地表春季施用堆肥可补充植物有效磷，但作物吸收取决于土壤水分

《Canadian Journal of Plant Science》：Surface-spring-applied compost replenishes plant available phosphorus, but crop uptake depends on soil moisture

　　

在加拿大马尼托巴省低土壤测试磷(STP，<5 ppm Olsen-P)的有机农场中，磷(P)供应仍是重大挑战。研究人员于2020—2022年在当地开展三年田间试验，评估播种期地表撒施堆肥对春小麦(Triticum aestivum L.)的影响。结果表明：湿润年份中，堆肥施用显著提升了籽粒产量与磷吸收量；但在干旱条件下，作物无法获取堆肥释放的有效磷，磷吸收效率(PuptE)仅为34%，远低于湿润年份的79%。尽管干旱年份作物吸收受限，但春季施用堆肥仍提高了季中土壤测试磷(STP)水平，证实播种期地表施堆肥可有效补充土壤磷库。

有机旱作春小麦体系地表施堆肥的磷有效性响应机制研究解读

该研究针对加拿大草原有机谷物农场普遍存在的土壤有效磷极度匮乏（Olsen-P常低于5 ppm）的生产瓶颈展开，由马尼托巴大学研究团队完成并发表于《Canadian Journal of Plant Science》。在低土壤测试磷(STP)的石灰性高pH土壤中，传统磷源补充受限，而堆肥化牛粪因体积缩减、磷浓度提升成为有机生产的重要选择。然而，旱地农业为保护土壤水分常减少耕作扰动，导致堆肥多以地表撒施方式在播种期施用，其磷有效性如何受气候波动影响尚不明确。此前研究虽证实堆肥磷在第一年可释放高达71%的有效形态，但水分条件对“堆肥-土壤-作物”系统磷迁移与吸收的交互作用仍缺乏长期田间证据。本研究旨在明确地表春季施堆肥在极低STP条件下的春小麦响应，并揭示干旱与非干旱环境对土壤磷补充及作物吸收的调控机制，为有机旱作系统的磷管理提供实践依据。

研究人员采用三年重复定位田间试验设计，试验地位于马尼托巴省Libau的Dencross系列灰化黑钙土，自2008年起实施有机管理。试验设置对照与堆肥处理（25 kg有效磷ha^-1，按50%有效性折算为50 kg总磷ha^-1），每年更换田块位置，采用随机完全区组设计。土壤采样覆盖播前与季中0–15 cm表层，植株样品分生育期采集并测定生物量与全磷含量。统计分析采用SAS 9.4的PROC Mixed模型，结合Shapiro–Wilks检验正态性，通过最小显著差异法检验处理效应，重点关注年份与堆肥的交互作用。

研究结果

环境条件

2020—2022年5—8月降水量分别为30年平均的66%、62%与125%，其中2021年为典型干旱年，茎伸长期至成熟期无有效降水，区域作物大面积减产。

作物产量与磷吸收响应

三年均值显示，堆肥显著提升了开花期生物量（+1689 kg ha^-1）与籽粒产量，但存在显著的年份×堆肥交互作用（P=0.044）。2021年干旱条件下，堆肥未显著提升产量与植株磷含量；2020年与2022年湿润年份，植株磷积累量分别增加5.7 kg ha^-1与12.1 kg ha^-1，磷吸收效率(PuptE)达79%，而2021年仅34%。这表明水分供应直接制约堆肥磷的作物利用效率。

干湿条件下磷的土壤迁移与作物吸收脱节

2021与2022年试验田土壤类型、初始STP（均为3 ppm Olsen-P）及堆肥来源完全一致，仅降水存在差异。两年中，对照处理季中STP均无变化，而堆肥处理均显著提升STP：2021年达12 ppm，2022年为5 ppm。尽管干旱年份堆肥磷成功下渗至土壤，但后期缺水阻断了作物吸收，植株磷积累量仅为3.2 kg ha^-1，大量磷滞留于土壤；湿润年份则因作物高效吸收，季中STP较低，植株磷积累量达15.3 kg ha^-1。该现象验证了“滞留磷假说”：干旱期堆肥磷可进入土壤库，但无法被作物获取，形成土壤磷盈余。

讨论与结论

研究证实，在极低STP的有机春小麦系统中，地表春季施堆肥可在湿润年份有效缓解磷限制，提升产量与磷效率；但在干旱年份，虽能补充土壤磷库，却因生育期水分亏缺无法实现当季作物吸收，磷以有效形态留存于土壤，可能成为后茬作物的“ legacy P（遗留磷）”。这一发现修正了以往对堆肥磷当季利用率的单一评估，强调气候波动对有机旱地磷管理的决定性作用。研究人员指出，该结果可为干旱半干旱区有机农场的磷肥管理提供风险预警：在多雨年份，地表施堆肥可实现磷的高效利用；而在干旱频发年份，需结合降水预测调整施用量，避免资源浪费与环境风险。此外，后续研究需进一步追踪滞留磷在多年轮作系统中的释放动态，以优化长期磷素平衡策略。