坚持土肥高效管理 促进区域农田生态系统可持续发展

建立了肥料氮素微生物同化过程的评价方法，明确了肥料氮素保持和转化的驱动机制，为构建农田土壤氮素高效利用的管理模式奠定了理论基础

长期以来，氮素高效利用都是农田潮棕壤土壤肥力管理的核心问题。由于外源无机氮素向土壤有机态氮的转化是由微生物驱动的生物化学过程，只有加强肥料氮的微生物同化，才能减少无机氮在土壤中的积累，降低肥料氮素的损失风险。为突破评价外源氮素微生物的持续转化特性的方法学瓶颈，依托于沈阳站的¹⁵N 同位素示踪长期定位试验，利用稳定微生物标识物（氨基糖）的“记忆效应”，建立了肥料氮素微生物同化过程的评价方法，从而定量指示肥料氮素的长期微生物转化过程和积累能力。当平衡有效的能源、碳源和营养物质加入到土壤中后，微生物数量及其代谢活性迅速增加，同时伴随大量的微生物代谢物（如氨基酸）和残留物（如氨基糖）在土壤中积累，并可通过解聚矿化过程为作物和微生物持续提供可利用氮素，具有可高度循环性的氮素是土壤“有效氮过渡库”的重要组成部分。土壤微生物通过体内周转途径中的“碳泵”增强“续埋效应”，从而实现对土壤养分同化的贡献。“过渡态”氮素的解聚、矿化过程受土壤氮素水平的反馈调节。作物利用导致的土壤有效氮素含量下降是启动过渡态有机氮解聚过程的必要条件，因而其矿化过程与作物需要相吻合，可满足当季作物生长及后茬作物的氮素需求。因此，通过微生物能源和碳源调控手段，提高土壤中有机质的积累以及改善有机质活性，可提高无机氮素向“过渡态”氮素的转化速率，增加“过渡态”有效氮素的容量，通过“以碳控氮，碳氮平衡”的过程控制，最终降低土壤氮素的损失（图 3）。经过 10 年的覆盖秸秆 -¹⁵N 肥料示踪实验，证实了土壤“有效氮过渡库”对肥料氮素转化和作物利用的调控作用。覆盖秸秆通过促进微生物同化作用显著增加了肥料氮素在土壤中的残留，肥料氮素在耕层残留的显著增加促进了肥料氮素的再利用，降低了肥料氮素的淋失风险。