长期施氮与耕作对旱地土壤肥力参数的影响：碳氮积累与养分动态的深度解析

本研究针对长期连续耕作与施肥导致的土壤肥力下降和碳储存减少问题，系统探讨了氮肥施用量、氮源类型及耕作方式对旱地条件下土壤肥力、全碳（C）和全氮（N）的影响。研究发现免耕（NT）显著提高了交换性盐基、总阳离子和锌含量，并促进了土壤碳积累，而高氮用量降低了磷、钙、镁含量及土壤pH。该研究为旱地农业可持续生产中的氮肥管理和耕作实践提供了重要理论依据。

　　

在应对全球粮食安全挑战的进程中，土壤退化问题日益凸显。自20世纪70年代以来，南非为应对土壤肥力下降和气候变化压力，开始推广免耕种植系统。然而，该国约40%的土地因传统耕作和过度放牧而遭受严重退化，直接威胁到农业生产体系的可持续性。长期连续耕作与化肥施用对土壤肥力和碳储存产生负面影响，这一现象在旱地条件下尤为突出。尽管已有大量研究关注不同耕作制度和施肥对土壤肥力参数的影响，但关于氮源种类、施氮量与耕作方式如何交互影响旱地土壤肥力参数的认识仍存在明显空白。

在此背景下，由Sphesihle Mkhango领衔的研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果，通过长期田间试验揭示了氮肥施用与耕作方式对土壤关键参数的深层影响。该研究不仅阐明了免耕措施在维持土壤健康方面的优势，还为优化氮肥管理策略提供了科学依据。

研究人员采用裂区试验设计，设置了三种耕作处理（免耕NT、每年连续耕作CT1、每五年耕作一次CT5）、两种氮源（尿素和石灰铵硝LAN）及五个氮水平（0、60、120、180、240 kg N ha?1）。通过采集0-15 cm土层样品，运用原子吸收光谱、中红外光谱和常规土壤化学分析方法，系统测定了土壤养分、pH、交换性酸度、全碳和全氮等指标。

Selected soil fertility parameters

研究发现耕作方式、施氮量与氮源的三因素交互作用对大多数土壤肥力参数无显著影响。免耕（NT）处理的交换性盐基、总阳离子和锌含量显著高于连续耕作处理。NT下的有效磷含量较CT1高出87.9%，而与CT5无显著差异。随着氮用量增加，磷、钙、镁、总阳离子和土壤pH均下降，而交换性酸度、酸饱和度及锰含量上升。铜含量则不受耕作和施氮量影响。氮源仅对钙和镁有显著作用，而耕作与氮源的交互作用影响钾和总阳离子。

Soil total C and N response to tillage

免耕处理在土壤碳氮积累方面表现出明显优势。NT下的全碳含量较CT1和CT5分别高出32.4%和18.6%，全氮含量则分别高出34.6%和45.5%。随时间推移，NT处理的碳含量显著增加，而CT1与CT5保持稳定；全氮在所有耕作系统均呈下降趋势，其中CT1和CT5下降超过100%，NT仅下降64.2%。这一结果印证了免耕在旱地条件下有助于土壤碳积累和氮保持的论点。

Principal component analysis

主成分分析显示，前两个成分共解释了67.87%的土壤参数变异。NT与较高的全碳、全氮、磷和锌含量密切相关，CT1则与铜和钾有效性高度相关，CT5表现出更为均衡的养分分布特征。

研究表明，免耕通过减少土壤扰动、增强团聚体保护性和促进有机质积累，有效改善了土壤肥力状况。高氮用量导致的土壤酸化加剧了盐基离子的淋失，而氮源选择对土壤整体肥力影响有限。该研究强调，在旱地农业生产中采用免耕结合优化氮肥用量的管理策略，不仅能提升土壤碳氮储量，还可减轻环境风险，为实现农业可持续发展提供了重要实践路径。