沈陽生態(tài)所在全球玉米農(nóng)田肥料氮利用效率和去向方面取得進展
農(nóng)田施用氮肥會顯著提高糧食產(chǎn)量,然而過量施用氮肥也會造成作物利用率下降、損失增多并進而引發(fā)環(huán)境問題。量化施入農(nóng)田氮肥的去向和利用效率是農(nóng)田氮肥管理的基礎。為實現(xiàn)可持續(xù)糧食生產(chǎn)的目的,研究人員設計了不同農(nóng)田管理措施來增加作物產(chǎn)量和氮肥利用率,同時也減少氮損失帶來的環(huán)境污染。然而,在不同土壤-氣候和農(nóng)田管理條件下,氮肥去向和利用效率存在較大差異。認識這些差異及其背后的原因可以幫我們更好地管理氮肥,提高其資源效率,減少其損失帶來的環(huán)境污染。
基于此,中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學研究組與美國馬里蘭大學環(huán)境科學研究中心阿巴拉契亞實驗室合作,收集了全球74篇利用15N田間原位示蹤法量化玉米農(nóng)田肥料氮去向的文獻(圖1),從中提取了366個觀測數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析比較了常規(guī)耕作條件下氮肥利用率和氮肥去向的地區(qū)間差異,并進一步分析了不同農(nóng)田管理措施的影響。研究發(fā)現(xiàn),施入玉米系統(tǒng)的當季氮肥全球平均有41%被作物吸收利用,31%殘留在土壤,28%損失掉(進入水體和大氣)。其中作物吸收利用表現(xiàn)出明顯的地域差異,歐美國家的吸收比例(42-54%)要顯著高于中國( 33%)(圖2)。相關(guān)分析表明,中國玉米農(nóng)田氮利用效率較低可能與該地區(qū)較低的土壤有機質(zhì)含量有關(guān)。通過對比9種不同的農(nóng)田管理措施對氮肥去向的影響,發(fā)現(xiàn)氮肥深施和多次施用可顯著增加玉米產(chǎn)量、氮吸收和氮肥利用率,并減少損失。該研究系統(tǒng)總結(jié)了以往15N示蹤玉米農(nóng)田肥料氮去向方面的研究結(jié)果,增加了人們對有關(guān)不同自然和農(nóng)田管理條件下氮肥去向差異的理解,為提升農(nóng)田氮肥管理提供了科學依據(jù)。



圖3. 不同農(nóng)田管理措施對玉米產(chǎn)量、氮吸收、肥料氮貢獻比例(%Ndff)以及農(nóng)田肥料氮去向(15N uptake、15N soil retention、15N unrecovered)的影響
英文簡寫,EEFs:增效氮肥(包括緩控釋肥,硝化/脲酶抑制劑添加等);OF:其他氮肥(相比尿素,試驗其他銨態(tài)氮肥);NT/RT:免耕或少耕;DP:氮肥深施;ISF:氮肥多次施用;RBP:減少氮肥基施的比例;COM:氮肥和有機物料同時施用;IFR-H:增加氮肥用量(增幅≥100%);IFR-L:增加氮肥用量(增幅<100%);RFR-L:減少氮肥用量(減幅<50%);RFR-M:減少氮肥用量(減幅=50%);RFR-H:減少氮肥用量(減幅>50%)
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