氮硫配施对尼日利亚稀树草原土壤中粪肥分解及氮素矿化的影响机制研究

本研究针对稀树草原土壤肥力低下问题，通过控制实验探究氮(N)、硫(S)肥料与牛粪(CD)配施对CO2释放和氮矿化的影响。结果表明120 kg N ha-1显著促进粪肥分解，而硫肥作用有限；10 t ha-1 CD使硝态氮(NO3-)增加86%，为热带农业废弃物资源化利用提供理论依据。

　　

在非洲稀树草原生态系统中，土壤贫瘠化已成为制约农业生产的关键瓶颈。长期单一施用化肥导致土壤退化，而传统有机肥又面临分解缓慢、养分释放不匹配作物需求等问题。尼日利亚University of Uyo的研究团队B.O. Ukem等人发现，当地农民虽已增加牛粪(CD)使用量，但由于粪肥来源和管理差异导致其养分有效性波动较大。更棘手的是，这些热带土壤普遍存在氮(N)缺乏（总N仅0.53 g kg^-1）和硫(S)不足（4.83 mg kg^-1）的双重限制，如何通过养分调控加速有机质转化成为破解土壤肥力困境的新思路。

为探究这一科学问题，研究团队设计了三因素三水平（N: 0/60/120 kg ha^-1；S: 0/15/30 kg ha^-1；CD: 0/5/10 t ha^-1）的室内培养实验。通过每周测定CO₂通量，并结合培养结束后的铵态氮(NH₄⁺)和硝态氮(NO₃^-)分析，系统评估了养分添加对有机质分解的调控效应。研究结果发表在《Scientific African》期刊，为热带地区有机无机配施技术提供了重要理论支撑。

关键技术方法包括：1) 采用碱液吸收-滴定法测定CO₂通量；2) 凯氏定氮法分析NH₄⁺和NO₃^-含量；3) 完全随机设计(CRD)结合SAS软件进行方差分析；4) 土壤样品采自尼日利亚Zaria地区典型Alfisols（美国土壤分类系统，相当于FAO的Orthic Acrisol）。

化学组成揭示粪肥特性

牛粪的化学分析显示其具有低C:N比(11.0)和较高pH(8.5)的特征，总氮含量达22.0 g kg^-1，但钙(0.20 mg kg^-1)、镁(0.88 mg kg^-1)等盐基离子含量偏低。这种养分组成预示其具备快速矿化的潜力，但改良土壤酸度的能力有限。

CO₂释放动态响应养分调控

培养数据显示，CO₂通量在第二周达到峰值(7.85 g kg^-1)，其中120 kg N ha^-1处理显著高于对照。值得注意的是，120 kg N ha^-1 × 0 kg S ha^-1 × 5 t CD ha^-1组合在第二周产生最高CO₂通量(9.7 g kg^-1)，比对照高97%。硫肥的添加未表现出显著促进作用，说明N是驱动微生物分解的主要限制因子。

氮素形态转化差异显著

矿化结果显示，120 kg N ha^-1使NH₄⁺浓度提升40%（从0.42增至0.70 g kg^-1），而10 t CD ha^-1则使NO₃^-含量较对照激增86%（0.02 vs 0.25 g kg^-1）。这种分化现象可能与NH₄⁺的土壤固定作用及微生物偏好性有关。交互作用分析发现，60 kg N ha^-1 × 30 kg S ha^-1 × 10 t CD ha^-1组合最有利于NO₃^-积累。

本研究证实，在稀树草原Alfisols中，矿物氮肥是驱动粪肥分解的关键因素，而硫肥的促进作用有限。这一发现为优化热带地区有机废弃物管理策略提供了重要依据：当土壤N含量低于0.53 g kg^-1时，建议将牛粪(10 t ha^-1)与120 kg N ha^-1配施，既可加速有机质转化，又能维持氮素持续供应。研究还揭示，CO₂通量监测可作为评估有机质降解潜力的有效指标，而两周内的呼吸强度最能反映养分释放特性。这些成果对解决非洲粮食安全与土壤保育的矛盾具有重要实践价值。