根系分泌物提高土壤磷有效性研究概述

摘要：磷是植物生長(zhǎng)過(guò)程中所必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程起重要作用。盡管大多數(shù)土壤具有足夠的總磷儲(chǔ)量，但土壤中的有機(jī)磷與無(wú)機(jī)磷大多表現(xiàn)出了低溶解度和低有效性，導(dǎo)致土壤可利用磷含量極低。植物根系分泌物是土壤界面能量、物質(zhì)和信息傳遞的重要媒介，可以直接活化土壤無(wú)效態(tài)磷，也可以通過(guò)招募根際微生物間接提高土壤磷的生物有效性。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有研究，闡明不同根系分泌物提高土壤磷有效性的潛在作用機(jī)制，論述根系分泌物如何招募根際微生物促進(jìn)土壤磷活化，并對(duì)未來(lái)研究方向進(jìn)行展望。以期為解析植物磷高效利用機(jī)理和培育磷高效利用品種提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：土壤磷；根系分泌物；有機(jī)酸；根際微生物

中圖分類號(hào)：S714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-1498（2024）04-0193-11

磷（P）是植物細(xì)胞內(nèi)磷酸、磷脂和蛋白質(zhì)等物質(zhì)的重要組分，也是植物中必要的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一。它不僅參與植物多種生理過(guò)程如光合作用、酶活性調(diào)節(jié)等，還參與調(diào)控植物的能量代謝和信號(hào)傳導(dǎo)。盡管大多數(shù)土壤中總磷儲(chǔ)量充足，但有機(jī)磷與無(wú)機(jī)磷大多表現(xiàn)出了低溶解度和低流動(dòng)性，使土壤可利用磷含量極低（lt;1％），特別是在酸性土壤中。據(jù)估計(jì)，全球約40％的可耕地因缺磷而限制了作物生產(chǎn)力。施用磷肥是提高作物生產(chǎn)力的重要途徑。然而，在實(shí)際農(nóng)林實(shí)踐中磷肥的施用也存在許多問(wèn)題。一方面，全球約80％的磷礦石資源被用于生產(chǎn)磷肥，但磷礦石是不可再生資源。中國(guó)2014年磷礦石產(chǎn)量為1.2x10kg，若以每年10％的年均增長(zhǎng)率計(jì)算，中國(guó)磷礦石儲(chǔ)量將在2028年消耗殆盡。另一方面，土壤磷肥的利用效率極低，約70％的磷肥被土壤中的Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+等陽(yáng)離子迅速結(jié)合，轉(zhuǎn)化為難溶性磷，難以被植物吸收利用。此外，過(guò)量使用磷肥不僅加快了自然界磷礦資源的枯竭速度，還可能造成水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題。因此，運(yùn)用生物途徑將無(wú)效態(tài)的磷從土壤中釋放，并提高土壤磷有效性是維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要措施。

植物在長(zhǎng)期的生物進(jìn)化過(guò)程中形成了一系列對(duì)低磷脅迫的適應(yīng)性機(jī)制以提高磷的利用效率，包括重建根系形態(tài)、釋放根系分泌物、形成植物·微生物的共生關(guān)系等。植物根系分泌物是與土壤界面能量、物質(zhì)和信息傳遞的重要媒介，不僅可以改善根際土壤的理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤酶活性，還可以調(diào)控根際微生物的群落構(gòu)建，從而提高植物對(duì)養(yǎng)分的利用率。植物根系釋放分泌物活化土壤無(wú)效態(tài)的磷是植物面對(duì)低磷脅迫的重要手段。低磷水平下，水稻（Oryza sativaL）根系分泌物總量是正常磷水平的1.5～5倍。大豆（Glycine max（L.）Merr.）根系有機(jī)酸釋放量是正常磷水平的2.1～5.8倍。因此，不同種類根系分泌物是如何提高土壤磷有效性？根系分泌物提高土壤磷有效性的作用機(jī)制又是什么？本文基于國(guó)內(nèi)外根系分泌物研究熱點(diǎn)和上述科學(xué)問(wèn)題，探究根系分泌物提高土壤磷有效性的潛在作用機(jī)制，旨在為解析植物磷高效利用機(jī)理和培育磷高效利用品種提供理論基礎(chǔ)。