東北黑土區(qū)是世界著名的“黃金玉米帶”，保持該區(qū)糧食綜合生產(chǎn)能力對(duì)于保證東北地區(qū)糧食生產(chǎn)和保障國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略具有重大意義。該區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高強(qiáng)度集約化，增產(chǎn)過(guò)度依賴(lài)氮肥。而由于人類(lèi)對(duì)黑土資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)和掠奪式經(jīng)營(yíng)，致使土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量(活性)降低，土壤退化嚴(yán)重，生產(chǎn)能力下降。土壤退化最突出的表現(xiàn)之一是對(duì)氮素養(yǎng)分截獲的調(diào)控能力減退，最終導(dǎo)致氮肥利用率下降?？梢哉f(shuō)，氮素?fù)p失已成為制約該區(qū)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效和可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。
為了研究肥料氮在黑土農(nóng)田土壤中的轉(zhuǎn)化特征及其作物利用效率和損失風(fēng)險(xiǎn)，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所農(nóng)業(yè)生態(tài)工程組魯彩艷研究員采集吉林公主嶺典型中層黑土，通過(guò)3個(gè)作物生育期的室外盆栽試驗(yàn)，利用15N同位素示蹤技術(shù)，系統(tǒng)研究了不同施肥量及其與玉米秸稈混合施用措施對(duì)于肥料氮在土壤不同氮庫(kù)之間轉(zhuǎn)化特征和去向的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
肥料氮施入土壤后，主要是通過(guò)微生物的同化作用轉(zhuǎn)化成有機(jī)氮，肥料氮來(lái)源的氨基酸氮庫(kù)是肥料氮來(lái)源有機(jī)氮庫(kù)的主要成分，隨著作物生育期的延長(zhǎng)，肥料氮來(lái)源有機(jī)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(jī)氮庫(kù)和氨基酸氮素的轉(zhuǎn)化和積累 (圖1)。該研究結(jié)果表明化肥配施高碳氮比玉米秸稈可調(diào)控肥料氮向過(guò)渡態(tài)有機(jī)氮庫(kù)(尤其是氨基酸氮庫(kù))的轉(zhuǎn)化，這是降低肥料氮損失、提高其在土壤中的儲(chǔ)存量和后續(xù)作物利用潛能的主要機(jī)制。相關(guān)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 by 15N labeling”為題發(fā)表在Geoderma雜志上(文章鏈接1)。
肥料氮施入土壤后，主要是以有機(jī)氮的形式殘留于土壤中，其次是粘土礦物固定態(tài)銨，肥料氮來(lái)源礦質(zhì)氮含量最低 (圖2)。經(jīng)過(guò)三個(gè)作物生育期，肥料氮的累積利用率平均達(dá)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(jìn)了肥料氮向有機(jī)氮庫(kù)和粘土礦物固定態(tài)銨庫(kù)的轉(zhuǎn)化，進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)。該研究結(jié)果說(shuō)明通過(guò)采用化肥與玉米秸稈配施的措施可以調(diào)控肥料氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)增加氮肥利用效率、減少氮肥損失的目的。相關(guān)研究以“Effects of N fertilization and maize straw on the transformation and fate of labeled (15NH4)2SO4 among three continuous crop cultivations”為題發(fā)表在Agricultural Water Management雜志上 (文章鏈接2)。
魯彩艷為以上兩篇文章的第一作者。該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題的資助。
圖1. 施肥量和玉米秸稈施用對(duì)肥料氮來(lái)源有機(jī)氮和氨基酸氮累積的影響
圖2. 肥料氮在土壤不同形態(tài)氮庫(kù)中的轉(zhuǎn)化特征
圖3. 肥料氮在土壤-作物系統(tǒng)中的分配與去向
