气候变异性及两种矿物肥料施用方案对咖啡（Coffea arabica L.）氮损失的影响

《Frontiers in Environmental Science》：Influence of the climate variability and two mineral fertilization programs on nitrogen losses in coffee (Coffea arabica L.)

咖啡种植中氮素损失受ENSO气候波动影响显著，尿素基（UB-NPK）与硝酸铵基（ANB-NPK）肥料对比试验表明：El Ni?o期间UB-NPK氨挥发损失占比达65%，总氮损失36.7%；ANB-NPK总损失13.1%。淋失主要发生在La Ni?a多雨期，与土壤湿度及降雨量呈正相关。研究证实肥料类型选择能有效调控氮素损失，尤其在气候极端化背景下具有重要实践意义。

　　在全球范围内，咖啡生产正面临气候变化和气候波动带来的日益严峻的挑战，尤其是氮（N）的损失，包括氨气挥发（NH?）和硝酸盐淋失（NO??）。氮素是咖啡作物生长发育不可或缺的营养元素，它不仅影响植物的营养吸收，还与咖啡植物对非生物胁迫的耐受性密切相关。然而，由于氮素在土壤中的流失途径多样，包括淋失、挥发、以及通过土壤微生物作用转化为温室气体（如N?O），因此提高氮素利用效率（NUE）成为实现可持续咖啡种植的关键目标之一。

在实际种植过程中，氮素的损失往往与土壤类型、施肥方式、气候条件以及生产系统密切相关。例如，在哥伦比亚中央西部的咖啡种植区，由于受到厄尔尼诺/拉尼娜-南方涛动（ENSO）的影响，降雨模式和土壤湿度会发生显著变化。这种气候波动可能进一步加剧氮素损失的不确定性，尤其是在不同施肥方式下。本研究旨在通过实地试验，评估两种不同的氮肥施用方案（尿素基氮磷钾复合肥料—UB-NPK和铵硝酸盐基氮磷钾复合肥料—ANB-NPK）在ENSO气候波动背景下对氮素损失的影响，并探讨其对环境和生产效益的潜在影响。

实验从2022年持续至2024年，期间涵盖了拉尼娜（2022-2023年中期）和厄尔尼诺（2023年中期-2024年）两个不同的气候阶段。通过安装排水型渗滤器和半开放式静态收集器，研究人员对氮素淋失和氨气挥发进行了监测。结果显示，氮素损失在不同气候阶段表现出明显的差异。在拉尼娜条件下，氮素淋失成为主要损失途径，且不同施肥方案之间没有显著差异。然而，在厄尔尼诺条件下，氨气挥发成为主导的氮素损失形式，且尿素基肥料（UB-NPK）的损失显著高于铵硝酸盐基肥料（ANB-NPK）。

具体而言，在两年六次施肥后，UB-NPK的平均氮素损失为总施氮量的36.7%，而ANB-NPK的平均氮素损失仅为13.1%。这一结果表明，选择合适的氮肥类型对于减少氮素损失、提高氮素利用效率具有重要意义。特别是在干旱和高温的气候条件下，铵硝酸盐基肥料显示出更强的氮素保留能力，这可能与其对土壤中氮素转化的调控能力有关。

从气候和土壤的角度来看，ENSO的变化直接影响降雨量和土壤水分含量，进而影响氮素在土壤中的迁移和转化。例如，在拉尼娜期间，降雨量增加，土壤水分充足，有助于氮素的淋失，而在厄尔尼诺期间，降雨减少，土壤水分不足，导致氮素更易通过挥发形式损失。此外，土壤的酸碱度、有机质含量、阳离子交换容量（CEC）等因素也会影响氮素的形态分布及其在土壤中的动态变化。尿素基肥料在高水分条件下可能更容易转化为硝酸盐，而在低水分条件下则可能因土壤中的氨气挥发而造成更大的氮素损失。

在实际生产中，氮素的损失不仅影响作物产量和质量，还可能对环境产生深远影响。例如，氮素的淋失可能导致地下水污染，而氨气的挥发则可能加剧大气污染和酸沉降，影响生态系统健康。因此，优化氮肥施用方式和时间，结合气候条件进行精准管理，成为减少氮素损失、降低温室气体排放、实现农业可持续发展的关键策略之一。

本研究的发现具有重要的现实意义。首先，它揭示了ENSO气候波动对咖啡种植系统中氮素损失模式的影响，为农业生产者提供了科学依据，帮助他们在不同气候条件下制定更有效的氮肥管理方案。其次，研究结果表明，选择铵硝酸盐基肥料而非尿素基肥料可以显著降低氮素损失，特别是在干旱和高温的气候条件下。这一结论为农业政策制定者和肥料生产商提供了新的方向，以推动更加环保和高效的氮肥使用方式。此外，研究还强调了氮素利用效率的重要性，指出通过减少氮素损失可以提高农业生产效益，同时降低对环境的负面影响。

在技术层面，研究采用的渗滤器和半开放式静态收集器为氮素损失的测量提供了可靠的方法。这些方法不仅能够准确反映氮素的迁移路径，还能与实际田间条件相匹配，为后续研究提供重要的数据支持。此外，研究还采用了统计分析方法，如方差分析（ANOVA）和Fisher的最小显著差（LSD）检验，以确保研究结果的科学性和可重复性。

综上所述，本研究不仅为理解ENSO对咖啡种植系统中氮素损失的影响提供了新的视角，还为优化氮肥施用策略、提高氮素利用效率、减少环境影响提供了实践指导。未来的研究可以进一步探讨不同施肥方式在多种气候条件下的适用性，并结合更广泛的农业生态系统，评估氮素管理对整体农业可持续性的贡献。同时，政策制定者和农业从业者应重视气候波动对氮素损失的影响，推动更加精准和环保的施肥实践，以确保咖啡产业在气候变化背景下的长期稳定发展。