유기/무기 인의 분할 및 변형

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11122(2023) 이 기사 인용

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다양한 토양 인(P) 비율 수준을 식별하고 정량화하는 것은 농업 생산성을 향상하고 장기 재배 시 이러한 농업 토양에서 지속 가능한 관리 관행을 개발하는 데 중요합니다. 그러나 이러한 토양에서의 P 분획 수준과 그 변형을 조사하기 위한 연구는 거의 수행되지 않았습니다. 이 연구는 중국 주강 삼각주 평원의 토양 중 다양한 논 경작 연령(200년, 400년, 900년)의 영향을 받는 P 분획을 특성화하기 위해 수행되었습니다. 다양한 P 분획과 종분화를 정량화하기 위해 순차적 화학 분별 방식과 31P 핵자기 공명 분광법(31P NMR)을 사용했습니다. 결과는 토양의 쉽게 불안정한 P, 중간 정도로 불안정한 P 및 불안정한 P가 총 P(TP) 및 이용 가능한 P(AP)와 양의 관계를 가지고 있음을 보여주었습니다. 31P NMR 분광법으로 분석한 결과, 오르토인산염(Ortho-P)과 피로인산염(Pyro-P)을 포함한 무기 P는 재배 연령에 따라 증가하는 반면, 유기종인 모노에스테르 인산염(Mono-P)과 디에스테르 인산염(Diester-P)은 감소하는 것으로 나타났습니다. 또한, 산성 인산분해효소(AcP), 중성 인산분해효소(NeP), 교환성 Ca 및 모래 함량은 토양 P 조성의 변형에 영향을 미치는 주요 요인이며, 불안정한 P(Dil.HCl-Pi)와 Pyro-P는 유의미한 영향을 미쳤습니다. P 활성화 계수에 영향을 미쳐 토양 P 가용성에 기여합니다. 따라서 NeP, AcP, 교환성 Ca 및 모래를 포함한 토양 매개변수의 영향을 받는 장기 논 재배는 토양 유기 P/비불안정 P의 무기 P로의 전환을 가속화했습니다.

인(P)은 식물 성장과 농업 생산을 제한하는 주요 영양소 중 하나입니다1,2,3. 생태계 개발 중 유기 형태와 무기 형태 간의 변형은 토양 비옥도와 생태계 특성에 결정적인 영향을 미칩니다4,5. P 순환과 관련된 과정에는 용해-침전 반응, 용액과 고체상 사이의 수착-탈착 상호작용, 유기와 무기, 용해성 형태 사이의 광물화-고정화 반응이 포함됩니다6. 유기 인은 지표 토양 전체 인의 20~80%를 차지하며 식물에 직접적으로 이용되지는 않습니다. 유기 형태의 P는 토양 용액 P 형태로 전환되어 광물화 과정과 같은 생물학적 과정을 통해 식물에서 이용 가능해집니다7,8. 그러나 대부분의 용액 P는 불용성이며 단단히 결합된 무기 인산염 형태로 변환되어 식물 성장에 사용할 수 없게 됩니다. 따라서 토양의 낮은 천연 인뿐만 아니라 용액 인 형태의 변형으로 인해 중국 남부의 농업 생산에 대한 이러한 영양소가 제한됩니다.

대조적으로, 비료가 많이 사용된 논 토양은 일반적으로 만족스러운 작물 생산에 필요한 농업적 최적 수준을 훨씬 초과하는 수준으로 인이 축적됩니다9. 이러한 과잉 인은 수역으로의 인 손실 증가로 이어질 수 있으며 호수, 강 및 하구의 부영양화를 일으킬 수 있습니다10. 따라서 재배 역사가 긴 논 토양에서 인 가용성을 지배하는 화학 반응뿐만 아니라 인 부분을 정량화하는 연구는 작물 생산을 위한 인 요구 사항, 적절한 관리 관행, 인 변환 및 경로에 대한 이해를 높이는 데 필수적입니다. 농업생태계에서의 수송.

논 재배가 토양 인 조성에 미치는 영향은 다양한 농업 토양에서 널리 연구되었습니다9,11. 예를 들어, 단기 재배는 NaHCO3 추출 가능한 무기 P(NaHCO3-Pi), NaOH 추출 가능한 무기 P(NaOH-Pi), HCl 추출 가능한 무기 P(HCl-Pi) 및 잔류-추출 가능한 무기 P(NaHCO3-Pi)의 함량을 줄이는 것으로 밝혀졌습니다. 이모작 쌀 시스템의 P12. Huang 등9은 전체 P와 다양한 P 부분(인산칼슘, 유기 인산염, 비폐쇄 및 폐색 P 등)이 장기 재배를 포함하여 50년 및 150년 재배 후에 최대로 축적될 수 있음을 발견했습니다. 피 추가. 또한, 산성 포스파타제와 중성 포스파타제를 포함한 토양 포스파타제 효소는 유기 및 축합 인 가수분해와 작물의 인 가용성에 중요한 역할을 합니다. 이들 효소의 활성은 경작에 의해 영향을 받을 수 있습니다13. 토지 사용 및 관리 관행(예: 경작, 시비 및 잔류물 투입)은 용액 P와 토양 입자 사이의 접촉 증가로 인한 향상된 P 결합으로 인해 P 및 포스파타제 활성의 다양한 부분을 크게 증가시킬 수 있습니다9,13. 그러나 대부분의 이전 연구는 단기 토양 분석을 기반으로 했으며, 토양 P 비율과 종분화가 장기적인 농업 토지 사용 기간에 걸쳐 작물 재배에 어떻게 반응하는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.