条带耕作结合控释掺混肥提升东北丘陵区雨养玉米氮效率并降低氮碳足迹的研究

为解决东北丘陵雨养区玉米生产面临的氮肥利用率低和环境成本高的问题，研究人员开展条带耕作(RST)结合控释掺混肥(50%Cr)对玉米氮利用效率(NUE)、氮足迹(NF)和碳足迹(CF)影响的研究。结果表明，RST+50%Cr使产量提升48.9%，NUE提高62%，同时减少NH3挥发52%和N2O排放8.6%，NF和CF分别降低38.9%和11.4%。该研究为脆弱农业生态系统可持续发展提供了实践方案。

　　

在东北丘陵雨养农业区，玉米生产长期面临双重挑战：春季干旱导致出苗率低，传统耕作加剧土壤侵蚀；同时，过量施肥造成氮肥利用率(NUE)不足50%，NH₃挥发和N₂O排放导致严重的氮足迹(Nr)和碳足迹(CF)。这些问题不仅制约粮食安全，更引发酸化和生物多样性丧失等生态危机。尽管保护性耕作如秸秆覆盖免耕(RNT)能改善土壤墒情，但全量覆盖导致的低温胁迫反而造成减产。如何突破"增产必增排"的困境，实现生态与经济效益双赢，成为亟待解决的科学难题。

为破解这一困局，内蒙古农业大学程志鹏团队在《Journal of Agriculture and Food Research》发表研究，创新性地将条带耕作(RST)与控释掺混肥技术结合。研究采用双因素田间试验设计：A)耕作系统比较RST与传统垄作(CP)、无秸秆免耕(NT)和秸秆覆盖免耕(RNT)；B)在RST系统下设置常规施肥(Sd)、控释尿素30%(30%Cr)和50%(50%Cr)掺混处理。通过生命周期评价(LCA)量化环境成本，结合Z-score综合评价体系，揭示了耕作-施肥协同调控机制。

关键实验方法

在内蒙古扎赉特旗开展2年田间试验，采用随机区组设计。通过静态箱-气相色谱法监测N₂O排放，通风室-海绵吸收法测定NH₃挥发，Kjeldahl法分析植株氮含量。基于ISO14040标准进行LCA，系统边界涵盖"摇篮到农场大门"，量化CF和Nr足迹。通过土壤剖面无机氮动态计算表观氮损失，结合经济收益进行Z-score标准化综合评价。

Agronomic performance

RST使玉米产量、NUE和净收益较CP提升46.6%、62%和8.2%，其深层根系特性促进灌浆期氮吸收。50%Cr处理在RST基础上进一步使产量和NUE提高48.9%和8.8%，控释氮的缓释特性匹配了玉米关键生育期需求。

Soil N balance

RST系统表观氮损失较CP降低8.3%，50%Cr处理比Sd减少21.3%。条带耕作创造的局部疏松区减少NO₃^-淋失，而控释尿素降低NH₄⁺转化速率。

NH₃ volatilization and N₂O emissions

秸秆覆盖使RNT处理NH₃累积排放最高，较RST增加3.4%。50%Cr通过将52%氮释放前移至播种期，规避夏季高温导致的挥发峰，使总NH₃损失降低52%。N₂O排放主要发生在7-8月微生物活跃期，50%Cr减少峰值排放29.8%。

Nr footprint and Carbon footprint

NH₃挥发占Nr损失的61-62.6%，而化肥生产(39.6-40.2%)和田间N₂O(33.9-35.6%)主导CF。RST+50%Cr使单位产量Nr和CF降至2.3g N/kg和347.7kg CO₂-eq/t，较传统模式降低38.9%和11.4%。

该研究开创性地证明，条带耕作结合50%控释尿素掺混，通过时空匹配氮素供应-作物需求，突破雨养区"高产-减排"难以协同的瓶颈。其价值体现在三方面：技术上，建立缓释肥比例优化的量化标准；理论上，阐明秸秆局部覆盖下氮循环调控机制；应用上，为东北黑土区提供可推广的"条带耕作+5:5掺混"技术包。这种"犁底层打破-氮素缓释"双管齐下的策略，为全球类似生态脆弱区农业可持续发展提供了中国方案。