编辑推荐：
为应对氮肥过量使用导致的氨排放与温室气体问题，研究人员针对温带草场系统，在两种不同土壤和气候条件下，量化了不依赖外部氮输入的单一牧草与草-白三叶混播草地的牧草氮吸收。研究发现混播草地可显著提高牧草产量和氮吸收量，其中三叶草贡献的生物固氮量达99 kg N/ha/年。这项工作为精确氮肥管理、降低化学氮肥依赖及提高氮利用效率提供了重要的量化依据。
在畜牧业，特别是牧草系统中，氮肥是提高产量的关键投入。然而，其生产、运输和使用过程会向环境释放强效温室气体N2O（其增温潜势是CO2的273倍）和NH3，造成严重的环境和气候变化压力。随着全球对减少温室气体排放、改善水质的呼声日益高涨，如何降低对化学氮肥的依赖，成为现代农业亟待解决的重大课题。在此背景下，土壤有机质矿化释放的氮和豆科植物（如白三叶）的生物固氮（BNF）这两种自然、可持续的氮源，其价值在过去的高强度农业生产中被严重低估。为了在未来实现环境目标的同时维持生产水平，准确量化这些自然氮源在不同条件下的供应潜力至关重要。近期发表在《Nutrient Cycling in Agroecosystems》上的一项研究，为我们深入了解这一问题提供了宝贵的实地数据。
该研究旨在量化在两种截然不同的土壤和气候条件下，不施用任何外部氮肥（零氮输入）时，单一多年生黑麦草草地与草-白三叶混播草地的牧草氮吸收，从而间接评估土壤氮矿化和生物固氮的贡献。研究团队在爱尔兰南部的两个地点（Clonakilty 和 Moorepark）建立了零氮小区试验，小区设置在已放牧的单一草地或混播草地中，整个研究期间不施任何化学或有机氮肥，也不进行放牧。研究的关键方法包括在奶牛轮牧的同时同步测定草地产量，通过Leco氮分析仪测定植物氮含量以计算氮产量，并利用15N自然丰度法及差值法来量化白三叶的生物固氮量，同时持续监测天气数据并进行统计建模分析。
结果
牧草产量：研究发现，在零氮条件下，草-白三叶混播小区的年总牧草产量（10,166 kg 干物质/公顷）和氮产量均显著高于单一草地小区（7,682 kg 干物质/公顷）。混播草地中，白三叶的平均含量为28.8%。
氮产量与生物固氮：草-白三叶混播的零氮小区拥有更高的氮产量。通过差值法计算得出，三叶草贡献了额外的99 kg N/ha/年。通过15N自然丰度法测量的结果也证实了相近的固氮水平。研究发现，氮的日产量呈现季节性变化，单一草地依赖于土壤氮矿化，其供应在夏季因土壤水分亏缺而减少；而混播草地在夏季则获得了来自三叶生物固氮的补充，使得总氮供应更加平稳。
氮矿化对氮产量的重要贡献：在土壤有机质含量为8%的沙壤土/壤土中，单一草地的零氮小区每年从土壤有机质中吸收了185 kg N/ha。这表明，即使不施肥，土壤背景氮矿化也是一个巨大的氮源。然而，其供应在夏季会下降，这凸显了在单一草场系统中，夏季维持高产仍高度依赖氮肥。
生物固氮带来的额外氮收益：在零氮条件下，白三叶通过生物固氮平均贡献了99 kg N/ha/年。在整个生长季，固氮量从初春的低水平（3.92 kg N/ha）增加到8月份的高峰（20.92 kg N/ha）。这为在化学氮肥施用受限的情况下，维持草地生产力提供了一条重要途径。但研究也指出，当施用人工氮肥时，生物固氮量可能会减少。
精确氮肥施用的潜力：该研究量化出的氮矿化与生物固氮的季节性供应曲线，为未来实现精确氮肥管理奠定了基础。精确施肥需要综合考虑土壤肥力、天气、土壤类型、有机质含量以及三叶草含量等多种因素，以更准确地估算植物可利用氮的总量，从而在最需要的时期补充氮肥，最大化氮回收率，减少因过量施肥造成的氮损失，提高氮利用效率。
本研究在零氮条件下，量化了单一草地与草-白三叶混播草地中，来自土壤氮矿化和三叶草生物固氮的氮吸收量及其季节供应模式。在有机质含量为8%的沙壤土/壤土中，单一草地每年从土壤氮库中吸收了185 kg N/ha。混播草地则额外获得了99 kg N/ha，这部分氮主要来源于三叶草的生物固氮，且其供应量随着三叶草含量的季节变化而增加，在夏季土壤氮矿化供应不足时起到了关键补充作用。
这项研究的意义在于，它首次在温带放牧系统的实际田间条件下，系统性地量化了两种主要自然氮源的贡献，并描绘了其季节动态。这不仅加深了我们对草地生态系统氮循环的理解，更重要的是为农业实践提供了直接的数据支持。研究结果表明，通过合理利用豆科植物（如白三叶）进行生物固氮，可以显著减少对化学氮肥的依赖，尤其是在生长旺季。这为制定更精准的氮肥管理策略、降低农业生产的环境足迹、同时维持甚至提高草地产量提供了科学依据。尽管要完全实现精准施肥仍需更多数据和研究，但本研究无疑为可持续集约化草地管理指明了方向，是应对未来环境挑战和农业生产需求的关键一步。
