水涝条件下亚麻荠（Camelina sativa）的农艺性能研究：氮素管理与环境效益的协同优化

本研究通过两年田间试验，揭示了白三叶草（WC）作为冬季覆盖作物在百慕大草（Cynodon dactylon）牧场的氮素管理价值。研究发现，用WC替代50%尿素氮肥（224→112 kg N ha?1 year?1）可维持同等产量（9364 vs 9478 kg ha?1），同时减少NH4+和NO3?径流损失30%-35%。实验室证实硝化抑制剂DCD和DMPP可降低覆盖作物分解产生的N2O排放达77%-91%，为可持续牧草生产提供新策略。

　　

水涝条件下亚麻荠的农艺表现与氮素调控机制

研究背景与目标

温暖季多年生百慕大草（Cynodon dactylon）是美国南部畜牧业的主要饲草，但其生长季短（4-9月）且需高氮供应（135-336 kg ha^?1）。为减少矿物氮肥的环境污染，研究团队探索以白三叶草（WC，Trifolium repens）作为冬季覆盖作物的替代方案。核心目标包括：评估WC替代氮肥的潜力、量化氮素径流和N₂O排放损失、探究硝化抑制剂对覆盖作物分解的调控效果。

实验设计与方法

在路易斯安那州贝克市开展两年田间试验，设置5种处理：无覆盖对照（CLT）、纯WC覆盖（WC）、WC-黑麦草混播（WCR）、WC+半量化肥（WC112N，112 kg N ha^?1）和全量化肥（224N，224 kg N ha^?1）。监测指标包括牧草生物量、N₂O排放（密闭箱法-GC检测）、径流氮损失（流动注射分析仪），并配套开展实验室培养验证硝化抑制剂（DCD、DMPP）和脲酶抑制剂（NBPT）对WC分解的影响。

关键发现

1. 产量与氮转移效率

   WC处理使百慕大草生物量较对照提升38%，其中47 kg N ha^?1（占总生物固氮量40%-54%）转移至夏季牧草。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。但黑麦草混播（WCR）因延缓矿化导致产量降低29%，凸显物种配伍的重要性。

2. 环境氮损失特征

   • 径流损失：WC112N较224N减少NH₄⁺和NO₃^?流失达30%-35%，主要归因于覆盖作物降低50%径流量。

   • 温室气体排放：WC与224N的N₂O排放因子均为0.6%，表明生物固氮与化肥氮排放潜力相当。有趣的是，WCR处理排放量较纯WC降低21.9%，提示黑麦草可通过吸收矿化氮调节排放。

3. 抑制剂调控效应

   实验室模拟显示，DCD（10%和100%添加量）分别减少N₂O排放46%和91%，DMPP（10%）效果更优（77%减排），而NBPT无显著作用。这与WC分解以蛋白质矿化（非尿素水解）为主的路径相符。

机制解析与创新点

1. 快速矿化双刃剑：WC的低C:N比（19.1）促进快速矿化，但同步导致厌氧微区形成，激发反硝化作用。2018年雨季观测到WC处理峰值排放达76.4 g N ha^?1 day^?1，印证湿热气候下残留物分解的高风险。

2. 时空协同调控：黑麦草通过吸收WC矿化氮延迟释放，实现"氮库缓冲"效应。但需优化播种量以避免与主作竞争，这为混合种植设计提供新思路。

3. 抑制剂技术适配：DMPP在等效剂量下较DCD展现更高抑制效率，为生物源氮减排提供更经济选择。

应用前景与局限

该研究证实亚热带地区WC覆盖可构建"减氮-稳产-减排"技术体系，但需注意：

• 在年降水1570 mm地区，覆盖作物分解期需配合雨季预警和抑制剂适时施用；

• 当前数据基于短期试验，长期监测需验证土壤碳氮库的持续变化；

• 经济分析显示，虽然WC降低化肥成本，但抑制剂投入需纳入全生命周期评估。

研究启示

这项工作首次系统量化了牧草系统中生物固氮与化学氮肥的环境足迹差异，提出的"覆盖作物-抑制剂"协同调控策略，为全球湿热地区可持续牧业发展提供了关键技术参数。未来研究可拓展至不同质地土壤和多物种组合模式，进一步优化氮素循环的时空匹配。