农业集约区域农田土壤氮矿化重要吗？

氮是作物必需的营养物质，但土壤中唯一能被作物吸收和利用的矿质氮仅占土壤总氮的1%左右。虽然施用氮肥通常是向作物提供氮的必要方法，但土壤氮矿化（nitrogen mineralization, Nmin）是微生物活动中将有机氮转化为无机氮的关键过程，也是保证氮营养的必要条件。然而，强Nmin也可能导致过量的硝酸盐和铵态氮，这些硝酸盐和铵态氮可以通过地表径流丢失或浸出到地下水中，从而导致水污染。尽管已有大量报告记录了不同土地利用方式下的土壤Nmin率，如林业、草地、农田，但缺乏对土壤Nmin及其对环境潜在影响的区域评估，特别是对于集约化经营的农业区。而硝化作用（Nitrification, Nit）是与土壤Nmin相关的另一种重要的土壤N转化，对土壤中N形态的调节也有着重要作用。土壤N转化与Nmin是耦合过程，因土壤Nmin和Nit受多种因素影响，农田土壤Nmin和Nit存在较大的空间差异。土壤Nmin受农业管理方式、温度、湿度、pH、通风、土壤有机质组成、土壤结构、土壤肥力和土壤微生物等影响。然而，这些因子对不同农田土壤Nmin的影响存在差异，特别是在空间变异条件下。在本研究中，我们对集约化农业区域农田土壤Nmin进行了评估，分析了土壤Nmin与土壤变量之间的关系，并进一步讨论土壤Nmin对水质等环境的潜在影响。本研究通过4周的培养试验，测定了云南省大理市典型集约化农业区5种农田土壤（A–C为玉米地，D为烤烟地，E为菜地）Nmin速率、Nit速率及相应的土壤非生物特性。结果表明：土壤Nmin速率在0.10–0.17 mg·kg−1·d−1之间，以菜地E最高，烤烟地D次之、玉米地C、B、A最低;土壤Nit在434.2–827.1 µg·kg−1·h−1之间变化，以烤烟田D最高，其次为菜地E、玉米地C、玉米地B和玉米地A。表明不同田区土壤Nmin和Nit速率随海拔升高而降低。土壤Nmin和Nit速率与土壤全氮、溶解有机碳和无机氮等关键土壤参数呈正相关，表明土壤参数对农田土壤Nmin和Nit具有调控作用。土壤Nmin与Nit呈显著正相关，表明两者的耦合关系。以上发现有助于进一步了解土壤Nmin在不同农田间的空间变化响应，为解决集约经营农业区不同农田土壤氮平衡问题提供参考。

总体而言，这项研究对典型集约化农业区农田土壤Nmin进行了评价，探讨了在海拔变化的空间尺度下，影响农田土壤Nmin的关键土壤因子。本研究发现土壤Nmin和Nit的速率在不同的采样区存在空间差异。土壤Nmin速率和Nit随海拔升高而降低，并与土壤全氮、有效碳氮等关键土壤参数相关。该项研究建议在典型集约化农业区域尺度上评价面源污染时应考虑农田土壤Nmin的贡献。

该研究已于2023年发表在《农业科学与工程前沿》（英文）期刊上，DOI：10.15302/J-FASE-2023515。