東北地理所在黑土有機培肥耕地質量保育與面源污染防控方面取得進展
黑土地是保障國家糧食安全的“壓艙石”和“穩壓器”。傳統施肥導致黑土地“變薄”“變瘦”“變硬”的問題日益突出。有機肥養分全面、肥效持久、碳源豐富，采用有機-無機肥混施是緩解黑土地“量減質退”趨勢的核心措施之一。然而，土壤有機培肥存在氮、磷的遺留性面源污染隱患。堅持農田生態系統優先綠色發展，全面、系統地解析有機培肥黑土生態系統中氮、磷流失的發生過程與機制，是關系到耕地質量保育與水環境安全的重要科學問題。
聚焦黑土有機培肥耕地質量保育與面源污染防控關鍵科學問題，東北地理所水環境污染與防治團隊依托吉林省杏木國家水土保持科技示范園，基于10年有機-無機肥混施非控制野外試驗研究（混施質量比：0%、30%、60%和100%），探明了化肥減量配施有機肥土壤中碳、氮、磷的積累效應，以及地表徑流中氮、磷的輸出特征與污染負荷。結果表明，化肥減量配施有機肥提高了土壤微團聚體的黏連效應及其對土壤有機質的物理保護作用。同時，化肥減量配施有機肥提高了土壤微生物的豐度和功能酶的活性，促進了礦物結合態氮、磷的溶解，以及有機態氮、磷的礦化。基于黑土培肥地力與污染防控相協同的目標，化肥減量30%配施有機肥是適于東北黑土區的最佳有機-無機肥配施比例。與對照組（有機肥配施比0%）相比較，該處理組土壤有機碳（SOC）、氨氮（NH4+-N）、硝氮（NO3--N）和速效磷（AP）的含量分別提高了18%、30%、570%和163%，地表徑流中總磷（TP）濃度降低了55%。但是，化肥減量配施有機肥在一定程度上提高了地表徑流中總氮（TN）的濃度，特別是化肥減量60%條件下，需重點關注氮素隨地表徑流流失的風險。
圖 1 試驗區概況圖
圖 2 化肥減量配施有機肥土壤有機碳、氮和磷的含量變化
圖 3 化肥減量配施有機肥地表徑流中氮和磷的濃度變化
相關成果發表在《Journal of Environmental Management》和《Applied Soil Ecology》上，由崔虎特別研究助理（第一作者）、歐洋副研究員（通訊作者）和祝惠研究員（通訊作者）等人共同完成。該研究得到國家自然科學基金青年科學基金項目（42307085）、中國科學院創新交叉團隊項目（JCTD-2020-14）、中國科學院青年創新促進會（Y2021068）和中國科學院東北地理與農業生態研究所青年科學家小組項目（2023QNXZ04）的共同資助。
論文信息及鏈接如下：
Cui,H.,Zhu,H*.,Shutes,B.,Rousseau,A.N.,Feng,W.D.,Hou,S.N.,Ou,Y*.,Yan,B.X.,2023. Soil aggregate-driven changes in nutrient redistribution and microbial communities after 10-year organic fertilization. Journal of Environmental Management,348,119306. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119306.
Cui,H.,Shutes,B.,Hou,S.N.,Wang,X.Y.,Zhu H*.,2024. Long-term organic fertilization increases phosphorus content but reduces its release in soil aggregates. Applied Soil Ecology,203,105684. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2024.105684.
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