Geoderma丨辛国荣教授团队揭示作物残体分解驱动土壤磷循环的微生物机制

       近日，中山大学农业与生物技术学院辛国荣教授团队围绕农田生态系统中作物残体分解过程及其对土壤磷转化的调控机制开展系统研究，相关成果“Crop residue decomposition contributes to soil phosphorus availability by promoting microbial phosphorus transformation”发表于国际知名TOP期刊《Geoderma》（JCR Q1，IF=7.9）。

       磷是维持农业生态系统生产力和作物生长发育的重要营养元素。然而，土壤中的磷大多以难溶态或有机结合态存在，植物可直接吸收利用的有效磷比例较低，导致农田生态系统普遍面临磷利用效率不高的问题。长期依赖高强度磷肥投入虽能在一定程度上缓解作物缺磷，但也显著增加了农业生产成本，并可能引发水体富营养化等农业面源污染风险。因此，探究土壤中磷活化与高效循环机制，对于保障粮食安全与推动农业绿色可持续发展具有重要科学意义和现实价值。

       研究以农田土壤为对象，结合作物残体分解培养实验、宏基因组测序及磷循环功能基因解析，系统揭示了作物残体分解促进土壤磷有效性的微生物驱动机制。结果表明，作物残体分解能够显著提升土壤有效磷含量，促进微生物生物量磷的积累，并增强土壤磷酸酶活性，从而加速有机磷向植物可利用形态的转化。在分解早期，土壤中无机磷、有机磷以及不同形态的磷酸酯等多种活性磷组分均明显提升，说明作物残体输入能够在短时间内重塑土壤磷库结构（图1和图2）。

图1. 作物残体分解及时间对土壤无机磷形态的影响

图2. 作物残体分解及时间对土壤有机磷形态的影响

       土壤中与有机磷矿化、无机磷溶解及磷转运相关的功能基因丰度随着作物残体持续分解而增加。其中，作物残体分解处理土壤中的pho-、gcd等关键磷循环功能基因的相对丰度显著提高，微生物群落功能由磷摄取导向转变为以有机磷矿化过程为主导，表明微生物介导的磷活化过程得到增强（图3）。

图3. 作物残体分解对土壤磷循环功能基因组成与多样性的影响

       进一步分析表明，作物残体分解过程中土壤微生物功能基因表达、酶活性变化与磷组分之间的耦合关系显著增强，表明作物残体分解能够通过强化微生物介导的磷转化过程，促进不同形态磷素之间的动态转化与有效释放，从而提高土壤磷素生物有效性。

图4. 土壤磷循环功能基因与酶活性及土壤性质的相关性及其与有效磷的关系

       上述研究从微生物生态学角度，系统揭示了作物残体分解过程中土壤磷循环的微生物调控机制，为作物残体资源化利用与耕地质量提升提供重要科学依据，也为减少化学磷肥依赖、推动农业绿色低碳发展提供了科学支撑。

       中山大学农业与生物技术学院为论文第一完成单位。博士后项瑶为论文第一作者，辛国荣教授与何春桃副教授为共同通讯作者，博士生曹孟岩及硕士研究生宋玉、靳程、将双淇等共同参与该项研究工作，广州艾米生态农业科技有限公司提供了研究基地，研究工作得到国家自然科学基金项目支持（32171683）。

       论文链接：https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2026.117771

初稿：项瑶     初审：何春桃、辛国荣     审核：肖仕     终审：杨德胜