新西兰集约化蔬菜生产体系下硝酸盐氮流失的量化研究及其环境效应

这篇研究通过为期两年的田间试验，量化了新西兰北岛南部典型蔬菜种植区土壤和排水中的硝酸盐氮（NO3--N）流失规律。研究发现，集约化蔬菜种植（如马铃薯-休耕轮作、甜菜-小白菜轮作）导致表层土壤（9.3–18.3 mg kg?1）和排水（33.8–61.9 mg L?1）中硝酸盐氮浓度显著升高，休耕期流失量高达225 kg N ha?1。研究对比了控释肥（CR）、液体分施（LF）等策略，发现控释肥虽降低土壤氮浓度但未能稳定增产，而过量施肥（EXC）则加剧氮流失。该成果为制定减少农业面源污染（diffuse pollution）政策提供了关键数据支撑。

　　

研究背景

新西兰霍罗韦努阿地区的集约化蔬菜生产（仅占农业用地的0.3%）是当地经济支柱，但伴随高氮肥施用（如马铃薯标准施氮量180 kg ha^?1）和低氮利用效率（约50%流失），导致下游霍罗韦努阿湖氮浓度（3.5 g N m^?3）远超国家标准（0.8 g N m^?3）。研究选取阿拉瓦塔流域两种典型土壤（香农粉砂壤土、怀托胡粉砂黏壤土）和作物体系，探究氮流失机制及 mitigation 策略。

实验设计

马铃薯试验点：设置6种处理（对照C、标准实践STD、分施液体肥LF、控释肥CR、优化实践GP、过量施肥EXC），监测2019–2021年土壤硝态氮（0–60 cm）及排水（60 cm深渗漏计）。绿叶菜试验点：通过20个蒸渗仪（lysimeter）模拟甜菜-小白菜轮作，对比常规施肥（STD）、减量施肥（RF）、鸡粪（CM）等效果。

关键发现

1. 氮流失动态：

   • 马铃薯休耕期排水硝态氮浓度峰值达75 mg L^?1（EXC处理），年流失量109 kg ha^?1；绿叶菜系统因残茬矿化（如未收获甜菜翻压）导致次年土壤氮激增（32→112 kg ha^?1）。
   • 浅层地下水（1 m深井）硝态氮浓度（20.8 mg L^?1）与lysimeter排水（19.6 mg L^?1）高度吻合，证实陆源氮对水体污染的直接影响。

2. 施肥策略对比：

   • 控释肥（CR）使马铃薯田表层土壤氮降低45%（vs. STD），但产量仅42 t ha^?1（STD为52 t），因氮释放曲线与作物需求（种植40天后达峰）不匹配。
   • 鸡粪（CM）在绿叶菜中未显著减少流失，而减量施肥（RF）维持产量（70 t ha^?1甜菜）且降低排水氮浓度18%。

3. 气候与管理的交互作用：
   2020年11月暴雨（33 mm/日）导致马铃薯田氮淋溶加剧，次年产量下降16 t ha^?1，凸显 split application 在极端天气下的风险。

实践启示

研究建议结合土壤硝态氮速测（Nitrate Quick Test）优化基肥-追肥比例，避免休耕期氮累积。模型校准（如APSIM）需整合田间变异性数据，以预测不同轮作模式的长期环境效应。

（注：全文数据均源自原文实测，未扩展文献外的结论。）