近日，四川农业大学农学院任万军教授团队完成的题为“Potato–rice and garlic–rice rotation increases soil phosphorus availability through phosphate-solubilizing bacteria and root exudates in upland–paddy cropping systems”的研究论文在农林科学国际主流刊物《Agriculture, Ecosystems & Environment》 (一区TOP，IF=6) 在线发表。该研究由四川农业大学任万军教授课题组独立完成。四川农业大学农学院在读博士生刘琦和青年教师周伟为共同第一作者，任万军教授为通讯作者。该研究获国家自然基金联合基金（U20A2022）和国家重点研发计划（2023YFD2301901）资助。
提升单位土地面积的农业生产效能，比如提高耕地的复种指数，是破解资源承载与人口增长矛盾的关键路径。为提高作物产量，大量磷肥被投入到农田生态系统中，但磷肥的利用率低，造成严重的环境污染。如何提高土壤“储存”的磷，提高磷素有效性尚待明确，尤其是在水旱轮作体系中。因此，任万军教授团队基于长期定位试验，以四川地区典型的3种水旱轮作模式为研究对象，明确了不同水旱轮作种植系统磷素有效性及其差异成因，为磷素管理和水旱轮作可持续生产技术提供理论支撑。
在水旱轮作系统中，土壤处于磷盈余状态，是因为52.38% ~ 97.61%的外源投入磷未被作物吸收利用，尤以大蒜—水稻和马铃薯—水稻的旱季更为明显，高达88.99% ~ 97.61%。在旱季作物成熟期，马铃薯—水稻和大蒜—水稻的磷活化系数比小麦—水稻高85.18%和30.47%（图1）。经过两个水旱轮作周期后，大蒜—水稻和马铃薯—水稻根际土壤中的磷酸二钙、磷酸八钙、磷酸铝盐和磷酸铁盐含量增加，闭蓄态磷和磷灰石含量减少，磷素有效性提高。分析原因发现，大蒜—水稻和马铃薯—水稻模式旱季根际环境中低分子量有机酸浓度和酸性磷酸酶活性、解磷细菌丰富度和多样性、磷循环功能基因丰度高于小麦—水稻。进一步分析发现，除酸性磷酸酶外，有机酸对大蒜—水稻的磷有效性影响最大，而解磷细菌对马铃薯—水稻的磷可用性影响最大。然而，解磷细菌、酸性磷酸酶或有机酸对小麦—水稻的影响较弱（图2）。因此，在农业生产中，采用能够富集解磷细菌且根系分泌物丰富的作物与水稻进行轮作，可提高土壤磷素有效性，降低对磷肥的依赖。
图1 不同水旱轮作模式旱季和稻季成熟期土壤速效磷（a）和磷活化系数（b）
注：RHI：根际，NRHI：非根际。U_M：旱季成熟期，P_M：稻季成熟期，GR：大蒜—水稻，PR：马铃薯—水稻，WR：小麦—水稻。
图2 水旱轮作磷素有效性与影响因素的关系
全文链接：
https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.109721
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