近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院資環(huán)所農(nóng)業(yè)模型創(chuàng)新團(tuán)隊與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院資劃所、加拿大農(nóng)業(yè)部哈羅和渥太華研發(fā)中心等多家單位合作在國際期刊Journal of Cleaner Production（Q1, IF=11.072）發(fā)表題為 “Modelling the impacts of inhibitors forbid fertilizer placement on maize yield forbid ammonia, nitrous oxide forbid nitrate leaching losses in southwestern Ontario, Canada” 的研究論文。該研究改進(jìn)了DNDC模型（DeNitrification-DeComposition）土壤氨揮發(fā)關(guān)鍵參數(shù)，包括尿素擴(kuò)散因子、尿素水解速率、尿素水解水分因子、氨揮發(fā)土壤深度因子和抑制劑效率，提升了模型對土壤氨揮發(fā)的模擬，并應(yīng)用改進(jìn)后的模型模擬了長期氣候變異下不同優(yōu)化施肥（表施尿素、混施尿素、尿素硝酸銨及其添加脲酶和硝化抑制劑）處理對玉米產(chǎn)量和氮素?fù)p失（N2O、NH3和NO3-淋溶）的影響及其最佳氮肥施用限量。本研究為提出養(yǎng)分高效利用和低環(huán)境風(fēng)險的抑制劑優(yōu)化施用方案以及評估抑制劑施用下氮肥減施潛力提供了新思路。

 

　　脲酶和硝化抑制劑等增效肥能夠有效提高氮素利用率并減少活性氮損失，已成為當(dāng)今全球農(nóng)業(yè)研究的熱點。同時，增效肥是我國“十四五”農(nóng)業(yè)科技發(fā)展規(guī)劃的重要研究內(nèi)容之一，是實現(xiàn)化肥減量增效和農(nóng)業(yè)綠色低碳生產(chǎn)的重要技術(shù)措施。然而，抑制劑施用增效減排的長期效應(yīng)尚不明確，化肥減施潛力缺乏系統(tǒng)研究。基于過程機(jī)理的DNDC模型在模擬土壤碳氮循環(huán)過程方面具有明顯優(yōu)勢，本地化改進(jìn)的模型能夠較好的模擬脲酶和硝化抑制劑施用對作物產(chǎn)量和氮素?fù)p失的長期影響。基于DNDC模型提出最佳抑制劑施用管理方案，科學(xué)合理降低氮肥施用量，對于保障糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全具有重要意義。

 

　　該研究基于2015-2017年不同氮肥管理方式與添加抑制劑處理的田間定位試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)，校驗和改進(jìn)了DNDC模型尿素水解機(jī)制與參數(shù)。結(jié)果表明，與改進(jìn)前模型相比，改進(jìn)后的模型提高了對玉米產(chǎn)量和氮素吸收、土壤溫度和水分、土壤無機(jī)氮和N2O日排放量模擬的準(zhǔn)確性。改進(jìn)前的模型對于抑制劑施用下氨揮發(fā)的模擬較差（NSE<0和d≤0.38），改進(jìn)后的模型顯著提升了對土壤氨揮發(fā)的模擬（NSE=0.22-0.39和 d=0.65-0.84）。

 

　　此外，基于1988-2017年長期模擬表明，與不添加抑制劑處理相比，表施尿素和混施尿素添加脲酶和硝化抑制劑，年際NH3揮發(fā)損失減少了41.0-49.4%， N2O排放減少了11.5-11.8%。穴施尿素硝酸銨添加脲酶和硝化抑制劑的年際氮素?fù)p失低于單獨添加脲酶抑制劑處理，主要是由于減少了硝態(tài)氮的淋溶。與表施尿素相比，混施尿素、穴施尿素硝酸銨及添加抑制劑處理在保證玉米高產(chǎn)的同時氮肥用量減少了10-20%（17-40 kg N ha-1）。綜上，本研究表明DNDC模型可用于研究氣候變異下抑制劑施用對玉米產(chǎn)量和氮素?fù)p失的長期影響，并確定不同抑制劑施用的最佳氮肥用量以及評估其氮肥減施潛力，對于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。同時，本研究可擴(kuò)展應(yīng)用到區(qū)域不同氣候條件、種植制度和土壤類型下氮素優(yōu)化管理，為保障糧食安全和降低環(huán)境風(fēng)險提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

 

　　資環(huán)所姜蓉助理研究員為本文第一作者，我院為第一完成單位，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院資劃所何萍研究員和加拿大農(nóng)業(yè)部哈羅研發(fā)中心Jingyi Yang研究員為共同通訊作者。資環(huán)所何文天副研究員、加拿大農(nóng)業(yè)部Brian B. forbid 和Ward N. Smith等研究員作為骨干參與了此項研究。該研究得到了中國博士后國際合作項目（No. PC20180101）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項目（No. CAAS-ZDRW202202）以及北京市農(nóng)林科學(xué)院科研項目和加拿大農(nóng)業(yè)部科研項目資助。

 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.135511