破解豆科作物强化悖论：优化绿豆生物固氮、产量及土壤理化性质的氮磷精准施肥策略

本研究创新性地提出通过精准氮磷配施（N90P90，82.45 kg N ha?1和102.86 kg P ha?1）解决豆科作物强化悖论，证实磷肥可缓解高氮（N120）对生物固氮（BNF）的抑制，同步提升绿豆产量（1418.01 kg ha?1）、氮积累及土壤酶活性（如过氧化氢酶）。采用响应面分析与随机森林算法，确立土壤-植物互作新机制，为气候智慧型豆科种植提供可推广范式。

　　

Highlight

磷肥能显著缓解高氮施肥（N120）对生物固氮（BNF）的抑制作用。最优氮磷配比N90P90处理在土壤养分有效性和酶活性方面表现卓越，实现最高谷物产量（1418.01 kg ha^?1）和氮积累量。通过响应面分析和随机森林算法等先进建模手段，我们确定了精准最优施肥量（82.45 kg N ha^?1和102.86 kg P ha^?1），并揭示土壤过氧化氢酶活性和植株氮含量是产量形成的关键决定因子。

Perspectives and implications

我们的研究强调了豆科作物通过生物固氮（BNF）获取氮素的双重作用，同时指出平衡施肥对优化BNF效率和作物生产力的关键意义。在低氮条件下，磷肥显著增强绿豆的固氮潜力（图2）。然而，单靠BNF无法满足豆科作物的总氮需求，需要审慎的肥料投入以实现其最大产量潜力。核心挑战在于协调环境可持续性与农业生产需求之间的矛盾。

Conclusions

本研究通过开发精准施肥策略解决了豆科种植中的强化悖论，在绿豆系统中实现了BNF、作物产量和土壤健康的三重优化。适度施氮（N60）显著增加根瘤生物量和固氮酶活性，而磷肥则缓解了氮对BNF的抑制作用。最优N90P90处理获得最大氮积累量和谷物产量（1418.01 kg ha^?1）。响应面模型确定的精准施肥参数为气候智慧型豆科种植提供了可推广方案。