磷是所有生物体必不可少的营养物质,植物生长和发育需要大量的磷。预计到2050年,农业中的磷使用量将增加50-86%,以满足全球人口增长导致的粮食需求增加。磷矿是不可再生资源,在全球范围内,可开采的磷矿预计将在60-100年内耗尽。另一方面,由于磷在土壤中的流动性差,扩散率低,磷肥的当季利用率只有10-15%,因此长期施用大量的磷肥往往会造成土壤磷的积累。过量施磷会导致地表和地下水的富营养化等环境问题,并进一步降低磷的利用效率。环境风险和资源限制是当前农田磷管理面临的最重要挑战。因此,管理农业系统的磷投入和产出,通过可持续的农田磷管理将土壤有效磷浓度保持在合理的范围内,将有助于最大限度地提高粮食安全和降低环境风险。此外,目前磷在生态系统和环境中的循环是开放的和破碎的。畜禽粪便是作物生产的最佳营养来源之一。粪肥的不充分回收在资源浪费的同时也造成潜在的环境风险。通过回收粪肥闭合磷在农业系统中的循环一方面有助于缓解磷资源限制,另一方面能够避免直接损失造成的环境风险。为此,本研究分别通过室内培养,根箱和盆栽试验系统研究了不同磷源在土壤中的转化过程,根际过程对不同磷源在土壤中转化的影响以及调控有机磷源高效利用的策略。并通过田间试验明确了基于零盈余的综合调控对玉米农学及环境效益的影响。从而提出可持续磷肥施肥策略,以期通过更严格地实施可持续农业磷管理和磷循环策略,以确保有限的磷资源的长期可用性,实现农田尺度上闭合磷循环的目标。本研究主要结果如下:（1）通过土壤磷顺序分馏和31p液体核磁共振（NMR）研究了过磷酸钙（SSP）和有机磷源,即鸡粪（PM）、牛粪（CM）、玉米秸秆（MS）和牛骨粉（CB）对典型酸性和碱性土壤中磷组分分布的影响。结果表明,在潮土和红壤中,CM在改善土壤磷的可利用性方面优于其他磷源。与其他磷源相比,补充了CM的潮土和红壤中的Olsen-P浓度分别增加了 12.7-34.5 mg·kg-1和8.5-25.3 mg·kg-1。加入SSP、PM和CM的红壤的ΔOlsen-P与潮土相比,平均下降了19.6 mg·kg-1、6.4 mg·kg-1和10.6 mg·kg-1。31P-NMR 研究表明,正磷酸盐含量是影响不同磷源的磷利用率的主要因素。结构方程模型（SEM）分别解释了潮土和红壤中95.0%和91.0%的Olsen-P变化。pH值是影响不同的磷源中的磷在红壤中向活性磷组分的分布的主要因素。总之,我们的研究发现牛粪在提高土壤中的磷可利用性方面是一种优越的可再生磷源,其使用在磷回收方面具有重要的实际意义。（2）基于根箱试验,研究了玉米生长对三种磷源(过磷酸钙（SSP）、鸡粪（PM）和牛粪（CM）的响应,以及根际过程对土壤中不同磷源转化的影响及其生物学机制。结果表明,CM对玉米生长有显著的正向影响,与SSP相比,CM的玉米生物量增加了28.48%。CM和SSP在提高土壤磷有效性方面具有相同的效果。与PM相比,SSP和CM的土壤Olsen-P浓度分别增加了35.53%和28.22%。此外,CM增强了土壤微生物的共生模式。随机森林（RF）分析用于确定前20个最重要的ASV。前20名ASV主要为变Proteobacteria、Gemmatimonadota和Chloroflexi。CM诱导玉米根际过程的表现显著促进了微生物介导的根际磷周转。微生物通过增加磷酸酶和植酸酶活性直接或间接提高土壤磷的有效性。与非根际土壤相比,CM根际土壤中的Olsen-P浓度增加了7.65%。与非根际土壤相比,CM根际土壤中Resin-P的浓度增加了8.86%,NaHCO3-Po和NaOH-Po 的浓度分别降低了24.18%和 33.76%,从而提高土壤磷的有效性。这些发现强调了微生物介导的根际磷周转在有效利用粪便磷中的重要性。（3）通过盆栽试验研究了添加外源碳（果糖和碳纳米管）后不同磷源（过磷酸钙（SSP）、鸡粪（PM）和牛粪（CM））下的土壤磷素可用性及微生物介导的土壤磷周转以及对玉米生长的影响。结果表明,外源碳输入可有效地提高土壤肥力和增加土壤生物多样性,介导土壤磷周转从而提高土壤磷素有效性。但高浓度果糖则抑制了玉米生长和磷素吸收。低剂量碳纳米管对玉米生长和土壤磷周转存在显著的积极作用,而高剂量碳纳米管则对微生物介导的土壤磷周转和植物磷吸收没有显著的影响。将土壤碳磷比提高至CM处理水平,显著促进了不同磷源下的玉米生长和磷素累积。与CK,SSP和PM相比,CKc,SSPc和PMc的玉米生物量分别相应地提高了19.34%,7.93%和15.46%,磷素累积量分别相应地提高了43.14%,24.31%和24.59%。将土壤碳磷比提高至CM处理水平,显著促进了以PM为磷源的土壤Olsen-P浓度,与PM相比,PMc土壤Olsen-P浓度显著提高了15.88%。高土壤碳磷比则抑制了以SSP为磷源的土壤Olsen-P浓度,与SSP相比,SSPc和SSPc+C 土壤Olsen-P浓度分别降低了12.95%和17.87%。添加果糖提高土壤碳磷比至CM处理水平显著提高了以SSP和PM为磷源的土壤细菌α多样性。添加碳纳米管后,以PM为磷源的Proteobacteria的相对丰度显著下降,Acidobacteriota的相对丰度显著提高。Chujaibacter的相对丰度,在提高土壤C:P后,显著增加。这表明,调控土壤C:P 比以提高磷利用效率应该控制在合理的比例。总之,我们的结果表明,适度提高土壤C:P是有前景的调控策略可以在高效利用有机磷源以闭合磷在农业系统中循环的农业实践中发挥作用。（4）通过田间试验研究了基于零盈余的循环磷系统对玉米生长及磷利用效率的影响。基于磷投入和产出的平衡设计了 6个处理,分别为:无磷对照（CK）,50%优化磷肥系统（CF0.5）,优化磷肥系统（CF）,150%优化磷肥系统（CF1.5）,优化鸡粪磷肥系统（PM）和优化牛粪磷肥系统（CM）。结果表明,优化磷肥系统能够兼顾粮食安全与环境保护的双重目标,在玉米产量,磷利用效率以及磷平衡和经济效益方面,综合得分最高,是可持续农田磷管理策略最优方案。不同磷肥系统均显著提高了玉米产量,2020-2022年CF系统玉米产量均已超过农户高产潜力水平（10.3 t·ha-1）。与CF系统相比,PM系统的玉米产量在2020和2022年分别较CF系统显著下降3.62%和10.89%,但2021年PM系统的玉米产量与CF系统无显著差异。不同磷肥系统均显著提高了 0-20cm 土层的土壤Olsen-P浓度。PM系统的综合得分最低,通过回收鸡粪以缓解磷资源限制在短期内不可持续。CM系统玉米产量与CF系统无显著差异,但仍未达到产量临界水平。与鸡粪相比,通过回收牛粪以闭合磷在农田尺度的循环对于粮食安全和环境保护的双重目标是更有利的,但仍需进一步优化粪肥利用效率,降低肥料成本。（5）基于三年田间试验的结果,探讨了不同磷肥系统对玉米生产系统SOC、NECB和NEEB的影响。结果表明,PM和CM的SOC浓度均较化学磷肥系统显著提高。PM和CM系统的SOC浓度在2020-2022年平均为12.57 g kg-1和12.91g kg-1,分别较CF系统显著提高了5.73%和 8.57%。CF1.5,PM和CM系统均显著提高了温室气体排放,与CF系统相比,CF1.5,PM和CM系统的温室气体排放分别增加了9.52%,16.34%和30.64%。CF1.5系统实现了最大的碳平衡,达到8181.75 kg·C·ha-1。与CF系统相比,CF1.5系统的籽粒碳、秸秆碳、根系碳和根际沉积物碳分别显著增加了4.68%,14.95%,14.98%和14.91%。CF系统表现出最高的碳可持续性和净生态系统经济效益（NEEB）。与CF系统相比,CF0.5和PM系统的NEEB分别显著降低了13.22%和9.6%。与PM系统相比,CM系统的NEEB提高了10.10%。尽管同回收粪肥以闭合磷循环的磷肥系统（PM和CM）增加了土壤碳固存,但同时也增加了温室气体的田间排放。与CM系统相比,PM系统的碳足迹显著增加,净生态系统经济效益显著下降。因此,从长远来看,需要严格的政策和补贴来规范粪肥施用,降低粪便储存、运输和施用成本,以鼓励农民使用粪便。同时通过田间调控,减少粪肥使用过程中的温室气体田间排放,以促进粪肥的更可持续利用。综上,本研究结果表明,基于零盈余的综合调控有助于缓解矿物磷资源限制,同时提高玉米产量,有助于在区域尺度上闭合磷循环。