农业生产中化学氮肥的施用能有效提高作物产量，但长期过量的氮肥施用将导致大量肥料氮通过不同途径发生气态和淋溶损失，造成环境和地下水氮素污染问题。研究表明，与传统耕作相比，免耕结合秸秆覆盖还田的保护性耕作措施可有效提高氮素利用效率和作物产量、提升土壤有机质含量，是保障土壤肥力与国家粮食安全、促进农业可持续发展的重要措施之一。矿质氮是氮素各形态损失的共同的源，因此，明确免耕秸秆覆盖措施对农田土壤肥料氮向矿质氮库的更新转化特征、及肥料来源矿质氮向深层土壤剖面的垂直运移规律的影响机制对降低肥料氮淋溶损失风险、提高氮素利用效率具有重要意义。

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，通过15N示踪的田间原位微区试验，经过3年的连续观测（2016-2018年），首次准确量化了东北黑土免耕秸秆覆盖农田肥料氮向矿质氮库的转化规律以及肥料来源矿质氮在0-300 cm土壤剖面的分布特征，并对比了不同秸秆还田量（33%、67%、100%）的作用效果，以探究保护性耕作技术下肥料氮的垂直运移规律和淋溶损失风险。研究结果显示：99%的作物根系分布在0-120 cm土层，且高达7%的肥料氮以硝态氮的形式垂直运移至120 cm土层以下，不可被作物利用进而发生淋溶损失；这一结果明确了东北黑土农田土壤硝态氮120 cm的淋溶界限，即120 cm以下土层为肥料氮的淋溶损失层；相比于传统耕作，免耕秸秆覆盖技术能有效降低肥料氮向矿质氮库的转化，平均降幅为36%；其次，免耕秸秆覆盖技术可减缓肥料氮向深层土壤剖面的垂直运移，降低肥料氮的淋溶损失，降低幅度达43%；同时，免耕秸秆覆盖措施可有效提高肥料氮的利用效率和作物产量。结合作物产量、肥料氮累积利用效率和淋溶损失等多方面来看，免耕结合33%以及100%的秸秆覆盖措施在东北黑土农田的综合作用效果最好，这为科学合理地在东北黑土区推广保护性耕作技术提供了重要参考。

该研究成果以“No-tillage with straw mulching restrained the vertical transportation of chemical fertilizer N and reduced its leaching loss in Northeast China”为题于2024年3月发表在Agriculture, Ecosystems & Environment上。中科院沈阳应用生态研究所特别研究助理胡艳宇为第一作者，沈阳生态所鲁彩艳研究员和中山大学李佳欣为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、沈阳市科技计划项目和中科院特别研究助理项目等多个项目的资助。

免耕秸秆覆盖对作物产量、作物氮素利用效率、肥料氮有效性及其垂直分布特征的影响

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