青贮玉米种植中氮素淋失与覆盖作物调控机制研究：生物量氮浓度对硝酸盐淋溶的关键影响

针对青贮玉米种植中硝酸盐淋失严重的环境风险，丹麦奥胡斯大学团队通过8项田间试验系统评估了不同覆盖作物对氮素淋失的调控效果。研究发现硝酸盐淋失(39-260 kg N ha-1)与收获期玉米生物量氮浓度呈显著非线性正相关，而覆盖作物仅在一个处理中显著减少淋失75 kg ha-1。该研究为优化氮肥管理提供了重要依据，论文发表于《Nutrient Cycling in Agroecosystems》。

　　

在丹麦等温带湿润地区，青贮玉米(Zea mays L.)种植面积从1982年的1.2万公顷激增至2023年的18万公顷，主要分布在砂质土壤的奶牛场。这种高投入农业系统面临着严峻的环境挑战——硝酸盐(NO₃^-)淋失量平均达104 kg N ha^-1，远超春谷物(64 kg)和冬谷物(61 kg)系统。更令人担忧的是，欧盟硝酸盐指令规定的50 mg NO₃^- L^-1(11.29 mg N L^-1)限值常常被突破，这主要归因于玉米收获后土壤残留大量无机氮，以及在湿润气候下生长季内就可能发生的早期淋失。

丹麦奥胡斯大学农业生态学系Soren Ugilt Larsen领衔的研究团队，在《Nutrient Cycling in Agroecosystems》发表的研究，通过三年八地田间试验，系统评估了多年生黑麦草(Lolium perenne)、高羊茅(Festuca arundinacea)、鸭茅(Dactylis glomerata)和菊苣(Cichorium intybus)等覆盖作物对玉米氮素淋失的调控效果。研究发现传统覆盖作物方案的局限性，并揭示了收获期玉米生物量氮浓度与淋失风险的定量关系，为优化氮肥管理提供了新视角。

研究采用多地点田间试验设计，在三种土壤类型(砂壤土、粗砂土和粘壤砂土)上设置7种处理组合，监测了玉米干物质产量、氮浓度、土壤矿质氮动态和100 cm深处硝酸盐淋失量。通过EVACROP模型计算排水量，结合陶瓷杯采样分析硝酸盐浓度，采用非线性回归分析氮浓度与淋失量的关系。

研究结果呈现多个重要发现：

1. 淋失量变异显著：无覆盖作物处理的硝酸盐淋失量在39-260 kg N ha^-1之间波动，平均达111 kg N ha^-1，其中前作为三叶草(grass-clover)的试验点淋失风险最高。
2. 覆盖作物效果有限：仅菊苣处理在一个试验点(B_14-15)显著减少淋失75 kg ha^-1，其他覆盖作物处理无显著效果，这与覆盖作物生物量氮积累量低(11月平均6.7 kg ha^-1，次年3月13.9 kg ha^-1)有关。
3. 氮浓度与淋失的非线性关系：收获期玉米生物量氮浓度与淋失量呈指数正相关(y = a + e^-d*x)，当氮浓度从1.05%增至1.25%时，预测淋失量从73增至102 kg ha^-1；增至1.45%时更达160 kg ha^-1。
4. 产量与氮浓度的负相关：与预期相反，玉米干物质产量随生物量氮浓度增加而降低，表明高产并不需要过高的组织氮浓度。

讨论部分强调，传统6月播种的覆盖作物难以有效控制玉米生长早期的氮素淋失，而推迟播种又会影响覆盖作物生物量积累。研究首次量化了收获期玉米氮浓度与淋失风险的定量关系，提出将玉米生物量氮浓度控制在1.00-1.10%的优化区间，既可维持产量又能降低环境风险。这一发现为精准氮肥管理提供了简单有效的生物标记，尤其对前作为三叶草的轮作系统具有重要指导意义。

该研究的创新性在于突破了单纯依赖覆盖作物控制淋失的传统思路，提出了基于作物氮状态的调控新策略。未来研究可结合早期诊断技术，开发动态氮肥管理方案，同时探索更适应玉米遮荫环境的覆盖作物品种及其播种时机，为可持续集约化农业提供技术支持。