《Journal of Agriculture and Food Research》：Sustainable phosphorus management through enriched compost and mineral fertilizers improves soil biological indicators and mustard productivity
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本文针对农田磷素利用效率低和土壤退化问题，研究人员通过为期三年的田间试验，评估了富含磷堆肥（EC-6）与矿物肥料（RDF）配施对土壤磷组分、微生物活性和芥菜生产力的影响。结果表明，EC-6与100% RDF配施能显著提升Olsen-P、总磷、无机磷和关键微生物活性指标（如MBC、MBP），并使芥菜籽粒产量达到2.89 Mg ha-1；尤为关键的是，50% RDF配施EC-6亦能实现12%的产量提升，为通过有机-无机协同减施化肥、提升磷效率提供了重要依据。
磷（P），这一支撑植物生长与全球粮食安全的关键营养元素，在农业生产中却面临着“高效吸收”与“大量固定”的矛盾。作物通常只能利用施入土壤中约20%的磷肥，其余大部分会迅速被土壤中的铁（Fe）、铝（Al）或钙（Ca）等离子固定，转化为植物难以利用的形态。在印度等依赖磷肥进口的国家，这种低效不仅推高了生产成本，也加剧了资源压力和土壤退化的风险。另一方面，土壤有机质减少、微生物活性下降等问题，正不断侵蚀着土地的长期生产力。如何打破磷的固定“魔咒”，唤醒土壤自身的生物活性，成为实现可持续农业的迫切需求。
在这项发表于《Journal of Agriculture and Food Research》的研究中，来自ICAR-印度油菜芥菜研究所的Meena, M.D.及其团队，将目光投向了有机与无机肥料的结合。他们想知道，将富含低品位磷矿粉的堆肥（Enriched Compost， EC）与常规矿物肥料（Recommended Dose of Fertilizers， RDF）配合使用，能否在提升土壤有效磷的同时，激活土壤微生物，从而在减少化肥用量的情况下，保障甚至提高芥菜（Brassica juncea）的产量？为此，他们在印度拉贾斯坦邦的半干旱地区，展开了一项为期三年（2021-22至2023-24年）的田间试验。
为验证这一想法，研究人员设置了五种处理进行对比：绝对对照（Ct）、100%推荐施肥量（RDF-100%）、单施6 Mg ha-1的富磷堆肥（EC-6）、EC-6与100% RDF配施（EC-6 + RDF-100%）、以及EC-6与50% RDF配施（EC-6 + RDF-50%）。研究采用了多项关键技术方法来系统评估效果。他们通过化学连续提取法对土壤中的不同磷组分（如Saloid-P、Fe-P、Al-P、Ca-P）进行分级，以追踪磷的形态转化；采用标准方法测定了土壤有机碳（Walkley-Black Carbon, WBC）以及反映微生物活性的关键指标，如碱性磷酸酶活性（ALPA）、脱氢酶活性（DHA）和微生物生物量碳/磷（MBC, MBP）；同时，监测了芥菜的籽粒与秸秆产量及其磷吸收量，以评估最终的农学效应。
1. 对土壤有效磷（Olsen-P）的影响
研究结果显示，所有施肥处理均能逐年提升土壤Olsen-P含量，而对照（Ct）则持续下降。其中，EC-6 + RDF-100% 处理的效果最为突出，在三年的试验中，其Olsen-P含量始终显著高于其他所有处理。更重要的是，EC-6 + RDF-50%（即化肥减半）处理的Olsen-P水平也持续高于单施100% RDF的处理。这表明，富磷堆肥的加入不仅直接补充了磷源，其缓慢释放的特性与矿物肥料的速效性形成了互补，有效减缓了磷的固定，从而构建了更稳定、持久的土壤有效磷库。
2. 对总磷（Pt）和无机磷（Pi）的影响
与Olsen-P的趋势一致，EC-6 + RDF-100% 处理同样带来了最高的土壤总磷（Pt）和无机磷（Pi）累积量。在试验末期（2023-24年），该处理的Pt和Pi含量比单施RDF-100%的处理分别高出14%和15%。这证实了有机-无机配施策略在增加土壤磷储量方面的优越性，这些新增的磷不仅存在于速效库中，也补充了缓效和中效库，为作物长期生长提供了储备。
3. 对磷组分分馏（S-P、Fe-P、Al-P、Ca-P）的影响
通过对不同形态磷的分析，研究人员发现，所有施肥处理下的各类磷组分（易溶态磷S-P、铁结合态磷Fe-P、铝结合态磷Al-P、钙结合态磷Ca-P）均较对照有显著增加。EC-6 + RDF-100% 处理在所有磷组分上均表现出最高的累积量。特别值得注意的是，即使在碱性土壤中容易形成固定、有效性较低的钙结合态磷（Ca-P），也在该处理下显著增加。这可能是由于堆肥分解产生的有机酸等物质，改变了磷的固定路径或促进了矿物磷的活化。
4. 对土壤生物健康指标的影响
这是本研究揭示协同增效机制的核心。数据表明，EC-6 + RDF-100% 处理下的土壤碱性磷酸酶活性（ALPA）、脱氢酶活性（DHA）、微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量磷（MBP）均达到最高水平。例如，其三年平均ALPA值比单施RDF-100%高出13%。这些微生物指标的全面提升，清晰地表明堆肥的加入“唤醒”了土壤生命系统。活跃的微生物不仅能加速有机磷的矿化（如磷酸酶的作用），其自身的生长代谢（微生物生物量）也构成了一个活跃的、可周转的磷库，极大地促进了土壤内部的磷循环。
5. 对土壤有机碳（WBC）的影响
如图1所示，单独或与化肥配施富磷堆肥，能显著提升土壤有机碳（WBC）含量。EC-6 + RDF-100% 处理的WBC值在三年的试验中最高，而单施化肥（RDF-100%）的提升效果有限，对照处理的WBC则持续下降。土壤有机碳的增加不仅改善了土壤结构，也为上述微生物活动提供了必需的“燃料”，形成了“有机质增加-微生物激活-养分循环增强”的良性循环。
6. 对作物生产力、磷吸收和磷回收率的影响
最终的产量数据为上述土壤改良效果提供了有力佐证。如图2所示，EC-6 + RDF-100% 处理获得了最高的芥菜籽粒（2.89 Mg ha-1）和秸秆产量。最具实践意义的是，EC-6 + RDF-50%（化肥减半）处理的产量与100%化肥处理相当，其籽粒产量甚至比单施RDF-100%高出12%。这说明，通过配施堆肥，可以在减少一半化肥用量的情况下，维持甚至提高作物产量。
在磷吸收方面，如图3所示，配施处理（尤其是EC-6 + RDF-100%）的芥菜籽粒和秸秆磷吸收量也最高。然而，在磷回收率（作物吸收的磷占施入磷的比例）上，如图4所示，单施RDF-100%的表现最高。这看似矛盾，实则揭示了不同施肥策略的本质差异：矿物肥料磷回收率高，体现了其速效、易被短期吸收的特性；而堆肥配施处理虽然当期回收率相对较低，但其大部分磷被转化并储存在土壤各个磷库中，减少了流失风险，为后续作物提供了长效养分供应，实现了磷在土壤-作物系统中的更高效留存与循环。
7. 多变量关系分析
研究人员通过热图（图5）和主成分分析等多元统计方法，直观地展示了各处理与指标间的关联。结果显示，EC-6 + RDF-100% 和 EC-6 + RDF-50% 处理聚为一类，它们在土壤磷组分、微生物活性、有机碳和作物产量等绝大多数指标上均表现为高值区，与对照和单施化肥处理明显区分开来。相关性分析（图6）进一步证实，Olsen-P、总磷、无机磷与碱性磷酸酶活性、微生物生物量碳、作物产量及磷吸收量之间存在强烈的正相关关系。这有力地证明了“土壤有效磷提升-微生物活性增强-作物生产力提高”是一条紧密联动的因果链。
这项研究得出了明确且富有启示的结论：将富含磷的堆肥与矿物肥料结合施用，是一种优于单施化肥的可持续磷管理策略。它不仅能显著提升土壤中各类磷库的储量与有效性（Olsen-P、总磷、无机磷及各种形态磷组分），更能通过增加有机碳投入，全方位地激活土壤微生物活性（提升ALPA、DHA、MBC、MBP）。最终，这种“生物活化”效应转化为了实实在在的农业产出：在维持甚至提高芥菜产量的同时，EC-6 + RDF-50% 方案展示了将化学磷肥用量削减一半的可行性。
该研究的深刻意义在于，它为解决磷肥利用效率低下这一全球性难题提供了一个切实可行的“双赢”方案。对于农民而言，这意味着可以在降低化肥成本的前提下保障收成；对于环境而言，减少了因过量施肥带来的污染风险，并有助于构建健康的土壤生态系统；对于国家粮食安全与资源战略而言，则降低了对进口磷肥的依赖，充分利用了本土的低品位磷矿资源。这项研究有力地表明，未来农业的可持续性，或许就蕴藏在这种有机与无机、生物与化学相结合的协同管理智慧之中。
