《Journal of Agriculture and Food Research》：Electronic nose and machine learning for rapid, sustainable detection of avocado oil adulteration
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为解决农业土壤磷素固定导致磷利用效率低下、土壤退化等问题，研究人员针对芥菜种植系统，开展了一项为期三年的田间试验，探究富集堆肥(EC-6)与矿质肥料(RDF)配施对土壤磷素形态、微生物活性及作物产量的影响。结果表明，EC-6与RDF配施可显著提升Olsen-P、总磷(Pt)、无机磷(Pi)及各磷组分的含量，增强土壤酶活性与微生物生物量，最终实现芥菜籽粒与秸秆产量及磷吸收量的协同提高。该研究为通过有机-无机养分协同管理，实现可持续的磷素管理和农业生产力提升提供了关键科学依据。
随着全球人口的持续增长和饮食结构的改变，确保粮食和营养安全已成为一项紧迫的全球性挑战。然而，这项任务的达成正面临着日益严峻的土壤退化和气候变化的双重威胁。土壤，作为农业生产的基石，其健康状况直接决定了作物的产量与品质。其中，磷（P）是植物生长发育不可或缺的三大营养元素之一，对作物高产至关重要。但一个令人头疼的现实是，施入土壤中的磷肥，大部分（约80%）并未被作物吸收利用，而是被土壤中的铁、铝、钙等矿物固定，转化为植物难以利用的形态，导致磷肥利用效率极低。这不仅造成了巨大的资源浪费和经济损失，长期依赖高量化肥还可能导致土壤生物活性下降、结构恶化等次生问题。那么，有没有一种策略，既能高效供应作物所需的磷，又能养护土壤，实现农业的可持续发展呢？
为了破解这一难题，来自ICAR – 印度油菜-芥菜研究所的M.D. Meena等研究人员，在印度拉贾斯坦邦的半干旱地区，开展了一项为期三年（2021-22至2023-24年）的田间试验。他们聚焦于重要的油料作物芥菜（Brassica juncea），探索将一种富含磷的“富集堆肥”（Enriched Compost， EC）与常规矿物肥料（Recommended Dose of Fertilizers， RDF）相结合，能否“一石三鸟”：即同步提升土壤中植物可利用磷的水平、激活土壤微生物的活力，并最终实现芥菜产量的增长。这项研究旨在为构建一种既能满足作物需求，又能呵护土壤健康的综合性磷素管理策略提供科学依据。相关研究成果已发表在《Journal of Agriculture and Food Research》期刊上。
为开展此项研究，作者团队主要采用了以下几项关键技术方法：首先，通过为期三年的田间试验设计，设置了包括绝对对照、全量化肥、单施富集堆肥（EC-6）、EC-6配施全量化肥（EC-6 +RDF-100%）以及EC-6配施半量化肥（EC-6 +RDF-50%）共五种处理，采用随机区组设计并重复四次。其次，运用了系统的土壤磷素分级提取技术，对土壤中的易溶性磷（S-P）、铁结合态磷（Fe-P）、铝结合态磷（Al-P）和钙结合态磷（Ca-P）等不同形态磷进行定量分析。再者，采用了标准的土壤生物学指标测定方法，包括碱性磷酸酶活性（ALPA）、脱氢酶活性（DHA）、微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量磷（MBP）的测量，以评估土壤生物活性。最后，通过测定作物产量、组织磷浓度，计算了磷吸收量与磷回收率。
研究结果通过以下几个方面呈现：
3.1. Effect on Olsen-P
经过三年的连续处理，与单施化肥（RDF-100%）相比，EC-6 +RDF-100%的组合显著提高了土壤Olsen-P（植物有效磷）的含量。值得注意的是，即使在化肥用量减半的情况下（EC-6 +RDF-50%），其Olsen-P水平也高于单施全量化肥处理。而完全不施肥的对照处理（Ct），其Olsen-P含量则呈现逐年下降的趋势。这表明，富集堆肥与化肥的联用，特别是全量联用，能最有效地维持和提升土壤中可供作物直接利用的磷库。
3.2. Effect on total P (Pt) and inorganic P (Pi)
在总磷（Pt）和无机磷（Pi）方面，EC-6 +RDF-100%处理同样表现出最高的积累量。与对照相比，所有施肥处理均显著提高了土壤Pt和Pi。这一结果说明，整合有机和无机磷源不仅增加了土壤磷的总储量，更促进了磷向无机有效形态的转化。
3.3. Effect on P fractionation (S-P, Fe-P, Al-P, and Ca-P)
通过对不同化学形态磷的详细分级，研究发现，整合处理（EC-6 +RDF-100%和EC-6 +RDF-50%）显著增加了所有测定的磷组分含量，包括易溶性磷（S-P）、铁结合态磷（Fe-P）、铝结合态磷（Al-P）和钙结合态磷（Ca-P），其中EC-6 +RDF-100%处理的增幅最为显著。这表明有机无机配施不仅提升了活性磷库，也增加了中等活性和稳定性磷库的储量，有助于构建更丰富、更多样化的土壤磷“蓄水池”。
3.4. Effect on soil biological health indicators
土壤生物学指标的变化清晰地揭示了整合管理对土壤“生命活力”的激发作用。EC-6 +RDF-100%处理下的碱性磷酸酶活性（ALPA）、脱氢酶活性（DHA）、微生物生物量磷（MBP）和微生物生物量碳（MBC）均达到最高值。即使化肥减半处理（EC-6 +RDF-50%），其土壤生物活性也显著优于单施化肥处理。这证实了富集堆肥的加入为土壤微生物提供了丰富的碳源和能源，极大地刺激了其代谢与繁殖，从而加速了土壤中有机磷的矿化与养分循环。
3.5. Effect on Walkley and Black carbon (WBC)
土壤有机碳是土壤健康的核心指标。研究显示，整合施肥处理，尤其是EC-6 +RDF-100%，能最有效地提升沃克利布莱克碳（WBC，一种表征土壤有机碳的方法）的含量。与之形成鲜明对比的是，对照处理的土壤有机碳含量在三年的种植过程中持续下降。这说明，有机肥料的持续投入是维持和提升土壤有机质水平、对抗土壤退化的关键。
3.6. Effect on crop productivity
土壤养分和生物条件的改善最终体现在作物产量上。三年的平均数据显示，EC-6 +RDF-100%处理获得了最高的芥菜籽粒产量（2.89 Mg ha?1）和秸秆产量（4.90 Mg ha?1）。一个极具实践价值的发现是，化肥减半处理（EC-6 +RDF-50%）的籽粒产量比单施全量化肥处理（RDF-100%）高出12%，且其产量与EC-6 +RDF-100%处理在统计上无显著差异。这意味着，通过整合施用富集堆肥，有可能在减少50%化肥用量的情况下，实现不减产甚至增产的目标。
3.7. Effect on P uptake and P recovery
在磷吸收方面，EC-6 +RDF-100%处理使芥菜籽粒和秸秆的磷吸收量分别比单施化肥处理提高了约20%和25%。然而，在磷回收率（作物吸收的磷占施入磷的比例）指标上，单施化肥处理（RDF-100%）却显示出最高的数值（籽粒约25%，秸秆约12%）。这反映了水溶性矿物肥料的速效性，但其长期效益和土壤培肥作用可能不及有机无机配施策略。整合处理在保证较高磷吸收量的同时，体现了更全面的土壤养分管理与持续供应能力。
3.8. Multivariate relationships
多元统计分析（如聚类热图和主成分分析）进一步证实，整合施肥处理（EC-6 +RDF-100%和EC-6 +RDF-50%）在土壤磷组分、微生物活性及作物产量等多项指标上表现出高度的协同性和优越性，形成了一个与单施化肥或堆肥处理明显区隔的集群。相关性分析也表明，土壤有效磷、微生物生物量、酶活性与作物产量及磷吸收量之间均存在显著的正相关关系，揭示了土壤生物化学过程与作物生产力之间的内在紧密联系。
综合研究结论与讨论部分，本研究的核心发现是：在芥菜种植系统中，将富集堆肥与矿物肥料（无论是全量还是半量）整合施用，是一种比单施化肥更为优越的养分管理策略。这种整合策略通过多种途径协同作用：首先，它显著增加了土壤中植物可利用磷（Olsen-P）的浓度，并丰富了总磷库及各形态磷组分。其次，它极大地激发了土壤微生物的活性，提高了与磷循环相关的关键酶（如碱性磷酸酶）的活性和微生物生物量，从而促进了有机磷的矿化和养分的生物转化。最终，这些土壤层面的积极变化转化为可观的农艺效益，即更高的芥菜籽粒与秸秆产量以及植株磷吸收量。
这项研究的重要意义在于，它为解决农业生产中磷肥利用率低和土壤退化这一对矛盾提供了切实可行的科学方案。研究结果强有力地证明，通过有机无机养分的协同管理，不仅可以维持甚至提高作物产量（尤其在化肥减量50%的情景下），还能同步改善土壤的化学生物学健康，构建更具韧性和可持续性的农业生态系统。这为在资源约束和环境保护压力日益增大的背景下，实现农业的绿色转型与高质量发展提供了关键的技术路径和决策依据。未来的政策应鼓励基于土壤测试的精准施肥，并推广有机改良剂的使用，以优化磷素利用，增强农业系统的长期可持续性。
