南京土壤所揭示玉米銨偏好特性對其氮肥利用率的貢獻

　　施用氮肥是保障作物高產的重要途徑，但是作物氮肥利用率很低，施入土壤的氮肥僅有1/3被作物吸收利用，剩余的2/3損失到環境或者殘留在土壤，這不僅會對水和大氣環境質量造成負面影響，也浪費了肥料，降低了經濟效益。提高氮肥利用率對于保障糧食安全、保護生態環境、提高經濟效益均具有重要意義。銨態氮和硝態氮是作物可以直接吸收利用的兩種主要無機氮源，不同作物種類或者同一作物不同品種對二者的偏好性存在差異，二者在土壤中的物理、化學和生物行為也存在很大差異，可以利用這些差異來提高作物氮肥利用率。

　　中國科學院南京土壤研究所研究員沈仁芳課題組長期從事植物銨硝偏好與耐鋁之間關系的研究，發表了系列論文（Zhao et al., 2009, Plant Soil； Chen et al., 2010, Plant Soil； Zhao et al., 2013, Ann Bot； Zhao and Shen, 2013, Plant Signal Behav； Wang et al., 2015, Plant Cell Environ），以期通過利用氮素形態與鋁之間的相互作用，協同提高酸性土壤作物耐鋁能力和氮肥利用率（Zhao et al., 2014, Soil Sci； 趙學強和沈仁芳，2015，植物生理學報；Zhao and Shen, 2018, Front Plant Sci）。

　　玉米是我國三大糧食作物之一，氮肥用量大，利用率低。玉米是一種在旱作條件下栽培的作物，其生長的土壤硝化作用一般較強，無機氮源中硝態氮比例較高，所以傳統上玉米被認為是一種偏好硝態氮作物。課題組通過土培試驗（土壤pH 6.5），采用15N標記的方法，比較了外源供應銨態氮和硝態氮對玉米生長和氮肥利用率的影響。研究結果卻表明，供應銨態氮的玉米有著更高生物量和氮肥利用率。通過伽馬射線對土壤滅菌，阻止土壤硝化作用和微生物對氮素轉化的影響，也大幅提高了銨態氮的氮肥利用率，而對硝態氮影響較小。盡管供應銨態氮和硝態氮的氮素損失差異不顯著，但是在收獲玉米后，供應硝態氮的土壤殘留肥料氮顯著高于銨態氮，并大多以無機形態存在，極大地增加了淋溶及氣態損失的風險。進一步的水培試驗結果也表明，玉米在銨態氮中生長好，氮吸收量大。依據這些結果，認為供應銨態氮的玉米氮肥利用率高與玉米對銨態氮的偏好生長和吸收特性有關，利用玉米對銨態氮的高效吸收可以提高其氮肥利用率。這表明可以通過調控土壤氮素轉化或改良玉米銨硝偏好遺傳特性的方法，來提高玉米氮肥利用率，這一策略的可行性和有效性尚需在田間條件下進一步檢驗。相關研究結果最近發表在Plant and soil上（Zhang et al., 2019）。該研究得到中科院戰略性先導科技專項（B類）和國家自然科學基金項目資助。

南京土壤所揭示玉米銨偏好特性對其氮肥利用率的貢獻