土壤学

长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程的影响

王敬，程谊，蔡祖聪，等

摘要：目的：施用氮肥是提高农作物产量的重要措施，但当氮肥投入超过了农作物和土壤微生物对氮的需求，不仅对提高产量无益，反而会降低氮肥利用率，同时大量盈余的氮素很容易通过径流、淋溶、氨挥发和反硝化等途径损失，引发地下水硝酸盐污染、水体富营养化及温室效应等一系列负面环境问题。目前，单施及过度施用化学氮肥引起的与氮相关的环境问题尤为严重，而有机–无机配施措施已被证实在提高农作物产量和改善品质的同时可以降低与氮相关的环境污染。那么，长期施肥究竟影响哪些土壤氮素转化过程，进而影响土壤的供氮能力和保氮机制呢？长期施有机肥又是如何降低氮损失风险的呢？方法：综述了长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程的影响，讨论了各个氮转化过程之间的联系。结果：土壤氮素矿化—同化循环是自然界氮循环过程中两个至关重要的环节，是决定土壤供氮能力的重要因素。总体而言，长期施用氮肥，尤其是有机肥能显著提高初级矿化—同化周转速率；长期施肥可以刺激自养硝化作用，且有机肥的刺激作用更明显。因此，加入硝化抑制剂抑制自养硝化过程是降低农田土壤硝态氮损失的有效手段之一；施用化学氮肥和有机肥均能提高反硝化速率，且有机肥的刺激作用高于化学氮肥。有机肥一直被提倡用来改善土壤肥力和提高土壤固碳能力，无论是其单施还是有配施化学肥，均能有效地减轻硝酸盐污染，改善土壤肥力并提高作物产量。但是有机肥的施用并不是多多益善，有机肥过多施用也会增加氮损失的风险。结论：研究长期施肥对土壤氮各个过程的影响，有助于加强我们对长期施肥对土壤供氮能力和保氮机制的影响，可以为合理施用氮肥、提高氮肥利用率、减少与氮相关的环境污染提供理论依据。目前，有待深入开展以下几方面的研究，（1）施用有机肥可以缓解因长期施化学氮肥导致的土壤酸化以及大量的氮损失，但是过量的施入有机肥也会造成氮损失，因此亟待明确有机肥投入的阈值以及合理的有机无机肥投入比例。（2）通过施用硝化抑制剂可以在一定程度上抑制自养硝化过程和土壤硝酸盐浓度，而如何通过加入外源碳提高硝态氮同化过程来降低土壤硝酸盐浓度也是将来的研究方向。但是，外源碳输入亦会提高土壤反硝化和N2O排放损失。因而需要加强研究能够提高土壤硝态氮同化能力并尽可能降低反硝化损失的有效措施。（3）虽然通过对氮各个转化过程的研究可以知晓同一体系中矿化、同化、硝化和反硝化等过程的关联作用及交互影响，但是如何整体评价长期施肥对土壤氮循环以及生态环境效应的影响亟待明确。

来源出版物：土壤学报, 2016, 53(2): 292-304

入选年份：2016