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磷（P）在农业生产中至关重要，但利用率低且资源有限。研究人员以 vermicompost 为对象，研究其作为 P 肥的效果及对土壤健康影响。结果表明，vermicompost 可替代矿物 P 肥，尤其在低 P 土壤中效果显著，还能改善土壤微生物多样性等。这为农业可持续发展提供新途径。
在农业生产的大舞台上，磷（P）是当之无愧的 “主角” 之一，它对植物生长起着不可替代的作用，是保障农业丰收的关键元素。然而，现实却给农业生产带来了诸多挑战。一方面，磷肥在土壤中极易发生反应，导致作物对其利用率极低，通常仅有不到 15 - 25% 的施磷能被植物吸收利用 。另一方面，生产磷肥的原料磷矿石属于不可再生资源，不仅分布不均，而且随着其储量的逐渐减少，未来价格上涨和供应短缺的问题日益凸显，这无疑给全球粮食安全蒙上了一层阴影。此外，传统的磷肥使用还可能引发一系列环境问题，进一步加剧了农业可持续发展的困境。
为了突破这些困境，来自西班牙塞维利亚大学（University of Seville）的研究人员挺身而出，开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于 vermicompost（蚯蚓粪），一种由有机废物经蚯蚓和微生物共同作用生物降解而成的有机肥料。研究人员深入探究 vermicompost 作为 P 肥的效率，以及它对不同土壤管理条件下土壤健康的影响。最终，他们的研究成果发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上，为农业可持续发展带来了新的曙光。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过化学分析手段对土壤和 vermicompost 的基本性质进行测定，如土壤质地、有机碳（SOC）、阳离子交换容量（CEC）等。其次，采用31P NMR（核磁共振）和化学 P 分级方法，精准剖析 vermicompost 中的 P 形态和组分。此外，通过盆栽实验，设置不同土壤管理（常规耕作 CT 和免耕 NT）、不同土壤深度（0 - 5cm 和 20 - 40cm）以及不同 P 源（未施肥对照、KH2PO4矿物肥和 vermicompost）等多因素处理，研究其对植物生长、土壤生物性质的影响。
下面让我们详细了解一下研究结果：
- Vermicompost 的磷组分和形态：通过 P 分级和31P NMR 分析发现，vermicompost 中超过一半的总 P 为有机形态，但无机 P 在中性柠檬酸铵（NAC）提取物中占主导。31P NMR 显示，vermicompost 中主要的 P 物种是正磷酸盐，占总 P 的 64.4%，有机 P 化合物中以单酯为主 。
- 肥料对植物产量和营养的影响：土壤深度和 P 源的交互作用显著影响干物质（DM）产量。在表层土壤中，不施肥时作物生长较好；在深层土壤中，施肥显著增加 DM 产量，vermicompost 和矿物肥在不同深度的 DM 产量差异不显著。P 源对收获指数（HI）和磷利用效率指数（PUtE）的影响因土壤深度和管理方式而异。总体而言，vermicompost 在低剂量下能显著提高 PUtE，在高剂量下，vermicompost 在表层土壤中会降低生物量生产。此外，vermicompost 和矿物肥均显著提高植物对 P 的吸收，但矿物肥处理的总 P 吸收量更高。Vermicompost 还能显著提高植物对 Fe 和 Zn 的吸收，降低穗中 P 与 Zn 的摩尔比 。
- 对土壤生物性质的影响：Vermicompost 使土壤生物多样性（以香农指数 SI 表示）提高了 8%，显著影响了土壤中与 P 循环相关的酶活性。在表层土壤中，高剂量的 vermicompost 使碱性磷酸酶活性最高；在 NT 条件下，低剂量的 vermicompost 使植酸酶活性最高。此外，主成分分析（PCA）表明，vermicompost 施肥样品可根据土壤管理和深度进行聚类，土壤生物性质与 C、P 循环的生物地球化学性质以及 P 的生物有效性相关 。
综合研究结果和讨论部分，vermicompost 在短期内可作为有效的 P 肥，尽管部分 P 为有机形态，但在常规耕作和 NT 下的深层土壤（Olsen P 低于肥料响应阈值）中，其性能和 P 利用效率更高。Vermicompost 对作物吸收 Fe 和 Zn 有积极影响，可能归因于其所含的金属元素以及有机化合物对金属有效性的提升作用。在 NT 条件下，vermicompost 增加的 Zn 供应和渐进的 P 释放有助于减少 P - Zn 拮抗作用。同时，vermicompost 还能增加土壤微生物多样性，这对土壤中 P 循环功能的提升具有重要意义。
然而，研究也指出，虽然 vermicompost 展现出了诸多优势，但在推荐使用有机肥料（如 vermicompost）时，需要比矿物肥料更复杂和全面的考量。未来还需进一步研究 vermicompost 作为 P 源的长期影响，以及其对土壤生物性质的长期作用，这些性质可能会影响 P 循环，进而影响作物的 P 供应。这项研究为农业生产中合理利用 vermicompost 提供了理论依据，为实现农业可持续发展开辟了新的道路，有望在未来的农业实践中得到广泛应用，助力解决全球粮食安全和环境问题。
