《Nutrient Cycling in Agroecosystems》：Regenerative management and fertiliser regime impacts on phosphorus cycling in a temperate grazed pasture
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磷（Phosphorus, P）循环支撑着放牧草地系统的生产力和肥料利用效率。然而，关于再生农业实践（如增加牧草多样性和替代性放牧管理）的影响，目前仍缺乏量化研究。研究人员在一个为期三年的旱地放牧实验中，研究了再生系统和传统系统对土壤-植物-动物磷动态的影响。
磷（Phosphorus, P）循环支撑着放牧草地系统的生产力和肥料利用效率。然而，关于再生农业实践（如增加牧草多样性和替代性放牧管理）的影响，目前仍缺乏量化研究。研究人员在一个为期三年的旱地放牧实验中，研究了再生系统和传统系统对土壤-植物-动物磷动态的影响。再生系统包含12种牧草的多样化混合草场，采用短时放牧与延长恢复期的管理方式；而传统系统则采用紫花苜蓿（Medicago sativa L.）的最佳实践放牧。两个系统均设置了高磷和低磷肥料处理。研究人员定量分析了植物有效磷和生物土壤磷库、酸性磷酸酶活性、牧草磷浓度、动物磷摄入量以及粪便磷归还量。结果表明，磷肥处理导致了土壤有效磷库的显著差异，但管理类型对此无影响。在第三年的最终采样中，高肥处理的土壤微生物生物量磷（Microbial Biomass P）高于低肥处理（24.4 vs. 15.8 mg P kg–1, P = 0.001）。平均而言，在最终土壤采样中，再生管理下的土壤酸性磷酸酶（Acid Phosphatase）活性比传统管理高出21%（P = 0.01）。牧草磷浓度范围为1.4至4.4 g P kgDM–1，并与土壤水分含量呈强相关（R2 = 0.50–0.65）。仅在第二年，传统系统的动物磷摄入量比再生系统高8.1 kg P ha–1。粪便磷归还量从第一年传统系统较高（+7 kg P ha–1; P < 0.001）转变为第三年再生系统较高（+3 kg P ha–1; P = 0.03）。这些结果表明，三年时间足以让再生放牧管理开始显著改变磷循环过程，特别是在酸性磷酸酶介导的磷矿化作用和粪便磷归还方面。然而，土壤本体的磷肥力库仍由施肥历史而非管理类型主导。
一、研究背景与科学问题
磷（Phosphorus, P）是牧草生长的关键养分，直接影响放牧草地系统的生产力和肥料利用效率。传统上，为维持高产，通常需大量施用磷肥，但其最佳用量受植物种类、根系特征、产量目标、土壤性质及气候条件等多种因素影响，存在较大争议。与此同时，降低投入成本和环境压力的需求日益增长，推动了再生农业等替代管理策略的发展。再生农业旨在通过减少或免耕、多物种覆盖作物、轮牧、减少合成肥料和农药投入等措施，改善土壤功能，尤其是提升养分循环效率，以减少养分损失和外部输入，同时维持或提高生产力。尽管有证据表明再生实践可能增强土壤生物活性和牧草养分浓度，但其对植物生产力和养分循环的具体影响仍因情境而异，尚不明确。特别是，在放牧草地系统中，结合多样化牧草种群与替代性管理的再生系统如何影响磷循环，此前缺乏大规模、涉及家畜的实验验证。因此，本研究旨在量化并比较在高低两种磷肥输入下，再生与传统温带放牧草地系统中土壤、植物和动物各组分间的磷循环关键环节。
二、研究方法概述
该研究依托位于新西兰林肯大学的新西兰再生农业旱地实验（Regenerative Agriculture Dryland Experiment, RADE），在2022年建立，持续三年。实验采用五区组拉丁方设计，共80个样地，本研究聚焦于其中前两个方阵的32个样地（8个重复/处理）。四种处理分别为：高肥传统（HC）、高肥再生（HR）、低肥传统（LC）、低肥再生（LR）。再生系统播种12种牧草混合草场，采用短时高强度放牧与长恢复期；传统系统则为紫花苜蓿单播，采用标准最佳实践放牧。高肥目标奥森磷（Olsen P）为20 mg P kg–1，低肥为10 mg P kg–1。研究团队通过土壤采样（春季和秋季，0-75 mm深度）测定三种植物有效磷（Olsen P、树脂提取磷Resin P、Mehlich-3 P）、微生物生物量磷（Microbial Biomass P, MBP）及酸性磷酸酶（Acid Phosphatase, PHOS）活性。同时，采集放牧前后牧草样品测定全磷浓度，并收集放牧后新鲜羊粪测定总磷。基于牧草干物质（DM）产量差计算动物磷摄入量，并根据能量需求和消化率模型估算粪便干物质排出量，进而计算粪便磷归还量。
三、主要研究结果
土壤磷
磷肥处理导致土壤有效磷库产生显著差异。自2023年春季施肥后，高肥处理的Olsen P、Resin P和Mehlich P均值分别达到24、77和107 mg P kg–1，显著高于低肥处理的9、35和42 mg P kg–1。然而，除2024年春季Olsen P显示传统高于再生外，管理类型对土壤有效磷无显著影响。微生物生物量磷在2025年秋季达到峰值（均值20.1 mg P kg–1），且在此次采样中，高肥处理显著高于低肥处理（24.4 vs. 15.8 mg P kg–1, P = 0.001）。
酸性磷酸酶活性
酸性磷酸酶活性在前两次采样（2023年春、2024年秋）中处理间无差异。但在2025年秋季最终采样中，再生管理（HR）显著高于传统（HC）（P = 0.03），且再生系统整体活性比传统系统平均高21%（P = 0.01）。这表明再生管理促进了土壤有机磷的矿化作用。
牧草磷与动物磷摄入
牧草磷浓度范围在1.4至4.4 g P kgDM–1之间，传统系统（均值3.0 g P kgDM–1）显著高于再生系统（均值2.7 g P kgDM–1，P < 0.001），高肥处理也显著高于低肥处理（3.1 vs. 2.7 g P kgDM–1，P < 0.001）。牧草磷浓度与土壤水分含量呈正线性关系（R2 = 0.50–0.65）。三年间，传统系统的动物年均磷摄入量比再生系统高5.3 kg P ha–1 yr–1（P < 0.001），但这一差异主要体现在第一年（+8.1 kg P ha–1），第二、三年差异不显著。
粪便磷归还
粪便磷浓度传统系统高于再生系统，高肥处理高于低肥处理。粪便磷归还量在第一年和第二年，传统系统显著高于再生系统（分别高7和4 kg P ha–1 yr–1）。但在第三年发生逆转，再生系统比传统系统高出3 kg P ha–1（P = 0.03）。此外，仅在第三年，高肥处理的粪便磷归还量显著高于低肥处理（+6 kg P ha–1 yr–1，P < 0.001）。
四、讨论与结论
主成分分析（PCA）表明，数据变异主要由采样时间驱动，而非处理本身，反映了季节动态（特别是土壤水分）对磷循环过程的强大控制作用。综合来看，尽管三年时间不足以使管理类型改变土壤本体磷肥力库（其仍由长期的施肥历史决定），但再生放牧管理已开始可测量地影响磷循环过程。具体表现为：再生管理显著提升了土壤酸性磷酸酶活性，这有助于将有机磷转化为植物可利用的无机磷；同时，粪便磷归还量在第三年从低于传统转为高于传统，暗示了再生系统中磷在动物-土壤界面的重新分配。这些变化可能源于多样化牧草种群与短时高频放牧模式的协同效应。研究结论指出，再生管理能够在相对较短的时间尺度上启动磷循环过程的转变，尤其是在生物驱动的磷矿化和粪便返还环节，这对于理解再生农业体系中的养分自我维持潜力具有重要意义，并为优化放牧草地磷管理提供了新的视角。
