生物炭与节水灌溉协同调控水稻磷素高效利用及流失阻控的双周年田间实证研究

针对稻田磷肥利用率低(10–20%)及流失风险高的难题，中国科学院南京土壤研究所团队通过双年度田间试验，揭示了生物炭(20–40 t ha?1)与节水灌溉耦合下土壤固/液相磷形态分布规律，发现部分活性磷(dil.HCl-P占TP 67.86–89.57%)主导磷库动态，20 t ha?1处理可平衡水稻磷吸收与环境流失(溶液TP降低0.04–1.13%)，为南方稻区磷素可持续管理提供新范式。

　　

磷素是水稻生长的必需营养元素，但传统稻田中磷肥利用率仅10–20%，大量盈余磷通过径流进入水体引发富营养化。更棘手的是，节水灌溉虽能减少水资源消耗，却可能改变土壤磷的迁移转化规律；而近年来备受关注的生物炭改良技术，虽被证明能提升土壤固磷能力，但其对磷生物有效性的长期影响尚不明确。如何通过农艺措施协同实现"节水-保磷-增效"的多重目标，成为农业环境领域亟待破解的科学难题。

针对这一挑战，昆山排水与灌溉实验站的研究团队在2022-2023年开展了系统的双年度田间试验。研究创新性地将Hedley-Tiessen磷分级方案应用于节水灌溉稻田，通过12个排水式蒸渗仪(2.0×2.5 m)设置不同生物炭施用量(0/20/40 t ha^?1)与灌溉模式组合，采用多时间点-多土层(0–60 cm)采样策略，结合连续浸提法分析固相磷形态，同步监测液相磷动态及水稻磷吸收量。

关键技术包括：(1)建立包含活性磷(NaHCO₃-P)、部分活性磷(dil.HCl-P)和稳定磷(Residual-P)的三级磷库评价体系；(2)通过土壤溶液采样器实时追踪可溶性磷(MRP/TP)迁移规律；(3)采用同位素稀释法量化磷素表观平衡。所有数据均通过ANOVA和Duncan多重检验进行统计分析。

土壤磷库时空演变特征
研究发现无论处理方式如何，部分活性磷(51.82–73.03% TP)始终主导稻田磷库，其中盐酸可提取磷(dil.HCl-P)占比高达67.86–89.57%。生物炭表现出显著的年际效应：首年20/40 t ha^?1处理使全土层TP增加4.91–17.40%，但次年因激活部分活性磷和稳定磷，TP反而降低1.07–21.79%。

液相磷动态与环境风险
土壤溶液中钼酸盐反应磷(MRP)占总磷37.88–95.76%，40 t ha^?1生物炭持续提升溶液TP浓度2.52–4.36%。而20 t ha^?1结合节水灌溉能降低溶液TP 0.04–1.13%，显示最佳环境友好性。

部分活性磷库的农学价值
dil.HCl-P作为"缓释磷源"，在分蘖期至抽穗期显著促进水稻磷吸收(P<0.05)，其活化程度与土壤Eh值呈负相关(r=-0.63)，证实节水灌溉的干湿交替通过氧化还原调控促进磷释放。

该研究首次阐明生物炭-节水灌溉耦合模式下稻田磷素的周年转化规律，揭示20 t ha^?1为最优施用量，可在保证水稻磷需求(增产8.3%)的同时，降低磷流失风险23.7%。这一发现为南方稻区"双减"(减水-减磷)目标提供了可量化的技术参数，其建立的磷素分级-迁移-吸收综合评价框架，对全球水稻可持续生产具有重要参考价值。正如通讯作者Shihong Yang教授强调的，未来需扩大生物炭梯度设置和延长观测周期，以验证该策略的长期生态稳定性。论文发表于《Agricultural Water Management》2024年第1期。