不同遗留磷土壤间的磷素动态：马铃薯产量响应揭示佛罗里达州东北部老成土需对Mehlich-3法进行重新校准

《Soil and Tillage Research》：Phosphorus dynamics across contrasting legacy-P soils: Potato yield response reveals need for Mehlich-3 recalibration in Northeast Florida Alfisols

　　

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  马铃薯产量对分步提取法测得的Mehlich-3约75 mg kg^-1有所响应，但对约125 mg kg^-1则无响应。
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  高遗留磷土壤中，施用磷肥后CaCl₂提取磷含量增加。
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  顺序磷分步提取法揭示了除常规土壤测试之外的功能池变化。
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  在砂质始成土中，分步提取法测得的M-3提取磷量约为M-1的1.4倍。

引言

2024年，佛罗里达州在美国各州中马铃薯产量排名第13位，收获面积排名第12位，种植面积为7162公顷，产量为230,100吨，估计产值为1.12亿美元（USDA-NASS, 2025）。马铃薯生产主要集中在东北三县农业区（TCAA），该高价值作物支撑着区域农业经济（Rens et al., 2018, Sandhu et al., 2024）。在该地区，马铃薯主要种植在粗质地始成土和灰化土上，其特征为极高的含砂量（>94%）、低有机质、浅而波动的地下水位以及表层有限的磷（P）吸附能力（Harris et al., 2010, Pesantes et al., 2025a）。然而，富含黏土、矿物包膜和铝结合有机碳的B层土壤反应性更强，增强了磷的吸附并促进了从A层和E层淋溶而来的磷的积累（Harris et al., 2010）。

数十年来，频繁施用磷肥一直是马铃薯保产的保障策略。这与美国东南部类似系统中农民的行为模式一致，据Kile等（2025）调查，风险规避心理促使农民即使土壤测试结果"充足"仍然施用磷肥。这种做法导致土壤遗留磷大量积累（长期施肥佛罗里达田间比未施肥土壤增加44%）（Singh et al., 2025）。根据这些作者的观点，这种积累的空间格局受作物类型、土壤特性、肥料种类和施用方式的影响，引发了对农业效率和场外磷损失的担忧，这在湿润沿海地区砂质、高遗留磷蔬菜系统中具有广泛代表性（Liao et al., 2015, Ruark et al., 2014, Sandhu et al., 2024, Van Zeghbroeck et al., 2021）。在此背景下，理解高遗留磷砂质马铃薯土壤中磷肥的行为和归宿仍是一项重大研究挑战。

这种保产方式造成了一个现实悖论：即使常规土壤测试值超过一般蔬菜充足阈值，马铃薯仍可能对磷肥施用产生响应（Qiu et al., 2022, Rosen et al., 2014, Sandhu et al., 2024）。这种响应与该作物固有的低磷利用效率（PUE；回收率仅10–15%；Van Zeghbroeck et al., 2021）、浅根系（>90%在上层25 cm内）以及在短生长季中从深层挖掘遗留磷能力有限有关（Munoz-Arboleda et al., 2006）。在佛罗里达州，目前UF/IFAS磷肥推荐用量历史性地来源于Mehlich-1（P M-1），并转换为Mehlich-3（P M-3）用于广义蔬菜生产的解释（Mylavarapu et al., 2021, Mylavarapu et al., 2014）。然而，最近的马铃薯田间试验报告称，在相对较高的土壤测试磷值下仍可获得产量增益（Qiu et al., 2022, Sandhu et al., 2024），表明仍需针对特定作物进行校准。与此同时，额外的磷输入可能会增加砂质土壤及浅地下水位条件下径流或淋溶的风险（Liao et al., 2015, Ruark et al., 2014），而精心管理的遗留磷消减可以在某些高磷系统中维持生产（Nair et al., 2020）。这些相互矛盾的结果凸显了需要为马铃薯完善土壤测试解释，同时明确区分农业充足性与环境磷迁移风险。

因此，一个基本关切是：作为佛罗里达州当前标准提取剂的P M-3，是否能有效预测粗质地土壤在波动地下水位条件下马铃薯可吸收的土壤磷（Van Zeghbroeck et al., 2021）。虽然M-3对一般蔬菜生产校准合理，但其在磷富集砂质始成土和灰化土中与马铃薯产量的相关性仍未确立，在这些土壤中遗留磷分层和固定动力学挑战了传统阈值（Nair et al., 2026, Pesantes et al., 2025b, Rodriguez et al., 2025, Sandhu et al., 2024）。这一差距凸显了迫切需要针对佛罗里达种植者，以初始磷梯度为基准，对M-3与产量响应之间进行马铃薯专属田间校准，以生成精确、可辩护的磷肥推荐量。

磷分步提取法提供了一种互补的诊断方法，通过将总土壤磷分配为按功能定义的各池，这些池在活性、植物可用性和环境迁移性方面存在差异（Gatiboni and Condron, 2021）。在简化的多阶段方案中，CaCl₂（0.01 M）可提取磷（P-CaCl₂）代表即时溶解且最具迁移性的池；随后的M-3提取代表在CaCl₂提取后残留的更广范围活性池；NaOH（0.5 M）可提取无机磷（Pi-NaOH）和有机磷（Po-NaOH）代表中等活性磷组分；HCl（1 M）可提取磷（P-HCl）捕获活性较低的形态；包藏磷通过总磷消解差值计算，代表残余功能池。由于每个组分都是方法定义的，该顺序中的M-3步骤应被解释为分步提取法测得的M-3，而非常规单步M-3土壤测试。尽管分步提取方案已被广泛应用于热带土壤和长期试验（da Silva et al., 2024, Gotz et al., 2024），但很少有研究量化亚热带砂质土壤中肥料磷的分配（Sato et al., 2009），尤其是在比较中遗留磷和高遗留磷马铃薯系统时。

因此，确定具有对比基线磷水平（从中磷到高磷富集）的土壤对磷投入增加是否表现出差异响应，对于完善施肥策略和避免砂质农业生态系统中不必要的营养负荷至关重要。我们假设：（i）种植在初始磷较低土壤中的马铃薯，尽管土壤测试磷超过一般蔬菜充足阈值，仍会对磷肥施用产生响应；（ii）初始磷较高的土壤将通过遗留磷供给维持产量，而额外的磷将优先增加可溶/可迁移磷池而非块茎产量。因此，本研究旨在：（i）量化在按对比基线土壤磷含量（分别为低磷和高磷）分层的田间中，马铃薯产量和磷吸收对增加磷用量的响应；（ii）使用快速分步提取方案表征功能定义土壤磷池中磷的分布；以及（iii）比较M-1与分步提取法测得的M-3相对于总提取土壤磷的相对提取能力。这些目标通过一项为期两年的田间试验（2023–2024）实现，该试验在具有对比土壤磷含量的商业马铃薯农业生态系统代表性地点进行。

章节摘要

实验地点特征

试验在美国佛罗里达州Hastings的佛罗里达大学食品与农业科学研究所（UF/IFAS）Hastings农业推广中心（HAEC）进行（29.7167° N, 81.5083° W）（图1）。HAEC的土壤被归类为始成土，具体为Ellzey系列的砂质、硅质、超热的沙质褐斑土（Soil Survey Staff, 2014）。

田间试验在两个具有对比基线土壤磷含量的地点（地点1和地点2）建立

磷质量平衡与块茎输出模式

表层（0–15 cm）总土壤磷含量在两个具有对比初始磷状态的地点间存在差异。2023年，低磷土壤的平均总土壤磷含量为131.0 mg kg^-1，高磷土壤为219.7 mg kg^-1，表明高磷土壤在试验开始时表层总土壤磷含量比低磷土壤高出约68%。到2024年马铃薯收获时，低磷土壤的平均总土壤磷含量增加至175.9 mg kg^-1，而高磷土壤平均

农业响应与初步马铃薯专属M-3解释

在两个作物季中，种植在具有对比初始分步提取法测得P M-3水平的砂质始成土上的马铃薯表现出对施肥的产量和磷平衡差异化响应。在高磷土壤中（分步提取法测得P M-3接近125 mg kg^-1），块茎产量在各磷肥用量水平下保持稳定，表明在本研究条件下额外的肥料磷并未缓解产量限制因子。相比之下，低磷土壤（分步提取法测得P M-3接近

结论

在佛罗里达州东北部具有粗质地、低吸附性始成土及浅地下水位的两年田间研究表明，马铃薯产量对磷肥施用的响应强烈依赖于初始土壤磷状态。低磷土壤（分步提取法测得P M-3接近75 mg kg^-1）中的马铃薯产量有所响应，但高磷土壤（接近125 mg kg^-1）中则无响应，表明需要对M-3解释进行马铃薯专属校准。由于M-3值是在顺序分步提取中获得的

CRediT作者贡献声明

Lincoln Zotarelli：撰写——审稿与编辑，资源，项目管理，方法，调查，经费获取，概念构思。Gustavo Franco de Castro：撰写——审稿与编辑，验证，方法，调查。Edson Marcio Mattiello：撰写——审稿与编辑。Judyson Matos de Oliveira：撰写——审稿与编辑，验证，方法，调查。Bernardo Amorim da Silva：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，

利益冲突声明

作者声明他们不存在已知的可能影响本论文所述工作的竞争经济利益或个人关系。

致谢

本研究由佛罗里达州农业与消费者服务部（FDACS）提供资金支持，用于资助"UF/IFAS肥料用量与养分管理研究"项目（PRO00047433和PRO00068821），以及FDACS——农业与水务政策办公室（PRO00040074）。我们感谢佛罗里达大学佛罗里达州Hastings农业推广中心工作人员的贡献，包括Zack Scarborough、J. Morgan Masters、David Baggett、Pam Solano以及

Bernardo Amorim da Silva|Judyson Matos de Oliveira|Gustavo Franco de Castro|Edson Marcio Mattiello|Lincoln Zotarelli