探明土壤磷素的存在形态, 有助于揭示其在环境中的累积、 迁移和转化过程及生物有效性。 目前, 在大尺度样带上开展土壤磷素形态空间变异规律的研究较少。 本研究中, 沿纬度方向采集了我国东部不同气候带分布的7种地带性林地土壤(包括寒温带的棕色针叶林土、 中温带的暗棕壤、 暖温带的棕壤、 北亚热带的黄棕壤、 中亚热带的黄壤、 南亚热带的赤红壤和热带的砖红壤), 将化学浸提法与溶液磷-31核磁共振(31P NMR)波谱法相结合, 分析了土壤中磷素形态以及与其他土壤性质之间的关系, 以期为阐明土壤磷素形态的空间变异性及其驱动因素提供基础资料。 结果表明: 供试土壤中, 全磷、 有效磷、 无机磷和有机磷的含量范围分别为179.8～825.2, 2.41～15.3, 92.6～351.2和14.7～474.4 mg·kg-1, 其中活性、 中等活性、 中等稳定性和高稳定性有机磷组分的含量范围分别为1.38～30.9, 8.63～213.7, 3.01～32.2和1.73～199.2 mg·kg-1。 根据溶液31P NMR波谱, 鉴定出供试土壤中含有无机形态的磷素即正磷酸盐和焦磷酸盐, 同时也鉴定出了磷酸单酯、 磷酸二酯和膦酸盐等有机形态磷素的存在, 其中磷酸单酯中又鉴定出了新-肌醇六磷酸、 D-手性-肌醇六磷酸、 RNA单核苷酸、 α-磷酸甘油、 肌-肌醇六磷酸、 β-磷酸甘油和鲨-肌醇六磷酸, 磷酸二酯中又鉴定出了DNA的存在; 所有土壤中均未检测出多聚磷酸盐的存在, 除棕色针叶林土和暗棕壤外的其他土壤中未检测出膦酸盐的存在, 而赤红壤中未检测出DNA的存在; 无机形态的磷素以正磷酸盐为主, 而有机形态的磷素则以磷酸单酯为主。 总体来看, 无论化学浸提法还是溶液31P NMR波谱法, 从寒温带的棕色针叶林土到热带的砖红壤, 全磷、 有效磷、 无机磷、 有机磷及其组分的含量均呈现下降趋势。 溶液31P NMR波谱与化学浸提法鉴定的磷素形态之间存在相关关系, 其中正磷酸盐与活性有机磷的关系最为密切, 磷酸单酯和膦酸盐与中等活性有机磷的关系最为密切, 而焦磷酸盐和磷酸二酯与中等稳定性有机磷的关系最为密切。 与化学浸提法相比, 溶液31P NMR波谱法能从详细的分子水平上揭示土壤磷素形态的空间变异规律。

利用31P-NMR研究了生物除磷污泥胞外多聚物(EPS)的含磷形态,并对检测方法中的影响因素进行了分析。研究发现,测定的三种污泥EPS中磷的形态有五种,磷酸盐、磷单脂、DNA磷、聚磷末端、焦磷酸盐和聚磷。具有除磷能力的A/A/O和A/A/O-MBR污泥其EPS中主要含的是聚磷,证明了EPS中含磷不仅是依靠吸附磷酸盐或生物聚磷过程磷酸盐的滞留,而且EPS本身可能也参与了生物聚磷过程。同时实验证明,EPS提取过程会对EPS含磷形态产生影响,但提取时间在1h内时影响较小;EPS在储存前需要进行中和,从而避免储存过程不同磷形态之间的转化。EPS含磷形态的31P-NMR测定过程中,EPS样品的pH值对峰的分离和各峰化学位移的稳定性有较大影响,需要控制样品pH>13.0以确保测定过程的准确性。