保护性农业助力集约水稻种植系统扭转氮负平衡，提升土壤氮素水平

为解决东印度恒河平原水稻种植系统氮素流失问题，研究人员开展保护性农业（CA）对氮平衡影响的研究，发现 CA 可改善土壤氮状况，意义重大。

　　在东印度恒河平原（EIGP）的水稻种植世界里，一场关乎土壤 “健康” 与作物 “口粮” 的挑战正悄然上演。这里的水稻土天生 “氮素养分” 不足，而传统的种植方式，就像一个个 “氮素小偷”。水稻插秧时，把秧苗插进淹水、耙过的土壤，后续作物播种前又进行高强度浅耕、清除残茬，还直接撒播种子和肥料。这样一来，施入的氮肥在淹水、干湿交替的环境中，通过淋溶、反硝化和挥发等途径大量流失；高强度的耕作和残茬处理，更是让土壤中的氮素不断减少。作物产量因此受到严重影响，传统水稻种植系统的可持续性也岌岌可危。

为了拯救这片土地的土壤氮素状况，来自澳大利亚默多克大学（Murdoch University）等机构的研究人员 Md. Ariful Islam、Richard W. Bell 等人，踏上了探索保护性农业（Conservation Agriculture，CA）奥秘的征程。他们的研究成果发表在《Nutrient Cycling in Agroecosystems》上，为解决这一难题带来了新的希望。

研究人员采用了一系列关键技术方法。首先，他们选择了两个不同的种植地点，建立了豆类主导系统（LDS）和谷物主导系统（CDS）。在实验设计上，设置了三种作物种植方式：非水稻作物常规耕作（CT）后进行水稻耙地移栽，非水稻作物条播（SP）后进行非耙地水稻种植，非水稻作物床播（BP）后进行非耙地水稻种植；同时设置了高（HR）、低（LR，常规农场做法）两种作物残茬保留水平。在实验过程中，定期采集不同深度的土壤样本，测定土壤总氮浓度、土壤氮储量等指标；通过特定的化学分析方法，测定土壤中 NH₄-N 和 NO₃-N 等矿质氮含量；还计算了作物对氮的吸收量以及氮平衡情况，以此全面评估保护性农业措施对土壤氮素的影响。

总土壤氮浓度

研究发现，在作物生长的前 1.5 年，不同作物种植方式和残茬保留水平对 0 - 0.15m 深度土壤总氮浓度影响不显著。但到了作物 7 收获后（2.5 年），SP 和 BP 处理下 0 - 0.075m 深度土壤总氮浓度显著高于 CT 处理，且 HR 处理下的土壤总氮浓度也高于 LR 处理。这表明长期的保护性农业措施能够有效提高土壤表层的氮素含量。

土壤容重、土壤氮储量和土壤氮变化

从土壤容重来看，HR 处理在不同深度对土壤容重有不同影响，且不同种植方式下土壤容重也存在差异。在土壤氮储量方面，SP 处理在 0 - 0.15m 深度的土壤氮储量高于 CT 处理，在不同深度的具体表现因地点而异，且 Alipur 地区 HR 处理下 0 - 0.15m 深度的土壤氮储量显著高于 LR 处理。通过计算年度氮积累率发现，Alipur 地区 SP 处理的氮积累率为 65kg N ha^-1，而 CT 处理为 - 22kg N ha^-1；Digram 地区所有处理均表现为氮损失，但 SP 处理的损失量相对较小。

矿质氮库（NH₄-N 加 NO₃-N）

在矿质氮库方面，不同年份、不同地点、不同处理下，土壤中 NH₄-N 和 NO₃-N 的浓度变化复杂。总体来说，在作物生长早期，不同种植方式对矿质氮浓度的影响不一致；收获时，HR 处理下的矿质氮浓度较高，且不同处理下矿质氮浓度在不同深度也有差异，同时矿质氮浓度在作物生长过程中呈下降趋势。

作物和系统氮吸收

在 LDS 系统中，不同作物对氮的吸收受到种植方式和残茬保留水平的影响。例如，小扁豆在 HR 处理下的氮吸收显著高于 LR 处理，绿豆在不同处理下的氮吸收也存在差异，水稻在 SP 和 CT 处理下的氮吸收高于 BP 处理，且系统层面上 SP 和 CT 处理的氮吸收高于 BP 处理，HR 处理高于 LR 处理。在 CDS 系统中，小麦在 SP 和 CT 处理下的氮吸收高于 BP 处理，HR 处理高于 LR 处理，但水稻和绿豆的氮吸收不受种植方式和残茬处理的显著影响，系统层面上 SP 和 CT 处理的总氮吸收高于 BP 处理。

氮平衡

计算氮平衡发现，在 LDS 系统中，SPHR 和 SPLR 处理下土壤氮储量增加，氮平衡为正，而 CT 处理下氮平衡为负；在 CDS 系统中，SPHR 和 SPLR 处理下土壤氮储量变化不大，CT 处理下氮储量减少，氮平衡为负，且 HR 处理有助于维持较高的氮储量。

综合研究结果和讨论，保护性农业（SP 和 HR）在 2.5 年的时间里显著改善了 0 - 0.15m 土壤深度的氮状况，提高了土壤氮浓度和氮储量，减少了氮损失，在豆类主导的轮作系统中实现了正氮平衡，在谷物主导的轮作系统中减缓了土壤氮储量的下降。这一成果对于优化氮管理、提高水稻种植系统的可持续性具有重要意义。然而，研究也存在一些局限性，如未直接测量氮损失的具体途径和豆类作物的固氮量。未来需要进一步研究这些方面，以完善氮平衡的计算，优化氮管理策略，从而更好地指导农业生产实践，为东印度恒河平原乃至全球的水稻种植系统提供可持续发展的方向。