農田土壤硝態氮的徑流和淋溶加劇了地表水體富營養化和地下水硝酸鹽污染,其根源在于施入的銨態氮肥在短時間內轉變成易流失的硝態氮。因此,控制土壤中硝態氮的產生和累積是減少氮素損失的關鍵措施之一。已有研究發現,氮肥配施硝化抑制劑可以抑制硝態氮產生和淋洗,但硝化抑制劑亦會增加氨揮發損失并造成土壤有機污染。而通過提高土壤硝態氮同化速率降低土壤硝態氮濃度一直未受重視。該過程獨具優勢,它將硝態氮轉變為微生物生物量氮進行短期儲存隨后可以發生再礦化,具有保氮功能且環境友好。
中國科學院南京土壤研究所研究員王慎強課題組博士程誼,利用15N稀釋和示蹤技術,發現了加入菜籽餅、雞糞甚至提高大氣CO2濃度等碳源調節手段對土壤硝態氮同化速率均沒有顯著影響(Biology and Fertility of Soils, 2015;Soil Biology & Biochemistry, 2016),而加入牛、羊糞則可以提高硝態氮同化速率(Biology and Fertility of Soils, 2016)。前期研究結果表明,加入農作物秸稈、闊葉林凋落物等碳源提高了土壤硝態氮同化速率(Biology and Fertility of Soils, 2012;Plant and Soil, 2014)。
基于此,采用整合分析的方法,在全球范圍內搜集到19篇文章計47個數據點,進一步綜合評價了外源碳輸入對土壤硝態氮同化速率的影響。結果表明,外源碳的數量和質量決定了其對硝態氮同化的刺激作用與否。簡單碳源如葡萄糖,當其加入量超過500 mg C kg-1時即可以提高硝態氮同化;復雜碳源如秸稈、動物糞便,僅當其C/N比超過18后才能提高硝態氮同化(Soil Biology & Biochemistry, 2017)。在《土壤學報》上撰寫了題為《應重視硝態氮同化過程在降低土壤硝酸鹽濃度中的作用》的綜述文章,進一步強調了加入特定的碳源提高硝態氮同化是不爭的事實,希望加強硝態氮同化在降低土壤硝酸鹽累積方面的研究,并提出了針對該過程未來亟待解決的關鍵問題。針對土壤硝態氮同化過程的研究工作于2016年得到了國家基金委自然科學基金面上項目的資助。
外源碳輸入對土壤硝態氮同化速率的綜合影響