作者：赵甜甜，田 康，胡文友，黄 标，赵永存
单位：中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室（南京土壤研究所）；中国科学院大学；土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）
卷期：《土壤学报》2022年第59卷第5期
磷是土壤生态系统中的重要组成元素，开展土壤磷循环研究对提高磷肥利用效率和降低磷的生态环境风险具有重要意义。磷的稳定同位素只有31P，无法用稳定同位素示踪法来研究磷循环。自然界中大多数磷与氧紧密结合形成正磷酸盐，磷氧键十分稳定，在自然温度和pH条件下，非生物的氧同位素分馏可以忽略不计，磷酸盐氧同位素组成（δ18OP）反映了磷的微生物利用状况，因此可以用氧同位素间接研究环境中磷的生物地球化学循环。
Zohar等首次将Hedley和Tiessen顺序提取法与McLaughlin等采用的海水Pi氧同位素分析方法（MAGIC）结合起来并进行改进，用于土壤Pi的研究，图1展示了该方法的实验流程。此后Tamburini等提出了磷酸钼铵-磷酸铵镁多步沉淀法（APM-MAP），能够更加有效地去除有机质的干扰，更适用于有机质含量高的土壤和沉积物。也有研究将两个方法相结合，即先用Mg(OH)2对提取液进行浓缩，再利用APM-MAP进行提纯。δ18OP的研究主要集中在土壤Pi，而Po一般当做杂质去除，Tamburini等将土壤NaOH-EDTA提取液用分子排阻色谱法将分子量大于5kDa的Po分离出来，用紫外灯照射使Po降解成Pi，再通过Pi的转化和提纯方法进行氧同位素分析，得到土壤Po的氧同位素。提取液进行转化和纯化后转化成的磷酸银用连续流的元素分析仪-稳定性同位素比例质谱仪（TC/EA- IRMS）进行氧同位素测定。该方法方便快捷，样品稳定，需要样品量少，是目前测定氧同位素比值最常用的方法。
不同强度提取剂提取的磷具有不同生物活性，而不同活性的磷氧同位素具有很大差异。H2O-Pi/Resin-Pi是土壤可溶性磷，NaHCO3-Pi是弱吸附态磷，这几种形态磷具有很高的生物活性，NaOH-Pi属于中等活性磷，HCl-Pi是矿物态磷，一般很难被微生物利用，主要反映母岩的δ18OP特征。图2汇总了文献中不同形态磷的氧同位素值，由于研究地区的差异，不同研究中不同活性磷氧同位素具有较大的波动，但对单个研究而言，一般磷活性越高氧同位素组成越接近同位素平衡值。磷在不同形态之间流通时，其更新和变化速度也是有差异的，并且在空间上的分布也存在异质性。
磷氧同位素技术在土壤磷循环中应用分为两方面，一方面磷酸盐的氧同位素分馏在自然条件下只有微生物的活动才能驱动，对环境变化更加敏感，土壤中磷素水平和磷的利用难易程度也会影响生物对磷素的摄取利用，使土壤不同形态磷的δ18OP产生差异，因此δ18OP可以为土壤不同形态磷的微生物利用状况提供信息。在土壤磷来源的示踪方面，可以根据输入土壤的磷源与土壤不同形态磷δ18OP特征差异来解释不同来源的贡献。在磷输出过程中，土壤则作为磷源用于识别其他环境介质中磷的来源。土壤δ18OP值是处于动态变化中的，受多种因素影响，主要包括磷的来源、环境条件（温度，水分、pH等）、生物活动和样品处理过程。充分了解土壤中δ18OP的影响因素和变化过程，能够更有效地利用氧同位素来揭示土壤磷循环机制。δ18OP技术为示踪土壤磷循环，揭示土壤磷的生物地球化学机制提供了新的思路和方法。目前该方法在土壤中的应用仍处于起步阶段，无论是从分析方法还是技术应用上均面临着巨大的挑战，亟需从以下三个方面开展研究：一、建立磷酸盐氧同位素预处理的标准方法；二、加强有机磷氧同位素的研究；三、结合多种方法揭示土壤磷循环机制。
