白三叶草替代氮肥对亚热带狗牙根草场生产及氮流失的影响机制研究

这篇研究通过2年田间试验和实验室培养，系统评估了白三叶草(WC)作为冬季覆盖作物对狗牙根(Cynodon dactylon)草场产量、氮素径流损失和氧化亚氮(N2O)排放的影响。研究发现：WC替代50%尿素氮(112 kg ha?1)可维持与全量化肥(224N)相当的产量，同时减少30%-35%的NH4+和11%-24%的NO3?径流损失；但WC分解导致的N2O排放与尿素相当(排放因子0.63%)，硝化抑制剂DCD和DMPP可显著降低其排放(最高91%)。

　　

冬季覆盖作物对亚热带草场氮管理的革新

研究背景

亚热带地区狗牙根(Cynodon dactylon)作为主要牧草品种，传统依赖高量氮肥(224 kg ha^?1 year^?1)，但伴随显著环境风险。白三叶草(Trifolium repens L.)作为生物固氮植物，其与黑麦草(Lolium multiflorum)混播系统能否实现氮肥替代并减少氮流失，成为可持续农业的关键科学问题。

实验设计与方法

为期2年的田间试验设置5处理：空白对照(CLT)、纯WC、WC-黑麦草混播(WCR)、WC+半量化肥(WC112N)、全量化肥(224N)。监测指标包括草场生物量、氮转移效率、NH₄⁺/NO₃^?径流损失及N₂O排放。实验室培养进一步探究硝化抑制剂(DCD、DMPP)和脲酶抑制剂(NBPT)对WC分解N₂O的抑制效果。

关键发现

产量与氮转移：WC处理使狗牙根生物量提升38%，氮转移效率达40%-54%；WC112N与224N产量无显著差异(9364 vs 9478 kg ha^?1)，证实50%氮替代可行性。黑麦草混播(WCR)因延缓矿化导致产量降低29%。

环境效应：

• 径流损失：WC112N较224N显著降低NH₄⁺(30%-35%)和NO₃^?(11%-24%)流失，归因于覆盖作物减少50%径流量。

• N₂O排放：WC与224N排放因子相当(0.63% vs 0.64%)，但WCR通过氮捕获使排放降低21.9%。实验室显示DCD 100%和DMPP 10%分别减少N₂O排放91%和77%，而NBPT无效。

机制解析

WC的低碳氮比(19.1)促进快速矿化，高温高湿条件加速其分解产生N₂O。DMPP在等效浓度下较DCD更具抑制优势，因能更有效阻断硝化单胞菌的氨氧化过程。

实践意义

该研究为亚热带草场建立"WC覆盖+半量化肥"的低投入模式提供实证，同时指出需配合硝化抑制剂以缓解生物固氮的温室效应。未来需优化黑麦草配比以平衡氮同步供给与减排需求。