豆科绿肥通过颗粒有机质氮含量的非均衡增加提升农田土壤有机氮库

近几十年来，集约化种植制度重化肥轻有机肥的特点加剧了土壤氮库的耗竭。土壤有机氮是土壤氮库的主要组成部分，促进有机氮的提升可减少活性氮损失，提高作物产量并维持其它重要的生态系统服务。增加土壤有机氮是建立高产、低环境影响的田间管理措施的关键目标。土壤有机氮不同的组分受到的物理化学保护程度存在较大差异，在氮素的短期供应和长期固存方面扮演着不同的角色，从而对土壤有机氮库的形成有不同的贡献。在因此，定量分析不同有机组分中氮含量的变化规律，了解其对土壤有机氮库的影响，对制定更好的田间氮素管理措施具有重要的指导意义。

图1 豆科绿肥（LGM）—冬小麦轮作重要时期

保护性耕作、秸秆还田、施用动物有机肥和引入绿肥都是提升土壤不同组分氮含量的常用田间管理方式。与其他田间管理措施相比，种植绿肥可以通过形成生物孔隙改善土壤结构及相应有机组分的分布格局。此外，绿肥对土壤有机氮矿化、作物氮素吸收、土壤残留氮素和相关功能基因具有重要影响。因此，相较于其它田间管理方式，绿肥处理提升有机氮库的路径可能存在明显不同。辩明引入绿肥对土壤有机氮积累有重要影响的有机质组分并进一步揭示它们对土壤有机氮积累的调控作用，有助于加深对绿肥种植模式下土壤氮循环的认识。

该研究基于绿肥—冬小麦轮作长期田间定位试验，研究了豆科绿肥(LGM)替代夏休闲对粗颗粒有机质 (cPOM), 游离/微团聚体间细颗粒有机质 (fPOM), 微团聚体内颗粒有机质 (iPOM) 和矿物结合态有机质(MAOM)中氮素分布的影响。通过将随机森林回归和结构方程模型相结合，该研究明确了影响土壤有机氮积累的关键有机质组分，并揭示了它们对土壤有机氮库的影响。与夏休闲相比，LGM处理使无保护（cPOM + fPOM）和受保护有机质组分（iPOM + MAOM）的氮含量分别提高了38-58%和9-16%。其中cPOM和iPOM氮含量增加是土壤有机氮含量提升的主要驱动因素。大、小团聚体中通过cPOM并经由iPOM介导的间接途径是调控土壤有机氮库的关键途径。综上所述，LGM主要通过提升cPOM和iPOM的氮含量增加土壤有机氮库，说明该田间管理方式可以提高土壤短期和长期氮素供应能力，有助于维持作物可持续生产。

图2 0–10 （a, c）和10–20（b, d） cm土层粗颗粒有机质 (cPOM),游离/微团聚体间细颗粒有机质 (fPOM), 微团聚体内颗粒有机质 (iPOM) 和矿物结合态有机质(MAOM)含氮量。

图3 基于结构方程模型建立了不同有机质组分间氮含量的因果关系。

相关研究成果以“Leguminous green manure enhances the soil organic nitrogen pool ofcropland via disproportionate increase of nitrogen in particulate organicmatter fractions”为题，发表在Catena 上。姚致远博士为论文第一作者，西北农林科技大学资源环境学院高亚军教授和张达斌老师为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（31801942,31801942）；国家重点研发专项（2018YFD020040306）等项目的资助。

来源：农环视界