過量施用氮肥會引起多個負面生態環境效應，土壤酸化是其中之一。我國南方紅壤本身呈酸性，氮肥施用加劇了紅壤酸化，提高了土壤毒性鋁和重金屬活性，制約了作物生產力發揮，降低了植物和微生物多樣性，對國家糧食安全、農產品品質和生態環境構成威脅。合理利用氮素對于減緩紅壤酸化和實現酸性土壤可持續利用十分重要。玉米適合在南方紅壤地區高溫多雨的氣候條件下生長，但紅壤的較大酸性限制了玉米生產潛力的發揮。此外，玉米氮肥用量大，利用率低，氮肥加重的紅壤酸化進一步限制了玉米生產力。因此，提高酸性紅壤上玉米氮肥利用率，減少氮肥用量，對于提升紅壤上玉米生產力、減緩紅壤酸化、降低氮的負面生態環境效應有重要意義。
中國科學院南京土壤研究所研究員沈仁芳課題組長期從事酸性土壤可持續利用研究。鋁毒是酸性土壤上植物生長的主要限制因子。銨態氮和硝態氮是對植物有效的兩種主要無機氮源。土壤中銨態氮通過硝化作用轉化為硝態氮，植物吸收銨態氮降低土壤pH，相反地，植物吸收硝態氮升高土壤pH。該課題組在土壤-植物系統種氮鋁相互作用方面開展系統深入研究，提出“協同提升酸性土壤作物耐鋁能力和氮肥利用率”的策略。前期在pH6.5的紅壤上，科研人員采用15N標記和土壤滅菌方法對玉米開展研究。結果表明，相對于硝態氮，玉米生長偏好銨態氮，此種偏好性顯著提高了氮肥利用率（Zhang et al., 2019, Plant and Soil）。但是，在強酸性（pH<5.0）紅壤上，玉米的銨硝偏好性和氮肥利用率及其機制尚不清楚。
此次在pH4.5紅壤上的研究表明，在不添加石灰時，玉米偏好硝態氮且氮肥利用率高，但是在添加石灰提高土壤pH時，玉米生長和氮肥利用率在銨態氮與硝態氮之間沒有差異；石灰在供應銨態氮時提高玉米生物量和氮肥利用率，而在供應硝態氮時效果較小。這表明玉米銨硝偏好特性和石灰效果依賴于土壤pH，酸性土壤上玉米偏好硝態氮，而在pH較高的土壤上玉米偏好銨態氮。對玉米根系不同距離的土壤理化性質和微生物群落結構研究表明，硝態氮導致玉米根際pH升高，對非根際pH影響較小，而銨態氮導致整個土體pH降低；硝態氮在玉米根際富集，銨態氮在玉米根際虧缺；玉米根區土壤細菌群落結構在兩種氮源之間差異顯著，而距根系較遠區域差異不明顯；玉米根系在銨態氮下招募耐酸耐鋁菌群，而在硝態氮下招募根際促生菌。該研究解析了不同pH土壤中玉米銨硝偏好的機制（如圖），為提高酸性紅壤上玉米生產力和氮肥利用率、減輕紅壤酸化提供了思路。
相關研究成果分別發表在Journal of Soils and Sediments和Geoderma上。研究工作得到國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項的資助。
不同pH土壤上玉米銨硝偏好的機制
日期：2021-07-29
中國科學院南京土壤研究所研究員沈仁芳課題組長期從事酸性土壤可持續利用研究。鋁毒是酸性土壤上植物生長的主要限制因子。銨態氮和硝態氮是對植物有效的兩種主要無機氮源。土壤中銨態氮通過硝化作用轉化為硝態氮，植物吸收銨態氮降低土壤pH，相反地，植物吸收硝態氮升高土壤pH。該課題組在土壤-植物系統種氮鋁相互作用方面開展系統深入研究，提出“協同提升酸性土壤作物耐鋁能力和氮肥利用率”的策略。前期在pH6.5的紅壤上，科研人員采用15N標記和土壤滅菌方法對玉米開展研究。結果表明，相對于硝態氮，玉米生長偏好銨態氮，此種偏好性顯著提高了氮肥利用率（Zhang et al., 2019, Plant and Soil）。但是，在強酸性（pH<5.0）紅壤上，玉米的銨硝偏好性和氮肥利用率及其機制尚不清楚。
此次在pH4.5紅壤上的研究表明，在不添加石灰時，玉米偏好硝態氮且氮肥利用率高，但是在添加石灰提高土壤pH時，玉米生長和氮肥利用率在銨態氮與硝態氮之間沒有差異；石灰在供應銨態氮時提高玉米生物量和氮肥利用率，而在供應硝態氮時效果較小。這表明玉米銨硝偏好特性和石灰效果依賴于土壤pH，酸性土壤上玉米偏好硝態氮，而在pH較高的土壤上玉米偏好銨態氮。對玉米根系不同距離的土壤理化性質和微生物群落結構研究表明，硝態氮導致玉米根際pH升高，對非根際pH影響較小，而銨態氮導致整個土體pH降低；硝態氮在玉米根際富集，銨態氮在玉米根際虧缺；玉米根區土壤細菌群落結構在兩種氮源之間差異顯著，而距根系較遠區域差異不明顯；玉米根系在銨態氮下招募耐酸耐鋁菌群，而在硝態氮下招募根際促生菌。該研究解析了不同pH土壤中玉米銨硝偏好的機制（如圖），為提高酸性紅壤上玉米生產力和氮肥利用率、減輕紅壤酸化提供了思路。
相關研究成果分別發表在Journal of Soils and Sediments和Geoderma上。研究工作得到國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項的資助。
不同pH土壤上玉米銨硝偏好的機制
日期：2021-07-29
