施肥通过叶片补偿点驱动农田 NH3 源汇分化

《Nutrient Cycling in Agroecosystems》：Fertilization drives NH3 source-sink divergence via leaf compensation points in croplands

　　

摘要

集约化种植系统产生的氨 (NH₃) 排放仍然是一个关键的环境挑战。虽然以往的研究大多捕捉了单个季节内的 NH₃ 通量，但需要整合全年视角来揭示控制冠层 - 大气交换的复杂机制。针对这一差距，本研究整合了微气象测量、基于激光的 NH₃ 分布测定以及生理测定，旨在量化华北平原完整小麦 - 玉米轮作周期中连续代表性生长阶段的叶片 NH₃ 补偿点。在 2015/2016 观测周期内，该系统是净 NH₃ 源 (40.7 ± 5.5 kg N ha^?1 yr^?1)。在非施肥期间，麦田仍保持为净 NH₃ 源 (在 2015/2016 和 2018/2019 小麦季节分别为 26.3 和 27.2 kg N ha^?1)。在非施肥期间，2015 年和 2018 年玉米季节的净交换量为负值 (分别为 ?28.6 和 ?16.2 kg N ha^?1)，表明存在净吸收；当包含施肥期间时，2015 年玉米季节的田间预算仍为正值 (29.5 kg N ha^?1)。年际比较显示，2018/2019 年大气 NH₃ 浓度较低但净排放量较高 (49.2 ± 7.5 kg N ha^?1 yr^?1)，这与较弱的玉米沉降相吻合。这种源 - 汇差异在机制上是由作物特定的叶片 NH₃ 补偿点驱动的。跨越连续生长阶段的测量表明，施肥显著调节了作物特定的叶片 NH₃ 补偿点。高氮投入 (N400) 显著提高了小麦补偿点 (峰值达 243 nmol mol^?1)，从而驱动排放，而玉米保持较低的补偿点 (< 30.5 nmol mol^?1)，促进了吸收。稀疏的小麦冠层进一步有利于排放，而密集的玉米则增强了沉降。结构方程模型证实补偿点是主要的直接驱动因素 (路径系数 = 0.27)，环境 NH₃ 产生强烈的负效应 (?0.82)，解释了 75% 的通量方差。因此，作物生理主要调节 NH₃ 交换，而区域背景调节沉降。这些发现确定了低补偿点品种和较低的区域 NH₃ 背景作为未来缓解研究的优先事项。

图形摘要