热带老成土不同土地利用方式下土壤有机碳与磷动态变化及其生态意义

针对热带老成土(Ultisol)在集约化农业中碳磷平衡的难题，研究人员通过对比森林、茶园和蔬菜种植区的长期定位试验，揭示了年耕作系统导致土壤有机碳(SOC)储量下降4.50%而活性磷积累达356.3 mg kg?1的规律，证实多年生作物系统更利于维持土壤质量，为热带农业可持续发展提供了关键数据支撑。

　　

在热带农业生态系统中，土壤碳磷循环的失衡正引发日益严重的环境问题。随着全球气候变化加剧和农业集约化发展，热带老成土(Ultisol)作为重要的耕地资源，其碳储存能力和磷利用效率受到双重挑战。研究表明，土地利用方式转变导致全球每年约1.6 Pg碳损失，而磷肥的过量施用又造成水体富营养化风险。这种背景下，理解不同农业模式对土壤碳磷库的影响，成为实现可持续土地管理的关键科学问题。

来自斯里兰卡的研究团队在《Geoderma Regional》发表了一项开创性研究，通过对比典型热带微流域内三种土地利用方式（再生森林、茶园和蔬菜种植）下土壤碳磷形态的差异，揭示了年耕作系统对土壤质量的深远影响。研究采用空间显式采样设计，结合改进的Hedley磷分级法和活性碳(POxC)测定技术，首次系统量化了热带老成土区不同农业模式对碳磷循环的长期效应。

土壤有效磷的惊人差异
研究结果显示，长期施用磷肥的蔬菜地有效磷(Mehlich 3-P)高达356.3 mg kg^?1，是森林土壤(4.6 mg kg^?1)的78倍。通过顺序提取法发现，蔬菜地不仅水溶性磷(H₂O-P_i)显著增加，其NaOH提取态磷（铁铝结合态）更占无机磷总量的40%，表明过量磷肥最终转化为难利用形态。这种磷的"奢侈积累"可能加剧热带地区面源污染风险。

碳库的戏剧性变化
多年生茶园展现出惊人的碳保持能力，其土壤有机碳(SOC)含量(5.84%)与森林(6.05%)相当，而蔬菜地SOC骤降至4.50%。更值得注意的是，表征土壤健康度的活性碳(POxC)在茶园达899 mg kg^?1，显著高于蔬菜地(484 mg kg^?1)，证实减少土壤扰动有利于维持碳库稳定性。

磷形态的重新分配
研究首次揭示了热带老成土磷形态转化的特异性规律。尽管蔬菜地各形态磷含量均显著增高，但磷在不同提取相中的比例分布与茶园相似，而森林土壤表现出独特的NaOH-P_i优势分布模式(>50%)。这种特征暗示着磷肥施用可能改变了但未完全打破土壤固有的磷固定机制。

方法学的创新应用
研究采用条件拉丁超立方采样(cLHS)确保空间代表性，结合线性混合效应模型(LMM)处理空间自相关。通过改进的Hedley分级方案，系统解析了水溶性磷、碳酸氢钠提取态磷(NaHCO₃-P_i)、氢氧化钠提取态磷(NaOH-P_i)和盐酸提取态磷(HCl-P_i)的分布特征。活性碳的测定采用高锰酸钾氧化法(POxC)，为评估土壤健康提供了灵敏指标。

这项研究为热带农业可持续发展提供了重要启示：多年生作物系统能有效维持土壤碳汇功能，而年耕作系统虽然通过施肥短期内提高了磷有效性，但导致了严重的碳损失和磷过剩。研究建议热带地区应优化磷肥管理策略，在蔬菜种植区推广保护性耕作措施，并考虑将部分年耕作区转为多年生作物系统，以实现生态效益与农业生产力的平衡。这些发现对制定热带地区土地管理政策和实现联合国可持续发展目标(SDGs)具有重要指导价值。