農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)氮肥的施用能有效提高作物產(chǎn)量，但長(zhǎng)期過(guò)量的氮肥施用將導(dǎo)致大量肥料氮通過(guò)不同途徑發(fā)生氣態(tài)和淋溶損失，造成環(huán)境和地下水氮素污染問(wèn)題。研究表明，與傳統(tǒng)耕作相比，免耕結(jié)合秸稈覆蓋還田的保護(hù)性耕作措施可有效提高氮素利用效率和作物產(chǎn)量、提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，是保障土壤肥力與國(guó)家糧食安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。礦質(zhì)氮是氮素各形態(tài)損失的共同的源，因此，明確免耕秸稈覆蓋措施對(duì)農(nóng)田土壤肥料氮向礦質(zhì)氮庫(kù)的更新轉(zhuǎn)化特征、及肥料來(lái)源礦質(zhì)氮向深層土壤剖面的垂直運(yùn)移規(guī)律的影響機(jī)制對(duì)降低肥料氮淋溶損失風(fēng)險(xiǎn)、提高氮素利用效率具有重要意義。
基于此，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)與穩(wěn)定性同位素技術(shù)應(yīng)用組群農(nóng)業(yè)生態(tài)工程組團(tuán)隊(duì)依托梨樹(shù)保護(hù)性耕作長(zhǎng)期研發(fā)基地，通過(guò)15N示蹤的田間原位微區(qū)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)3年的連續(xù)觀測(cè)（2016-2018年），首次準(zhǔn)確量化了東北黑土免耕秸稈覆蓋農(nóng)田肥料氮向礦質(zhì)氮庫(kù)的轉(zhuǎn)化規(guī)律以及肥料來(lái)源礦質(zhì)氮在0-300 cm土壤剖面的分布特征，并對(duì)比了不同秸稈還田量（33%、67%、100%）的作用效果，以探究保護(hù)性耕作技術(shù)下肥料氮的垂直運(yùn)移規(guī)律和淋溶損失風(fēng)險(xiǎn)。研究結(jié)果顯示：99%的作物根系分布在0-120 cm土層，且高達(dá)7%的肥料氮以硝態(tài)氮的形式垂直運(yùn)移至120 cm土層以下，不可被作物利用進(jìn)而發(fā)生淋溶損失；這一結(jié)果明確了東北黑土農(nóng)田土壤硝態(tài)氮120 cm的淋溶界限，即120 cm以下土層為肥料氮的淋溶損失層；相比于傳統(tǒng)耕作，免耕秸稈覆蓋技術(shù)能有效降低肥料氮向礦質(zhì)氮庫(kù)的轉(zhuǎn)化，平均降幅為36%；其次，免耕秸稈覆蓋技術(shù)可減緩肥料氮向深層土壤剖面的垂直運(yùn)移，降低肥料氮的淋溶損失，降低幅度達(dá)43%；同時(shí)，免耕秸稈覆蓋措施可有效提高肥料氮的利用效率和作物產(chǎn)量。結(jié)合作物產(chǎn)量、肥料氮累積利用效率和淋溶損失等多方面來(lái)看，免耕結(jié)合33%以及100%的秸稈覆蓋措施在東北黑土農(nóng)田的綜合作用效果最好，這為科學(xué)合理地在東北黑土區(qū)推廣保護(hù)性耕作技術(shù)提供了重要參考。
該研究成果以“No-tillage with straw mulching restrained the vertical transportation of chemical fertilizer N and reduced its leaching loss in Northeast China”為題于2024年3月發(fā)表在Agriculture, Ecosystems & Environment上。中科院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所特別研究助理胡艷宇為第一作者，沈陽(yáng)生態(tài)所魯彩艷研究員和中山大學(xué)李佳欣為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、沈陽(yáng)市科技計(jì)劃項(xiàng)目和中科院特別研究助理項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目的資助。
免耕秸稈覆蓋對(duì)作物產(chǎn)量、作物氮素利用效率、肥料氮有效性及其垂直分布特征的影響
原文鏈接：https://authors.elsevier.com/c/1ir30cA-IrlDs
附件：