铵负载沸石（ammonium-loaded zeolite）施用量对春小麦氮淋溶及植株氮吸收的影响

《Nitrogen》：Effect of Ammonium-Loaded Zeolite Application Rate on Nitrogen Leaching and Plant Nitrogen Uptake in Spring Wheat

　　

提高氮（N）利用效率同时减少环境损失是作物生产中的重大挑战。沸石因其高阳离子交换容量（CEC）被认为可作为铵基肥料载体，可能改变土壤氮滞留与释放。然而，在提供等量沸石源氮条件下，不同铵负载沸石施用量的效应尚不清楚。研究人员开展了春小麦温室盆栽试验，设铵负载沸石30、36、42和48 g pot?1（Zeo30–Zeo48）处理，各处理额外供应700 mg pot?1沸石源N，并配施硫酸铵基肥。结果表明，氮淋溶受沸石用量影响显著：低量Zeo30和Zeo36在早期生长阶段硝酸盐与铵淋失更高，高量Zeo42和Zeo48显著降低总氮损失。各处理地上部植株氮吸收量与氮回收率（68–71%）无显著差异。但提高沸石用量有增加籽粒和秸秆产量趋势，并改变植株内氮分配，表现为籽粒/秸秆氮比变化。收获后土壤残留铵随沸石用量增加而下降，说明铵滞留与释放存在差异。总体表明，在本题温室盆栽条件下，沸石载体物料数量影响氮滞留格局与淋失；铵负载沸石有效性取决于铵负载量与沸石质量之间的平衡，但缺乏等量矿质氮对照使沸石效应与总氮供应效应难以完全分离。

研究背景方面，小麦为全球重要粮食作物，氮（N）是作物生产中最限制产量的养分。近几十年氮肥过量使用导致硝酸盐（NO₃^?）淋溶至地下水及大气排放等环境问题。传统4R原则与平衡施肥可提升氮利用效率（NUE），但硝态氮易淋失，铵（NH₄⁺）虽可被负电荷表面吸附，但在土壤中常被亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）和硝化杆菌属（Nitrobacter）等迅速硝化为硝酸盐。天然沸石如斜发沸石（clinoptilolite）具多孔铝硅酸盐骨架与高CEC，可通过离子交换吸附并缓释NH₄⁺，被视为改良氮滞留的土壤调理剂。已有研究证明铵负载沸石能改氮有效性、减少淋失，但“在供等量沸石源氮时，沸石载体质量不同如何改变土壤氮动态”未被系统研究。因此研究人员在《Nitrogen》发表该研究，以春小麦盆栽探究不同铵负载沸石施用量对氮淋溶、生长与氮吸收的影响，并明确其意义在于揭示载体质量与铵负载比例的作用。

关键技术方法上，土壤取自德国奥斯纳布吕克应用科学大学试验田0–30 cm耕层，为砂土（93%砂、4%粉、3%黏，CEC 3.80 cmol_c kg^?1，pH 5.48）。沸石为伊朗Semnan矿床天然斜发沸石（<2 mm）。研究采用随机区组设计，5处理4重复；沸石处理在700 mg N pot^?1硫酸铵基肥外，再施30/36/42/48 g pot^?1铵负载沸石且均供700 mg沸石源N。生育期内于25、50、75、100 DAS以补水至100%最大持水量（WHC_max）后加10 mm水诱导淋溶，定量收集渗滤液测NO₃^?与NH₄⁺；收获分籽粒秸秆测全氮（Dumas燃烧法）；土壤用0.01 M CaCl₂提取残矿质氮；以单因素方差分析与Tukey HSD比较。

研究结果如下。3.1 土壤氮淋溶：通过分期渗滤分析发现，25 DAS时Zeo30、Zeo36的NO₃^?与NH₄⁺淋失最高，Zeo42、Zeo48较低；全期总淋溶N以Zeo48最低（约13 mg pot^?1），说明高沸石量增强铵滞留、降低早期矿质氮淋失。3.2 春小麦籽粒与秸秆产量：通过收获干物质测定发现，无肥对照最低；Zeo36–Zeo48较Zeo30显著增产，高沸石量伴增产趋势但高量间差异小。3.3 春小麦地上部氮吸收：通过籽粒与秸秆氮量核算发现，沸石处理吸氮量均约1077–1107 mg pot^?1，处理间无显著差异；Zeo30籽粒/秸秆氮比约2.5:1，其余约3.0:1，反映氮分配改变。3.4 收获期土壤残留矿质氮：通过CaCl₂提取发现，残留NO₃^?-N各沸石处理相近，残留NH₄⁺-N随沸石量上升而下降，证明沸石持续影响铵交换。3.5 氮收支与回收：通过淋失+植株+残土平衡发现，植株氮为主池；沸石处理总核算氮（TNA）约1150–1170 mg pot^?1，氮回收率68–71%，约29–32%未核算。

讨论部分总结：研究人员指出，低量沸石因铵负载率高使初期溶液铵多、硝化与淋失强；高量沸石提供更大CEC载体，缓释并保铵，与斜发沸石对NH₄⁺高于K⁺/Ca²⁺/Mg²⁺的选择性一致。产量提升不能完全归功沸石，因为沸石处理总氮输入高于无肥对照。籽粒/秸秆氮比差异说明释放节奏影响营养生长与灌浆。残留铵随沸石量下降显示可逆阳离子交换持续作用。回收率缺口可能来自微生物固持、气态损失、沸石内保留及方法局限。

结论部分翻译：本研究结果表明，铵负载沸石施用影响了土壤–植物系统氮动态及氮在不同池间的分布。在提供等量沸石源氮条件下提高沸石施用量，与较低氮损失相关，尤其在植物生长早期。各沸石处理总地上部植株氮吸收量与氮回收率无显著差异，说明沸石施用主要改变氮分布而非提高总回收。但氮吸收、组织氮浓度、籽粒产量与蛋白含量可能受氮有效性与作物需求时序及土壤温度、水分影响。结果进一步表明，铵负载沸石有效性不仅取决于总供氮，也取决于沸石与铵负载比例。由于沸石处理总氮输入高于无肥对照，沸石效应与氮输入效应未能完全分离。综上，评价氮动态与肥料效率需同时考虑总氮输入、载体材料特性及其与土壤氮过程的交互。需在田间条件与等量氮对照下进一步研究，以区分农艺实践中沸石效应与供氮效应。