编辑推荐：
本研究针对长期施用有机肥如何影响土壤磷(P)循环通量，特别是生物与非生物过程的相对贡献，这一关键科学问题，探讨了包括城市废弃物（如污水污泥）在内的有机肥长期过量施用（>100 kg·ha-1a-1P）的影响。通过33P放射性同位素技术，研究人员量化了生物与非生物P通量。研究发现，长期有机施肥能显著提高土壤总P循环通量的绝对值，但并未改变生物与非生物过程在总体P补给中的相对平衡。这一结果为评估城市废弃物作为替代磷肥的生态效应提供了重要科学依据。
磷是农作物生长的必需常量元素，但土壤中的磷常常以植物难以直接吸收的形态存在。现代农业依赖于磷肥的施用，然而，传统的矿物磷肥源于不可再生的磷矿石，其开采和使用引发了环境担忧。在此背景下，利用有机废弃物（如污水污泥、堆肥等）作为磷肥的替代来源，实现养分的循环利用，正成为可持续农业的研究热点。然而，这些“社会废弃物”长期施用后，究竟会对土壤中磷的动态循环产生何种深刻影响？特别是，这些富含磷和有机碳的物料，是否会“激活”土壤微生物，从而改变磷从固相释放到溶液（即“磷通量”）的途径和效率？目前，科学界对此仍然知之甚少。
为了回答这些问题，一个由álvarez Salas, M. 等科学家组成的国际研究团队，利用丹麦的CRUCIAL长期定位试验（Closing the Rural–Urban Nutrient Cycle—Investigations through Agronomic Long-term experiments）平台，开展了一项深入的研究。该试验已运行超过20年，其特色在于施肥量远超作物需求，旨在探究长期超量施用有机物料（包括城市废弃物）的潜在效应。研究人员选取了施用污水污泥、家畜粪肥、堆肥、矿物NPK肥以及不施肥的对照土壤，采用先进的33P放射性同位素示踪技术，精细量化了土壤中生物与非生物驱动的磷通量。他们的研究成果发表在土壤学知名期刊《Biology and Fertility of Soils》上，为我们理解长期有机肥管理下的土壤磷循环机制提供了关键见解。
本研究的核心技术方法包括：利用来自丹麦CRUCIAL长期田间试验（已运行20年）的土壤样本；采用33P同位素交换动力学实验量化非生物磷通量；通过为期7天的土壤培养与33P同位素稀释法，结合微生物生物量磷的氯仿熏蒸提取测定，来量化总磷矿化、微生物磷固定及净磷矿化等生物磷通量。
研究结果
土壤呼吸与累积碳释放
在预培养和主培养期间，土壤呼吸速率在初始下降后趋于稳定。累积碳释放量受施肥处理显著影响，与土壤总碳含量呈强正相关。堆肥处理的碳释放量最高，其次是家畜粪肥和污水污泥处理。
土壤特性与同位素交换动力学实验
水提取磷浓度在未施肥土壤中最低，在家畜粪肥处理中最高。快速同位素交换性磷（E(1 min)）在施肥土壤中显著更高。污水污泥处理的（外推）7天E值最高。参数m（1分钟后放射性存留比例）在有机肥处理中更高，而参数n（放射性随时间下降的速率参数）则更低。
生物磷通量：总磷矿化、微生物磷固定与净磷矿化
- •
总磷矿化速率：污水污泥处理最高，其次是家畜粪肥和堆肥。所有有机肥处理的总磷矿化率均显著高于矿物NPK和未施肥对照。
- •
通量倍数比较：在污水污泥处理中，总磷矿化和净磷矿化率约为NPK处理的4.5倍，而非生物通量（外推E(7d)）是其4.2倍。在家畜粪肥处理中，非生物通量和总磷矿化率约为NPK的3倍。
- •
相对贡献不变：尽管绝对值增加，但将总磷矿化表示为实测E(7d)的百分比（即生物过程对总磷补给的相对贡献）时，各处理间无显著差异，均在18%至26%之间。
- •
碳磷矿化比：污水污泥处理的Cmin:Pmin比值显著低于其他施肥处理。
微生物磷与水提取磷
微生物磷浓度受处理显著影响，有机肥处理高于对照和NPK处理，家畜粪肥和堆肥处理最高。微生物磷与土壤总碳强相关。水提取磷浓度在处理间有差异，但在培养期间保持稳定。
研究结论与讨论
本研究最重要的结论是：尽管经过20年不同种类有机肥（包括城市废弃物）的超量施用，土壤中生物与非生物磷通量的相对贡献比例保持了惊人的一致。物理化学（非生物）过程始终是磷有效性补给的主导机制。这表明，在本研究涉及的这种耕地土壤中，生物与非生物过程的平衡可能主要由土壤固有性质决定，而非施肥制度。
然而，在绝对量上，有机肥处理显著提升了总磷循环通量，表明有机肥的输入增强了土壤磷循环的强度。此外，不同有机肥处理间，碳和有机磷的矿化量以及矿化机制存在差异。例如，污水污泥处理表现出最高的磷矿化率，但其土壤微生物生物量和呼吸强度却较低，且碳磷矿化比较低。这暗示其矿化途径可能不同于家畜粪肥和堆肥处理，后者因富含易降解有机碳，其矿化更可能与微生物对碳的降解需求（生物矿化）耦合。而污水污泥处理可能因碳输入较少且较难降解，同时土壤pH较低可能刺激了酸性磷酸单酯酶活性，从而使得微生物对磷的需求（生化矿化）成为驱动有机磷周转的更主要因素。
研究还发现，污水污泥和堆肥这两种城市废弃物的长期施用，并未损害土壤有机磷的矿化能力，表明它们作为磷肥替代来源，在维持土壤生物磷循环功能方面是可行的。与Bünemann (2015)总结的其他研究数据对比，本研究的生物贡献比例（18-26%）处于典型耕地土壤的范围（20-35%）内，远低于某些草地土壤（>50%），这凸显了土地利用方式和土壤本身特性对磷循环过程平衡的关键塑造作用。
综上所述，这项研究揭示，长期有机肥（包括城市废弃物）的过量施用能“放大”土壤磷循环的“流量”，但并未“重塑”生物与非生物过程的“力量对比”格局。这为科学评估和预测有机废弃物还田的长期土壤磷素效应提供了重要理论依据，并支持了将符合质量标准的城市废弃物作为可持续磷资源进行循环利用的可行性。
