来源:Soil Ecology Letters 发布时间:2024/5/13 18:34:53
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SEL 不同作物生长季氮肥总损失特征及消减潜力:基于15N示踪研究的全球整合分析

论文标题:Patterns of crop-specific fertilizer-nitrogen losses and opportunities for sustainable mitigation: A quantitative overview of 15N-tracing studies

期刊:Soil Ecology Letters

作者:Cong Xu, Hanshen Zhu, Haokuang Liu, Cheng Ji, Jie Yuan, Guanlin Li, Jidong Wang, Yongchun Zhang

发表时间:16 Sep 2023

DOI:10.1007/s42832-023-0206-2

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在全球尺度上量化特定作物种植下的当季氮肥总损失,明确其驱动机制及减排潜力是制定氮素高效管理策略的关键。本研究运用整合分析(Meta分析)手段,定量了水稻、玉米、小麦种植土壤的当季氮肥总损失量及其与自然因子、土壤理化性质和施氮量等指标的关系。结果表明,施氮水平、年平均降水量、土壤有机碳含量和土壤pH是影响当季氮肥总损失量的主要驱动因子。在管理上采用优化施氮与土壤有机碳提升措施并重可在保证作物产量的前提下实现当季氮肥损失降低35%~60%。

氮肥在确保全球粮食安全方面发挥着至关重要的作用。然而不合理的氮肥施用易导致水体污染、大气污染与温室效应加剧等。定量特定作物种植下的当季氮肥损失总量,探寻其驱动机制是制定针对性保氮减排措施的关键。然而已有研究多基于单一点位、单一作物和单一损失途径进行分析,难以在更大尺度上获取当季氮肥损失的总体特征。

本研究运用Meta分析手段,对全球发表的79篇15N示踪文献中的960个观察值进行分析,定量了不同主粮作物种植下的当季氮肥总损失量及其与自然因子、土壤理化性质和施氮量等指标的关系。结果表明,由于施氮量较高且土壤有机碳含量较低,我国农田当季氮肥损失总量较欧美发达国家高36%~212%。通过随机森林模型分析发现,年平均降水量、土壤有机碳含量和pH值分别是影响小麦、玉米和水稻种植季氮肥流失的主要驱动因素。

本研究结果还表明,在等施氮量下,有机碳含量高的土壤当季氮肥损失量更低。进而通过情景分析发现,相比常规措施(情景A),在优化施氮的同时提升土壤有机碳含量(情景B)不仅可在保证作物产量的前提下实现当季氮肥损失降低35%~60%,还可“中和”55.0~135吨二氧化碳当量的温室气体排放。

本研究为评估“绿色发展”及“双碳”背景下的活性氮减排潜力、优化农田土壤碳、氮管理策略提供了定量依据。相关工作得到了国家自然科学基金(41907069)、江苏省优秀青年基金(BK20230076)及江苏省农业科技自主创新资金(CX(23)1019)的资助。

作者及团队介绍

徐聪(第一作者),男,博士,副研究员,硕士生导师,江苏省优秀青年基金获得者,江苏省农业科学院紫金人才(第五层次)。主要研究方向为土壤培肥与固碳减排。主持国家自然科学基金等科研项目6项,以第一或通讯作者发表论文14篇。邮箱:cxu@jaas.ac.cn。

朱翰绅(共同第一作者),男,江苏大学2024届硕士研究生。研究方向为土壤氮素损失调控。发表论文4篇,获一等奖学金及江苏省青土会研究生论坛二等奖。邮箱:hanshenZhu@outlook.com。

汪吉东(通讯作者),男,博士,研究员,硕士生导师,江苏省农业科学院资环所土壤肥力与植物营养团队首席,中国植物营养与肥料学会耕地培肥专业委员会副主任委员。主要从事土壤质量及作物养分高效管理研究工作。主持国家自然科学基金2项、省部级项目6项,发表论文50余篇。邮箱:jidongwang@jaas.ac.cn。

张永春(通讯作者),男,博士,二级研究员,硕士生导师,国家甘薯产业技术体系岗位专家,江苏省土壤学会常务理事、科技服务与咨询工作委员会主任。主要从事耕地保育和作物养分高效管理研究工作。主持国家重点研发计划专题、国家支撑计划专题等科研项目10余项,发表论文80余篇,获得省部级奖励7项。邮箱:yczhang66@sina.com。

SEL虚拟专辑文章合集

土壤生物地球化学循环

12. 丰富物种携带的独特基因促进青藏高原生长季节CH4的排放速率

11. 土壤细菌群落的地理分布特征(中国)及其与土地类型和土壤有机碳含量的关联

10. 施氮和生物炭添加对土壤无机碳源CO2排放的影响

9. 侵蚀对中国东北黑土土壤微生物碳利用效率的影响

8. 生物炭和生物风化矿粉通过碱化土壤增强无机碳固存

7. 土壤微生物碳利用效率对气候变暖的响应

6. 长期增温对青藏高原土壤生态酶活性及初始微生物养分限制无影响

5. 氮添加对白羊草地群落中不同功能物种植物-土壤-微生物化学计量特征的影响

4. 土壤磷决定了退耕还林过程丰富和稀有细菌群落的独特构建策略

3. 不同施肥对稻田土壤氧氨氧化活性、丰度及群落组成的影响

2. 土壤总氮矿化的根际效应:整合分析

1. 水稻生育期二氧化碳升高和氮肥施用对收获后土壤团聚体中根际沉积碳去向的影响

土壤微生物生态学

16. 重新审视土壤真菌生物标志物和转换因子:磷脂脂肪酸、麦角固醇和 rDNA 拷贝数的种间差异

15.施用猪粪的潮土比黑土和红土呈现出更高的抗生素耐药菌风险

14. 利用人工合成群落降低除草剂的使用

13. 高氮肥投入提高了稻田土壤微生物网络的复杂性

12. 不同芽孢杆菌菌株生长速率及抗氧化系统对酸胁迫的差异响应

11. 有机碳源多样性通过生态位调节激活土壤微生物群落功能

10. 相比化肥或有机肥单施,有机-无机配施建立了更稳定的土壤和根际微生物网络

9. 重新认识菌根:菌根真的如普遍认为的那样重要吗?

8. 土壤pH驱动紫金山小海拔尺度下土壤细菌群落的分异

7. 一平方米的土壤中生活着多少种细菌和古菌?

6. 土壤颗粒和水分相关因子驱动了锡林河流域河床-河漫滩-阶地连续体细菌群落的分异

5. 长期秸秆还田影响土壤细菌群落与硅形态相互转化的关系及提高水稻产量

4. 间作系统中丛枝菌根真菌的作用与变化

3. 细菌和真核生物群落的相互作用可能对对虾养殖池塘土壤生态系统的贡献

2. 不同农艺措施对根际和根区土壤细菌群落的影响

1. 植物通过根系分泌物招募假单孢菌协助抵抗地上部病原菌侵染

土壤污染与修复

13. 水稻根际微生物群落对镉污染土壤原位修复的响应差异

12. 脱硫石膏和三叶草种植对滨海盐渍枣园土壤及冬枣品质的影响研究

11. 长期覆盖农田土壤中塑料残膜的分布特征

10. 微塑料对水稻根际碳氮磷水解酶活性及其空间分布的影响

9. 黄土高原土壤微生物介导的酶促进了采后复垦人工林的次生演替

8. 结合宏基因组学评估消毒剂使用对土壤微生态的潜在风险

7. 新型生物炭物理结构和化学组成变化对水溶液中铜的吸附影响和机理研究

6. 重金属污染增加土壤微生物碳限制:来自生态酶化学计量学的证据

5. 两种水稻根系Cd胁迫响应的表型和代谢组学分析

4. 改性粉煤灰对Cd和Pb污染土壤的修复

3. 有机磷系阻燃剂在土壤-植物体系中的环境行为和生态效应

2. 性激素在水-土或沉积物体系中的吸附-解吸

1. 重金属污染土壤热固化修复再利用生态风险和人体健康风险评价方法体系构建

土壤动物及其生态功能

10. 免耕增加土壤微节肢动物丰度——基于全球尺度数据

9. 新引物可显著提高在土壤线虫群落宏条形码鉴定效果

8. 氮磷添加对大豆农田土壤线虫的影响

7. 低密度聚乙烯微塑料(LDPE)部分缓解重金属镉暴露对蚯蚓的生态毒理效应

6. 数据库和引物的选择对长白山不同植被土壤线虫群落组成的影响

5. 在微田间实验中施肥和杂草物种丰富度对土壤线虫群落影响

4. 植物资源输入对土壤线虫能量通量的影响受气候和植物资源类型的影响

3. 黑土农田区域和局域尺度蜘蛛、甲虫和蚂蚁的beta多样性分析

2. 纳米银在土壤动物食物链中积累和转移的潜在风险及对N元素传递的影响

1. 蚯蚓在长期免耕土壤中促进了根系来源碳向土壤大团聚体的累积

期刊简介

Soil Ecology Letters(SEL) 由高等教育出版社与中国科学院城市环境研究所共同主办,SpringerNature海外发行。报道领域包括:土壤生物多样性、土壤互营和食物网、土壤微生物组、土壤—植物相互作用、土壤生物地球化学循环、土壤生物修复和恢复、土壤多功能性、土壤生物对环境变化的响应和适应、土壤生态过程的突破性技术、新理论和模型。栏目包括但不限于:letter to editor, perspective, review, rapid report, research article, commentary, SEL digest。

出版模式

快速出版:加速审稿,以CAP模式快速发表。

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