Chemical Nature and Diversity of Phosphorus in New Zealand Pasture Soils Using 31P Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy and Sequential Fractionatio

Resumo

As informações sobre as formas de fósforo (P) dos solos de pastagem são fundamentais para a sustentabilidade agrícola e ambiental. Usamos uma combinação de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) de 31P de extratos de NaOH-EDTA e fracionamento sequencial para investigar as formas de P, com ênfase no P orgânico em relação às variáveis ambientais e biofísicas, em 24 solos de pastagem diversos retirados da Nova Zelândia (C orgânico 19-102 g kg-1, P total 116-2746 mg kg-1, pH 5,2-7,0). Os solos foram separados por análise de agrupamento de propriedades físico-químicas do solo e pools de P extraídos sequencialmente naqueles derivados ou não de materiais de cinzas vulcânicas. Essa separação também foi evidente para as espécies de P orgânico em extratos de NaOH-EDTA, que removeram cerca de 75% do P orgânico total do solo. A principal classe de compostos de P orgânico foi a dos monoésteres (24-60% do P extraído), composta de 14 a 91% de hexakisfosfato de mio-inositol. A segunda maior classe de P orgânico foi a dos diésteres (0-4% do P extraído), que foram enriquecidos em solos de cinzas vulcânicas (razão entre monoésteres e diésteres = 14) em comparação com solos de cinzas não vulcânicas (razão = 30). A análise de correlação indicou que a temperatura média anual teve um efeito negativo e positivo significativo nas concentrações de monoésteres e diésteres, respectivamente. Isso foi atribuído à melhor proteção física dos monoésteres (especialmente fosfatos de inositol) contra a mineralização e ao aumento dos diésteres contra a atividade microbiana e a renovação biológica. O comportamento anômalo dos solos de cinzas vulcânicas foi atribuído à mineralização lenta e à amostragem de solos em diferentes épocas do ano sem o conhecimento completo do grande e altamente dinâmico pool de P da biomassa microbiana, que é predominantemente de diésteres.

Abstract

Information on the phosphorus (P) forms of pasture soils is central to agricultural and environmental sustainability. We used a combination of ³¹P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy of NaOH–EDTA extracts and sequential fractionation to investigate P forms, with an emphasis on organic P in relation to environmental and biophysical variables, in 24 diverse pasture soils taken from around New Zealand (organic C 19–102 g kg⁻¹, total P 116–2746 mg kg⁻¹, pH 5.2–7.0). Soils were separated by cluster analysis of soil physicochemical properties and sequentially extracted P pools into those either derived from volcanic-ash materials or not. This separation was also evident for organic P species in NaOH–EDTA extracts, which removed about 75% of total soil organic P. The major organic P compound class was monoesters (24–60% of extracted P), made up of 14 to 91% myo-inositol hexakisphosphate. The next largest organic P class was diesters (0–4% of P extracted), which were enriched in volcanic-ash soils (monoester to diester ratio = 14) compared to non volcanic-ash soils (ratio = 30). Correlation analysis indicated that mean annual temperature had a significant negative and positive effect on monoester and diester concentrations, respectively. This was attributed to better physical protection of monoesters (especially inositol phosphates) from mineralization, and increased diesters from microbial activity and biological turnover. The anomalous behaviour of volcanic-ash soils was attributed to slow mineralization and the sampling of soils at different times of year without full knowledge of the large and highly dynamic microbial biomass P pool which is predominantly diesters.