农业生产中氮肥的施用是保证作物稳产高产的重要措施。肥料氮施入土壤经过一系列转化释放出矿质氮可被作物吸收利用，超过作物需求的活性氮可通过生物和非生物过程向土壤暂存活性过渡库（有机氮库和固定态铵库）转化，并在作物需氮高峰期再次矿化或释放供作物利用，这两种活性过渡氮库在调控肥料氮素转化及作物氮素吸收等方面发挥着重要作用。前期研究表明，与传统耕作相比，免耕秸秆覆盖还田的保护性耕作措施可有效降低肥料氮的气态和淋溶损失，提高肥料氮的利用效率和作物产量，但免耕秸秆覆盖农田肥料氮向固定态铵和有机氮库的转化与释放过程对土壤-作物系统肥料氮保持和供应潜能的影响尚不清晰。
基于此，中国科学院沈阳应用生态研究所生态系统碳氮循环与稳定性同位素技术应用组群农业生态工程组团队依托梨树保护性耕作长期研发基地，利用15N稳定同位素示踪技术，通过对作物关键生育期的观测，系统评价了免耕结合不同量秸秆覆盖（33%、67%、100%）对肥料氮向固定态铵和有机氮库转化及其随后释放特征的影响。研究结果显示，相比于传统耕作和免耕的无秸秆还田，免耕秸秆覆盖还田能有效提高玉米苗期肥料氮向固定态铵和有机氮库的转化，即增加了肥料氮在土壤中的保持能力，平均增幅为15.3 %和36.5 %；在作物需氮高峰期，新固定的肥料来源固定态铵可快速从黏土矿物晶格中释放出来供作物吸收利用，但新合成的肥料来源有机氮经再矿化释放矿质氮的潜能较低，这说明肥料来源固定态铵具有高的短期供氮潜能，相比之下，肥料来源有机氮则体现了长期的供氮潜能。此外，免耕秸秆覆盖措施可有效提高作物对氮肥的利用效率和作物产量，平均增幅为10.2 %和14.8 %。综合来看，免耕秸秆覆盖还田的保护性耕作措施通过促进作物需氮低峰期肥料氮向固定态铵库和有机氮库的转化，并提高其在作物需氮高峰期及整个生育期的释放，有效提高了肥料氮利用效率和作物产量，这对实现保护性耕作农业的可持续发展提供了新的视角。
该研究成果以“Enhancing fertilizer nitrogen environmental safety and soil sustainability: The role of no-tillage with straw mulching in maize production”为题于2025年1月发表在Agriculture, Ecosystems & Environment上。中山大学硕士生王雪莹与中科院沈阳应用生态研究所博士生陈家齐为第一作者，沈阳生态所鲁彩艳研究员和中山大学陈怀海教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、中科院战略先导专项和沈阳市科技计划项目等多个项目的资助。
免耕秸秆覆盖还田对肥料氮向固定态铵库和有机氮库转化与释放的影响
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https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.109480
