Partição e transformação de fósforo orgânico/inorgânico em longos

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11122 (2023) Citar este artigo

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A identificação e quantificação dos diferentes níveis de frações de fósforo (P) no solo são importantes para melhorar a produtividade agrícola e desenvolver práticas de manejo sustentáveis ​​nesses solos agrícolas sob cultivo de longo prazo. Entretanto, poucos estudos foram realizados para investigar o nível de frações P e sua transformação nesses solos. Este estudo foi conduzido para caracterizar as frações de P afetadas por diferentes idades de cultivo de arroz (200, 400 anos e 900 anos) entre os solos da planície do Delta do Rio das Pérolas, na China. Um esquema de fracionamento químico sequencial e espectroscopia de ressonância magnética nuclear 31P (RMN 31P) foram empregados para quantificar várias frações de P e especiação. Os resultados mostraram que o P facilmente lábil, o P moderadamente lábil e o P não lábil do solo tiveram uma relação positiva com o P total (PT) e o P disponível (PA). A análise com espectroscopia de RMN 31P revelou que o P inorgânico incluindo ortofosfato (Ortho-P) e pirofosfato (Pyro-P) aumentou com a idade de cultivo, enquanto as espécies orgânicas monoéster fosfato (Mono-P) e diéster fosfato (Diester-P) diminuíram. Além disso, fosfatase ácida (AcP), fosfatase neutra (NeP), Ca trocável e teores de areia são os principais fatores que afetaram a transformação da composição de P do solo, e P não lábil (Dil.HCl-Pi) e Pyro-P tiveram resultados significativos. contribuição para a disponibilidade de P no solo, afetando o coeficiente de ativação de P. Portanto, o cultivo de arroz em longo prazo, influenciado por esses parâmetros do solo, incluindo NeP, AcP, Ca trocável e areia, acelerou a transformação do P orgânico do solo/P não lábil em P inorgânico.

O fósforo (P) é um dos principais nutrientes que limitam o crescimento das plantas e a produção agrícola1,2,3. A transformação entre formas orgânicas e inorgânicas durante o desenvolvimento do ecossistema exerce uma influência crucial na fertilidade do solo e nas propriedades do ecossistema4,5. Os processos envolvidos na ciclagem do P incluem reações de dissolução-precipitação, interações de sorção-dessorção entre a solução e as fases sólidas e reações de mineralização-imobilização entre formas solúveis orgânicas e inorgânicas . O P orgânico constitui 20–80% do P total nos solos superficiais e não está diretamente disponível para as plantas. O P da forma orgânica pode ser convertido na forma de P da solução do solo, tornando-se disponível para as plantas através de processos bióticos, como o processo de mineralização . No entanto, a maior parte da solução P transforma-se em formas de fosfatos inorgânicos insolúveis e fortemente ligados e, assim, torna-se indisponível para o crescimento das plantas. Assim, a transformação das formas de P em solução, bem como o baixo teor de P nativo nos solos, tornam este nutriente limitante para a produção agrícola no sul da China.

Em contraste, os solos de arroz fortemente fertilizados normalmente têm uma acumulação de P a níveis que excedem em muito o óptimo agronómico necessário para uma produção agrícola satisfatória9. Este excesso de P pode levar a elevadas perdas de P para corpos d'água e causar eutrofização de lagos, rios e estuários10. Assim, a pesquisa sobre a quantificação das frações de P, bem como as reações químicas que governam a disponibilidade de P nesses solos arrozais com longa história de cultivo, é essencial para melhorar nossa compreensão das necessidades de P para a produção agrícola, práticas de manejo adequadas, bem como caminhos de transformação de P e transporte no agroecossistema.

O efeito do cultivo de arroz na composição do solo tem sido amplamente estudado em diferentes solos agrícolas9,11. Por exemplo, descobriu-se que o cultivo de curto prazo reduz o conteúdo de P inorgânico extraível com NaHCO3 (NaHCO3-Pi), P inorgânico extraível com NaOH (NaOH-Pi), P inorgânico extraível com HCl (HCl-Pi) e P inorgânico extraível com HCl (HCl-Pi) e P inorgânico extraível com HCl (HCl-Pi). P em sistema de duplo cultivo de arroz12. Huang et al.9 descobriram que o P total e várias frações de P (como fosfatos de cálcio, fosfatos orgânicos e P não ocluído e ocluído) podem acumular-se até um máximo após 50 e 150 anos de cultivo que inclui cultivo de longo prazo. Adição P. Além disso, as enzimas fosfatase do solo, incluindo a fosfatase ácida e a fosfatase neutra, desempenham papéis críticos na hidrólise orgânica e condensada do P e na disponibilidade de P para as culturas. A atividade dessas enzimas pode ser afetada pelo preparo do solo13. As práticas de uso e manejo da terra (ou seja, preparo do solo, fertilização e entrada de resíduos) podem aumentar significativamente diferentes frações de P e atividades de fosfatase devido à maior ligação do P resultante de um aumento no contato entre a solução P e as partículas do solo9,13. No entanto, a maioria das pesquisas anteriores baseou-se em análises de curto prazo do solo, e pouco se sabia sobre como as frações de P do solo e a especiação respondem ao cultivo em escalas de tempo de uso agrícola de longo prazo.