《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Oxide-Occluded to Calcium-Bound: Urbanization Increases Soil Phosphorus Stocks and Diversifies Pools in a Tropical West African Agroecosystem
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城市农业在热带西非城市中广泛存在。然而，在强风化土壤中，这些城市农业生态系统磷（P）库的动态仍缺乏约束。研究人员首次量化了城市化对加纳库马西（Kumasi）铁铝质Acrisols（Ferric Acrisols）雨养农田土壤磷储量和分配的影响。研究人员假设，富
城市农业在热带西非城市中广泛存在。然而，在强风化土壤中，这些城市农业生态系统磷（P）库的动态仍缺乏约束。研究人员首次量化了城市化对加纳库马西（Kumasi）铁铝质Acrisols（Ferric Acrisols）雨养农田土壤磷储量和分配的影响。研究人员假设，富含磷的生活和建筑废弃物输入会增加土壤磷储量，并且伴随的钙（Ca）富集会削弱土壤有机质（SOM）对植物有效磷的控制。研究人员分析了225个表层土壤样品（0–10 cm），将其分为四组，代表城市化影响的梯度。研究人员采用定制的连续磷提取方法，分离出四个操作定义的组分：植物有效磷（PPa）、SOM结合态磷（PSOM）、钙结合态磷（PCa）以及包埋于成土氧化物中的磷（POCC）。总磷储量随城市化影响从28.0 ± 1.7 g m?2增加到68.8 ± 6.7 g m?2。所有提取的土壤磷组分的储量均一致增加，其中PCa（2.5 ± 0.6 至 14.2 ± 2.5 g m?2）和PPa（1.4 ± 0.1 至 5.4 ± 0.8 g m?2）增幅最大。POCC储量绝对值也增加，但相对贡献从79%下降到53%。城市化并未如最初假设那样削弱SOM对PPa的控制。相反，PCa在解释PPa方面变得越来越重要，表明存在额外的无机控制途径。研究人员得出结论，热带城市农田土壤可能无意中成为富含磷的城市废弃物的汇，这暗示了一种有意的废弃物管理策略的潜力，该策略可以增强土壤磷供应。
论文解读：城市化对热带西非农业生态系统土壤磷库的影响
热带西非地区正经历快速城市化，城市人口增长与建成区扩张同步加剧。尽管城市农业广泛存在并支撑着粮食安全，该区域热带土壤普遍缺磷，且投入的化学肥料较少。在强风化土壤中，磷极易被铁铝氧化物吸附或包埋，形成植物难以利用的氧化物包埋态磷（POCC）。传统认知多基于非城市生态系统，认为森林转为农田会降低土壤磷储量；然而城市化作为全球变化的重要驱动因子，可能通过生活垃圾、建筑废弃物等途径向土壤输入磷和钙，从而改变磷库的分配与转化路径。但城市化究竟是缓解还是加剧热带土壤磷限制，此前缺乏实证。本研究以加纳库马西市为对象，首次系统量化了城市化对强风化农田土壤磷储量与磷库分配的影响。
研究人员依托卫星遥感与网格化采样框架，采集了库马西铁铝质Acrisols上雨养玉米田的225个表层土壤（0–10 cm）样品，并根据1986年建成区足迹和距主干道路的距离，将城市化影响划分为持续时间和强度两个维度，进而整合为弱、轻、中、强四级梯度。样品包括206个城市农田样品及城市森林和农村农田参考样品。研究人员针对这类因城市化而钙富集、pH升高的热带土壤，设计了一套四步连续磷提取流程，分别提取植物有效磷（PPa）、有机质结合态磷（PSOM）、钙结合态磷（PCa）和氧化物包埋态磷（POCC）。总磷采用HNO
3消煮并用ICP-OES测定，另用多酸消煮ICP-MS法验证回收率。研究中还测定了土壤有机碳（SOC）、pH和交换性钙，并运用线性模型、?idák校正对比和结构方程模型（SEM）分析城市化对磷库的影响及磷库与土壤性质的关系。
结果表明，城市化显著增加了土壤总磷储量。城市农田总磷储量介于28.0 ± 1.7至68.8 ± 6.7 g m
?2之间，明显高于城市森林参考土壤（23.7 ± 2.6 g m
?2）和农村农田参考土壤（14.2 ± 1.3 g m
?2）。长期城市化土壤（55.9 ± 3.9 g m
?2）显著高于短期城市化土壤（30.3 ± 1.6 g m
?2），高强度城市化土壤（55.8 ± 4.7 g m
?2）显著高于低强度城市化土壤（36.3 ± 2.1 g m
?2）。在磷库组分方面，所有操作定义的磷库储量均随城市化影响增加。其中PCa增幅最大，从短期城市化的2.5 ± 0.6 g m
?2增至长期城市化的14.2 ± 2.5 g m
?2，相对贡献从参考土壤的3%–7%升至强影响下的27%。PPa储量从1.4 ± 0.1增至5.4 ± 0.8 g m
?2，且可定量样品比例从24%升至71%。PSOM虽然检测限以上样品较少，但其储量也随城市化增加，参考土壤中则低于定量限。POCC储量在绝对值上随城市化增加（12.0 ± 1.1至17.9 ± 1.4 g m
?2），但相对贡献从参考土壤的85%–87%下降至强影响下的53%。可见城市化使磷库从以POCC为绝对主导，转变为PCa与POCC共同主导的格局。
双变量分析显示，PPa与PSOM和PCa的协变关系随城市化增强而加强，而PPa与POCC的关系相对较弱。SEM进一步表明，在短期城市化土壤中，PPa主要由PCa解释（标准化路径系数0.41）；在长期城市化土壤中，PCa（0.51）和PSOM（0.49）共同主导，POCC贡献较低（0.26）。在强度维度，低强度土壤中PCa是最强预测因子（0.49），高强度土壤中PCa（0.54）和PSOM（0.45）均重要。交换性钙与磷储备库关系密切，尤其与POCC和PCa正相关；而SOC并非PPa的显著直接预测因子。这些结果说明，城市化并未削弱SOM对PPa的控制，而是新增了钙结合态磷这一无机调控途径。
讨论部分指出，库马西城市土壤磷富集与城市化活动中家庭垃圾和建筑废弃物的随意堆放有关，因为当地废物收集覆盖率仅14%固体废物和3%液体废物。钙质建筑材料和含磷生物废弃物共同提高了土壤pH和交换性钙，促进了钙磷酸盐形成。POCC仍然活跃，表明铁铝氧化物固定途径并未消失，只是相对重要性下降。该研究的局限性在于连续提取法主要按提取剂选择性操作划分，不能完全区分各组分中的有机和无机磷；此外PSOM定量有限，且未直接分析废弃物材料本身的磷组成。
综上，城市化使热带城市农田表层土壤成为磷的净汇，磷库由氧化物包埋主导转向氧化物和钙结合双主导。PPa增加的同时，PCa作为潜在可动员储备库也显著积累。该发现为通过主动堆肥和有机废弃物还田来增强土壤磷供应、实现城市农业可持续性提供了理论依据。研究发表于《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》。
