白三叶草冬季覆盖作物对亚热带狗牙根牧场的氮素利用效率及N2O排放的影响研究

本文推荐：研究通过2年田间试验结合实验室培养，揭示白三叶草(WC)作为冬季覆盖作物可替代50%尿素氮肥(224 kg ha?1)，在维持狗牙根产量的同时减少30%-35%的NH4+和11%-24%的NO3?径流损失。研究发现WC与黑麦草混种(WCR)虽降低N2O排放21.9%，但会减少牧草产量。实验室证实硝化抑制剂DCD和DMPP可分别减少N2O排放91%和77%，为低碳牧场系统提供优化方案。

　　

研究背景

亚热带地区广泛种植的狗牙根(Cynodon dactylon L.)作为夏季牧草需氮量高(135-336 kg ha^?1)，传统尿素施肥易造成环境氮流失。白三叶草(Trifolium repens L.)因其固氮特性(年固氮量55-296 kg ha^?1)和耐候性成为潜在替代方案，但其分解过程可能引发N₂O排放（全球增温潜势为CO₂的265倍）和氮径流问题。

实验设计

在路易斯安那州Baker的牧场开展2年试验，设置5处理：无覆盖对照(CLT)、纯白三叶草(WC)、白三叶草-黑麦草混种(WCR)、WC+半量化肥(WC112N)和全量化肥(224N)。监测牧草产量、N₂O通量（气相色谱法）和径流氮损失（流动注射分析仪）。实验室培养中测试硝化抑制剂DCD（双氰胺）、DMPP（3,4-二甲基吡唑磷酸盐）和脲酶抑制剂NBPT对WC分解N₂O的抑制效果。

核心发现

产量表现：WC处理使狗牙根生物量较对照提升38%，WC112N与224N产量无显著差异（9364 vs 9478 kg ha^?1）。WCR因黑麦草竞争导致产量降低29%，土壤NH₄⁺浓度较纯WC低26.5%。

氮素转移：WC向狗牙根转移47 kg N ha^?1（占其总氮输入的40%-54%），而WCR仅转移26.2 kg N ha^?1，印证黑麦草延缓氮释放的特性。

环境效应

• N₂O排放：WC与224N的排放因子均为0.63%-0.64%，但WCR排放量较纯WC降低21.9%。实验室中DCD 100%和DMPP 10%分别减少排放91%和77%，NBPT无显著效果。
• 径流损失：WC112N较224N减少NH₄⁺-N流失30%-35%，主要归因于覆盖作物降低50%径流量。

作用机制

WC的低C:N比（19.1）促进快速矿化，产生NH₄⁺和NO₃^?基质。分解过程消耗氧气形成厌氧微区，结合雨季高WFPS（水填充孔隙度）条件，共同激发反硝化作用。DMPP的高效性源于其分子结构对氨氧化菌的特异性抑制。

应用价值

研究提出"WC覆盖+半量化肥+硝化抑制剂"的优化模式，兼顾产量与环境效益。未来需探索黑麦草最佳播种比例以平衡N₂O减排与产量矛盾，并验证DMPP田间适用性。该方案为亚热带牧场的可持续氮管理提供实证支撑。