在气候变暖的背景下，撒播的黑麦草覆盖作物有助于降低氮素流失的风险：来自瑞典西南部一项为期34年的田间研究的证据

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Under-sown ryegrass cover crops mitigate increased nitrogen leaching risks in a warming climate: Evidence from a 34-year field study in south-west Sweden

长期氮淋失控制及气候影响研究。在瑞典南部开展34年田间试验，比较冬性覆盖作物（多年生黑麦草）与裸地处理的氮淋失。结果显示覆盖作物处理（CC_90N）年均氮流失减少48%，显著优于无覆盖作物处理（90N）。气候变暖背景下，2010年后无覆盖作物处理氮浓度年递增，而覆盖作物处理保持稳定。NAOi指数与主处理氮流失正相关，与覆盖作物氮吸收正相关。研究表明覆盖作物能有效缓冲气候变暖导致的氮矿化增强，减少淋失，同时不影响主粮产量。

　　本研究探讨了在瑞典西南部长期田间试验中，重复种植地下覆盖作物（CC）对氮（N）淋失的影响。研究涵盖了34年的时间跨度，从1989年到2023年，比较了有无覆盖作物和有无氮肥施用的四种处理方式：CC_90N（覆盖作物+90公斤氮肥/公顷）、90N（无覆盖作物+90公斤氮肥/公顷）、CC_0N（覆盖作物+无氮肥）以及0N（无覆盖作物+无氮肥）。此外，还分析了温度、降水量以及北太平洋振荡指数（NAOi）对氮淋失的影响。

### 氮淋失与覆盖作物的关系

在研究期间，CC_90N处理的氮淋失量显著低于90N处理的年份达到了18次，占总年数的53%。这一结果表明，覆盖作物在减少氮淋失方面发挥了重要作用。然而，值得注意的是，从2010年起，无覆盖作物处理（90N和0N）的氮浓度在排水中显著增加，而有覆盖作物的处理（CC_90N和CC_0N）则没有出现类似趋势。这说明，随着气候的变化，特别是在无覆盖作物的情况下，氮淋失的增加趋势更为明显。

### 氮含量与气候因素的关联

北太平洋振荡指数（NAOi）与温度和降水量存在显著的正相关关系。在2010年之后，NAOi呈现上升趋势，这可能反映了该地区气候条件的变化。NAOi与90N处理中的氮淋失量呈正相关，但在CC_90N处理中则没有显著关联。这一现象可能是因为覆盖作物能够有效吸收土壤中的氮，从而减轻了由于NAOi升高导致的氮矿化增加对氮淋失的影响。同时，NAOi与覆盖作物生物量中的氮含量也存在正相关，表明在高NAOi年份，覆盖作物对氮的吸收能力增强。

### 长期效果与环境影响

研究结果表明，尽管研究周期超过30年，但覆盖作物对氮淋失的减少效果保持稳定，平均减少了48%。这一发现对于环境管理具有重要意义，因为随着全球气候变化，氮矿化和氮淋失的风险都在增加，而覆盖作物的持续使用可以有效缓解这一问题。此外，覆盖作物的氮吸收能力不仅有助于减少氮淋失，还能为后续主作物提供额外的氮源，从而提高土壤中氮的利用率。

### 土壤中的硝酸盐含量

在收获时，CC_90N处理的土壤硝酸盐（NO3-N）含量显著低于90N处理。这表明覆盖作物在生长季节中有效减少了土壤中可淋失的氮量。而在冬季末期，90N处理中的硝酸盐含量明显高于CC_90N处理，说明在无覆盖作物的情况下，土壤中的氮更容易向下迁移并最终通过排水流失。相比之下，CC_90N处理的硝酸盐含量在收获和冬季末期均保持相对稳定，显示出其对氮循环的调控作用。

### 主作物产量与覆盖作物生物量

研究还发现，覆盖作物的使用并未显著降低主作物的产量，这表明覆盖作物对主作物的竞争效应与残留效应之间达到了某种平衡。覆盖作物的生物量和氮含量在不同年份有所波动，但总体上保持在合理范围内。例如，2018年夏季干旱导致主作物对氮的吸收能力下降，而覆盖作物则有效地吸收了土壤中残留的氮，减少了氮淋失的风险。这一结果支持了覆盖作物在减少氮损失方面的有效性，尤其是在极端气候条件下。

### 气候变化与未来展望

随着全球气候变化的加剧，特别是瑞典等北欧国家的气候模式发生变化，氮淋失的风险也在上升。研究指出，NAOi的升高与氮淋失的增加密切相关，特别是在无覆盖作物的情况下。因此，推广使用覆盖作物，尤其是在长期的农业实践中，可能成为减少氮损失的有效措施。此外，研究还建议，使用基于过程的土壤-植被模型，可以更深入地理解覆盖作物生长、频繁生物量掺入以及土壤氮矿化和氮淋失在变暖气候下的长期变化。

### 结论

本研究的结论表明，种植地下覆盖作物，特别是多年生黑麦草，可以在不显著影响主作物产量的前提下，有效减少氮淋失。这种减少效果在34年的研究周期内保持稳定，显示出覆盖作物在农业生态系统中的长期适应性。此外，随着气候的变化，特别是在NAOi较高的年份，覆盖作物的氮吸收能力增强，进一步降低了氮淋失的风险。因此，覆盖作物的使用不仅有助于环境保护，还能提高氮的利用效率，为可持续农业提供支持。未来的研究可以进一步探讨不同气候条件下覆盖作物的优化使用方式，以及其对土壤有机氮积累和氮矿化的潜在影响。