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，這不僅會對水和大氣環(huán)境質(zhì)量造成負(fù)面影響，也浪費了肥料，降低了經(jīng)濟效益。提高氮肥利用率對于保障糧食安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高經(jīng)濟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氮源，不同作物種類或者同一作物不同品種對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。
中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員沈仁芳課題組長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)強和沈仁芳，2015，植物生理學(xué)報；Zhao and Shen, 2018, Front Plant Sci）。
玉米是我國三大糧食作物之一，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，其生長的土壤硝化作用一般較強，無機氮源中硝態(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（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)氮對玉米生長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。通過伽馬射線對土壤滅菌，阻止土壤硝化作用和微生物對氮素轉(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，并大多以無機形態(tài)存在，極大地增加了淋溶及氣態(tài)損失的風(fēng)險。進(jìn)一步的水培試驗結(jié)果也表明，玉米在銨態(tài)氮中生長好，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銨態(tài)氮的偏好生長和吸收特性有關(guān)，利用玉米對銨態(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。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（B類）和國家自然科學(xué)基金項目資助。
南京土壤所揭示玉米銨偏好特性對其氮肥利用率的貢獻(xiàn)
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