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全球主要谷物的磷肥利用效率长期偏低，这既加速了有限磷矿资源的耗竭，也导致了农田磷素向水体的过量流失。2026年9月3日，中国科学院南京土壤研究所梁玉婷研究员团队在《Nature Food》期刊发表了题为《Global patterns and feasible improvement potential of phosphorus use efficiency in cereal croplands》的研究论文。该研究构建了覆盖58个国家153个站点的1259组田间观测数据库，运用机器学习模型绘制了全球玉米、水稻和小麦的高精度磷肥利用效率分布图，并且系统评估了多层现实约束条件下的可行提升潜力。
研究团队集成学习模型的预测结果显示，全球玉米的平均磷肥利用效率为25.1%，水稻为25.0%，小麦为24.2%。这些效率值在空间分布上呈现出强烈的不均衡特征，非洲大陆的平均效率仅为19.8%至21.1%，明显低于亚洲大陆的25.3%至27.0%和欧洲大陆的25.0%至27.4%。研究团队利用SHAP方法对特征重要性进行分解后发现，施肥量、肥料类型和种植制度等管理因素的预测贡献与土壤属性指标大致相当，而年均温和降水等气候因素对磷肥利用效率的影响相对较小。铁铝氧化物含量较高的强固磷土壤（如氧化土）所对应的预测效率比全球平均值低了2.8%至5.9%。
进一步地，研究人员设计了包含五种管理维度、共计144种组合的评估框架，并依次施加了作物磷吸收安全阈值、环境适宜性和区域采用概率三层现实约束条件。他们在未施加任何约束的情况下，模型预测的技术提升潜力为玉米14.8%、水稻14.4%和小麦14.1%，而叠加三层约束之后的可行提升幅度分别下降至6.0%、5.2%和5.8%。采用概率与经济成本构成的第三层约束造成了91.4%至93.4%的衰减比例，其影响程度远超环境适宜性约束的4.1%至6.4%和磷吸收约束的2.0%至2.4%。随后，作者的环境适宜性筛查结果还表明，微生物肥料的应用受制于低温和土壤酸碱度条件，全球仅有48.8%至54.2%的农田通过了该项筛选，欧洲地区的通过率最低，仅为28.9%至42.9%。
随后，团队发现种植制度调整是所有管理维度中贡献最大的来源，全球平均可带来1.8%至2.4%的磷肥利用效率提升，肥料类型改变和施肥方法改进分别贡献了1.3%至1.5%和0.4%至0.7%的提升幅度。并且团队发现在可行性约束情景下，有机肥成为占比最高的肥料类型，覆盖了57.6%至63.5%的高置信度农田区域，常规矿物肥料和增效肥料的占比分别为23.3%至26.0%和9.0%至10.5%，微生物肥料的占比最低，仅为3.8%至7.4%。此外，在种植制度的选择方面，轮作制度和单作制度分别覆盖了30.5%至51.8%和31.4%至43.0%的农田面积，而间作制度覆盖了16.8%至26.5%。
最后，研究团队将高置信度区域按照1960年至2018年的累积磷盈余水平划分为四个等级，发现管理措施带来的效率提升从最低四分位的4.3%至5.2%逐步下降至最高四分位的3.0%至3.6%，而施肥量调整的贡献则呈现相反的递增趋势。此外，在低遗留磷区域，作物磷吸收约束严格限制了施肥量的削减幅度（仅为-0.4至-0.7公斤磷每公顷），效率提升不得不更多依赖管理制度的深层变革。并且研究发现中国、印度和美国三个国家贡献了全球可实现提升总量的主要份额，其中美国在玉米和小麦上的份额分别达到17.6%和19.5%。该研究提供的空间显式评估框架为区域差异化的磷素管理策略奠定了方法学基础，也为全球磷资源的可持续利用和粮食安全保障提供了新的科学依据。
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