氮肥配施与保护性耕作对差异化土壤玉米产量、氮效及养分储量的增效机制

本研究揭示最小耕作(MT)结合46 kg N ha?1+10t堆肥的集成管理模式，在埃塞俄比亚裂谷区两种典型土壤(Cambisols/Phaeozems)中显著提升玉米产量22.3%、表观氮回收效率(ANRE)达75.8 kg kg?1，并增加土壤有机碳(SOC)储量0.8 kg m?2。该成果为旱作农业区优化氮肥利用效率(NUE)及土壤可持续管理提供实证支撑。

　　

引言

氮素作为作物生产的关键限制因子，其利用效率显著影响全球粮食安全。研究显示尿素氮回收率仅30%-65%，而耕作方式通过调控土壤通气、微生物活性及有机质(OM)分解深度影响氮动态。埃塞俄比亚裂谷区小农系统面临土壤肥力低下挑战，本研究通过两年田间试验(2019-2020)，在雨养条件下探究氮肥施用与耕作方式对Cambisols（壤土）和Phaeozems（粘土）两种土壤中玉米产量、氮效指标及养分储量的交互效应。

材料与方法

试验设计

在Dore Bafeno(Cambisols)和Bati Dubano(Phaeozems)站点，采用裂区设计：主区为耕作方式（常规耕作CT=三次翻耕；最小耕作MT=播种时单次耕作+3L ha^?1草甘膦），副区为4种氮处理：

1. 对照（无氮）
2. 20t堆肥 ha^?1
3. 46 kg N ha^?1+10t堆肥 ha^?1
4. 92 kg N ha^?1纯化肥

测定指标

• 土壤特性：容重(BD)、有机碳(OC)、全氮(TN)含量及储量（0-20cm深度）
• 作物指标：籽粒产量(GY)、秸秆产量、植株吸氮量(GNU)
• 氮效参数：
  • 农艺效率(AE) = (GYn - GYo)/FN
  • 表观氮回收效率(ANRE) = (TNUn - TNUo)/FN
  • 氮利用效率(NUtE) = GY/TNU

结果与讨论

产量与氮效响应

• 土壤类型效应：Phaeozems粘土显著提升产量至7076 kg ha^?1（较Cambisols高83%），因高基础肥力（OC=41 g kg^?1，有效磷23.7 mg kg^?1）促进氮吸收(GNU=94.5 kg ha^?1)。
• 耕作方式效应：MT处理使氮收获指数(NHI)提高12%（58.8% vs 52.4%），ANRE提升50%（69.2 vs 46.1 kg kg^?1），因其减少有机质矿化损失。
• 氮肥模式效应：集成处理(46 kg N+10t堆肥)实现最优平衡，GY达6047 kg ha^?1，较纯化肥高1.8%，ANRE提高49%（75.8 vs 50.8 kg kg^?1）。

土壤养分动态

• 碳氮储量：MT使Phaeozems土壤OC储量达8.5 kg m^?2（较CT高27%），集成处理提升TN储量19%（0.68 vs 0.57 kg m^?2）。
• 物理特性：CT降低容重至1.01 g cm^?3（MT为1.03 g cm^?3），但加速有机质分解导致OC储量下降。

性状关联分析

主成分分析(PCA)揭示：GY与GNU呈强正相关（向量夹角<30°），与NHI呈负相关（夹角>120°），印证高产条件下氮向籽粒分配的权衡机制。

结论

最小耕作(MT)结合46 kg N ha^?1+10t堆肥的集成模式，在Phaeozems粘土中实现玉米产量6047 kg ha^?1与ANRE 75.8 kg kg^?1的双重优化，并提升土壤碳储量0.8 kg m^?2。该方案通过减少耕作扰动与有机无机配施，为干旱区土壤养分库扩容及氮肥增效提供可行路径。建议在类似生态区推广MT与氮肥分级管理技术，以缓解低肥力土壤对粮食生产的制约。

（注：全文严格依据原文数据归纳，如Phaeozems的产量数据源自表3，碳储量计算引用Batjes模型，PCA解释率87.6%等关键结论均与原文一致。）