黑土農田土壤中肥料氮素轉化過程調控與去向研究獲進展

最新 11-18

東北黑土區是世界著名的「黃金玉米帶」，保持該區糧食綜合生產能力對於保證東北地區糧食生產和保障國家糧食安全戰略具有重大意義。該區域的農業生產高強度集約化，增產過度依賴氮肥。而由於人類對黑土資源的過度開發和掠奪式經營，致使土壤有機質數量和質量(活性)降低，土壤退化嚴重，生產能力下降。土壤退化最突出的表現之一是對氮素養分截獲的調控能力減退，最終導致氮肥利用率下降。可以說，氮素損失已成為制約該區農業高產高效和可持續發展的重要因素之一。

為了研究肥料氮在黑土農田土壤中的轉化特徵及其作物利用效率和損失風險，中國科學院瀋陽應用生態研究所農業生態工程組研究員魯彩艷採集吉林公主嶺典型中層黑土，通過3個作物生育期的室外盆栽試驗，利用15N同位素示蹤技術，系統研究了不同施肥量及其與玉米秸稈混合施用措施對於肥料氮在土壤不同氮庫之間轉化特徵和去向的影響。研究結果發現：

肥料氮施入土壤後，主要是通過微生物的同化作用轉化成有機氮，肥料氮來源的氨基酸氮庫是肥料氮來源有機氮庫的主要成分，隨著作物生育期的延長，肥料氮來源有機氮和氨基酸氮的含量顯著降低；與單施化肥相比，玉米秸稈與化肥配施顯著增加了肥料氮向土壤有機氮庫和氨基酸氮素的轉化和積累 (圖1)。該研究結果表明化肥配施高碳氮比玉米秸稈可調控肥料氮向過渡態有機氮庫(尤其是氨基酸氮庫)的轉化，這是降低肥料氮損失、提高其在土壤中的儲存量和後續作物利用潛能的主要機制。相關研究以Effects of N fertilization and maize straw on the dynamics of soil organic N and amino acid N derived from fertilizer N as indicated by15Nlabeling為題發表在Geoderma 雜誌上(文章鏈接1)。

肥料氮施入土壤後，主要是以有機氮的形式殘留於土壤中，其次是粘土礦物固定態銨，肥料氮來源礦質氮含量最低 (圖2)。經過三個作物生育期，肥料氮的累積利用率平均達61%左右，肥料氮的土壤殘留率為23%，氮肥損失率為16% (圖3)。與單施化肥處理相比，化肥和玉米秸稈配施促進了肥料氮向有機氮庫和粘土礦物固定態銨庫的轉化，進而提高了肥料氮在土壤中的殘留和作物利用效率，減少了肥料氮的損失風險。該研究結果說明通過採用化肥與玉米秸稈配施的措施可以調控肥料氮的轉化過程，實現增加氮肥利用效率、減少氮肥損失的目的。相關研究以Effects of N fertilization and maize straw on the transformation and fate of labeled (15NH4)2SO4among three continuous crop cultivations為題發表在Agricultural Water Management雜誌上 (文章鏈接2)。

魯彩艷為以上兩篇文章的第一作者。該項研究得到國家自然科學基金和國家重點研發計划子課題的資助。