Ripartizione e trasformazione del fosforo organico/inorganico nel lungo

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11122 (2023) Citare questo articolo

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L’identificazione e la quantificazione dei diversi livelli di frazioni di fosforo (P) nel suolo sono importanti per migliorare la produttività agricola e sviluppare pratiche di gestione sostenibili in questi suoli agricoli sottoposti a coltivazione a lungo termine. Tuttavia, sono stati condotti pochi studi per indagare il livello delle frazioni P e la loro trasformazione in questi suoli. Questo studio è stato condotto per caratterizzare le frazioni P influenzate da diverse età di coltivazione della risaia (200, 400 e 900 anni) tra i suoli della pianura del delta del fiume Pearl in Cina. Per quantificare varie frazioni P e speciazione sono stati impiegati uno schema di frazionamento chimico sequenziale e una spettroscopia di risonanza magnetica nucleare 31P (31P NMR). I risultati hanno mostrato che il P facilmente labile, il P moderatamente labile e il P non labile del suolo avevano una relazione positiva con il P totale (TP) e il P disponibile (AP). L'analisi con spettroscopia NMR 31P ha rivelato che il P inorganico, inclusi ortofosfato (Ortho-P) e pirofosfato (Pyro-P), aumentava con l'età di coltivazione, mentre il fosfato monoestere delle specie organiche (Mono-P) e il fosfato diestere (Diester-P) diminuivano. Inoltre, la fosfatasi acida (AcP), la fosfatasi neutra (NeP), il Ca scambiabile e il contenuto di sabbia sono i principali fattori che hanno influenzato la trasformazione della composizione del P nel suolo, mentre il P non labile (Dil.HCl-Pi) e Pyro-P hanno avuto un effetto significativo contributo alla disponibilità di P nel suolo influenzando il coefficiente di attivazione di P. Pertanto, la coltivazione a lungo termine della risaia, influenzata da questi parametri del suolo tra cui NeP, AcP, Ca scambiabile e sabbia, ha accelerato la trasformazione del P organico/P non labile del suolo in P inorganico.

Il fosforo (P) è uno dei principali nutrienti che limitano la crescita delle piante e la produzione agricola1,2,3. La trasformazione tra forme organiche e inorganiche durante lo sviluppo dell'ecosistema esercita un'influenza cruciale sulla fertilità del suolo e sulle proprietà dell'ecosistema4,5. I processi coinvolti nel ciclo del P comprendono reazioni di dissoluzione-precipitazione, interazioni di assorbimento-desorbimento tra la soluzione e le fasi solide e reazioni di mineralizzazione-immobilizzazione tra forme solubili organiche e inorganiche6. Il P organico costituisce il 20–80% del P totale nei suoli superficiali e non è direttamente disponibile per le piante. La forma P della forma organica può essere convertita nella forma P della soluzione del suolo, diventando disponibile per le piante attraverso processi biotici come il processo di mineralizzazione7,8. Tuttavia, la maggior parte della soluzione P si trasforma in fosfati inorganici insolubili e strettamente legati e quindi non sono disponibili per la crescita delle piante. Pertanto, la trasformazione delle forme di P in soluzione, così come il basso P nativo nei suoli, rendono questo nutriente limitante per la produzione agricola nel sud della Cina.

Al contrario, i terreni risaie fortemente fertilizzati tipicamente presentano un accumulo di P a livelli che superano di gran lunga l’ottimale agronomico richiesto per una produzione agricola soddisfacente9. Questo eccesso di P può portare a un’elevata perdita di P nei corpi idrici e causare l’eutrofizzazione di laghi, fiumi ed estuari10. Pertanto, la ricerca sulla quantificazione delle frazioni di P e sulle reazioni chimiche che regolano la disponibilità di P su queste risaie con una lunga storia di coltivazione è essenziale per migliorare la nostra comprensione dei requisiti di P per la produzione agricola, pratiche di gestione appropriate, nonché percorsi di trasformazione e sviluppo del P. trasporti nell’agroecosistema.

L'effetto della coltivazione della risaia sulla composizione del P nel suolo è stato ampiamente studiato tra diversi suoli agricoli9,11. Ad esempio, è stato riscontrato che la coltivazione a breve termine riduce il contenuto di P inorganico estraibile con NaHCO3 (NaHCO3-Pi), P inorganico estraibile con NaOH (NaOH-Pi), P inorganico estraibile con HCl (HCl-Pi) e P inorganico estraibile con HCl (HCl-Pi) P nel sistema del riso a doppio raccolto12. Huang et al.9 hanno scoperto che il P totale e varie frazioni di P (come fosfati di calcio, fosfati organici e P non occluso e occluso) possono accumularsi al massimo dopo 50 e 150 anni di coltivazione che include colture a lungo termine Aggiunta P. Inoltre, gli enzimi della fosfatasi del suolo, tra cui la fosfatasi acida e la fosfatasi neutra, svolgono un ruolo fondamentale nell’idrolisi del P organico e condensato e nella disponibilità del P per le colture. L'attività di questi enzimi può essere influenzata dalla lavorazione del terreno13. Le pratiche di utilizzo e gestione del terreno (ad esempio lavorazione del terreno, fertilizzazione e immissione di residui) possono aumentare significativamente diverse frazioni di attività P e fosfatasi a causa del maggiore legame del P derivante da un aumento del contatto tra la soluzione P e le particelle del terreno9,13. Tuttavia, la maggior parte delle ricerche precedenti si basavano su analisi del suolo a breve termine e si sapeva poco su come le frazioni P e la speciazione del suolo rispondono alla coltivazione delle colture su scale temporali di utilizzo dei terreni agricoli a lungo termine.