增加土壤磷素的有效性和磷肥的利用效率
当前集约化作物生产中，磷肥投入量大、土壤磷素累积高导致的高环境风险是限制作物绿色生产的重要问题。挖掘作物高效吸收利用磷的土壤-根际过程，能够提高作物对土壤和肥料磷的利用效率，减少磷肥施用，是集约化农业生产中实现可持续磷素管理的有效途径之一。如何最大化发挥根际效应进而提高土壤磷素有效性及根系对磷的吸收仍需要深入研究。本课题以玉米为研究对象，通过田间及模拟试验研究根际调控措施对提高土壤磷的有效性和磷肥利用率（PUE）的影响及其机理，主要研究内容包括：（1）玉米与豆科作物互作对活化土壤磷的作用（Hassan et al., 2013）；（2）生物刺激素（以微生物菌剂为代表）对提高根际磷有效性的作用；（3）田间条件下磷肥施用方式（如条施）、氮磷肥配施（如施用磷酸二铵）对土壤磷有效性的影响；（4）新型资源化废弃物（鸟粪石、有机肥和污泥堆肥）替代化肥对提高土壤有效磷的作用。
本研究的主要目的是：（1）明确土壤中不同磷库的组成、磷素转化过程；揭示时间（短期和长期田间定位试验）和空间尺度（表层/深层土，模拟/田间）上不同玉米种植体系（如玉米-豆科互作）及施肥方式对磷肥利用率的影响。（2）明确根际调控措施对提高土壤有效磷和磷肥利用率的影响，通过盆栽及根箱试验阐明根际特征对磷素有效性的影响及其机制，并在田间条件下验证。（3）提出可持续的磷肥施肥策略，实现区域尺度上的磷素循环的目标。
本研究利用传统磷素浸提方法及新监测手段、新技术，结合盆栽、根箱及田间试验阐明根际调控对土壤有效磷及磷肥利用率的影响及机理。在土壤磷素形态测定方面，土壤连续浸提方法（Hedley）可分析土壤不同磷形态含量；拉曼光谱和X射线吸收近边结构（X-ANES）用于监测土壤无机磷组分，核磁共振技术（31P-NMR）用于土壤有机磷形态的测定。在根际特征的研究方法上，土壤微生物量磷及磷酸酶活性的测定用于表征土壤微生物活性，根系形态、根系分泌物、菌根侵染率的测定用于表征磷高效吸收的根际特征。同时土壤磷素释放的动力学特征同位素标记、及薄膜扩散梯度(DGT)的方法用于追溯磷素在土壤中的移动。
