根系分泌物提高土壤磷有效性研究概述

摘要：磷是植物生長過程中所必需的礦質營養元素，在植物生長發育過程起重要作用。盡管大多數土壤具有足夠的總磷儲量，但土壤中的有機磷與無機磷大多表現出了低溶解度和低有效性，導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、物質和信息傳遞的重要媒介，可以直接活化土壤無效態磷，也可以通過招募根際微生物間接提高土壤磷的生物有效性。本文結合國內外已有研究，闡明不同根系分泌物提高土壤磷有效性的潛在作用機制，論述根系分泌物如何招募根際微生物促進土壤磷活化，并對未來研究方向進行展望。以期為解析植物磷高效利用機理和培育磷高效利用品種提供理論基礎。

關鍵詞：土壤磷；根系分泌物；有機酸；根際微生物

中圖分類號：S714 文獻標識碼：A 文章編號：1001-1498（2024）04-0193-11

磷（P）是植物細胞內磷酸、磷脂和蛋白質等物質的重要組分，也是植物中必要的大量營養元素之一。它不僅參與植物多種生理過程如光合作用、酶活性調節等，還參與調控植物的能量代謝和信號傳導。盡管大多數土壤中總磷儲量充足，但有機磷與無機磷大多表現出了低溶解度和低流動性，使土壤可利用磷含量極低（lt;1％），特別是在酸性土壤中。據估計，全球約40％的可耕地因缺磷而限制了作物生產力。施用磷肥是提高作物生產力的重要途徑。然而，在實際農林實踐中磷肥的施用也存在許多問題。一方面，全球約80％的磷礦石資源被用于生產磷肥，但磷礦石是不可再生資源。中國2014年磷礦石產量為1.2x10kg，若以每年10％的年均增長率計算，中國磷礦石儲量將在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+等陽離子迅速結合，轉化為難溶性磷，難以被植物吸收利用。此外，過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養化等環境問題。因此，運用生物途徑將無效態的磷從土壤中釋放，并提高土壤磷有效性是維持農業生態系統穩定的重要措施。

植物在長期的生物進化過程中形成了一系列對低磷脅迫的適應性機制以提高磷的利用效率，包括重建根系形態、釋放根系分泌物、形成植物·微生物的共生關系等。植物根系分泌物是與土壤界面能量、物質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，調節土壤酶活性，還可以調控根際微生物的群落構建，從而提高植物對養分的利用率。植物根系釋放分泌物活化土壤無效態的磷是植物面對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制又是什么？本文基于國內外根系分泌物研究熱點和上述科學問題，探究根系分泌物提高土壤磷有效性的潛在作用機制，旨在為解析植物磷高效利用機理和培育磷高效利用品種提供理論基礎。