长期过量施肥条件下有机肥料对土壤磷累积的有限影响机制研究

本研究针对有机肥料磷(P)在土壤中的转化机制不明问题，通过20年田间试验(CRUCIAL)，系统分析了污水污泥、堆肥和牛粪等有机肥对砂壤土P累积及分级形态的影响。发现肥料P组分差异仅部分影响土壤P形态分布，59-87%过量P未在耕层累积，揭示了高P输入下磷素向下迁移的环境风险，为有机肥科学施用提供了重要依据。

　　

在农业生产中，磷(P)作为关键营养元素，其高效利用与环境污染风险间的平衡一直是学术界关注的焦点。随着循环农业理念的推广，城市有机废弃物如污水污泥、餐厨堆肥等作为肥料的应用日益广泛，但这些材料中磷的形态复杂且转化机制不明确。尤其在高剂量施用条件下，磷在土壤中的累积规律及其环境行为更缺乏系统研究。丹麦哥本哈根大学(University of Copenhagen)的研究团队通过在CRUCIAL长期定位试验场开展为期20年的研究，揭示了不同有机肥料对土壤磷累积的差异化影响及其内在机制，相关成果发表在土壤学权威期刊《Geoderma》上。

研究团队采用多技术联用的方法：基于Hedley连续浸提法的磷形态分级技术解析肥料和土壤中树脂-P(Resin-P)、吸附-P(Adsorbed-P)等形态；通过年度施肥记录和作物收获量建立磷平衡模型；结合土壤容重测定和X射线荧光光谱(XRF)验证总磷含量；利用同位素交换动力学和傅里叶变换红外光声光谱(FTIR-PAS)表征有机质稳定性。试验设计包含10种处理，包括常规剂量和加速剂量(300 kg N ha^-1a^-1)的污水污泥(SS)、堆肥(CH)和牛粪(CM)等，以矿物NPK和不施肥处理为对照。

3.1 有机肥料特性分析显示，污水污泥含P量最高(41 g·kg^-1)，且以Fe结合的吸附-P为主(55%)；牛粪含7 g·kg^{-1> P，水溶性树脂-P占比达45%；堆肥P形态则以HCl-P(71%)为主导。这种组分差异为后续土壤P行为研究奠定了基础。}

3.2 土壤性质变化表明，经过20年施肥，SS、CH和CM处理耕层(0-0.2 m)总P分别增加1098、869和278 kg·ha^-1，对应磷饱和度(DPS)达83%、73%和84%。值得注意的是，尽管CM处理P盈余量(2152 kg·ha^-1)与SS处理(2664 kg·ha^-1)相当，但其P累积量仅为后者的25%，暗示牛粪P更易迁移。

3.3 磷平衡模型揭示，所有处理中59-87%的过量P未在耕层累积。特别是CM处理，91%的树脂-P和77%的吸附-P未能被耕层截留，这与该处理较高的微生物活性导致的有机P矿化有关。相反，SS处理因含稳定的Fe-P化合物，P累积效率相对较高。

3.4 磷形态分布特征显示，肥料原始P形态对土壤P库影响有限。例如CH处理输入的HCl-P有49%保留在耕层，而CM处理的有机-P仅有9%累积，说明堆肥中钙磷化合物的化学稳定性优于牛粪中的有机磷。相关分析进一步证实，土壤P累积主要取决于总P输入量(r=0.95)，而非特定P形态。

这项研究的重要发现在于，即使在高P输入条件下(年最高达463 kg·ha^-1)，土壤耕层对磷的截留能力也存在上限，且不同有机肥料的P滞留效率差异显著。污水污泥和堆肥因其P形态的化学稳定性，比牛粪更有利于P在耕层的累积；而牛粪中高比例的水溶性P和易矿化有机P，在土壤高饱和度状态下更易发生垂直迁移。这一发现对有机肥料的科学施用具有重要指导意义：在砂质土壤区，需严格控制牛粪类肥料的施用量以防止地下水污染；而城市有机废弃物的农用资源化，则需综合考虑其P形态特征与环境风险。研究同时指出，未来应加强对耕层以下土壤P行为的研究，以全面评估长期有机肥施用对土壤-地下水系统的潜在影响。