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黑土地是保障國(guó)家糧食安全的“壓艙石”和“穩(wěn)壓器”。傳統(tǒng)施肥導(dǎo)致黑土地“變薄”“變瘦”“變硬”的問(wèn)題日益突出。有機(jī)肥養(yǎng)分全面、肥效持久、碳源豐富，采用有機(jī)-無(wú)機(jī)肥混施是緩解黑土地“量減質(zhì)退”趨勢(shì)的核心措施之一。然而，土壤有機(jī)培肥存在氮、磷的遺留性面源污染隱患。堅(jiān)持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)先綠色發(fā)展，全面、系統(tǒng)地解析有機(jī)培肥黑土生態(tài)系統(tǒng)中氮、磷流失的發(fā)生過(guò)程與機(jī)制，是關(guān)系到耕地質(zhì)量保育與水環(huán)境安全的重要科學(xué)問(wèn)題。

聚焦黑土有機(jī)培肥耕地質(zhì)量保育與面源污染防控關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，東北地理所水環(huán)境污染與防治團(tuán)隊(duì)依托吉林省杏木國(guó)家水土保持科技示范園，基于10年有機(jī)-無(wú)機(jī)肥混施非控制野外試驗(yàn)研究（混施質(zhì)量比：0%、30%、60%和100%），探明了化肥減量配施有機(jī)肥土壤中碳、氮、磷的積累效應(yīng)，以及地表徑流中氮、磷的輸出特征與污染負(fù)荷。結(jié)果表明，化肥減量配施有機(jī)肥提高了土壤微團(tuán)聚體的黏連效應(yīng)及其對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的物理保護(hù)作用。同時(shí)，化肥減量配施有機(jī)肥提高了土壤微生物的豐度和功能酶的活性，促進(jìn)了礦物結(jié)合態(tài)氮、磷的溶解，以及有機(jī)態(tài)氮、磷的礦化。基于黑土培肥地力與污染防控相協(xié)同的目標(biāo)，化肥減量30%配施有機(jī)肥是適于東北黑土區(qū)的最佳有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配施比例。與對(duì)照組（有機(jī)肥配施比0%）相比較，該處理組土壤有機(jī)碳（SOC）、氨氮（NH₄⁺-N）、硝氮（NO₃^--N）和速效磷（AP）的含量分別提高了18%、30%、570%和163%，地表徑流中總磷（TP）濃度降低了55%。但是，化肥減量配施有機(jī)肥在一定程度上提高了地表徑流中總氮（TN）的濃度，特別是化肥減量60%條件下，需重點(diǎn)關(guān)注氮素隨地表徑流流失的風(fēng)險(xiǎn)。

圖 1 試驗(yàn)區(qū)概況圖

圖 2 化肥減量配施有機(jī)肥土壤有機(jī)碳、氮和磷的含量變化

圖 3 化肥減量配施有機(jī)肥地表徑流中氮和磷的濃度變化

相關(guān)成果發(fā)表在《Journal of Environmental Management》和《Applied Soil Ecology》上，由崔虎特別研究助理（第一作者）、歐洋副研究員（通訊作者）和祝惠研究員（通訊作者）等人共同完成。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（42307085）、中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（JCTD-2020-14）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（Y2021068）和中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2023QNXZ04）的共同資助。

論文信息及鏈接如下：

Cui,H.,Zhu,H*.,Shutes,B.,Rousseau,A.N.,Feng,W.D.,Hou,S.N.,Ou,Y*.,Yan,B.X.,2023. Soil aggregate-driven changes in nutrient redistribution and microbial communities after 10-year organic fertilization. Journal of Environmental Management,348,119306. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119306.

Cui,H.,Shutes,B.,Hou,S.N.,Wang,X.Y.,Zhu H*.,2024. Long-term organic fertilization increases phosphorus content but reduces its release in soil aggregates. Applied Soil Ecology,203,105684. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2024.105684.