混播绿肥长期还田通过调控土壤氮循环与微生物多样性提高减氮条件下麦田氮素利用率及降低生态成本

针对西北干旱灌区小麦生产面临的氮肥依赖性强、利用率低等问题，研究人员通过6年田间试验，探究减量施氮（N3常规量，N2减20%，N1减40%）下混播绿肥（HCV：毛苕子+箭筈豌豆）对麦田氮素利用效率及生态成本的影响。结果表明，HCV结合N2处理可提高小麦产量8.3%，降低氨挥发（12.5%）、氧化亚氮排放（17.2%）和硝态氮淋失（22.1%），其机制与提升0-40 cm土层氮含量、增强氮代谢酶活性及富集固氮菌（Alphaproteobacteria）密切相关，为旱区农业绿色转型提供科学依据。

　　

在西北干旱灌区，小麦生产长期面临连作障碍、氮肥过量施用（常规量180 kg N ha^?1
）及利用率不足40%的严峻挑战。过度依赖化学氮肥不仅导致氨挥发、氧化亚氮（N₂
O）排放等环境问题，还加剧土壤退化。绿肥作为传统农业的精华，虽被证实可改善土壤肥力，但混播绿肥在减氮条件下的长期效应及其微生物机制尚不明确。甘肃农业大学的研究团队通过6年田间试验，首次系统评估了混播绿肥（毛苕子+箭筈豌豆，HCV）与减量施氮（N2：减20%）协同提升麦田氮素利用效率（NUE）的潜力。

研究采用裂区设计，主区为4种绿肥模式（HCV、单播箭筈豌豆CV、单播油菜R、休耕F），副区为3个氮水平（N3/N2/N1）。通过测定小麦产量、氮平衡指标、土壤氮库（0-120 cm分层）、酶活性（脲酶、脱氢酶、硝酸还原酶）及细菌群落（16S rRNA测序），结合结构方程模型（SEM）解析驱动机制。

关键结果

1. 产量与氮效率提升
   HCV+N2处理小麦产量较常规施氮（FN3）提高20.4%，氮利用率（NUTE）和吸收效率（NUPE）分别提升15.3%和8.3%。混播绿肥通过生物固氮（92.9 kg ha^?1
   ）降低氮肥依赖度64.1%，显著优于单播绿肥。

2. 生态成本降低
   HCV+N2减少活性氮损失：氨挥发（NH₃
   ）降低12.5%，N₂
   O排放减少17.2%，硝态氮淋失（NO₃
   ^?
   -N）下降22.1%。生态成本核算显示，其N₂
   O排放相关成本较FN3降低14.7%。

3. 土壤氮库调控
   混播绿肥增加0-40 cm土层全氮（10.4%）、铵态氮（18.3%）和微生物量氮（14.7%），但减少100-120 cm硝态氮积累（19.5%），有效阻控深层淋溶。

4. 微生物机制
   HCV+N2富集固氮菌（Alphaproteobacteria），降低氨氧化菌（Nitrosospira）丰度。冗余分析表明，土壤脲酶活性与氮含量正相关（RDA=55.34%），而硝酸还原酶活性与N₂
   O排放呈协同关系。

结论与意义
该研究揭示了混播绿肥通过"土壤氮增储-微生物网络重构-酶活性调控"三位一体机制，实现减氮20%条件下麦田增产与生态效益双赢。其创新性在于：首次量化混播绿肥对120 cm土层氮平衡的贡献，提出"减氮不减产"的可行路径。研究成果为《Resources, Environment and Sustainability》推动的农业可持续发展提供了实证案例，对实现中国"双碳"目标具有重要实践价值。未来需结合¹⁵
N示踪技术进一步解析绿肥氮的转化路径。