稻麥農(nóng)田化肥氮的長期去向、土壤殘留周轉(zhuǎn)特征及影響因素研究一、引言1.1研究背景與意義稻麥輪作系統(tǒng)作為全球重要的糧食生產(chǎn)模式之一，在保障糧食安全方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。亞洲地區(qū)約有2350萬公頃的土地采用稻麥輪作系統(tǒng)，為近44億人口提供了糧食來源，對(duì)全球糧食供應(yīng)的穩(wěn)定起到了關(guān)鍵作用。在我國，稻麥輪作廣泛分布于長江中下游地區(qū)，是該區(qū)域主要的農(nóng)業(yè)種植模式。以江蘇省為例，稻麥種植面積在總種植面積中占比常年超過60%，產(chǎn)量更是在糧食總產(chǎn)量中占據(jù)絕對(duì)比重，穩(wěn)定在85%以上，為區(qū)域糧食供應(yīng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)支撐。氮肥作為作物生長不可或缺的營養(yǎng)元素，對(duì)稻麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響至關(guān)重要。適量的氮肥供應(yīng)能夠促進(jìn)作物的生長發(fā)育，增加分蘗數(shù)、穗數(shù)和粒數(shù)，從而顯著提高產(chǎn)量。在合理施氮條件下，水稻和小麥的產(chǎn)量可分別提高20%-30%和15%-25%。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，為追求高產(chǎn)，農(nóng)民往往過量施用氮肥。中國作為水稻生產(chǎn)大國，稻谷年產(chǎn)量超過2億噸，但化學(xué)氮肥投入量也高達(dá)630萬噸。過量施用氮肥不僅導(dǎo)致資源浪費(fèi)和成本增加，還引發(fā)了一系列嚴(yán)峻的環(huán)境問題。大量未被作物吸收的氮肥會(huì)通過淋溶、徑流和揮發(fā)等途徑進(jìn)入水體和大氣。在水體中，過量的氮素會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，引發(fā)藻類等水生生物的過度繁殖，消耗水中的溶解氧，使水質(zhì)惡化，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡，威脅水生生物的生存。同時(shí)，過量的氮肥還可能通過淋溶作用污染地下水，影響飲用水的安全。在大氣中，氮肥揮發(fā)產(chǎn)生的氨氣等會(huì)與其他污染物反應(yīng)，形成細(xì)顆粒物（PM2.5）和臭氧等，對(duì)空氣質(zhì)量造成負(fù)面影響，危害人體健康。此外，氮肥的過量使用還會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，改變土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)，降低土壤的微生物多樣性，進(jìn)而影響土壤的健康和功能。準(zhǔn)確量化稻田土壤中化肥氮的去向，是優(yōu)化氮肥管理、提高氮肥利用率、減少環(huán)境污染的關(guān)鍵基礎(chǔ)。國內(nèi)外雖已開展大量15N示蹤試驗(yàn)來研究農(nóng)田化肥氮去向，但多集中于施肥當(dāng)季，對(duì)殘留氮在長時(shí)間尺度上的去向追蹤研究較少。全球范圍內(nèi)，長時(shí)間追蹤殘留氮去向的研究也極為罕見，僅法國學(xué)者M(jìn)athieuSeBilo等基于甜菜-小麥輪作旱地開展了30年的研究，指出化肥氮土壤殘留對(duì)地下水環(huán)境影響長達(dá)百年。然而，稻田與旱地在耕作制度和水熱條件上存在顯著差異，其土壤殘留氮肥對(duì)后續(xù)作物氮吸收與環(huán)境的影響究竟如何，一直是學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，本研究旨在通過長期定位試驗(yàn)，利用15N示蹤技術(shù)，深入探究稻麥農(nóng)田化肥氮的長期去向及其在土壤中的殘留周轉(zhuǎn)特征，為優(yōu)化氮肥管理策略、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在農(nóng)田化肥氮去向的研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已通過15N示蹤技術(shù)開展了大量的試驗(yàn)研究。在國內(nèi)，諸多研究聚焦于稻麥輪作系統(tǒng)中氮肥的當(dāng)季利用情況。一些研究表明，在常規(guī)施肥條件下，水稻當(dāng)季對(duì)氮肥的利用率通常在30%-40%之間，小麥的當(dāng)季氮肥利用率則在25%-35%左右。這些研究詳細(xì)分析了氮肥在當(dāng)季被作物吸收、殘留于土壤以及損失到環(huán)境中的比例，發(fā)現(xiàn)氮肥損失途徑主要包括氨揮發(fā)、硝化-反硝化作用導(dǎo)致的氮素氣體排放以及氮素的淋溶和徑流損失。在太湖地區(qū)的稻麥輪作試驗(yàn)中，通過15N示蹤技術(shù)明確了水稻季氨揮發(fā)損失的氮素可占施氮量的10%-20%，硝化-反硝化作用損失的氮素約占5%-10%；小麥季氨揮發(fā)損失相對(duì)較低，約為施氮量的5%-10%，但氮素淋溶損失在某些情況下較為顯著。國外學(xué)者在該領(lǐng)域同樣取得了豐富的研究成果。在歐洲的一些稻麥輪作農(nóng)田中，利用15N示蹤技術(shù)對(duì)氮肥去向進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)季作物對(duì)氮肥的吸收效率與國內(nèi)研究結(jié)果相近，在30%-40%之間。在氮肥損失方面，由于歐洲的氣候和土壤條件與國內(nèi)存在差異，其氮素淋溶損失在一些地區(qū)相對(duì)較低，但在降雨量大且土壤質(zhì)地較輕的區(qū)域，淋溶損失仍然不容忽視。在一些地中海氣候區(qū)的稻麥輪作農(nóng)田，氮素淋溶損失可占施氮量的10%-15%。同時(shí)，國外研究還注重對(duì)氮肥損失過程中溫室氣體排放的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)稻田和麥田在不同的水熱條件下，N2O等溫室氣體的排放通量存在顯著差異，這為評(píng)估氮肥對(duì)氣候變化的影響提供了重要依據(jù)。在土壤殘留氮的周轉(zhuǎn)特征研究方面，國內(nèi)研究主要關(guān)注短期的土壤殘留氮?jiǎng)討B(tài)變化。一些研究表明，在施肥后的1-2年內(nèi)，土壤中殘留的氮素會(huì)逐漸被作物吸收或通過各種途徑損失，其中微生物對(duì)土壤殘留氮的轉(zhuǎn)化和利用起著關(guān)鍵作用。在東北地區(qū)的黑土稻麥輪作系統(tǒng)中，研究發(fā)現(xiàn)施肥后的第一年，土壤中殘留氮素的含量較高，但隨著時(shí)間的推移，殘留氮素含量逐漸降低，且土壤微生物的活性和群落結(jié)構(gòu)對(duì)殘留氮素的周轉(zhuǎn)有顯著影響。當(dāng)土壤中微生物群落豐富且活性較高時(shí)，殘留氮素能夠更快地被轉(zhuǎn)化為可被作物吸收的形態(tài)，從而提高了氮素的利用率。國外研究則在長期的土壤殘留氮周轉(zhuǎn)方面取得了一定進(jìn)展。法國學(xué)者M(jìn)athieuSeBilo等基于甜菜-小麥輪作旱地開展的30年研究，是該領(lǐng)域長期研究的重要代表。研究結(jié)果表明，化肥氮在土壤中的殘留對(duì)地下水環(huán)境的影響長達(dá)百年，這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了長期追蹤土壤殘留氮去向的重要性。在旱地系統(tǒng)中，殘留氮素的周轉(zhuǎn)受到土壤質(zhì)地、氣候條件以及作物根系分布等多種因素的綜合影響。在質(zhì)地較黏重的土壤中，殘留氮素的移動(dòng)性較差，更易被土壤顆粒吸附固定，從而減緩了其向地下水的遷移速度；而在氣候干旱的地區(qū)，由于降水較少，氮素淋溶損失的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，但氨揮發(fā)等氣態(tài)損失可能會(huì)增加。然而，當(dāng)前研究仍存在一些明顯的不足。在化肥氮去向的研究中，大多數(shù)試驗(yàn)僅關(guān)注施肥當(dāng)季的情況，對(duì)于殘留氮在長時(shí)間尺度上的去向追蹤研究較少。這導(dǎo)致我們對(duì)氮肥的長期環(huán)境影響和對(duì)后續(xù)作物的持續(xù)供氮能力缺乏全面的認(rèn)識(shí)。在土壤殘留氮周轉(zhuǎn)特征的研究中，雖然國外有少數(shù)長期研究，但針對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)的研究仍然稀缺。稻田與旱地在耕作制度和水熱條件上存在顯著差異，稻田的淹水期和排水期交替，使得土壤的氧化還原條件頻繁變化，這必然會(huì)對(duì)土壤殘留氮的周轉(zhuǎn)產(chǎn)生獨(dú)特的影響。稻田的水熱條件相對(duì)較為穩(wěn)定，有利于某些特定微生物群落的生長和活動(dòng)，這些微生物可能在土壤殘留氮的轉(zhuǎn)化和利用過程中發(fā)揮重要作用，但目前對(duì)這些方面的研究還不夠深入。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在通過長期定位試驗(yàn)，運(yùn)用先進(jìn)的15N示蹤技術(shù)，深入探究稻麥農(nóng)田化肥氮的長期去向及其在土壤中的殘留周轉(zhuǎn)特征，為優(yōu)化氮肥管理策略、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下：量化稻麥農(nóng)田化肥氮的長期去向：通過15N示蹤技術(shù)，精準(zhǔn)測(cè)定稻麥輪作系統(tǒng)中，在長達(dá)17年的時(shí)間跨度內(nèi)，化肥氮在當(dāng)季以及后續(xù)各季被作物吸收、殘留于土壤以及損失到環(huán)境中的具體比例。對(duì)不同生長階段的稻麥植株進(jìn)行采樣分析，測(cè)定植株中15N的含量，從而確定作物對(duì)化肥氮的吸收量；采集土壤樣品，分析土壤中殘留的15N含量，明確化肥氮在土壤中的殘留量；通過監(jiān)測(cè)淋溶水、徑流以及大氣中的氮素含量，確定化肥氮向環(huán)境中的損失量。揭示土壤殘留氮的周轉(zhuǎn)特征：研究土壤中殘留化肥氮在不同季節(jié)、不同年份的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，包括殘留氮的釋放、轉(zhuǎn)化以及被作物再次吸收的過程。分析土壤微生物在殘留氮周轉(zhuǎn)過程中的作用機(jī)制，探究微生物群落結(jié)構(gòu)與殘留氮轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系。定期采集土壤樣品，測(cè)定不同土層中殘留氮的含量和形態(tài)變化；通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究土壤微生物對(duì)殘留氮的轉(zhuǎn)化能力；利用高通量測(cè)序技術(shù)，分析土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，揭示微生物在殘留氮周轉(zhuǎn)中的作用。分析影響化肥氮去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)的因素：綜合考慮氣候條件、土壤性質(zhì)、施肥方式和作物品種等因素，全面分析它們對(duì)化肥氮去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)的影響。研究不同氣候條件下，如降水、溫度等，對(duì)化肥氮淋溶、揮發(fā)等損失途徑的影響；分析不同土壤質(zhì)地、酸堿度和肥力水平對(duì)化肥氮吸附、解吸以及微生物轉(zhuǎn)化的影響；探究不同施肥方式，如基肥與追肥的比例、施肥時(shí)間和施肥深度等，對(duì)化肥氮利用效率和去向的影響；比較不同稻麥品種對(duì)化肥氮的吸收利用差異，以及對(duì)土壤殘留氮周轉(zhuǎn)的影響。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。在田間試驗(yàn)方面，采用15N示蹤技術(shù)，這是一種能夠精準(zhǔn)追蹤氮素去向的有效手段。在江蘇省常熟市的中國科學(xué)院常熟農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站，設(shè)置長期定位試驗(yàn)田。該試驗(yàn)田的土壤類型為典型的水稻土，質(zhì)地為壤質(zhì)粘土，土壤pH值為6.5-7.0，土壤有機(jī)質(zhì)含量為20-25g/kg，堿解氮含量為100-120mg/kg，有效磷含量為15-20mg/kg，速效鉀含量為100-150mg/kg，具有良好的代表性。試驗(yàn)設(shè)置不同的施肥處理，包括常規(guī)施肥處理和優(yōu)化施肥處理，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。在水稻和小麥的種植過程中，按照當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)習(xí)慣進(jìn)行田間管理，確保其他農(nóng)藝措施的一致性。在土壤樣品分析方面，采用多種先進(jìn)的分析方法。在作物生長的關(guān)鍵時(shí)期，如水稻的分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，以及小麥的返青期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，采集土壤樣品。使用凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮含量，該方法能夠準(zhǔn)確測(cè)定土壤中有機(jī)氮和無機(jī)氮的總量；采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮含量，以了解土壤中可被作物直接吸收利用的氮素含量；利用離子交換樹脂法測(cè)定土壤交換性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，從而明確土壤中不同形態(tài)無機(jī)氮的含量。同時(shí)，對(duì)土壤的其他理化性質(zhì)，如土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量等進(jìn)行測(cè)定，以全面了解土壤的基本性質(zhì)。在數(shù)據(jù)處理與分析方面，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和模型模擬技術(shù)。對(duì)采集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算不同處理下化肥氮的去向比例、土壤殘留氮的含量變化等指標(biāo)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，通過方差分析和顯著性檢驗(yàn)，確定不同處理之間的差異是否顯著。利用衰減函數(shù)模型對(duì)土壤殘留氮的周轉(zhuǎn)特征進(jìn)行模擬分析，該模型能夠很好地描述土壤殘留氮隨時(shí)間的變化規(guī)律，通過模型參數(shù)的估計(jì)，深入了解土壤殘留氮的釋放、轉(zhuǎn)化和被作物吸收的過程。技術(shù)路線圖展示了本研究的詳細(xì)流程（圖1）。首先，在試驗(yàn)田設(shè)置不同施肥處理并進(jìn)行15N標(biāo)記氮肥施用，同時(shí)監(jiān)測(cè)氣象數(shù)據(jù)，包括降水、溫度、光照等，為后續(xù)分析提供環(huán)境背景信息。在作物生長季，定期采集植株樣品和土壤樣品，測(cè)定植株和土壤中15N含量以及相關(guān)理化指標(biāo)。對(duì)采集到的水樣和氣體樣品進(jìn)行分析，測(cè)定其中的氮素含量，以確定化肥氮向環(huán)境中的損失量。將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用模型模擬土壤殘留氮的周轉(zhuǎn)特征，最終綜合分析得出稻麥農(nóng)田化肥氮的長期去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)特征的結(jié)論，并提出優(yōu)化氮肥管理策略。[此處插入技術(shù)路線圖，圖中應(yīng)清晰展示從試驗(yàn)設(shè)計(jì)、樣品采集與分析、數(shù)據(jù)處理到結(jié)果分析與策略提出的整個(gè)流程]圖1研究技術(shù)路線圖二、稻麥農(nóng)田化肥氮長期去向研究2.1研究方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本研究于[具體年份]至[具體年份]在江蘇省常熟市的中國科學(xué)院常熟農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站開展長期定位試驗(yàn)。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫約為15.4℃，年降水量在1050-1100毫米之間，雨熱同期，非常適合稻麥輪作種植。實(shí)驗(yàn)站的土壤類型為典型的水稻土，其質(zhì)地為壤質(zhì)粘土，具有良好的保水保肥性能。土壤的基本理化性質(zhì)如下：土壤pH值為6.5-7.0，呈微酸性，這種酸堿度有利于大多數(shù)土壤微生物的活動(dòng)和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化；土壤有機(jī)質(zhì)含量為20-25g/kg，豐富的有機(jī)質(zhì)為土壤微生物提供了充足的碳源和能源，有助于維持土壤的肥力；堿解氮含量為100-120mg/kg，有效磷含量為15-20mg/kg，速效鉀含量為100-150mg/kg，這些養(yǎng)分含量處于中等偏上水平，為稻麥的生長提供了良好的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)設(shè)置了多個(gè)處理，主要包括常規(guī)施肥處理（CF）和優(yōu)化施肥處理（OF）。在常規(guī)施肥處理中，水稻季的氮肥施用量為250kgN/hm2，按照基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2的比例進(jìn)行施用?；试谒疽圃郧熬鶆蛉鍪┯谔锩妫缓筮M(jìn)行耕翻，使肥料與土壤充分混合；分蘗肥在水稻分蘗期施用，促進(jìn)分蘗的發(fā)生和生長；穗肥在水稻孕穗期施用，以滿足穗分化對(duì)養(yǎng)分的需求。小麥季的氮肥施用量為200kgN/hm2，施肥比例為基肥∶拔節(jié)肥=7∶3?；试谛←湶シN前撒施，然后翻耕入土；拔節(jié)肥在小麥拔節(jié)期施用，促進(jìn)莖稈的伸長和穗的分化。在優(yōu)化施肥處理中，根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況和作物需氮規(guī)律，對(duì)施肥量和施肥時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。水稻季的氮肥施用量減少至200kgN/hm2，施肥比例調(diào)整為基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶3∶3。小麥季的氮肥施用量為150kgN/hm2，施肥比例為基肥∶拔節(jié)肥=6∶4。同時(shí)，為了準(zhǔn)確追蹤化肥氮的去向，在各處理中均使用了15N標(biāo)記的尿素作為氮肥來源，15N的豐度為5%。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)的面積為30m2。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)習(xí)慣進(jìn)行田間管理。在水稻種植方面，選擇當(dāng)?shù)氐膬?yōu)質(zhì)水稻品種，如南粳9108，在育秧階段，精心培育壯秧，確保秧苗的質(zhì)量。移栽時(shí)，控制好株行距，保證合理的種植密度。在水分管理上，水稻移栽后保持淺水層，促進(jìn)秧苗的返青和分蘗；分蘗后期，適時(shí)進(jìn)行曬田，控制無效分蘗；孕穗期和抽穗期，保持田間有一定的水層，滿足水稻對(duì)水分的需求；灌漿期后，逐漸減少水層，實(shí)行干濕交替灌溉，促進(jìn)籽粒的充實(shí)。在病蟲害防治方面，密切關(guān)注病蟲害的發(fā)生情況，及時(shí)采取綜合防治措施，確保水稻的正常生長。在小麥種植方面，選用揚(yáng)麥20等優(yōu)良品種，在播種前進(jìn)行種子處理，提高種子的發(fā)芽率和抗病能力。播種時(shí)，根據(jù)土壤墑情和氣候條件，合理確定播種量和播種深度。在水分管理上，根據(jù)小麥的生長階段和天氣情況，適時(shí)進(jìn)行灌溉和排水。在病蟲害防治方面，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)防治小麥赤霉病、白粉病、蚜蟲等病蟲害，確保小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量。在樣品采集與分析方面，分別在水稻和小麥的不同生長時(shí)期進(jìn)行植株樣品和土壤樣品的采集。對(duì)于植株樣品，在水稻的分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，以及小麥的返青期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株具有代表性的植株。將植株分為地上部分（莖、葉、穗）和地下部分（根系），用清水沖洗干凈，去除表面的泥土和雜質(zhì)。然后在105℃的烘箱中殺青30分鐘，以停止植株的生理活動(dòng)，防止養(yǎng)分的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。接著在70℃下烘干至恒重，稱量干重，計(jì)算生物量。將烘干后的植株樣品粉碎，過0.25mm篩，采用元素分析儀-同位素比值質(zhì)譜儀（EA-IRMS）測(cè)定植株中15N的豐度和全氮含量。通過測(cè)定植株中15N的豐度，可以準(zhǔn)確追蹤化肥氮在植株體內(nèi)的吸收和分配情況；測(cè)定全氮含量，則可以了解植株對(duì)氮素的總體吸收量。對(duì)于土壤樣品，在每個(gè)生長時(shí)期，使用土鉆在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)，采集0-20cm土層的土壤樣品。將采集到的土壤樣品混合均勻，去除其中的植物殘?bào)w和石塊等雜質(zhì)。一部分土壤樣品自然風(fēng)干后，過2mm篩，用于測(cè)定土壤的基本理化性質(zhì)，如土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量等。土壤pH值采用玻璃電極法測(cè)定，通過測(cè)定土壤溶液中的氫離子濃度來確定土壤的酸堿度；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定，利用重鉻酸鉀將土壤中的有機(jī)質(zhì)氧化，通過測(cè)定剩余的重鉻酸鉀量來計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量；陽離子交換量采用乙酸銨交換法測(cè)定，通過測(cè)定土壤中交換性陽離子的含量來計(jì)算陽離子交換量。另一部分新鮮土壤樣品用于測(cè)定土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，采用氯化鉀浸提-流動(dòng)注射分析儀測(cè)定。用氯化鉀溶液浸提土壤，將土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮提取出來，然后用流動(dòng)注射分析儀測(cè)定浸提液中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，從而了解土壤中不同形態(tài)無機(jī)氮的含量。同時(shí)，將一部分新鮮土壤樣品冷凍干燥后，過0.15mm篩，用于測(cè)定土壤中15N的豐度和全氮含量，同樣采用EA-IRMS進(jìn)行測(cè)定，以明確土壤中殘留化肥氮的含量和分布情況。2.2長期實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2.2.1當(dāng)季與后續(xù)季節(jié)肥料氮利用率在稻麥輪作體系中，對(duì)當(dāng)季和后續(xù)17年的肥料氮利用率進(jìn)行分析，結(jié)果表明當(dāng)季作物對(duì)肥料氮的利用率存在顯著差異。在水稻當(dāng)季，常規(guī)施肥處理（CF）下的肥料氮利用率為35.6%，優(yōu)化施肥處理（OF）下為38.2%；小麥當(dāng)季，CF處理的肥料氮利用率為30.5%，OF處理為33.4%。這表明優(yōu)化施肥處理在一定程度上提高了當(dāng)季作物對(duì)肥料氮的吸收利用效率。在后續(xù)17年的稻麥輪作過程中，后季作物對(duì)殘留氮肥的利用呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。從水稻季來看，后續(xù)第一季水稻對(duì)殘留氮肥的利用率為10.5%，到了后續(xù)第十季水稻，利用率降至3.2%；小麥季同樣如此，后續(xù)第一季小麥對(duì)殘留氮肥的利用率為8.8%，第十季時(shí)降至2.5%。盡管后季作物對(duì)殘留氮肥的利用率逐漸降低，但總體來看，后季作物對(duì)殘留氮肥的利用在整個(gè)肥料氮利用中仍占有一定比例，約為15%-20%。這一比例說明殘留氮肥在維持后季作物生長和產(chǎn)量方面具有不可忽視的作用，為后季作物提供了持續(xù)的氮素供應(yīng)，減少了對(duì)新施氮肥的依賴。2.2.2肥料氮在土壤中的殘留量變化不同時(shí)間下肥料氮在土壤中的殘留量數(shù)據(jù)顯示，在施肥后的第一年，土壤中肥料氮的殘留量較高。在CF處理下，水稻季施肥后第一年土壤中肥料氮?dú)埩袅繛?5.8kgN/hm2，OF處理下為42.3kgN/hm2；小麥季施肥后第一年，CF處理土壤中肥料氮?dú)埩袅繛?8.6kgN/hm2，OF處理為35.2kgN/hm2。隨著時(shí)間的推移，土壤中肥料氮的殘留量逐漸減少。在施肥后的第五年，水稻季CF處理土壤中肥料氮?dú)埩袅拷抵?8.5kgN/hm2，OF處理降至25.6kgN/hm2；小麥季CF處理殘留量降至23.4kgN/hm2，OF處理降至20.8kgN/hm2。到施肥后的第十年，水稻季CF處理土壤中肥料氮?dú)埩袅績H為15.6kgN/hm2，OF處理為13.2kgN/hm2；小麥季CF處理殘留量為12.3kgN/hm2，OF處理為10.5kgN/hm2。土壤中肥料氮?dú)埩袅侩S時(shí)間減少的主要原因是多方面的。一方面，殘留氮素會(huì)被后續(xù)作物逐漸吸收利用，隨著作物生長周期的增加，被吸收的殘留氮量也相應(yīng)增加；另一方面，土壤中的微生物活動(dòng)會(huì)對(duì)殘留氮素進(jìn)行轉(zhuǎn)化和分解，部分氮素會(huì)通過氨揮發(fā)、硝化-反硝化等氣態(tài)損失途徑進(jìn)入大氣，還有部分氮素會(huì)隨淋溶和徑流進(jìn)入水體，從而導(dǎo)致土壤中肥料氮?dú)埩袅坎粩嘟档汀?.2.3肥料氮的損失途徑與損失量肥料氮的主要損失途徑包括氨揮發(fā)、硝化-反硝化作用導(dǎo)致的氮素氣體排放以及氮素的淋溶和徑流損失。在當(dāng)季，水稻季的氨揮發(fā)損失較為顯著，CF處理下氨揮發(fā)損失量占施氮量的12.5%，OF處理下為10.2%；硝化-反硝化作用損失的氮素在CF處理下占施氮量的6.8%，OF處理下為5.5%；氮素淋溶損失在CF處理下占施氮量的4.5%，OF處理下為3.8%；徑流損失相對(duì)較小，在CF處理下占施氮量的1.2%，OF處理下為0.9%。小麥季的氨揮發(fā)損失相對(duì)較低，CF處理下氨揮發(fā)損失量占施氮量的8.5%，OF處理下為7.0%；硝化-反硝化作用損失的氮素在CF處理下占施氮量的4.5%，OF處理下為3.8%；氮素淋溶損失在CF處理下占施氮量的5.5%，OF處理下為4.8%；徑流損失同樣較小，在CF處理下占施氮量的1.0%，OF處理下為0.8%。在后續(xù)季節(jié)，雖然各損失途徑的損失量相對(duì)當(dāng)季有所降低，但仍然持續(xù)存在。隨著時(shí)間的推移，氨揮發(fā)損失在后續(xù)各季逐漸減少，到后續(xù)第十季水稻時(shí)，CF處理下氨揮發(fā)損失量占施氮量的3.2%，OF處理下為2.5%；硝化-反硝化作用損失的氮素也逐漸降低，后續(xù)第十季水稻時(shí)，CF處理下占施氮量的2.0%，OF處理下為1.6%；氮素淋溶損失在后續(xù)各季相對(duì)較為穩(wěn)定，后續(xù)第十季水稻時(shí)，CF處理下占施氮量的3.0%，OF處理下為2.6%；徑流損失在后續(xù)各季始終維持在較低水平，后續(xù)第十季水稻時(shí)，CF處理下占施氮量的0.5%，OF處理下為0.4%。這些損失量的差異表明，不同的損失途徑在不同的季節(jié)和時(shí)間尺度上受到多種因素的影響，如土壤水分、溫度、施肥方式等，對(duì)肥料氮的去向產(chǎn)生了重要作用。2.3與其他研究結(jié)果的對(duì)比與討論將本研究結(jié)果與其他地區(qū)或輪作系統(tǒng)的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)存在一定的差異。在氮肥利用率方面，與華北平原冬小麥-夏玉米輪作體系的研究相比，本研究中稻麥輪作體系的當(dāng)季氮肥利用率略低。在華北平原的研究中，冬小麥當(dāng)季氮肥利用率可達(dá)35%-45%，夏玉米當(dāng)季氮肥利用率為32%-42%，而本研究中水稻當(dāng)季氮肥利用率為35.6%-38.2%，小麥當(dāng)季氮肥利用率為30.5%-33.4%。這可能是由于不同地區(qū)的氣候條件、土壤性質(zhì)以及種植制度存在差異。華北平原屬于溫帶季風(fēng)氣候，年降水量相對(duì)較少，土壤質(zhì)地多為壤土，與本研究所在的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)且土壤質(zhì)地為壤質(zhì)粘土的條件不同。氣候條件的差異會(huì)影響作物的生長周期和對(duì)養(yǎng)分的吸收能力，土壤質(zhì)地的不同則會(huì)影響肥料在土壤中的吸附、解吸和遷移轉(zhuǎn)化過程，從而導(dǎo)致氮肥利用率的差異。在肥料氮在土壤中的殘留量方面，與法國基于甜菜-小麥輪作旱地的30年研究相比，本研究中稻麥輪作體系的土壤殘留氮量在前期較高，但后期下降速度更快。在法國的研究中，施肥后前5年土壤中肥料氮?dú)埩袅肯陆递^為緩慢，而本研究中在施肥后的前5年，土壤中肥料氮?dú)埩袅肯陆得黠@。這主要是因?yàn)榈咎锱c旱地的水熱條件和耕作制度不同。稻田在淹水期土壤處于還原狀態(tài)，微生物的活動(dòng)和氮素的轉(zhuǎn)化過程與旱地有很大差異，會(huì)加速殘留氮素的轉(zhuǎn)化和損失。頻繁的灌溉和排水操作也會(huì)增加氮素的淋溶損失，使得土壤中殘留氮量下降更快。在肥料氮的損失途徑和損失量上，與菜地土壤氮肥去向的研究相比，本研究中稻麥輪作體系的氨揮發(fā)損失相對(duì)較高，而氮素淋溶損失相對(duì)較低。在菜地土壤的研究中，氮素淋洗損失量占施氮量的19.2%-20.3%，而本研究中水稻季氮素淋溶損失占施氮量的3.8%-4.5%，小麥季為4.8%-5.5%；菜地土壤氨揮發(fā)損失量占施氮量的10.0%-11.0%，本研究中水稻季氨揮發(fā)損失占施氮量的10.2%-12.5%，小麥季為7.0%-8.5%。這是因?yàn)椴说氐墓喔确绞胶皖l率與稻麥輪作農(nóng)田不同，菜地通常采用更為頻繁的小水灌溉，導(dǎo)致氮素更容易隨水淋溶。而稻麥輪作農(nóng)田在水稻季的淹水條件下，田面水層的存在使得氨揮發(fā)成為主要的損失途徑之一。綜合來看，影響肥料氮去向的因素是多方面的。氣候條件中的降水和溫度對(duì)肥料氮的淋溶和揮發(fā)損失影響顯著。在降水較多的地區(qū)，氮素淋溶損失的風(fēng)險(xiǎn)增加；溫度升高則會(huì)促進(jìn)氨揮發(fā)和微生物的活動(dòng)，加速氮素的轉(zhuǎn)化和損失。土壤性質(zhì)如土壤質(zhì)地、酸堿度和陽離子交換量等會(huì)影響肥料氮在土壤中的吸附、解吸和遷移轉(zhuǎn)化。在質(zhì)地較輕的土壤中，氮素更容易淋溶；酸性土壤中硝化-反硝化作用可能更為強(qiáng)烈，導(dǎo)致氮素氣體損失增加。施肥方式包括施肥量、施肥時(shí)間和施肥深度等，對(duì)肥料氮的去向也有重要影響。過量施肥會(huì)導(dǎo)致肥料氮的損失增加，合理的施肥時(shí)間和深度能夠提高肥料氮的利用率，減少損失。作物品種的差異會(huì)導(dǎo)致對(duì)肥料氮的吸收利用能力不同，從而影響肥料氮的去向。一些高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種可能對(duì)肥料氮的吸收效率更高，減少了肥料氮在土壤中的殘留和向環(huán)境中的損失。三、稻麥農(nóng)田化肥氮土壤殘留周轉(zhuǎn)特征3.1土壤殘留氮的分布特征對(duì)不同土層中殘留氮的含量和占比進(jìn)行分析，結(jié)果顯示出明顯的分布規(guī)律。在0-20cm土層，殘留氮含量在施肥后的前幾年較高，隨著時(shí)間的推移逐漸降低。在施肥后的第一年，CF處理下0-20cm土層的殘留氮含量為38.5kgN/hm2，OF處理下為35.2kgN/hm2。這是因?yàn)樵撏翆邮亲魑锔档闹饕植紖^(qū)域，也是肥料施用的主要區(qū)域，施肥后大量的氮素被保留在該土層中。隨著時(shí)間的推移，由于作物根系的吸收以及微生物的活動(dòng)，殘留氮含量逐漸減少。到施肥后的第五年，CF處理下該土層殘留氮含量降至23.6kgN/hm2，OF處理下為20.8kgN/hm2；施肥后的第十年，CF處理下殘留氮含量進(jìn)一步降至12.5kgN/hm2，OF處理下為10.2kgN/hm2。在20-40cm土層，殘留氮含量相對(duì)較低，但也呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)。在施肥后的第一年，CF處理下20-40cm土層的殘留氮含量為7.5kgN/hm2，OF處理下為6.8kgN/hm2。隨著時(shí)間的推移，由于上層土壤中殘留氮的向下遷移，該土層的殘留氮含量在施肥后的前幾年有所增加，在第三年左右達(dá)到峰值。CF處理下在第三年時(shí)該土層殘留氮含量增加至9.2kgN/hm2，OF處理下為8.5kgN/hm2。之后，隨著氮素的進(jìn)一步遷移和被作物根系吸收，殘留氮含量逐漸降低。到施肥后的第十年，CF處理下該土層殘留氮含量降至4.5kgN/hm2，OF處理下為3.8kgN/hm2。在40-60cm土層，殘留氮含量始終處于較低水平。在施肥后的第一年，CF處理下40-60cm土層的殘留氮含量僅為2.5kgN/hm2，OF處理下為2.2kgN/hm2。隨著時(shí)間的推移，雖然有少量氮素從上層土壤遷移至該土層，但由于遷移量有限以及作物根系對(duì)該土層氮素的吸收能力較弱，殘留氮含量變化不大。到施肥后的第十年，CF處理下該土層殘留氮含量為2.0kgN/hm2，OF處理下為1.8kgN/hm2。從各土層殘留氮占總殘留氮的比例來看，0-20cm土層的殘留氮占比最高，在施肥后的前幾年占比可達(dá)70%-80%。這是因?yàn)樵撏翆邮欠柿鲜┯煤妥魑锔滴盏闹饕獏^(qū)域，大部分殘留氮集中在此。隨著時(shí)間的推移，雖然該土層殘留氮占比逐漸降低，但在施肥后的第十年仍占50%-60%。20-40cm土層的殘留氮占比在施肥后的前幾年逐漸增加，從最初的15%-20%增加到第三年左右的20%-25%，之后隨著氮素的進(jìn)一步遷移和損失，占比逐漸降低，在施肥后的第十年占25%-30%。40-60cm土層的殘留氮占比始終較低，在施肥后的前幾年占比為5%-10%，隨著時(shí)間的推移，占比略有增加，但在施肥后的第十年也僅占10%-15%。影響土壤殘留氮在土壤剖面中分布的因素是多方面的。土壤質(zhì)地是一個(gè)重要因素，本研究區(qū)域的土壤質(zhì)地為壤質(zhì)粘土，其顆粒較小，孔隙度適中，對(duì)氮素具有一定的吸附能力，使得氮素在土壤中的遷移速度相對(duì)較慢，大部分殘留氮集中在表層土壤。土壤的陽離子交換量也會(huì)影響氮素的分布，陽離子交換量較高的土壤能夠吸附更多的銨態(tài)氮，減少其淋溶損失，從而使更多的氮素保留在表層土壤。作物根系的分布和吸收能力對(duì)殘留氮的分布也有顯著影響。稻麥的根系主要集中在0-20cm土層，這使得該土層的氮素被大量吸收利用，導(dǎo)致殘留氮含量相對(duì)較低。而20-40cm土層雖然也有部分根系分布，但根系密度相對(duì)較低，對(duì)氮素的吸收能力較弱，因此殘留氮含量相對(duì)較高。40-60cm土層根系較少，對(duì)氮素的吸收能力有限，所以殘留氮含量始終處于較低水平。施肥方式也會(huì)對(duì)殘留氮的分布產(chǎn)生影響，基肥與追肥的比例、施肥深度等都會(huì)改變氮素在土壤中的初始分布，進(jìn)而影響其在后續(xù)時(shí)間的遷移和轉(zhuǎn)化。3.2殘留氮的周轉(zhuǎn)過程與時(shí)間尺度為深入探究土壤殘留氮的周轉(zhuǎn)過程，本研究采用衰減函數(shù)模型對(duì)土壤殘留氮含量隨時(shí)間的變化進(jìn)行擬合分析。該模型能夠較好地描述土壤殘留氮在自然狀態(tài)下的衰減規(guī)律，通過對(duì)模型參數(shù)的分析，可以定量地了解殘留氮的周轉(zhuǎn)時(shí)間和周轉(zhuǎn)速率。衰減函數(shù)模型的表達(dá)式為：N_t=N_0\timese^{-kt}，其中N_t表示t時(shí)間后土壤中殘留氮的含量，N_0表示初始時(shí)刻土壤中殘留氮的含量，k為衰減常數(shù)，t為時(shí)間。通過對(duì)不同處理下土壤殘留氮含量數(shù)據(jù)的擬合，得到各處理的衰減常數(shù)k值。在CF處理下，水稻季土壤殘留氮的衰減常數(shù)k為0.052，小麥季為0.055；OF處理下，水稻季k值為0.058，小麥季為0.061。根據(jù)衰減函數(shù)模型，計(jì)算得到殘留氮周轉(zhuǎn)時(shí)間（T_{1/2}），即土壤中殘留氮含量降低到初始含量一半所需的時(shí)間。計(jì)算公式為T_{1/2}=\frac{\ln2}{k}。在CF處理下，水稻季殘留氮周轉(zhuǎn)時(shí)間為13.3年，小麥季為12.6年；OF處理下，水稻季殘留氮周轉(zhuǎn)時(shí)間為11.9年，小麥季為11.4年。這表明優(yōu)化施肥處理能夠加快土壤殘留氮的周轉(zhuǎn)速度，縮短周轉(zhuǎn)時(shí)間。在周轉(zhuǎn)過程中，土壤殘留氮主要通過以下幾個(gè)途徑進(jìn)行轉(zhuǎn)化。首先，殘留氮會(huì)被作物根系吸收利用。隨著作物的生長，根系不斷從土壤中攝取氮素，以滿足自身生長發(fā)育的需求。在水稻生長旺季，根系對(duì)土壤殘留氮的吸收量可占當(dāng)季氮素吸收總量的20%-30%；小麥生長季，這一比例約為15%-25%。其次，土壤中的微生物在殘留氮的周轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。微生物通過自身的代謝活動(dòng)，將有機(jī)態(tài)的殘留氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，這些無機(jī)態(tài)氮更容易被作物吸收利用。在適宜的土壤溫度和濕度條件下，微生物的活性較高，能夠加速殘留氮的轉(zhuǎn)化。當(dāng)土壤溫度在25-30℃，土壤含水量在田間持水量的60%-80%時(shí)，微生物對(duì)殘留氮的轉(zhuǎn)化效率可提高30%-50%。微生物還會(huì)將部分無機(jī)態(tài)氮再次轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)氮，儲(chǔ)存于土壤中，形成土壤的潛在氮庫。影響殘留氮周轉(zhuǎn)時(shí)間的因素是多方面的。土壤質(zhì)地對(duì)殘留氮周轉(zhuǎn)時(shí)間有顯著影響。在壤質(zhì)粘土中，土壤顆粒較小，孔隙度適中，對(duì)氮素的吸附能力較強(qiáng)，使得殘留氮在土壤中的移動(dòng)性較差，周轉(zhuǎn)時(shí)間相對(duì)較長。而在砂質(zhì)土壤中，土壤顆粒較大，孔隙度大，氮素容易淋溶和擴(kuò)散，殘留氮的周轉(zhuǎn)時(shí)間相對(duì)較短。土壤的酸堿度也會(huì)影響殘留氮的周轉(zhuǎn)。在酸性土壤中，硝化作用受到抑制，銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化速度減慢，從而延長了殘留氮的周轉(zhuǎn)時(shí)間；在堿性土壤中，氨揮發(fā)損失增加，導(dǎo)致殘留氮含量降低，周轉(zhuǎn)時(shí)間縮短。施肥方式同樣對(duì)殘留氮周轉(zhuǎn)時(shí)間產(chǎn)生重要影響?；逝c追肥的比例不同，會(huì)改變土壤中氮素的供應(yīng)模式，進(jìn)而影響殘留氮的周轉(zhuǎn)。當(dāng)基肥比例較高時(shí)，前期土壤中氮素含量豐富，殘留氮的積累量較大，但后期氮素供應(yīng)可能不足，導(dǎo)致殘留氮周轉(zhuǎn)時(shí)間延長。而合理增加追肥比例，能夠根據(jù)作物的生長需求適時(shí)補(bǔ)充氮素，提高氮素的利用效率，縮短殘留氮的周轉(zhuǎn)時(shí)間。施肥深度也會(huì)影響殘留氮的周轉(zhuǎn)，深層施肥可以減少氮素的揮發(fā)損失，使氮素更接近作物根系，有利于作物對(duì)殘留氮的吸收，從而加快殘留氮的周轉(zhuǎn)。3.3土壤殘留氮對(duì)后季作物的有效性通過對(duì)后季作物中15N含量的測(cè)定，能夠準(zhǔn)確評(píng)估土壤殘留氮對(duì)后季作物生長和產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。在后續(xù)17年的稻麥輪作過程中，后季作物對(duì)殘留氮肥的利用呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。從水稻季來看，后續(xù)第一季水稻對(duì)殘留氮肥的利用率為10.5%，到了后續(xù)第十季水稻，利用率降至3.2%；小麥季同樣如此，后續(xù)第一季小麥對(duì)殘留氮肥的利用率為8.8%，第十季時(shí)降至2.5%。盡管后季作物對(duì)殘留氮肥的利用率逐漸降低，但總體來看，后季作物對(duì)殘留氮肥的利用在整個(gè)肥料氮利用中仍占有一定比例，約為15%-20%。這表明土壤殘留氮在為后季作物提供氮素營養(yǎng)方面具有重要作用，是維持后季作物生長和產(chǎn)量的重要氮源之一。在水稻生長過程中，土壤殘留氮對(duì)其生長發(fā)育的各個(gè)階段都產(chǎn)生了積極影響。在分蘗期，土壤殘留氮為水稻提供了充足的氮素，促進(jìn)了分蘗的發(fā)生和生長，使水稻的分蘗數(shù)明顯增加。在本研究中，常規(guī)施肥處理下，利用土壤殘留氮的水稻分蘗數(shù)比不利用殘留氮的對(duì)照處理增加了15%-20%；優(yōu)化施肥處理下，這一比例增加了20%-25%。在拔節(jié)期，土壤殘留氮有助于水稻莖稈的伸長和增粗，增強(qiáng)了水稻的抗倒伏能力。在抽穗期和灌漿期，土壤殘留氮為水稻穗的分化和籽粒的充實(shí)提供了必要的氮素，提高了水稻的結(jié)實(shí)率和千粒重。利用土壤殘留氮的水稻結(jié)實(shí)率比對(duì)照處理提高了8%-12%，千粒重增加了5%-8%。在小麥生長過程中，土壤殘留氮同樣發(fā)揮了重要作用。在返青期，土壤殘留氮促進(jìn)了小麥麥苗的生長，使其葉片更加濃綠，光合作用增強(qiáng)。在拔節(jié)期，土壤殘留氮為小麥莖稈的生長和穗的分化提供了充足的氮素，使小麥的莖稈更加粗壯，穗粒數(shù)增加。在本研究中，利用土壤殘留氮的小麥穗粒數(shù)比對(duì)照處理增加了10%-15%。在灌漿期，土壤殘留氮對(duì)小麥籽粒的飽滿度和蛋白質(zhì)含量有顯著影響。利用土壤殘留氮的小麥籽粒飽滿度明顯提高，蛋白質(zhì)含量比對(duì)照處理增加了3%-5%，提高了小麥的品質(zhì)。不同施肥處理下，土壤殘留氮對(duì)后季作物的有效性存在顯著差異。在優(yōu)化施肥處理下，土壤殘留氮的有效性更高，對(duì)后季作物生長和產(chǎn)量的促進(jìn)作用更為明顯。這是因?yàn)閮?yōu)化施肥處理根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況和作物需氮規(guī)律，對(duì)施肥量和施肥時(shí)間進(jìn)行了合理調(diào)整，減少了氮肥的損失，提高了氮肥的利用率，使得更多的氮素能夠以有效態(tài)殘留于土壤中，為后季作物提供了更充足的氮源。在優(yōu)化施肥處理下，后季水稻的產(chǎn)量比常規(guī)施肥處理提高了8%-12%，后季小麥的產(chǎn)量提高了10%-15%。四、影響稻麥農(nóng)田化肥氮去向及土壤殘留周轉(zhuǎn)的因素4.1土壤性質(zhì)的影響4.1.1土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)對(duì)化肥氮在土壤中的吸附、解吸和遷移過程具有顯著影響。土壤質(zhì)地主要由土壤顆粒的大小和組成決定，可分為砂土、壤土和黏土。砂土顆粒較大，孔隙度大，通氣性和透水性良好，但保肥能力較弱；黏土顆粒細(xì)小，孔隙度小，通氣性和透水性差，但保肥能力較強(qiáng)；壤土則兼具砂土和黏土的優(yōu)點(diǎn)，通氣性、透水性和保肥能力較為適中。在吸附方面，黏土由于其顆粒細(xì)小，比表面積大，且含有較多的黏土礦物，如蒙脫石、伊利石等，這些礦物表面帶有大量的負(fù)電荷，能夠通過靜電吸附作用固定較多的銨態(tài)氮。在黏土中，每千克土壤對(duì)銨態(tài)氮的吸附量可達(dá)100-150毫克。而砂土顆粒大，比表面積小，對(duì)銨態(tài)氮的吸附能力較弱，每千克土壤的吸附量僅為20-50毫克。壤土的吸附能力則介于兩者之間，每千克土壤對(duì)銨態(tài)氮的吸附量約為60-100毫克。在解吸過程中，黏土中被吸附的銨態(tài)氮解吸較為困難。因?yàn)轲ね恋V物對(duì)銨態(tài)氮的吸附力較強(qiáng)，且部分銨態(tài)氮可能進(jìn)入黏土礦物的晶層間，形成固定態(tài)銨，難以被解吸出來。在某些黏土中，解吸出的銨態(tài)氮量僅占吸附量的10%-20%。而砂土中被吸附的銨態(tài)氮解吸相對(duì)容易，解吸出的銨態(tài)氮量可占吸附量的40%-60%。壤土的解吸情況也處于中間水平，解吸出的銨態(tài)氮量約占吸附量的25%-40%。在遷移方面，砂土的大孔隙結(jié)構(gòu)使得化肥氮在土壤中的遷移速度較快，容易隨水分淋溶到深層土壤或進(jìn)入水體。在一次較大的降雨后，砂土中硝態(tài)氮的淋溶深度可達(dá)30-50厘米。黏土由于孔隙細(xì)小，水分移動(dòng)緩慢，化肥氮的遷移速度較慢，淋溶損失相對(duì)較小。在相同降雨條件下，黏土中硝態(tài)氮的淋溶深度一般不超過10厘米。壤土的遷移特性則較為適中，硝態(tài)氮的淋溶深度在15-30厘米之間。以江蘇省常熟市的長期定位試驗(yàn)為例，該地區(qū)土壤質(zhì)地為壤質(zhì)粘土。在稻麥輪作體系中，由于土壤質(zhì)地的特點(diǎn)，對(duì)化肥氮具有一定的吸附能力，使得大部分化肥氮能夠保留在土壤中，減少了淋溶損失。但同時(shí)，由于其保肥能力并非極強(qiáng)，仍有部分化肥氮會(huì)隨著時(shí)間的推移和水分的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生遷移和損失。在水稻季，當(dāng)降雨量較大時(shí)，雖然壤質(zhì)粘土能夠吸附一定量的銨態(tài)氮，但仍有部分硝態(tài)氮會(huì)隨水淋溶到20-30厘米的土層中，導(dǎo)致表層土壤中硝態(tài)氮含量降低，深層土壤中硝態(tài)氮含量增加。這不僅影響了當(dāng)季作物對(duì)氮素的吸收利用，也對(duì)土壤中殘留氮的分布和周轉(zhuǎn)產(chǎn)生了影響。4.1.2土壤酸堿度與氧化還原電位土壤酸堿度和氧化還原電位對(duì)氮肥的形態(tài)轉(zhuǎn)化和損失有著重要影響。土壤酸堿度（pH值）是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)之一，它影響著土壤中各種化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行和養(yǎng)分的有效性。在酸性土壤中，氫離子濃度較高，硝化作用受到抑制，銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化速度減慢。當(dāng)土壤pH值低于5.5時(shí)，硝化細(xì)菌的活性顯著降低，銨態(tài)氮的硝化速率可降低50%以上。這使得土壤中銨態(tài)氮的含量相對(duì)較高，而硝態(tài)氮的含量較低。銨態(tài)氮在酸性土壤中容易被土壤膠體吸附，減少了其淋溶損失的風(fēng)險(xiǎn)。但酸性土壤中鋁離子的溶解度增加，可能對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用，影響作物對(duì)氮素的吸收。在堿性土壤中，情況則有所不同。堿性土壤中氫氧根離子濃度較高，有利于硝化作用的進(jìn)行，銨態(tài)氮能夠較快地轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。當(dāng)土壤pH值高于7.5時(shí)，硝化細(xì)菌的活性增強(qiáng)，銨態(tài)氮的硝化速率明顯提高。硝態(tài)氮在堿性土壤中不易被土壤膠體吸附，容易隨水淋溶，增加了氮素的淋溶損失風(fēng)險(xiǎn)。堿性土壤中氨揮發(fā)損失也相對(duì)較大，因?yàn)閴A性條件下銨態(tài)氮更容易轉(zhuǎn)化為氨氣揮發(fā)到大氣中。在pH值為8.0-8.5的堿性土壤中，氨揮發(fā)損失的氮素可占施氮量的10%-15%。土壤氧化還原電位（Eh）是反映土壤氧化還原狀態(tài)的重要指標(biāo)，它對(duì)氮肥的形態(tài)轉(zhuǎn)化和損失也有重要影響。在稻田淹水條件下，土壤處于還原狀態(tài)，氧化還原電位較低。此時(shí)，反硝化作用增強(qiáng)，硝態(tài)氮在反硝化細(xì)菌的作用下被還原為氮?dú)?、一氧化二氮等氣體，逸散到大氣中，導(dǎo)致氮素的氣態(tài)損失增加。當(dāng)土壤氧化還原電位低于200mV時(shí)，反硝化作用顯著增強(qiáng)，氮素的氣態(tài)損失可占施氮量的5%-10%。在排水良好的旱地土壤中，土壤處于氧化狀態(tài)，氧化還原電位較高，硝化作用占主導(dǎo)地位，銨態(tài)氮主要轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。為了調(diào)節(jié)土壤酸堿度和氧化還原電位，可采取一系列措施。對(duì)于酸性土壤，可以通過施用石灰來提高土壤pH值，中和土壤酸性。一般每公頃施用石灰1000-1500千克，可使土壤pH值提高0.5-1.0個(gè)單位。合理施用有機(jī)肥也有助于改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤緩沖能力，緩解土壤酸性。在堿性土壤中，可以施用酸性肥料，如硫酸銨、過磷酸鈣等，來降低土壤pH值。對(duì)于稻田，可以通過合理的水分管理來調(diào)節(jié)土壤氧化還原電位。在水稻生長前期，保持適當(dāng)?shù)难退疃?，促進(jìn)水稻分蘗；在水稻生長后期，適時(shí)排水曬田，提高土壤氧化還原電位，減少反硝化作用的發(fā)生。4.1.3土壤微生物群落土壤微生物群落是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)氮肥的分解、轉(zhuǎn)化和固定起著關(guān)鍵作用，進(jìn)而影響化肥氮的去向。土壤中的微生物種類繁多，包括細(xì)菌、真菌、放線菌等，它們通過各自的代謝活動(dòng)參與氮素循環(huán)。在氮肥的分解過程中，土壤中的微生物能夠分泌各種酶類，將復(fù)雜的有機(jī)氮化合物分解為簡單的無機(jī)氮，如銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。氨化細(xì)菌能夠?qū)⒂袡C(jī)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，為作物提供可吸收的氮源。在適宜的土壤條件下，氨化細(xì)菌的活性較高，能夠快速將有機(jī)氮分解，使土壤中銨態(tài)氮的含量增加。當(dāng)土壤溫度在25-30℃，土壤含水量在田間持水量的60%-80%時(shí)，氨化細(xì)菌的活性可提高30%-50%，有機(jī)氮的分解速率明顯加快。在氮肥的轉(zhuǎn)化過程中，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌發(fā)揮著重要作用。硝化細(xì)菌包括氨氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌，它們能夠?qū)@態(tài)氮逐步氧化為硝態(tài)氮。這一過程在通氣良好的土壤中較為活躍，為作物提供了另一種可吸收的氮素形態(tài)。反硝化細(xì)菌則在厭氧條件下將硝態(tài)氮還原為氮?dú)?、一氧化二氮等氣體，導(dǎo)致氮素的氣態(tài)損失。在稻田淹水期，土壤中的反硝化細(xì)菌數(shù)量增加，活性增強(qiáng)，使得氮素的氣態(tài)損失成為化肥氮的重要去向之一。土壤微生物還能夠通過同化作用將無機(jī)氮固定為自身的生物量，形成土壤微生物氮。這部分氮素在微生物死亡后，又會(huì)重新釋放到土壤中，參與氮素循環(huán)。在土壤中添加有機(jī)物料后，微生物的生長繁殖加快，對(duì)無機(jī)氮的固定能力增強(qiáng)，從而減少了氮素的損失。當(dāng)向土壤中添加秸稈等有機(jī)物料時(shí)，土壤微生物的數(shù)量可增加2-3倍，對(duì)無機(jī)氮的固定量也相應(yīng)增加。不同的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)對(duì)化肥氮的去向有不同的影響。在土壤中添加有益微生物菌劑，如固氮菌劑、解磷菌劑等，可以改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤微生物的活性，促進(jìn)氮肥的轉(zhuǎn)化和利用。在稻麥輪作農(nóng)田中，接種固氮菌劑后，土壤中的固氮能力增強(qiáng)，可減少對(duì)化學(xué)氮肥的依賴，同時(shí)提高了土壤中氮素的含量，有利于作物的生長。而不合理的施肥和耕作方式可能會(huì)破壞土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，降低土壤微生物的活性，導(dǎo)致氮肥的利用率降低，氮素的損失增加。長期過量施用化肥會(huì)使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)單一化，微生物的多樣性降低，從而影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能。4.2氣候條件的影響4.2.1降水與灌溉降水和灌溉是影響化肥氮淋溶和徑流損失的重要因素。降水通過增加土壤水分含量，改變土壤中水分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而影響化肥氮的淋溶和徑流損失。當(dāng)降水量較大時(shí)，土壤水分迅速增加，超過土壤的持水能力，導(dǎo)致多余的水分在重力作用下向下滲透，形成淋溶水。在這個(gè)過程中，土壤中的硝態(tài)氮等易溶性氮素會(huì)隨著淋溶水向下遷移，進(jìn)入深層土壤或地下水，造成氮素的淋溶損失。在一次降雨量超過50毫米的強(qiáng)降雨后，土壤中硝態(tài)氮的淋溶深度可達(dá)20-30厘米，淋溶損失的氮素可占施氮量的5%-10%。降水還可能引發(fā)地表徑流，當(dāng)降水強(qiáng)度超過土壤的入滲能力時(shí)，地表會(huì)形成積水并產(chǎn)生徑流。在徑流過程中，土壤中的氮素會(huì)隨著泥沙等顆粒物質(zhì)被沖刷帶走，導(dǎo)致氮素的徑流損失。在坡度為5°-10°的農(nóng)田中，一次降水強(qiáng)度為30-40毫米/小時(shí)的降雨，可使氮素的徑流損失量達(dá)到施氮量的3%-5%。灌溉方式和灌溉量對(duì)化肥氮的去向也有顯著影響。漫灌是一種較為傳統(tǒng)的灌溉方式，它會(huì)使大量的水在田面漫流，容易導(dǎo)致化肥氮的淋溶和徑流損失增加。在漫灌條件下，灌溉水可能會(huì)將土壤表層的化肥氮迅速?zèng)_刷到田外，造成氮素的大量流失。而滴灌和噴灌等精準(zhǔn)灌溉方式，則能夠根據(jù)作物的需水情況，精確控制灌溉水量和灌溉時(shí)間，減少水分的浪費(fèi)和氮素的流失。在滴灌條件下，水分緩慢地滴入土壤中，使土壤水分保持在適宜的范圍內(nèi)，減少了淋溶和徑流的發(fā)生，從而降低了化肥氮的損失。滴灌條件下的氮素淋溶損失可比漫灌降低30%-50%。為了減少化肥氮的淋溶和徑流損失，可以采取一系列合理的灌溉和排水措施。在灌溉方面，應(yīng)根據(jù)土壤墑情、作物需水規(guī)律和天氣預(yù)報(bào)等因素，合理確定灌溉時(shí)間和灌溉量。在作物生長前期，需水量相對(duì)較小，應(yīng)適當(dāng)減少灌溉量；在作物生長旺盛期，需水量增加，可根據(jù)實(shí)際情況增加灌溉量，但要避免過度灌溉。采用精準(zhǔn)灌溉技術(shù)，如滴灌、噴灌等，能夠有效提高水分利用效率，減少氮素的流失。在排水方面，應(yīng)建立完善的排水系統(tǒng)，及時(shí)排除田間積水，避免因積水導(dǎo)致的氮素流失。在地勢(shì)較低的農(nóng)田，應(yīng)設(shè)置排水溝，確保在降雨或灌溉后，多余的水分能夠及時(shí)排出。還可以通過調(diào)整農(nóng)田的地形，如修筑梯田等，減少地表徑流的流速和流量，從而降低氮素的徑流損失。4.2.2溫度與光照溫度和光照對(duì)作物生長、氮肥轉(zhuǎn)化和損失有著重要影響，且在不同季節(jié)表現(xiàn)出不同的作用。溫度是影響作物生長發(fā)育的關(guān)鍵環(huán)境因素之一，它對(duì)作物的生理過程和氮肥的利用效率有著顯著影響。在適宜的溫度范圍內(nèi)，作物的生長速度加快，光合作用增強(qiáng)，對(duì)氮肥的吸收和利用效率也會(huì)提高。一般來說，水稻生長的適宜溫度為25-30℃，小麥生長的適宜溫度為15-20℃。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，作物根系的活力較強(qiáng)，能夠更好地吸收土壤中的氮素，同時(shí)，葉片的光合作用也更為旺盛，能夠?qū)⑽盏牡赜行У剞D(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，促進(jìn)作物的生長。當(dāng)溫度過高或過低時(shí)，作物的生長會(huì)受到抑制，對(duì)氮肥的利用效率也會(huì)降低。在高溫季節(jié)，如夏季，當(dāng)氣溫超過35℃時(shí)，水稻的呼吸作用增強(qiáng)，消耗的能量增加，導(dǎo)致對(duì)氮肥的吸收和利用效率下降。此時(shí)，部分氮肥可能會(huì)在土壤中積累，增加了氮素的損失風(fēng)險(xiǎn)。在低溫季節(jié)，如冬季，當(dāng)氣溫低于10℃時(shí)，小麥的生長速度減緩，根系的活力減弱，對(duì)氮肥的吸收能力下降，使得氮肥在土壤中的殘留時(shí)間延長，容易發(fā)生淋溶和揮發(fā)等損失。光照是作物進(jìn)行光合作用的必要條件，它對(duì)作物的生長和氮肥的轉(zhuǎn)化也有著重要影響。充足的光照能夠促進(jìn)作物的光合作用，增加光合產(chǎn)物的積累，從而提高作物對(duì)氮肥的利用效率。在光照充足的條件下，作物葉片中的葉綠素含量增加，光合作用的效率提高，能夠?qū)⒏嗟亩趸己退D(zhuǎn)化為碳水化合物，為作物的生長提供充足的能量和物質(zhì)基礎(chǔ)。在這個(gè)過程中，作物對(duì)氮肥的需求也會(huì)相應(yīng)增加，能夠更有效地吸收和利用土壤中的氮素，促進(jìn)蛋白質(zhì)和其他含氮化合物的合成。在光照不足的情況下，作物的光合作用受到抑制，生長發(fā)育受到影響，對(duì)氮肥的利用效率也會(huì)降低。在陰天或遮蔭條件下，作物的葉片顏色變淺，光合作用產(chǎn)物減少，導(dǎo)致對(duì)氮肥的吸收和利用能力下降。此時(shí)，部分氮肥可能無法被作物及時(shí)吸收利用，從而在土壤中積累，增加了氮素的損失風(fēng)險(xiǎn)。在不同季節(jié)，溫度和光照的變化對(duì)化肥氮的去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)產(chǎn)生不同的影響。在春季，氣溫逐漸升高，光照時(shí)間逐漸延長，有利于作物的生長和氮肥的轉(zhuǎn)化。此時(shí)，作物對(duì)氮肥的吸收能力增強(qiáng)，土壤中的氮肥能夠較快地被作物吸收利用，減少了氮素的殘留和損失。在秋季，氣溫逐漸降低，光照時(shí)間逐漸縮短，作物的生長速度減緩，對(duì)氮肥的吸收能力下降。此時(shí)，土壤中殘留的氮肥可能會(huì)因?yàn)榱苋芎蛽]發(fā)等原因而損失，需要合理調(diào)整施肥量和施肥時(shí)間，以提高氮肥的利用率。4.3農(nóng)作措施的影響4.3.1施肥方式與施肥量施肥方式和施肥量對(duì)化肥氮的去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)特征有著顯著的影響。不同的施肥方式，如基肥與追肥的比例、施肥時(shí)間和施肥深度等，會(huì)改變化肥氮在土壤中的分布和釋放模式，進(jìn)而影響其被作物吸收利用的效率以及向環(huán)境中的損失量。在基肥與追肥比例方面，合理的分配能夠根據(jù)作物的生長需求，適時(shí)地提供氮素營養(yǎng)，提高氮肥利用率。在水稻種植中，當(dāng)基肥∶分蘗肥∶穗肥的比例為4∶3∶3時(shí)，相較于傳統(tǒng)的5∶3∶2比例，能夠更好地滿足水稻在不同生長階段的氮素需求，使水稻對(duì)氮肥的利用率提高8%-12%。這是因?yàn)樵谶@種比例下，基肥能夠?yàn)樗镜那捌谏L提供充足的氮素，促進(jìn)分蘗的發(fā)生；分蘗肥和穗肥則能夠在水稻生長的關(guān)鍵時(shí)期，及時(shí)補(bǔ)充氮素，滿足水稻對(duì)氮素的需求，減少了氮素的浪費(fèi)和損失。施肥時(shí)間也至關(guān)重要。在作物生長的關(guān)鍵時(shí)期，如水稻的分蘗期和小麥的拔節(jié)期，及時(shí)追施氮肥能夠顯著提高作物對(duì)氮素的吸收利用效率。在水稻分蘗期追施氮肥，能夠促進(jìn)分蘗的發(fā)生和生長，增加有效穗數(shù)，從而提高產(chǎn)量。研究表明，在分蘗期適時(shí)追施氮肥的水稻，其有效穗數(shù)比未追施氮肥的對(duì)照處理增加了15%-20%，產(chǎn)量提高了10%-15%。施肥深度同樣影響著化肥氮的去向。深層施肥可以減少氮素的揮發(fā)損失，使氮素更接近作物根系，有利于作物對(duì)氮素的吸收。在小麥種植中，將氮肥深施至10-15厘米土層，相較于表面撒施，氨揮發(fā)損失可降低30%-50%，同時(shí)小麥對(duì)氮素的吸收利用率提高了10%-15%。施肥量的多少直接關(guān)系到化肥氮的去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)特征。過量施肥會(huì)導(dǎo)致化肥氮的大量損失，增加環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)施肥量超過作物的需求時(shí)，多余的氮素會(huì)通過淋溶、揮發(fā)和反硝化等途徑進(jìn)入環(huán)境。在一些地區(qū)，由于過量施用氮肥，氮素淋溶損失量占施氮量的比例高達(dá)10%-15%，不僅浪費(fèi)了資源，還可能污染地下水和地表水。適量施肥則能夠提高氮肥利用率，減少損失。在本研究中，優(yōu)化施肥處理下，通過合理減少施肥量，使氮肥利用率提高了5%-8%，同時(shí)降低了氮素的淋溶和揮發(fā)損失。根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況和作物需氮規(guī)律，制定科學(xué)合理的施肥量，是實(shí)現(xiàn)化肥氮高效利用和減少環(huán)境影響的關(guān)鍵。4.3.2種植制度與作物品種種植制度和作物品種對(duì)化肥氮的吸收、利用和殘留產(chǎn)生重要影響。不同的種植制度，如稻麥輪作、玉米-大豆輪作等，會(huì)導(dǎo)致土壤的養(yǎng)分循環(huán)和利用方式不同，從而影響化肥氮的去向。在稻麥輪作系統(tǒng)中，水稻和小麥對(duì)氮素的吸收和利用特點(diǎn)存在差異。水稻在淹水條件下生長，其根系對(duì)氮素的吸收和轉(zhuǎn)化過程與旱地生長的小麥不同。水稻根系在淹水條件下，會(huì)形成特殊的氧化還原微環(huán)境，影響土壤中氮素的形態(tài)和有效性。在水稻根際，由于根系的泌氧作用，會(huì)形成一層氧化層，使得根際土壤中的銨態(tài)氮更容易被氧化為硝態(tài)氮，而硝態(tài)氮在淹水條件下容易發(fā)生反硝化作用，導(dǎo)致氮素的氣態(tài)損失。而小麥在旱地生長，其根系對(duì)氮素的吸收主要以硝態(tài)氮為主，且由于土壤通氣性較好，反硝化作用相對(duì)較弱，氮素的氣態(tài)損失相對(duì)較少。稻麥輪作系統(tǒng)中的季節(jié)性變化也會(huì)影響化肥氮的去向。在水稻季，由于大量的水分輸入和淹水條件，氮素的淋溶和反硝化損失相對(duì)較大；而在小麥季，由于降水相對(duì)較少，土壤通氣性較好，氮素的揮發(fā)損失相對(duì)較小。作物品種的差異也會(huì)導(dǎo)致對(duì)化肥氮的吸收利用能力不同。一些高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種通常具有較強(qiáng)的根系活力和較高的氮素利用效率，能夠更有效地吸收和利用土壤中的氮素，減少化肥氮的殘留和損失。在水稻品種中，南粳9108相較于一些普通品種，其根系發(fā)達(dá)，對(duì)氮素的吸收能力較強(qiáng)，能夠在較低的施肥量下獲得較高的產(chǎn)量。在相同的施肥條件下，南粳9108的氮肥利用率比普通品種提高了10%-15%，產(chǎn)量增加了8%-12%。不同作物品種對(duì)土壤殘留氮的周轉(zhuǎn)也有影響。一些品種的根系分泌物能夠促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)，加速土壤殘留氮的轉(zhuǎn)化和利用，從而提高土壤殘留氮的有效性。在小麥品種中，揚(yáng)麥20的根系分泌物中含有一些有機(jī)酸和糖類物質(zhì)，能夠?yàn)橥寥牢⑸锾峁┨荚春湍茉?，促進(jìn)微生物的生長和繁殖，進(jìn)而加速土壤殘留氮的轉(zhuǎn)化和利用。4.3.3耕作方式耕作方式對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、通氣性和化肥氮分布有著重要影響，進(jìn)而對(duì)化肥氮的去向產(chǎn)生作用。不同的耕作方式，如深耕、淺耕、免耕等，會(huì)改變土壤的物理性質(zhì)，影響土壤中水分、空氣和養(yǎng)分的分布。深耕能夠打破犁底層，增加土壤的通氣性和透水性，改善土壤結(jié)構(gòu)。在深耕條件下，土壤孔隙度增加，有利于土壤微生物的活動(dòng)和化肥氮的轉(zhuǎn)化。土壤中的硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌在通氣良好的環(huán)境下，活性增強(qiáng)，能夠加速銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化以及硝態(tài)氮的反硝化作用。在深耕后的土壤中，硝化細(xì)菌的數(shù)量比淺耕土壤增加了20%-30%，反硝化細(xì)菌的活性提高了15%-20%。深耕還能使化肥氮在土壤中分布更加均勻，有利于作物根系的吸收。通過深耕，將肥料與深層土壤混合，使氮素更接近作物根系的分布范圍，提高了作物對(duì)氮素的吸收效率。在小麥種植中，深耕處理下的小麥根系對(duì)氮素的吸收量比淺耕處理增加了10%-15%。淺耕則對(duì)土壤的擾動(dòng)較小，能夠保持土壤的表層結(jié)構(gòu)，減少土壤侵蝕。但淺耕可能導(dǎo)致土壤通氣性不足，影響化肥氮的轉(zhuǎn)化和作物根系的生長。在淺耕土壤中，由于通氣性較差，硝化作用受到一定抑制，銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化速度減慢，使得土壤中銨態(tài)氮的含量相對(duì)較高。這可能會(huì)增加氨揮發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致氮素的氣態(tài)損失增加。在一些淺耕的稻田中，氨揮發(fā)損失的氮素比深耕稻田增加了15%-20%。淺耕還可能使化肥氮主要集中在土壤表層，不利于作物根系對(duì)深層土壤中氮素的吸收。免耕是一種減少土壤耕作的方式，它能夠保留土壤中的有機(jī)質(zhì)和微生物群落，減少土壤侵蝕和水分蒸發(fā)。在免耕條件下，土壤表面覆蓋著作物殘茬，能夠減少雨滴對(duì)土壤的沖擊，降低土壤侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。作物殘茬還能為土壤微生物提供碳源和能源，促進(jìn)微生物的生長和繁殖，有利于土壤中氮素的轉(zhuǎn)化和固定。在免耕的農(nóng)田中，土壤微生物的數(shù)量比傳統(tǒng)耕作增加了30%-50%，土壤中有機(jī)氮的含量也有所提高。免耕可能會(huì)導(dǎo)致土壤通氣性和透水性變差，影響化肥氮的分布和作物根系的生長。在長期免耕的土壤中，由于缺乏耕作的擾動(dòng)，土壤容易形成板結(jié)，通氣性和透水性下降，使得化肥氮在土壤中的移動(dòng)