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我們經(jīng)常聽到一個(gè)說法,，“中國(guó)用全球9%的耕地養(yǎng)活了21%的人口,，同時(shí)用掉了33%的化肥”。在化肥的“助攻”下,，我們不會(huì)餓肚子,，但是，如何在資源和環(huán)境壓力下更好地利用化肥,，正成為新的課題,。
（圖片來源：veer圖庫(kù)）
比如“化肥三大件”（氮磷鉀）中的磷肥，就面臨著磷資源短缺,、磷肥利用率低等問題,。日前，中國(guó)科學(xué)院華南植物園的一項(xiàng)研究表明,，在人們施加的無機(jī)磷肥中,，只有約12.6%被植物吸收了（點(diǎn)擊文末“閱讀原文”看論文），那些沒有被利用的,，它們又去哪兒了,？我們要怎樣改變這種情況呢？土壤里的磷從哪里來
磷是構(gòu)成地殼的礦物質(zhì)之一,，主要以磷灰石的形式存在,，這種礦物含有較高的磷含量。隨著地殼運(yùn)動(dòng)和風(fēng)化作用，磷灰石逐漸釋放出磷元素,，進(jìn)入土壤,，成為植物可吸收利用的養(yǎng)分。在自然界中,，磷是循環(huán)不息的,，它從巖石到土壤，再通過植物吸收,，最終回歸大地,。
圖片來源：知乎
磷不僅是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，也是生物循環(huán)的重要的組成部分,。在生物體內(nèi),，磷是構(gòu)成DNA、RNA,、ATP等生物分子的關(guān)鍵元素,，對(duì)生物的生長(zhǎng)和繁殖至關(guān)重要。磷在植物體內(nèi)能量轉(zhuǎn)換,、細(xì)胞分裂,、根系發(fā)展、花果形成和抗逆性方面扮演著重要的角色,。如果缺少磷,，植物會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)緩慢、葉片變暗,、根系發(fā)育不良,、開花和結(jié)果減少及葉片和莖變脆等現(xiàn)象。隨著人類對(duì)農(nóng)業(yè)的依賴和對(duì)作物產(chǎn)量的追求,，天然土壤中的磷含量逐漸不能滿足作物生長(zhǎng)的需求,，必須要額外使用磷肥來提供植物生長(zhǎng)所需的磷元素。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的磷肥有兩種：有機(jī)磷肥和無機(jī)磷肥,。有機(jī)磷主要來源于動(dòng)植物殘?bào)w,、有機(jī)廢棄物等，通過微生物分解轉(zhuǎn)化為植物可吸收的磷,，可以說是最早被人們利用的磷肥,。而化學(xué)合成的無機(jī)磷肥，其主要成分是磷酸鹽,，如磷酸二銨,、磷酸一銨、過磷酸鈣等,。這些磷肥中磷以無機(jī)磷形式存在,，容易被植物直接吸收利用,。因此，相比有機(jī)磷肥,，無機(jī)磷肥成本相對(duì)較低,，施用效果快。無機(jī)磷肥的生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的工業(yè)過程,。首先,，通過化學(xué)處理提取出磷酸。磷酸可以進(jìn)一步加工成各種形式的磷肥,，19世紀(jì)初,，科學(xué)家們成功從磷灰石中提取磷元素，制造出適合農(nóng)業(yè)使用的無機(jī)磷肥,。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著無機(jī)磷肥在現(xiàn)在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用,。
這就是常用的無機(jī)磷肥↓
無機(jī)磷肥種類（數(shù)據(jù)來源：CNKI）
磷肥帶來的兩個(gè)問題
無機(jī)磷肥的使用，雖然極大地提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量,，但也帶來了資源短缺和環(huán)境污染的考驗(yàn),。世界磷礦儲(chǔ)量近700億噸,，但是在地球上分布極不均勻,，僅摩洛哥便占據(jù)全球儲(chǔ)量的70%以上。人類對(duì)磷礦的消耗速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地球的成礦速度,，全世界的無機(jī)磷肥年消耗量近2700萬噸磷（約等于6000萬噸磷肥）,。一個(gè)非常可怕的事實(shí)是,，參照目前全球?qū)α椎V的需求,，全球磷礦石的儲(chǔ)量只夠維持50至400年，這聽起來比石油短缺還要急迫,。曾經(jīng)依靠出口磷肥（主要是鳥糞）過得非常滋潤(rùn)的小島國(guó)瑙魯現(xiàn)在已經(jīng)無磷可賣,，國(guó)家經(jīng)濟(jì)因此陷入困境。我國(guó)磷礦資源不足全球的5%,，卻生產(chǎn)和消費(fèi)了全世界近30%的磷肥,，未來磷資源可持續(xù)利用的壓力十分嚴(yán)峻。如果施肥過度,，土壤中過量的無機(jī)磷會(huì)隨水流失,，導(dǎo)致了水體磷含量升高，而磷又是藻類生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素,，這就是我們常說的“富營(yíng)養(yǎng)化”,，是一個(gè)可怕的連鎖反應(yīng)。水中磷含量升高會(huì)讓藻類大量繁殖,。過量的藻類形成水華,，覆蓋水面,，阻礙陽(yáng)光照射到水下，影響水下植物的光合作用,。藻類死亡后,，其分解過程消耗大量溶解在水中的氧，而缺氧環(huán)境又會(huì)讓水體生物（如魚類和其他水生動(dòng)物）大量死亡,，水體中的有機(jī)物因此增多,，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。（略）的平衡,，影響生物多樣性,，成為很（略）的主要環(huán)境問題。
水體富營(yíng)養(yǎng)化（圖片來源：veer圖庫(kù)）
為了緩解磷資源的供需矛盾和由此引發(fā)的環(huán)境問題,，（略）中的去向和主要影響因素,。
只有12.6%的無機(jī)磷肥被植物吸收！
以前的研究表明,，（略）中,，磷肥的主要去向有三種：被植物吸收、儲(chǔ)存在土壤中和流失,。但這些研究大多在局部尺度上進(jìn)行,，并且只關(guān)注磷添加對(duì)地上植物生產(chǎn)量的影響，（略）中的某一個(gè)去向,，（略）中的去向仍未在全球范圍內(nèi)被探索,。從全世界的維度看，磷肥到底去哪兒了呢,？弄清這個(gè)問題,，對(duì)農(nóng)田磷肥管理具有重要指導(dǎo)意義。中國(guó)科學(xué)院華南植物園磷素研究團(tuán)隊(duì)首次基于宏數(shù)據(jù)分析方法構(gòu)建了一個(gè)關(guān)于磷添加實(shí)驗(yàn)中磷肥去向的全球數(shù)據(jù)庫(kù),，整理了磷肥在植物吸收,、土壤滯留和淋溶流失方面的占比?；诖藬?shù)據(jù)庫(kù),，量化分析了施用磷肥的去向，即植物吸收的,、儲(chǔ)存在土壤中的及流失的磷肥占總施加的磷肥的百分比,，并綜合分析了不同地點(diǎn)：（略）
無機(jī)磷肥去向（圖片來源：參考文獻(xiàn)）
去向一，被植物吸收：大約12.6%的無機(jī)磷肥被植物吸收,，并分配到植物生物量中,，約4.3%的無機(jī)磷肥在植物衰老后可能轉(zhuǎn)化為凋落物磷。去向二,，流失：約4.4%（略）中流失,。去向三,，留在土壤中：約67.2%的無機(jī)磷肥滯留在土壤中。其中約14.5%的無機(jī)磷肥以活性磷形式存在,；約15.5%的無機(jī)磷肥通過微生物固定和凋落物輸入轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)磷,；還有約42.1%的無機(jī)磷肥以非活性無機(jī)磷形式存在。
無機(jī)磷肥具象化流轉(zhuǎn)（圖片來源：參考文獻(xiàn)）
只有非常少部分的磷肥（約12.6%的磷肥）被植物吸收,，這是本研究得到的驚人的結(jié)論,。經(jīng)過進(jìn)一步分析，研究人員得出了兩個(gè)影響磷肥利用效率的因素,。
1.施肥量
當(dāng)土壤中現(xiàn)有的磷超過植物需求時(shí),，添加的磷肥并不總是加速植物磷吸收。在酸性或堿性土壤中,，過量的磷容易被鐵鋁吸附固存或與鈣離子發(fā)生沉淀,，形成非活性磷不能被植物直接吸收。一旦土壤中非活性磷超過土壤的吸附閾值,，添加的磷肥可能會(huì)增加磷淋洗或徑流流失的風(fēng)險(xiǎn),。此外，過量施用無機(jī)磷肥,，雖然使土壤有效磷顯著提高,，但是此時(shí)植物生產(chǎn)力通常可能受到其他養(yǎng)分（例如氮供應(yīng)）的限制,，從而限制了植物對(duì)磷肥的吸收利用,。這個(gè)道理類似木桶理論,，桶能裝多少水是由最短那塊板決定的,。
2.土壤pH和容重
與中性土壤（pH6~7）相比，酸性或堿性土壤中含有豐富的鐵鋁鈣氧化物,，能將磷肥吸附固定形成不能被植物直接吸收利用的非活性無機(jī)磷,。酸性或堿性土壤一定程度上抑制了微生物活性，阻礙它們把有機(jī)磷礦化成活性無機(jī)磷,。所以,，酸性或堿性土壤中的有效磷低，施加無機(jī)磷肥后植物的磷肥使用效率將高于中性土壤,。土壤容重這個(gè)因素經(jīng)常被忽略,。土壤容重由土壤顆粒大小及有機(jī)質(zhì)含量決定。在高容重土壤中,，土壤高比例的砂粒（直徑0.25~2mm）對(duì)磷的吸附能力低,，增加了降水加快磷流失的風(fēng)險(xiǎn)，可能造成土壤有效磷降低,，當(dāng)施加無機(jī)磷肥時(shí),，植物將吸收更多的磷肥相對(duì)于低容重土壤,。此外，低容重的土壤具有高的孔隙度,，具有更強(qiáng)的水分保持和供氧能力,，這些改善了非活性磷的溶解和有機(jī)磷的礦化，從而提高土壤磷的有效性,，這將減少植物對(duì)磷肥的吸收,。
如何更好地利用磷肥？
針對(duì)我國(guó)乃至全球無機(jī)磷肥利用率低,、磷資源短缺問題,，結(jié)合本研究，可以建議在未來磷肥施用過程中采取以下策略：
1.適時(shí)適量施肥,。根據(jù)植物需求和土壤肥力情況,，合理確定施肥量；
2.土壤pH的調(diào)整,。在酸性或堿性土壤中,，磷可能與土壤中其他元素結(jié)合，形成植物難以吸收的形式,。通過調(diào)整土壤pH值至6~7的范圍,，可以提高磷的可利用性；
3.改善土壤結(jié)構(gòu),。增加土壤有機(jī)質(zhì),，如堆肥和綠肥，可以改善土壤質(zhì)地,，促進(jìn)土壤磷的釋放和植物吸收,。
4.結(jié)合改善肥料配方、微生物菌劑及先進(jìn)的管理技術(shù),，讓磷肥的利用更加精準(zhǔn)高效,，減少對(duì)環(huán)境的影響。
磷肥施用示意圖（圖片來源：veer圖庫(kù)）
本研究填補(bǔ)了全球磷肥的去向的空白,，（略）磷循環(huán)過程的認(rèn)識(shí),。在此基礎(chǔ)上，通過科學(xué)的土壤管理,、合理的施肥策略和先進(jìn)的農(nóng)業(yè)技術(shù),，我們可以有效地提高磷肥的利用效率，不僅可以提升作物的產(chǎn)量和質(zhì)量,，還能減少環(huán)境污染,，（略）的可持續(xù)發(fā)展。
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作者：羅先真作者單位：（略）
中國(guó)科學(xué)院華南植物園
都市里的森林,、中國(guó)南方綠寶石
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