，且研究顯示提高開心果的耐鹽性只需要適度的磷供應，而較高的磷供應會導致較高的磷積累，并在植物組織中產生毒性效應，導致生長和整體生產力下降[46，52]。還有研究顯示，高或非限制性的磷水平不會影響苜蓿對氯化鈉的反應[53]，在高鹽分條件下增加磷的有效性對風葉草的耐鹽性也沒有顯著影響[54]。此外，與磷供應充足的植株相比，磷缺乏的鹽處理植株卻表現出更高的耐鹽性[11]。綜上，營養元素的添加可以增強或降低植物對干旱或鹽分的抵抗力，或者根本沒有效果，這取決于水分利用效率和鹽脅迫程度[21]。

以上這些研究表明，各鹽漬土對磷肥的響應各不相同，緣于各鹽漬土土壤顆粒表面與磷酸鹽離子反應的固定位點類型、位點總數等均不相同，繼而導致不同的鹽漬土對磷有不同的固定能力。對固持能力未達到飽和的鹽漬土，施磷量要高于作物需磷量才有可能滿足植物的正常養分需求或促進植物生產力和提高耐鹽性；然而，當固持點位全部被磷酸鹽離子占據時，過量的磷添加超過作物吸收量，就會產生磷的過度累積，不僅不會提高植物抵抗脅迫的能力，還可能產生離子毒害作用和環境問題。

3.3 鹽分脅迫與磷缺乏對植物的綜合及交互作用效應

磷缺乏和鹽分脅迫的組合可以代表許多生長在鈣質鹽土中的植物的自然生長狀況[26-27，55]，但鹽分脅迫和磷缺乏之間的綜合作用尤其復雜。植物對其的反應在很大程度上取決于自身性狀、生長階段、土壤鹽分水平和磷的形態以及試驗的環境條件[53，56-57]。Talbi Zribi等[11]探討了鹽分脅迫和磷缺乏綜合作用下大麥(L. cv. Manel)的生長差異和生理反應，結果顯示，水培條件下磷缺乏對大麥生長的影響更為不利，鹽分脅迫對磷缺乏大麥沒有嚴重的不利影響，但在磷供應充足的情況下，鹽分脅迫顯著降低了植株的生物量，且這兩種脅迫的影響不是簡單的加和，因為植物對鹽分脅迫和磷缺乏的反應與單獨磷缺乏條件下相似。但Talbi Zribi等[48]在2018年利用相似的試驗發現，鹽分脅迫和磷缺乏處理分別顯著降低了硬繩柄草生長速率和CO2同化率，其中，鹽脅迫的影響更為顯著；與對照組相比，磷缺乏和鹽分脅迫顯著降低了植株全株干重，分別降低65% 和76%，且兩種脅迫呈相加效應，其同時存在時對植物生長影響最大，全株生物量下降幅度達91%。不同文獻中關于磷缺乏和鹽分脅迫對植物生長綜合作用的結果也有所差異。在沒有鹽分或其他脅迫的情況下，影響營養元素可用性、吸收和分配的因素已是非常復雜[58]，鹽分脅迫的存在給作物的礦物質營養反應增加了新的復雜性[28]。因此，大多數自然生境中鹽分脅迫和養分缺乏相互作用同時發生，但它們最終是否會影響作物產量或品質取決于鹽分水平、鹽分組成、作物種類，以及所涉及的養分和環境因素[38]。

此外，土壤磷缺乏和鹽分脅迫可能以交互方式影響植物磷的獲取和耐鹽性。當植物受到多種脅迫時，可能會導致不同的脅迫應答，這些應答可能是多種脅迫效應的簡單相加、協同或拮抗作用，這主要取決于植物的年齡、植物固有的抗逆性或敏感性以及脅迫的嚴重程度[59]。試驗研究中，應將多種脅迫的組合視為非生物脅迫的一種新狀態，不能直接從植物對單獨施加的每種脅迫的相應反應中推斷出來[60]。

綜上，當土壤出現高鹽分和磷缺乏等多種非生物脅迫時，其綜合效應往往不是單因素簡單效應的加和，且因鹽分含量、鹽分組成、植物種類而呈現不同的規律。在鹽漬土農業生產中，應當將兩種非生物脅迫的組合看作一種新問題，進而積極探索兩種非生物脅迫的交互作用效應，為提高鹽漬土有效磷含量和磷養分利用效率提供新思路、新方法。

4 鹽漬土磷有效性提升策略

相較于根系磷吸收動力學特征，鹽漬土的特性對磷有效性影響更為顯著。因此，幾十年來人們積極探索改善鹽漬土理化性質的新方法、新思路，以促進磷營養的均衡及充分吸收。

4.1 物理提升策略

鹽漬土磷有效性物理提升策略主要包括實行合理的耕作措施、種植制度和有效的施肥方式。研究顯示，深松破板、粉壟深旋、平整土地等耕作措施可以阻斷東北蘇打鹽漬土中向上運送水鹽的毛細管，提高散墑作用，減輕鹽分對植物根的毒害，從而促進植物營養吸收和正常的生理活動[61]。輪、間、套作等多樣化種植模式也可以促進不同作物間的養分協作，加快營養物質的轉化和循環，增加作物利用養分的能力[61]，且輪作方式的不同主要影響無機磷及不穩定有機磷含量[62]。有研究指出，長期種植糧食作物土壤總磷消耗量遠大于草糧混播(草和糧食同時存在的狀態)[63]；免耕土壤中有機碳、有機磷等含量高，會刺激微生物產生高活性磷酸酶，促進有機磷礦化[64]。通過生物固氮和富氮綠肥種植等多種農業生態功能也可以提高營養元素利用效率，據研究，豆類種植對非豆類作物的生長發育有益[40，65-66]。有效的施肥方式如磷肥集中施用(條施、點施)，可以有效減少磷肥與其他物質的接觸，進而提高固磷能力較強土壤的磷素有效性[53]。水分條件也會影響磷的有效性，淹水會使土壤的氧化還原電位降低，酸性土壤pH升高，堿性土壤pH降低，進而使有效磷含量升高[67]，此時磷的吸附解吸行為主要受鐵氧化物形態轉化的控制[68]。

總之，物理提升策略主要通過改善鹽漬土土壤結構、通氣透水性和提高植物物種多樣性等途徑加強農業生態系統的磷循環。其優點是綠色、經濟，但效果相對較小且緩慢，且通過提高植物物種豐富度來促進對潛在磷庫磷素的吸收存在眾多技術挑戰，包括各物種的除草劑和殺蟲劑存在相互毒害作用、施肥種類和用量不同、機械化管理受限等。

4.2 化學提升策略

鹽漬土磷有效性化學提升策略主要包括合理施用無機和有機改良劑。無機改良劑主要集中于磷石膏的廣泛研究。近年來，氮磷肥等的適量施用，尤其是氮磷減施成為研究熱點。有機改良劑主要包括黃腐酸、腐殖酸等有機酸，生物質炭，秸稈，生活污水污泥，動物糞便等的應用。

磷石膏是被廣泛應用于鹽漬土改良的化學改良劑，它不僅可以代換Na+，促進鹽分離子淋溶，改善土壤物理結構，而且在磷石膏顆粒周圍土壤pH可達3 ～ 4，形成局部的酸性環境，繼而促進無機磷的溶解和釋放[69]。目前研究多集中于無機和有機改良劑的結合使用。有研究顯示，礦質磷和有機肥的聯合施用不僅顯著增加了土壤磷組分，而且提高了小麥的產量和品質[70]。但在化肥(過磷酸鈣)結合有機肥和改良劑(CaSO4)改良黃淮海平原輕、中度鹽漬土的試驗中發現，所有施肥處理的有效磷含量均降低，可能是由于改良劑促進了植物的生長，加強了磷素的吸收，同時CaSO4的施用引入大量Ca2+，其與PO43–結合生成難溶的沉淀，從而減少了有效磷的含量[71]?？梢姡瑹o機改良劑搭配有機改良劑在促進植物生長方面效果顯著，在有效磷含量提升方面存在差異。

近期有研究表明，在鹽漬土中，可通過減少氮肥施用量來提高磷的有效性[72]。氮肥減量不僅可以維持作物產量，且在降低土壤中的Na+和Cl–的同時，增加了0 ～ 10 cm土層有效磷含量和堿性磷酸酶活性[73]，甚至在提高有效磷含量方面，30% 氮肥減施處理優于15% 氮肥減施處理和常規化肥施用量處理[74]。這說明該鹽漬土不僅有30% 的減氮潛力，而且化肥減施能更好地促進磷素的活化和循環。隨著氮肥施用量的增加，不穩定的有效態磷Ca2-P和遲效態的Ca8-P含量均相應減少[72]。可見，氮肥施用過量，不僅造成資源浪費，而且對其他養分(磷)的轉化也會產生影響，使其有效性降低。在鹽漬土中，適量施用磷肥也可以提高紫花苜蓿的耐鹽性，增加其產量[33]。在大麥–玉米雙季輪作試驗中，磷肥減施能顯著提高輕、中度鹽漬土的累積磷肥利用率[37]。

氮肥搭配黃腐酸不但可以降低Na+和Cl–含量，而且可以提高冬小麥的產量和堿性磷酸酶的活性，且當氮肥減量配施黃腐酸時，促進了冬小麥的氮、磷吸收效率[73-74]。這充分說明化肥減施不僅不會對產量造成負面影響，且搭配有機酸等有機改良劑可以促進氮、磷等營養物質更好地吸收利用。即使在過量施用氮肥的情況下，氮肥配施黃腐酸也使鹽漬土的磷有效性提高，在培養后期，有效態的Ca2-P含量提高，無效態的Ca10-P含量降低，促進了磷的釋放[72]。輕、中度鹽漬土中施入腐殖酸也均可以減少鹽漬土中HCl-Pi含量，促進磷的有效化，但對活性有機磷(NaHCO3-Po)和中等活性有機磷(NaOH-Po)的活化作用有限[37]。

生物質炭也可以顯著提高鹽漬土磷的有效性。生物質炭施入輕、中度鹽漬土，可以促進Na+、Cl–的淋洗，提高Ca2+、Mg2+含量，顯著降低鈉吸附比(SAR)，改善鹽分離子組成和土壤物理結構，提高活性無機磷含量[37]。高珊等[75]指出，在輕、中度鹽漬土中添加生物質炭，與常規施磷處理相比，有效磷含量分別可以提高40.72%、84.8%，且能顯著提高土壤活性無機磷比例。且適宜用量的生物質炭結合黃腐酸，對江蘇濱海圍墾灘涂區重度鹽漬土的系統培肥和肥料利用率提升均有促進作用[76]。在黃河三角洲地區鹽漬土中，施用MgO改性的生物質炭增加了土壤有效磷含量，并導致水稻產量提高[77]。在田間試驗中，兩種鐵改良生物質炭也表現出顯著的有效磷提高效果，且氧化亞鐵改良生物質炭和三氯化鐵改良生物質炭分別使土壤有效磷含量增加了78.6% 和90.3%[78]。生物質炭含有大量難降解碳[79]，這些碳可在土壤中保留100 ～ 1 000年，加入生物質炭可能同時是增加土壤碳固存的有效途徑，從而減緩全球溫室氣體排放[79-80]。因此，生物炭對于鹽漬土的磷有效性提升和碳固存都有巨大的研究價值。

為了實現資源的充分利用，生物質材料及動物糞便等有機物料廣泛用于提升鹽漬土磷素有效性。生物質材料的應用以秸稈還田為典型策略。研究表明，與秸稈移除相比，秸稈還田可以提高濱海鹽漬土磷的活化率和有效磷含量，磷的表觀回收率也提高了14% ～ 27%，磷肥的施用量降低了27% ～ 38%，且對籽棉的產量不會造成影響[81]。說明對鹽漬土進行秸稈還田不僅能促進磷素的活化，而且能減少礦物質磷的施用，同時又能維持當地的作物生產。在蘇北新圍墾灘涂農田進行有機肥與秸稈覆蓋綜合試驗發現，兩者共同作用對輕度偏中度鹽堿障礙消減、pH調控、作物產量都有顯著的促進作用[82]。張秀敏等[83]匯總了我國典型區域鹽漬土的秸稈還田和配套技術，其中，內蒙古引黃灌區、河套灌區采用秸稈翻耕或覆蓋還田，輔以灌排結合、耕作松土和種植耐鹽堿植物；東北蘇打鹽漬土區采用秸稈深翻還田，配套化學改良劑、灌溉排水和生物改良；濱海鹽漬土區采用秸稈覆蓋還田，配套起高壟、亞沙、節水灌溉和耐鹽植物選育與栽培技術。秸稈粉碎深翻，實現了有機質與土壤充分混合，其分解產物可以改善土壤團聚體的結構和功能，其中有機酸可以降低土壤pH，與磷酸根競爭結合點位，進而提高磷的有效性；秸稈覆蓋的作用類似地膜覆蓋，起到減少水分蒸散、阻止鹽分上行、加速鹽分淋溶、減輕鹽分對根系毒害的作用[83]?？傊斩掃€田是一項提高鹽漬土磷素有效性的有效方法。但由于各區域鹽漬土的土壤類型等因素不同，各地的秸稈覆蓋方式、時間、粉碎長度、深度、種類及其配套進行的措施也不同。且由于秸稈的碳氮比高，微生物分解過程可能出現凈固定，與植物競爭養分，進而很多情況下需要額外地補充氮肥。但對秸稈進行預處理，例如堆肥等，顯著降低了碳氮含量而使磷富集，能使之成為更高效的磷源。生活污水污泥等生物固體對鹽漬土磷素有效性提升也有重要應用。以3種改良物質棉稈粉、生活污水污泥和海灘砂進行的完全隨機區組試驗發現，除海灘砂外，其他處理都可以提高濱海鹽漬土磷的有效性，且生活污水污泥可以顯著降低鹽漬土電導率，然而相比于氮素有效性，復合處理對磷素有效性卻無顯著影響[84]。也有研究顯示，通過在濱海蘇打鹽漬土中加入豬糞作為改良劑而實現的磷輸入，也可以顯著提高土壤生物有效磷含量和土壤磷穩定性[85]。而且，豬糞配合滴灌工程措施，比自然休耕和短期豬糞滴灌能更有效提高濱海鹽漬土磷的有效性[86]?？傊?，許多類型的生物質材料、生物固體和動物糞便均可以作為鹽漬土中磷素有效性提升的有效改良劑，且對其處理加工(例如堆肥)可能會使其成為更有效的磷素來源。

現階段，鹽漬土磷素有效性化學提升策略主要以有機改良劑為基礎措施，且有機改良劑與無機改良劑或改良方式的復合應用在絕大多數情況下顯示出更為良好的提升效果，因此，探索有機改良劑與其他各種有效改良方式結合促進鹽漬土磷素有效性提升的方法有巨大潛力。施用有機改良劑雖然能改善各種土壤性質，但其礦化過程緩慢，養分含量有限，且很可能增加土壤的潛在風險，如增加土壤的重金屬含量(鎘、鎳、鉛)[70，87]，因此，有機改良劑的應用效應仍需進一步探究和試驗驗證。

4.3 生物提升策略

利用微生物改良鹽漬土可能是一種環境可持續、更安全、更有效的方法，其中嗜鹽微生物有可能去除鹽漬土中的鹽分，為研究微生物的抗逆性、適應和反應過程提供了獨特的原型，這些過程可能因此被整合到農作物中，以應對氣候變化造成的脅迫[88]。近年來，在菌根真菌、解磷細菌提高養分利用效率及機理研究方面也取得了一系列新突破[89]。此外，通過將磷高效利用基因轉移到耐鹽植物中實現的遺傳物質整合也逐漸得到廣泛關注。

植物促生菌(PGPB：plant growth promoting bacteria)可以在農業耕作系統中成功地作為替代策略以抵抗作物面臨的大多數非生物脅迫，提高作物產量，并將合成肥料的使用量降至最低[90]。研究顯示，節肢桿菌()和芽孢桿菌()有助于番茄植株在受控溫室條件下更好地應對高鹽分和有效磷缺乏的雙重脅迫[22]。當NaCl以0.2% 濃度存在時，許多微生物提高了無機磷增溶率[91]。然而，鹽分脅迫減少了土壤顆粒吸附的磷，并抑制了植物根系對磷的吸收，鹽分脅迫的上述有益影響(提高無機磷增溶率)可能因此而被抵消[92]。而且，在鹽漬土中，植物促生根際菌(PGPR：plant growth promoting rhizobacteria)的溶磷活性通常會降低[93]。因此，細菌適應鹽漬土有效磷缺乏的能力對其生長、存活和繁殖至關重要。細菌的存活還取決于其運動能力，使其在脅迫環境中具有持久性優勢，這是篩選細菌的一個共同特征[22]。

尋找具有耐鹽性和高活力等特性的溶磷細菌(PSB)，可為改善有效磷缺乏和鹽漬土的作物生產力開辟新的方向[22]。解磷微生物，尤其是耐鹽解磷微生物，不僅可以加速磷的分解過程，提高磷的有效性，而且可以改善土壤的物理結構，有助于鹽漬土的復墾和改良，被認為是高效、經濟的磷活化劑[16]。解磷微生物能分泌有機酸，酸化根際土壤；能螯合金屬離子，形成鐵載體，而釋放磷酸鹽；能分泌胞外多糖，溶解磷酸鹽沉淀；能分泌生長激素和抗氧化物質，促進鹽脅迫生境植物的生長[94-96]，且這些代謝物有抑制病原體的作用。微生物菌劑盡管具有溶磷特征，但主要還是通過刺激根系生長間接提高磷的有效性[97]，需要進一步的研究來揭示耐性應激微生物的多種隱藏機制。針對不同的脅迫條件，解磷微生物會表現出不同的生理活性。因此，針對不同鹽漬生境，應分離出適應具體環境的高效菌株，來促進低磷環境植物的營養吸收和正常生長。此外，菌種的繁殖和菌劑的生產也是需要攻克的難題。

叢枝菌根真菌(AMF)是陸地生態系統中最普遍的內共生體，能與約74% 的被子植物根形成共生關系[98]。在鹽生環境中通?？捎^察到，AMF與植物聯合作用產生共生菌根，是緩解鹽脅迫、磷短缺的重要植物策略[99-102]。石榴植株生長對鹽分敏感，但接種AMF后緩解了鹽分的負面影響[50]。AMF的菌絲體也能增加土壤的抗水性能，使土壤團聚體的水穩定性得以維持[102]。基因研究表明，植物誘導了一組常見的菌根誘導基因，但也存在變異，表明叢枝菌根(AM)共生體中存在功能多樣性，共生相關基因在不同AM組合中的差異表達與真菌種類、植物基因型和環境因素有關[103]，且AM必須與根系形成共生體才能完成生活史，尚不能純培養。因此，通過AM直接攝取途徑調節磷素有效性仍需要進一步研究[99，104]。生長在天然鹽漬棲息地的物種具有遺傳變異性，這是耐鹽種群進化的基礎[105-107]。通過磷高效基因型物種加強磷循環是保護不可再生磷資源、提高作物磷營養水平和減輕負面環境影響的一種頗具前景的方法[38]。據研究，磷高效基因型菜豆在表層土壤中淺根豐富，該土層磷素含量也相對較高[108]。可見，探索和培育耐性物種為有效利用鹽漬土提供了一個更為實際的解決方案。但是，植物磷吸收和利用的主要生理和遺傳因素已研究證實，因而對現代作物品種的磷利用效率進行遺傳改良的成功率可能會很有限。

上述生物資源因其符合綠色環保、可持續等特征而被應用到鹽漬土磷素有效性提升的各種農業策略中，尤其是各種微生物肥料的廣泛研究和推廣中。但微生物肥料的效果不僅取決于自身的性質，而且與施用的具體環境密切相關，這造成很多微生物存在生防活性不穩定、定殖差異大等問題，因此今后的研究應更加注重微生物、植物、環境等的綜合考慮，以建立新環境下的生態平衡。

5 小結與展望

5.1 小結

鹽漬土磷有效性提升措施緊緊圍繞磷固定的因素開展，根據其可行性包括以下幾個方面：①調整pH。磷有效性最高的pH范圍為6 ～ 7，大部分基于此原理添加的改良材料可以形成局部酸性環境，促進磷酸根離子的釋放，但往往由于土壤的緩沖能力強，改良材料影響的土壤范圍較小，H+被快速中和，酸性環境持續時間較短，影響不大。②利用陽離子和陰離子效應。改良劑中含有的高價陽離子與Na+發生陽離子交換反應，配合淋溶可達到改善土壤通氣透水性能、提高土壤團聚體功能的作用；陰離子效應是利用陰離子與磷酸根離子競爭結合位點，來實現提高磷酸根離子有效性的作用。③提高有機質含量。有機質可以掩蔽磷酸根結合位點，可以螯合金屬離子，可以通過礦化作用，促進磷酸根離子釋放；而有機質分解產生的有機酸不僅可以降低土壤pH，也可以與磷酸根離子競爭結合點位，從而提高磷的有效性。④引進微生物。微生物與植物形成共生關系或通過其新陳代謝過程產生相關酶組分，促進植物有效磷水平提高。但鹽漬土普遍存在有機質含量低的現狀，導致整體環境無法供微生物正常生存，而使其在現實應用中效果較差。⑤改善水分環境。水分是一切反應的溶劑。目前較多研究聚焦鹽漬土水稻種植，即是利用淹水條件造就還原環境，促使難溶的磷酸鹽礦物轉變成相對可溶的狀態。其中，提高有機質含量是提高鹽漬土磷有效性可行性較高的策略之一。鹽漬化農田有機質含量低，需要加強秸稈還田、綠肥作物種植等有機物料引入措施，重視基礎培肥。

5.2 展望

多種改良方法的結合是實現鹽漬土磷素有效性提升的新方向。但應定期對其他物質或元素進行監測，防止改良劑的添加引入新的污染物。鹽漬土改良和地力提升是一個長期的過程，需要長期的地力監測管理策略，以維持有效磷水平的相對穩定。

鹽漬土磷有效性提升不僅要促進根系從鹽漬土中更充分地吸收有效態磷，而且需要提高植物內部磷的運輸、轉化效率。這些動態過程的精準監測需要放射性同位素的標記和示蹤，現階段研究常用的為32P、33P以及R值(18O/16O)，但迫于需要大規模輻射防護、安全問題以及田間農業管理實踐的壓力，目前只局限于實驗室條件，要建立與現實環境條件中具體轉化過程的關系仍然很艱難。

近年來，根際的營養吸收及活化作用被廣泛認知，根際過程不僅有助于磷礦溶解和捕獲少量可溶解磷化合物，而且解磷微生物、植物促生菌等主要分布于根際。因此，不同類型的根際微區研究十分重要。然而，許多研究也顯示，單一的根際研究不能反映植物與土壤及土壤微生物等多介質、多界面的相互作用和響應，這就要求根際的研究應該追根溯源，系統地建立一個物質、能量及信息傳輸轉化的完整運作體系。

現階段施用磷肥仍然是提高土壤磷有效性和作物產量的有效手段，但不同土壤的施用量應根據具體狀況進行相應調整。尤其在鹽漬條件下，由于土壤吸附和礦物沉淀降低了磷的有效性，實踐中需要在鹽漬土中重復施用磷，磷流失的風險大大增加。因此，需要加強對土壤滲濾液中磷濃度的監測，以降低水環境污染風險。同時，要基于不同鹽度、基礎營養狀況、植物種類、土壤類型等因素，確定合理的施肥措施。另外，肥料配方的創新需要加強，應充分發揮營養元素之間的協同效應，積極探索其他營養元素與磷的非特異性相互作用和次生養分相互作用。總之，化肥的適當施用、土壤的實地特性和作物的實際需求是鹽漬土磷肥高效利用的關鍵。

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Phosphorus Availability in Saline Soil: A Review

XIAN Jingtian1,2, CHEN Xiaobing2*, WANG Shang3, ZHANG Xiaolong1, XU Gang4

(1 School of Environmental and Materials Engineering, Yantai University, Yantai, Shandong 264005, China; 2 Key Laboratory of Coastal Zone Environmental Processes and Ecological Remediation, Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai, Shandong 264003, China; 3Department of Soil and Plant Microbiome, Christian-Albrechts- University of Kiel, Kiel 24118, Germany; 4 College of Geography and Tourism, Qufu Normal University, Rizhao, Shandong 276826, China)

Saline soil occupies about 3% of the global land area and it is a strategically important reserve land resource. However, salt stress not only reduces the osmotic potential of soil water and produces ion toxicity, but also inhibits the balanced absorption of plant nutrients. Soil salt especially affects plant macronutrient phosphorus (P), which greatly reduces its availability and seriously affects crop yield. Therefore, although the lack of available phosphorus is a widespread problem in all soil types, the problem of low phosphorus availability in saline soil is more prominent. Salinity and available phosphorus deficiency are two main abiotic stresses, especially for calcareous soils, plants are often exposed to both stresses at the same time. However, at this stage, the effects of salt and phosphorus are not clearly defined and systematically summarized. Therefore, this paper firstly, summarize the mechanisms of action of salinity in reducing phosphorus effectiveness, then review the mutual, integrated and interactive effects of salinity and phosphorus, and finally, summarize the current strategies for enhancing phosphorus effectiveness in saline soils and give an outlook on their research prospects, in order to provide theoretical support for the mitigation of abiotic stresses and optimal management of phosphorus elements in saline soils in the future.

Saline soil; Phosphorus availability; Mechanism; Action effects; Promotion strategy

S156.4

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.03.003

咸敬甜, 陳小兵, 王上, 等. 鹽漬土磷有效性研究進展與展望. 土壤, 2023, 55(3): 474–486.

國家自然科學基金委員會–山東省人民政府聯合基金項目(U180215)，國家重點研發計劃項目(2019YFD1002702)和中國科學院STS項目(KFZD-SW-112-4)資助。

(xbchen@yic.an.cn)

咸敬甜(1997—)，女，山東德州人，碩士研究生，主要研究方向為環境工程。E-mail: xjt18315967232@163.com