施用氮肥是保障作物高產(chǎn)的重要途徑，但是作物氮肥利用率很低，施入土壤的氮肥僅有1/3被作物吸收利用，剩余的2/3損失到環(huán)境或者殘留在土壤，這不僅會(huì)對(duì)水和大氣環(huán)境質(zhì)量造成負(fù)面影響，也浪費(fèi)了肥料，降低了經(jīng)濟(jì)效益。提高氮肥利用率對(duì)于保障糧食安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益均具有重要意義。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是作物可以直接吸收利用的兩種主要無機(jī)氮源，不同作物種類或者同一作物不同品種對(duì)二者的偏好性存在差異，二者在土壤中的物理、化學(xué)和生物行為也存在很大差異，可以利用這些差異來提高作物氮肥利用率。
中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所研究員沈仁芳課題組長(zhǎng)期從事植物銨硝偏好與耐鋁之間關(guān)系的研究，發(fā)表了系列論文（Zhao et al., 2009, Plant Soil; Chen et al., 2010, Plant Soil; Zhao et al., 2013, Ann Bot; Zhao and Shen, 2013, Plant Signal Behav; Wang et al., 2015, Plant Cell Environ），以期通過利用氮素形態(tài)與鋁之間的相互作用，協(xié)同提高酸性土壤作物耐鋁能力和氮肥利用率（Zhao et al., 2014, Soil Sci; 趙學(xué)強(qiáng)和沈仁芳，2015，植物生理學(xué)報(bào)；Zhao and Shen, 2018, Front Plant Sci）。
玉米是我國(guó)三大糧食作物之一，氮肥用量大，利用率低。玉米是一種在旱作條件下栽培的作物，其生長(zhǎng)的土壤硝化作用一般較強(qiáng)，無機(jī)氮源中硝態(tài)氮比例較高，所以傳統(tǒng)上玉米被認(rèn)為是一種偏好硝態(tài)氮作物。課題組通過土培試驗(yàn)（土壤pH 6.5），采用15N標(biāo)記的方法，比較了外源供應(yīng)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮對(duì)玉米生長(zhǎng)和氮肥利用率的影響。研究結(jié)果卻表明，供應(yīng)銨態(tài)氮的玉米有著更高生物量和氮肥利用率。通過伽馬射線對(duì)土壤滅菌，阻止土壤硝化作用和微生物對(duì)氮素轉(zhuǎn)化的影響，也大幅提高了銨態(tài)氮的氮肥利用率，而對(duì)硝態(tài)氮影響較小。盡管供應(yīng)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的氮素?fù)p失差異不顯著，但是在收獲玉米后，供應(yīng)硝態(tài)氮的土壤殘留肥料氮顯著高于銨態(tài)氮，并大多以無機(jī)形態(tài)存在，極大地增加了淋溶及氣態(tài)損失的風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步的水培試驗(yàn)結(jié)果也表明，玉米在銨態(tài)氮中生長(zhǎng)好，氮吸收量大。依據(jù)這些結(jié)果，認(rèn)為供應(yīng)銨態(tài)氮的玉米氮肥利用率高與玉米對(duì)銨態(tài)氮的偏好生長(zhǎng)和吸收特性有關(guān)，利用玉米對(duì)銨態(tài)氮的高效吸收可以提高其氮肥利用率。這表明可以通過調(diào)控土壤氮素轉(zhuǎn)化或改良玉米銨硝偏好遺傳特性的方法，來提高玉米氮肥利用率，這一策略的可行性和有效性尚需在田間條件下進(jìn)一步檢驗(yàn)。相關(guān)研究結(jié)果最近發(fā)表在Plant and soil上（Zhang et al., 2019）。該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。
南京土壤所揭示玉米銨偏好特性對(duì)其氮肥利用率的貢獻(xiàn)
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