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来自沈阳农业大学的研究人员为探究 phoD 编码细菌对长期施肥的响应及在转化土壤有机磷中的作用，分析 34 年施肥实验，发现长期施有机肥可改善有机磷生物有效性，关键生态集群模块 #1 可增强土壤功能。该研究为富磷土壤磷素管理提供新视角。
磷是作物生长发育的关键大量营养素。然而，土壤固定和沉淀作用会降低其生物有效性，限制植物吸收。农业生产常依赖大量昂贵磷肥提高产量，这导致磷肥施用量远超作物吸收量，利用率仅 10 - 30%，在半封闭日光温室中问题更突出，还引发了一系列生态环境问题。
土壤磷通常存储在有机磷和无机磷库中，二者不断相互转化。有机磷矿化过程中，磷酸酶逐步水解有机磷化合物释放无机磷，其中碱性磷酸单酯酶（ALP）是重要媒介，可利用 90% 的有机磷，增强磷的生物有效性。Pho 基因家族编码 ALP，其中 phoD 是土壤细菌群落中最具代表性的 ALP 编码基因，但高磷土壤环境或肥料施用会抑制 phoD 编码细菌群落及其功能。目前，施肥对 ALP 活性潜在机制的影响尚不明确。
土壤生态系统多功能性指数常被用于评估多种因素对农业生态系统多个过程的综合影响。土壤微生物多样性对维持生态系统多功能性稳定和作物产量至关重要，而长期施肥会改变土壤理化特性和微生物多样性，影响土壤多功能性。有机肥可提高微生物多样性，增强土壤多功能性，但施肥引起的环境和营养条件变化会影响关键微生物生态集群的重要性和复杂性。
本研究旨在探究 phoD 编码细菌对长期施肥响应的生物学机制，以及它们在转化土壤有机磷生物有效性中的作用，揭示 phoD 编码细菌的关键生态集群如何介导土壤多功能性与产量之间的关系。研究人员分析了沈阳农业大学一处日光温室中进行的为期 34 年的施肥田间试验。试验提出三个假设：一是 phoD 编码细菌群落和结构对有机磷组分含量和土壤理化特性有响应，对长期氮、磷肥和有机肥料制度表现出不同敏感性；二是 phoD 编码细菌的关键生态集群而非整个群落驱动 ALP 活性和土壤多功能性，进而间接提高作物产量；三是 phoD 编码细菌的关键生态集群参与集约化富磷土壤中有机磷矿化机制的转化。
研究发现，有机肥料制度显著提高了番茄产量，相比无机肥料制度增产两倍以上（除施氮肥处理外）。经过 34 年的田间试验，各处理的土壤理化特性发生了变化。长期有机肥施用在磷矿化潜在过程中提供了活性中等有机磷（FAPo）作为磷生物有效性转化的来源，主要是从稳定组分转化为活性较高的组分（中等活性有机磷 MLPo 和活性有机磷 LPo），从而提高有机磷生物有效性。关键生态集群模块 #1 而非 phoD 编码细菌群落抵抗了氮肥对 ALP 活性的抑制，增强了土壤功能。这一研究为富磷土壤中磷矿化的保护和磷生物有效性的提高提供了新视角，有助于制定更可持续的富磷土壤磷矿化管理和保护政策。
