玉米残茬覆盖调控肥料源有机氮组分内循环提升农田土壤氮素持留的机制研究

　　为解决农田土壤有机氮(SON)组分转化机制不明确的问题，中国科学院研究人员通过9年15 N标记试验，揭示了肥料氮在酸解氮(HN)与非酸解氮(NHN)组分的分配规律，发现玉米残茬覆盖通过促进微生物组分(ASN/AAN)积累和HUN-HAN-AAN转化通路，将肥料氮持留率从6.9%提升至10.9%，为农田氮素管理提供了新视角。

　　

氮素是作物生长的关键元素，但传统化学氮肥的利用率普遍不足50%，大量残留氮在土壤中经历复杂的转化过程。土壤有机氮(SON)占总氮库90%以上，作为"缓存池"调控着氮素的持留与释放。然而，由于SON组分来源和化学性质的异质性，肥料源氮在特定SON组分中的转化路径及其农业调控机制长期不明。尤其在全球推行保护性农业的背景下，玉米残茬覆盖如何通过改变SON组分动态来提升氮素利用效率，成为农业与环境科学交叉领域的重要命题。

中国科学院沈阳应用生态研究所团队在《Geoderma》发表的研究，通过为期9年的¹⁵
N标记定位试验，结合酸解分级技术，首次系统解析了肥料氮在6类SON组分（包括酸解铵态氮HAN、氨基糖氮ASN、氨基酸氮AAN、酸解未知氮HUN、非酸解氮NHN及固定态铵）中的动态分配规律，并阐明玉米残茬覆盖的调控机制。研究采用同位素比率质谱(EA-IRMS)测定¹⁵
N丰度，通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析ASN衍生物，借助高效液相色谱-电喷雾质谱(HPLC-ESI-MS)定量AQC标记的氨基酸，并运用结构方程模型(SEM)揭示组分间转化路径。

研究结果

3.1 总残留¹⁵
N的年际变化
数据显示，施肥首年约26.6%的氮存留于土壤，第9年降至6.9%-10.9%。玉米残茬覆盖使残留氮量显著提升，100%覆盖处理(T2)在第9年比无覆盖(T0)提高57%，证明残茬输入能有效减缓氮素流失。

3.2 肥料源有机氮组分动态
• 酸解氮(HN)主导早期氮持留：首年HN占比达90%，其中HUN(25.5-27.7 mg/kg)和HAN(8.4-10.3 mg/kg)是主要赋存形态，而微生物组分ASN(1.4-1.5 mg/kg)和AAN(7.6-9.2 mg/kg)占比较低。
• 组分功能分化明显：HAN和HUN呈现快速周转特征，前3年降幅达70%；ASN和AAN则体现稳定作用，第9年AAN占比升至50.5%，且残茬覆盖使其含量提升89.3%。
• 非酸解氮(NHN)的长期贡献：虽然首年NHN仅占1.2-1.9%，但其占比随时间显著增加，T2处理在第9年NHN含量比T0提高52.3%，表明残茬促进氮素向稳定形态转化。

3.3 微生物组分的核心作用
残茬覆盖显著提升ASN和AAN积累，T2处理的AA-¹⁵
N在第9年比T0高75.5%。结构方程模型揭示HUN通过三条路径影响氮持留：直接释放HAN(路径系数0.32)、转化为AAN(0.28)和ASN(0.19)，证实HUN是组分间功能互补的关键枢纽。

3.4 玉米残茬的调控效应
100%残茬覆盖使HN的年下降速率降低21%，并通过"微生物竞争抑制"机制减少粘土固定态铵占比（首年T2比T0降34.4%）。值得注意的是，残茬输入延迟了HUN的释放峰值至第3年，表明其可调节活性氮库的释放节奏。

结论与意义
该研究首次阐明肥料氮在SON组分中的长期转化轨迹：早期优先进入活性HN组分（特别是HUN和HAN），随后通过微生物介导逐步向稳定态AAN和NHN迁移。玉米残茬覆盖通过三重机制提升氮效率：①增强微生物固持，使AA-¹⁵
N成为最大氮库；②促进HUN向HAN和AAN转化，实现功能互补；③延缓活性氮释放。研究成果为优化保护性农业的氮管理提供了理论依据，指出通过调控SON组分内循环可同时实现氮素高效利用与环境保护的双重目标。