基于15N示踪的东北黑土地保护性耕作农田减氮增产调控机制

保护性耕作是退化黑土地培肥地力的重要措施,但地力提升后氮肥减施条件下保护性耕作农田的稳产增产是否具有可持续性尚不明晰.本研究依托中国科学院保护性耕作研发基地的长期免耕定位试验研究平台,设置常规垄作(RT)、免耕无秸秆还田(NTO)、免耕100％秸秆还田(NTS)和连续9年免耕100％秸秆还田培肥后氮肥减施20％(RNTS)4个处理,采用15N示踪田间微区试验,探究长期保护性耕作培肥地力下氮肥减施对玉米产量和肥料氮转化的影响.结果表明:经过一个完整生育期,不同耕作方式下肥料氮在东北黑土农田中的土壤残留率、植株利用率和气态损失率平均比例分别为34％、50％和16％;与常规垄作相比,保护性耕作(NTS和RNTS)使肥料氮当季利用效率显著提高了 10％～14％.通过氮素来源分析发现,不同耕作方式下植株及各部位(籽粒、秸秆、根和玉米芯)吸收的肥料氮占其总吸氮量的比例均在40％左右,土壤始终是为作物供应氮素的主体;与常规垄作相比,保护性耕作通过降低土壤扰动、增加有机质输入显著提高了0～40 cm土壤全氮储量,有效保障了退化黑土地农田土壤氮库扩容增效.2016-2018年,NTS和RNTS处理玉米产量较常规垄作显著提高.综上,长期实施免耕秸秆覆盖还田耕作方式,可提高肥料氮当季利用效率、保障土壤对作物持续供氮,即使氮肥减施20％,也可实现连续3个生长季玉米稳产高产,同时降低肥料氮损失带来的环境风险,实现东北黑土地农业绿色可持续发展.